低功率半导体激光照射对大鼠损伤神经功能恢复的实验研究*
作者：王冰水 易南 李玲 王晓莉 王建波 王虹
单位：王冰水 易南 李玲 王晓莉 王虹 西安市第四军医大学西京医院理疗康复科，710032；王建波 西安市第四军医大学西京医院病理科，710032
关键词：半导体激光；大鼠；坐骨神经
中国康复医学杂志990606 摘要 目的：研究不同输出功率的半导体激光对大鼠神经功能恢复的影响。方法：采用半导体激光照射SD大鼠损伤的坐骨神经，观察5mW、10mW、15mW 不同剂量的半导体激光照射对神经功能恢复的影响及病理变化。结果：半导体激光照射促进损伤神经轴突及髓鞘的再生过程，15mW的半导体激光照射对神经功能的恢复作用较明显。结论：15mW的半导体激光可用于大鼠神经损伤的治疗。
An experimental study on effects of neural functional recovery of rats irradiated by low intensity diode laser
, http://www.100md.com
WANG Bingshui, YI Nan, LI Ling, et al
Chinese Journal of Rehabilitation Medicine,1999,14(6):257～259
Abstract Objective: The effect on neural functional recovery of rat irradiated by diode laser with different power output were studied. Method: In order to observe the neural functional recovery and pathological changes of rat, diode laser with power output of 5mW,10mW,and 15mW were used . Result: The irradiation on injured sciatic nerve by diode laser could promote the regeneration of axon and sheath. Irradiation with power output of 15mW of diode laser on injured nerve had a better functional recovery compared to control group. Conclusion:Diode laser with power output of 15mW can be used in treating injured nerve of rat.
, 百拇医药
Author′s address Xijing Hospital, Fourth Military Medical University , Xi′an,710032
Key words Diode laser; Rat; Sciatic nerve
半导体激光是医学领域里发展较快的一种激光。大功率的半导体激光用于组织焊接已有较多的报道〔1～3〕，低功率的半导体激光可促进小血管生长〔4〕、伤口愈合〔5〕及骨的再生〔6〕，而对于激光功率大小的应用尚无定论。本实验应用不同输出功率的半导体激光治疗损伤的大鼠坐骨神经，观察其对神经功能恢复的影响，为进一步临床应用提供实验依据。
1 材料和方法
1.1 动物模型的制作及分组
, http://www.100md.com
雄性SD大鼠129只，体重250～300g，1%巴比妥钠(30mg/kg)腹腔注射麻醉，常规消毒，取右侧股后外侧暴露坐骨神经，于神经分叉上0.7cm处用眼科剪剪断，并修剪神经断端的蕈状头，原位吻合，缝合神经外膜4～6针，吻合后创口内放入庆大霉素2万单位，关闭切口。将实验动物分为4组处理，A组：对照组，大鼠33只；B组：5 mW激光照射组，大鼠32只；C组：10 mW激光照射组，大鼠33只；D组：15 mW激光照射组，大鼠31只。
1.2 光源及照射方法
砷化镓半导体激光波长810nm，功率0～300mW连续可调，每次使用前激光功率计测激光的功率输出。照射时光斑直径0.6cm2，对准神经吻合处每次照射10min，A、B、C、D组大鼠照射激光能量密度分别为0 J/cm2、10.62 J/cm2、21.23 J/cm2和31.85 J/cm2。
, 百拇医药
1.3 观察指标
1.3.1 组织学检查：各组于术后2、4、6、8周分别处死3只大鼠，观察坐骨神经愈合情况，并取材常规病理切片作Bieschowsky法神经纤维染色及Weil铁矾苏木素染色法髓鞘染色，观察不同时间神经纤维及髓鞘的变化。
1.3.2 展趾功能的恢复情况：从第2周开始，每周记录大鼠行走时的展趾情况，将大鼠两后爪蘸上颜料，使其行走于记录纸上，测量第一、第五趾尖间距离。以正常者为A，术后当日为B，两者之差为C，而后将C三等份后加B划分成展趾功能的四个等级，结果进行Radit统计分析。
- 无展趾，两趾尖间距为B;
+ 轻微展趾，两趾尖间距为B+(0～1/3)C(不包括0);
++ 中度展趾，两趾尖间距为B+(1/3～2/3)C(不包括1/3);
, http://www.100md.com
+++ 接近正常或正常展趾，两趾之尖间距为B+(2/3～1)C。
1.3.3 肌力结果评定：从第2周开始，每周记录大鼠行走时的肌力恢复情况，依据主动运动、行走足趾后蹬、踝关节运动及爪趾伸直情况分为4级，结果进行Radit统计分析。
0级：刺激后肢无反应，无主动运动，行走时爪趾屈曲；
1级：行走时轻微或轻度的足趾后蹬及踝关节运动，爪趾伸直；
2级：行走时有较明显的展趾及踝关节主动后蹬动作；
3级：行走时基本正常或正常。
2 结果
2.1 组织学检查
, 百拇医药
术后按2、4、6、8周处死的48只大鼠，显露坐骨神经发现吻合口连接较好，无断裂现象。2周时外膜连接、两端神经均肿胀变粗。4周时绝大部分神经与周围粘连严重，吻合处神经外膜环状纹不清晰或消失，断端增粗，颜色呈白色略黄，与周围结缔组织肌肉生长于一起。6周时神经外膜外观、颜色接近正常，只有15mW组粘连稍轻，与周围组织易分离，断端增粗不明显，8周时与正常神经难以辨认。6、8周时其余组大部分颜色正常，吻合处略成梭形膨大。镜下术后1天即见轴突肿胀弯曲，粗细不等，髓鞘染色示髓鞘淡染、肿胀、空泡样变。术后2周各组神经变性达高峰，15mW组远段神经轴突及髓鞘均已崩解，仅可见神经纤维基膜管的网状构架，其它组别仍可见部分髓鞘及轴突残骸，说明15mW清除坏死的轴突和髓鞘较快。4周时可见纤细的神经纤维，6周时均可见较细小的神经纤维及髓鞘，15mW组较其它组稍浓密，8周时各组再生轴突及髓鞘均渐成熟。
2.2 肌力恢复情况
术后第3周个别大鼠开始出现肌力恢复，第4周时激光照射组约有1/3的动物肌力达1级，各组之间无明显差异。第6周各激光照射组有约1/6的动物达3级肌力，1/3的动物达2级肌力，相比较而言15mW组肌力恢复更明显。第8周时15mW组的3级肌力已超半数，其伸爪、踝关节运动及蹬地等动作基本正常。统计处理8周时15mW组与对照组比较差异明显(P<0.05)，而5mW及10mW组与对照组无明显差异(见表1)。
, http://www.100md.com
表1 术后不同时间大鼠肌力恢复 组 别
例数
4W(%)
6W(%)
8W(%)
0
1
2
3
0
1
2
3
, http://www.100md.com
0
1
2
3
对照组
21
71.43
28.57
23.81
47.62
23.81
4.76
4.76
, 百拇医药
52.38
23.81
19.05
5mW
20
70.00
30.00
20.00
50.00
20.00
10.00
10.00
25.00
, http://www.100md.com
40.00
25.00
10mW
21
71.43
28.57
14.28
52.38
19.05
14.29
4.76
33.33
42.86
, 百拇医药
19.05
15mW
19
63.16
36.84
10.53
21.05
42.11
26.31
10.53
42.11
47.36*
*与对照组比较P<0.052.3 展趾功能
, 百拇医药
趾展功能最早出现于第3周15mW激光组，术后第4周各组之间展趾功能恢复例数接近，第6周5mW和10mW激光组结果相近均略高于对照组，15mW组则明显高于对照组(P<0.05)有21.05%达，第8周时15mW激光组明显高于对照组(P<0.05)有近半数达+++，而5 mW、10mW激光组略高于对照组(P>0.05)，无统计学意义(见表2)。
表2 术后不同时间展趾功能 组 别
例数
4W(%)
6W(%)
8W(%)
-
+
++
, 百拇医药
+++
-
+
++
+++
-
+
++
+++
对照组
21
80.95
19.05
, 百拇医药 33.33
47.62
19.05
19.05
33.33
28.57
19.05
5mW
20
80.00
20.00
25.00
55.00
, 百拇医药
20.00
15.00
25.00
40.00
25.00
10mW
21
76.19
23.81
14.28
52.38
19.05
14.29
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4.76
28.57
38.10
28.57
15mW
19
73.68
21.05
5.27
10.53
26.31
42.11
21.05*
, http://www.100md.com
10.53
36.84
52.63*
*与对照组比较P<0.053 讨论
半导体激光大多属于近红外激光，其体积小、输出稳定、功率范围大、激光可经光纤传导。可应用大功率激光进行接触切割或汽化组织，亦可应用低功率激光进行治疗。半导体激光穿透能力比波长632.8nm的He-Ne激光强，可用作光针进行穴位治疗〔7〕，对损伤神经有促进再生作用〔8〕，但报道较少。本实验结果表明，低功率半导体激光有加速损伤神经愈合，促进肢体功能恢复的作用。不同剂量的半导体激光作用结果不同，光纤末端输出功率15mW时作用较明显，从切片上可观察到其清除坏死轴索及髓鞘的速度高于其它组，且再生神经纤维量大于其它组，大鼠的肢体功能恢复亦较快，明显早于对照组。而应用输出功率5mW和10mW的半导体激光大鼠肢体功能恢复略高于对照组，但无明显统计学意义，可能和样本较少有关。半导体激光和其它物理因子作用于人体一样，疗程结束后仍有持续的治疗作用。本实验在激光照射阶段各组无差异，治疗后第四周表现出明显差异也说明了这一点。另外，从结果中观察到大鼠肢体功能恢复时间略早于神经纤维的恢复原因尚不清楚。
, 百拇医药
激光促进神经修复的机理至今仍不十分清楚，多数学者认为激光是一种高强度相干光，低功率激光作用于人体主要是其光化学作用，其次光压、电磁效应亦发挥一定的作用，继而产生生物学效应。本实验剂量选择范围有限，仅选择了5mW、10mw、15mW作为实验剂量，其中15mW组作用较好，建议治疗神经损伤使用15mw的半导体激光。更高功率是否有更佳效果尚不能肯定，其进一步的作用机理及对一些神经肽类的影响正在进一步研究。
*本课题受国家自然科学基金资助(编号：396770698)
参考文献
1 Wyman A, Duffy S, Sweetland HM, et al. Preliminary evaluation of a new high power diode laser .Lasers Surg Med, 1992，12:506～509.
, 百拇医药
2 Taylor DL, Schafer SA, Nordquist R, et al. Comparison of a high power diode laser with the Nd-YAG laser using in situ wound strength analysis of healing cutaneous incisions. Lasers Surg Med , 1997，21(3):248～254.
3 Suh DD, Schwartz IP, Canning DA, et al. Comparison of dermal and epithelial approaches to laser tissue soldering for skin flap closure. Lasers Surg Med, 1998，22(5):268-274.
4 Gelli R, Pini R, Tomcelli F. et al. Vessel-wall recovery after diode laser-assisted microvascular anastomosis : clinical and histological analysis on long-term follow-up. J.Reconstr Microsurg，1997，13(3): 199～205.
, 百拇医药
5 Longo L, Evangelista S, tinacci G, et al. Effect of diodes-laser arsenide-aluminium (Ga-Al-As)904nm on healing of experimental wounds. Lasers Surh Med，1997，7:444～447.
6 Saito S, Schimizu N. Stimulatory effects of low-power laser irradiation on bone regeneration in midplatal suture during expansion in the rat. Am J. Orthod Dentofacial Orthop，1997，111(5):525～532.
7 黄卓正，李俊亨主编. 现代激光医学. 第1版.南宁市：广西科学技术出版社. 1996.129.
8 Lauto A, Dawes JM, Piper JA. et al. Laser nerve repair by solid protein band technique 2: assessment of long-term nerve regeneration. Microsurgery，1998，18(1):60～64.
收稿日期：1999-01-25, 百拇医药
单位：王冰水 易南 李玲 王晓莉 王虹 西安市第四军医大学西京医院理疗康复科，710032；王建波 西安市第四军医大学西京医院病理科，710032
关键词：半导体激光；大鼠；坐骨神经
中国康复医学杂志990606 摘要 目的：研究不同输出功率的半导体激光对大鼠神经功能恢复的影响。方法：采用半导体激光照射SD大鼠损伤的坐骨神经，观察5mW、10mW、15mW 不同剂量的半导体激光照射对神经功能恢复的影响及病理变化。结果：半导体激光照射促进损伤神经轴突及髓鞘的再生过程，15mW的半导体激光照射对神经功能的恢复作用较明显。结论：15mW的半导体激光可用于大鼠神经损伤的治疗。
An experimental study on effects of neural functional recovery of rats irradiated by low intensity diode laser
, http://www.100md.com
WANG Bingshui, YI Nan, LI Ling, et al
Chinese Journal of Rehabilitation Medicine,1999,14(6):257～259
Abstract Objective: The effect on neural functional recovery of rat irradiated by diode laser with different power output were studied. Method: In order to observe the neural functional recovery and pathological changes of rat, diode laser with power output of 5mW,10mW,and 15mW were used . Result: The irradiation on injured sciatic nerve by diode laser could promote the regeneration of axon and sheath. Irradiation with power output of 15mW of diode laser on injured nerve had a better functional recovery compared to control group. Conclusion:Diode laser with power output of 15mW can be used in treating injured nerve of rat.
, 百拇医药
Author′s address Xijing Hospital, Fourth Military Medical University , Xi′an,710032
Key words Diode laser; Rat; Sciatic nerve
半导体激光是医学领域里发展较快的一种激光。大功率的半导体激光用于组织焊接已有较多的报道〔1～3〕，低功率的半导体激光可促进小血管生长〔4〕、伤口愈合〔5〕及骨的再生〔6〕，而对于激光功率大小的应用尚无定论。本实验应用不同输出功率的半导体激光治疗损伤的大鼠坐骨神经，观察其对神经功能恢复的影响，为进一步临床应用提供实验依据。
1 材料和方法
1.1 动物模型的制作及分组
, http://www.100md.com
雄性SD大鼠129只，体重250～300g，1%巴比妥钠(30mg/kg)腹腔注射麻醉，常规消毒，取右侧股后外侧暴露坐骨神经，于神经分叉上0.7cm处用眼科剪剪断，并修剪神经断端的蕈状头，原位吻合，缝合神经外膜4～6针，吻合后创口内放入庆大霉素2万单位，关闭切口。将实验动物分为4组处理，A组：对照组，大鼠33只；B组：5 mW激光照射组，大鼠32只；C组：10 mW激光照射组，大鼠33只；D组：15 mW激光照射组，大鼠31只。
1.2 光源及照射方法
砷化镓半导体激光波长810nm，功率0～300mW连续可调，每次使用前激光功率计测激光的功率输出。照射时光斑直径0.6cm2，对准神经吻合处每次照射10min，A、B、C、D组大鼠照射激光能量密度分别为0 J/cm2、10.62 J/cm2、21.23 J/cm2和31.85 J/cm2。
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1.3 观察指标
1.3.1 组织学检查：各组于术后2、4、6、8周分别处死3只大鼠，观察坐骨神经愈合情况，并取材常规病理切片作Bieschowsky法神经纤维染色及Weil铁矾苏木素染色法髓鞘染色，观察不同时间神经纤维及髓鞘的变化。
1.3.2 展趾功能的恢复情况：从第2周开始，每周记录大鼠行走时的展趾情况，将大鼠两后爪蘸上颜料，使其行走于记录纸上，测量第一、第五趾尖间距离。以正常者为A，术后当日为B，两者之差为C，而后将C三等份后加B划分成展趾功能的四个等级，结果进行Radit统计分析。
- 无展趾，两趾尖间距为B;
+ 轻微展趾，两趾尖间距为B+(0～1/3)C(不包括0);
++ 中度展趾，两趾尖间距为B+(1/3～2/3)C(不包括1/3);
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+++ 接近正常或正常展趾，两趾之尖间距为B+(2/3～1)C。
1.3.3 肌力结果评定：从第2周开始，每周记录大鼠行走时的肌力恢复情况，依据主动运动、行走足趾后蹬、踝关节运动及爪趾伸直情况分为4级，结果进行Radit统计分析。
0级：刺激后肢无反应，无主动运动，行走时爪趾屈曲；
1级：行走时轻微或轻度的足趾后蹬及踝关节运动，爪趾伸直；
2级：行走时有较明显的展趾及踝关节主动后蹬动作；
3级：行走时基本正常或正常。
2 结果
2.1 组织学检查
, 百拇医药
术后按2、4、6、8周处死的48只大鼠，显露坐骨神经发现吻合口连接较好，无断裂现象。2周时外膜连接、两端神经均肿胀变粗。4周时绝大部分神经与周围粘连严重，吻合处神经外膜环状纹不清晰或消失，断端增粗，颜色呈白色略黄，与周围结缔组织肌肉生长于一起。6周时神经外膜外观、颜色接近正常，只有15mW组粘连稍轻，与周围组织易分离，断端增粗不明显，8周时与正常神经难以辨认。6、8周时其余组大部分颜色正常，吻合处略成梭形膨大。镜下术后1天即见轴突肿胀弯曲，粗细不等，髓鞘染色示髓鞘淡染、肿胀、空泡样变。术后2周各组神经变性达高峰，15mW组远段神经轴突及髓鞘均已崩解，仅可见神经纤维基膜管的网状构架，其它组别仍可见部分髓鞘及轴突残骸，说明15mW清除坏死的轴突和髓鞘较快。4周时可见纤细的神经纤维，6周时均可见较细小的神经纤维及髓鞘，15mW组较其它组稍浓密，8周时各组再生轴突及髓鞘均渐成熟。
2.2 肌力恢复情况
术后第3周个别大鼠开始出现肌力恢复，第4周时激光照射组约有1/3的动物肌力达1级，各组之间无明显差异。第6周各激光照射组有约1/6的动物达3级肌力，1/3的动物达2级肌力，相比较而言15mW组肌力恢复更明显。第8周时15mW组的3级肌力已超半数，其伸爪、踝关节运动及蹬地等动作基本正常。统计处理8周时15mW组与对照组比较差异明显(P<0.05)，而5mW及10mW组与对照组无明显差异(见表1)。
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表1 术后不同时间大鼠肌力恢复 组 别
例数
4W(%)
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0
1
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0
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0
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2
3
对照组
21
71.43
28.57
23.81
47.62
23.81
4.76
4.76
, 百拇医药
52.38
23.81
19.05
5mW
20
70.00
30.00
20.00
50.00
20.00
10.00
10.00
25.00
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40.00
25.00
10mW
21
71.43
28.57
14.28
52.38
19.05
14.29
4.76
33.33
42.86
, 百拇医药
19.05
15mW
19
63.16
36.84
10.53
21.05
42.11
26.31
10.53
42.11
47.36*
*与对照组比较P<0.052.3 展趾功能
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趾展功能最早出现于第3周15mW激光组，术后第4周各组之间展趾功能恢复例数接近，第6周5mW和10mW激光组结果相近均略高于对照组，15mW组则明显高于对照组(P<0.05)有21.05%达，第8周时15mW激光组明显高于对照组(P<0.05)有近半数达+++，而5 mW、10mW激光组略高于对照组(P>0.05)，无统计学意义(见表2)。
表2 术后不同时间展趾功能 组 别
例数
4W(%)
6W(%)
8W(%)
-
+
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, 百拇医药
+++
-
+
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-
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++
+++
对照组
21
80.95
19.05
, 百拇医药 33.33
47.62
19.05
19.05
33.33
28.57
19.05
5mW
20
80.00
20.00
25.00
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25.00
40.00
25.00
10mW
21
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23.81
14.28
52.38
19.05
14.29
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4.76
28.57
38.10
28.57
15mW
19
73.68
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5.27
10.53
26.31
42.11
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, http://www.100md.com
10.53
36.84
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*与对照组比较P<0.053 讨论
半导体激光大多属于近红外激光，其体积小、输出稳定、功率范围大、激光可经光纤传导。可应用大功率激光进行接触切割或汽化组织，亦可应用低功率激光进行治疗。半导体激光穿透能力比波长632.8nm的He-Ne激光强，可用作光针进行穴位治疗〔7〕，对损伤神经有促进再生作用〔8〕，但报道较少。本实验结果表明，低功率半导体激光有加速损伤神经愈合，促进肢体功能恢复的作用。不同剂量的半导体激光作用结果不同，光纤末端输出功率15mW时作用较明显，从切片上可观察到其清除坏死轴索及髓鞘的速度高于其它组，且再生神经纤维量大于其它组，大鼠的肢体功能恢复亦较快，明显早于对照组。而应用输出功率5mW和10mW的半导体激光大鼠肢体功能恢复略高于对照组，但无明显统计学意义，可能和样本较少有关。半导体激光和其它物理因子作用于人体一样，疗程结束后仍有持续的治疗作用。本实验在激光照射阶段各组无差异，治疗后第四周表现出明显差异也说明了这一点。另外，从结果中观察到大鼠肢体功能恢复时间略早于神经纤维的恢复原因尚不清楚。
, 百拇医药
激光促进神经修复的机理至今仍不十分清楚，多数学者认为激光是一种高强度相干光，低功率激光作用于人体主要是其光化学作用，其次光压、电磁效应亦发挥一定的作用，继而产生生物学效应。本实验剂量选择范围有限，仅选择了5mW、10mw、15mW作为实验剂量，其中15mW组作用较好，建议治疗神经损伤使用15mw的半导体激光。更高功率是否有更佳效果尚不能肯定，其进一步的作用机理及对一些神经肽类的影响正在进一步研究。
*本课题受国家自然科学基金资助(编号：396770698)
参考文献
1 Wyman A, Duffy S, Sweetland HM, et al. Preliminary evaluation of a new high power diode laser .Lasers Surg Med, 1992，12:506～509.
, 百拇医药
2 Taylor DL, Schafer SA, Nordquist R, et al. Comparison of a high power diode laser with the Nd-YAG laser using in situ wound strength analysis of healing cutaneous incisions. Lasers Surg Med , 1997，21(3):248～254.
3 Suh DD, Schwartz IP, Canning DA, et al. Comparison of dermal and epithelial approaches to laser tissue soldering for skin flap closure. Lasers Surg Med, 1998，22(5):268-274.
4 Gelli R, Pini R, Tomcelli F. et al. Vessel-wall recovery after diode laser-assisted microvascular anastomosis : clinical and histological analysis on long-term follow-up. J.Reconstr Microsurg，1997，13(3): 199～205.
, 百拇医药
5 Longo L, Evangelista S, tinacci G, et al. Effect of diodes-laser arsenide-aluminium (Ga-Al-As)904nm on healing of experimental wounds. Lasers Surh Med，1997，7:444～447.
6 Saito S, Schimizu N. Stimulatory effects of low-power laser irradiation on bone regeneration in midplatal suture during expansion in the rat. Am J. Orthod Dentofacial Orthop，1997，111(5):525～532.
7 黄卓正，李俊亨主编. 现代激光医学. 第1版.南宁市：广西科学技术出版社. 1996.129.
8 Lauto A, Dawes JM, Piper JA. et al. Laser nerve repair by solid protein band technique 2: assessment of long-term nerve regeneration. Microsurgery，1998，18(1):60～64.
收稿日期：1999-01-25, 百拇医药