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机器学习法筛选膝骨关节炎凋亡生物标志物及免疫浸润分析

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中国骨质疏松杂志 2025年第1期 21-26+77页

作者：赵连兴杜欣瑞马超刘凯孟令婷王杏如左媛王建忠内蒙古医科大学第二附属医院内蒙古医科大学

目的利用机器学习算法筛选膝骨关节炎中差异性凋亡相关基因(differential apoptosis-related genes, DARGs),以进一步鉴定相关生物标志物，阐释凋亡在膝骨关节炎发病机制中的作用。方法首先，通过GEO数据库下载并整合数据集GSE55235和... 详细信息

目的利用机器学习算法筛选膝骨关节炎中差异性凋亡相关基因(differential apoptosis-related genes, DARGs),以进一步鉴定相关生物标志物，阐释凋亡在膝骨关节炎发病机制中的作用。方法首先，通过GEO数据库下载并整合数据集GSE55235和GSE169077的基因表达矩阵，利用R包对整合的基因表达矩阵分别进行差异分析和WGCNA分析。而后将两种分析结果与genecards数据库中获取的凋亡相关基因取交集得到DARGs,对其进行GO、KEGG和GSEA富集分析。最后，通过cytoscape中的MCODE插件筛选DARGs蛋白质间相互作用关系最紧密的模块，运用lasso算法筛选出其中hub基因生物标志物，并在骨关节炎数据集GSE178557中绘制ROC曲线进行验证，对验证效果较好的hub基因生物标志物进行Gene-miRNA-转录因子-药物调控网络构建以及免疫浸润分析。结果经筛选共得到189个DARGs,经验证集验证最终得到7个可靠的hub基因生物标志物，并预测了这些基因的miRNA的调控网络和转录因子调控网络，并获得了对hub基因生物标志物有潜在作用的药物和免疫细胞浸润分析结果。结论凋亡在膝骨关节炎发病机制中具有重要作用，7个hub基因生物标志物包括TYROBP、COL14A1、CD74、LAMA4、COL5A1、MMP13、IGFBP5可以为诊断以及深入了解膝骨关节炎机制提供有价值的线索。

关键词：膝骨关节炎凋亡相关基因机器学习免疫浸润 WGCNA lasso算法

有限元分析技术在膝关节生物力学应用中的特点与优势

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中国组织工程研究 2025年第15期29卷 3253-3261页

作者：郭欢萱康志杰白小龙田晓燕金凤内蒙古医科大学附属医院影像诊断科内蒙古自治区呼和浩特市010010 内蒙古医科大学研究生院内蒙古自治区呼和浩特市010010

背景:有限元分析是一种先进的计算机工程技术,利用数学近似的方法对真实人体进行模拟,可以真实反映膝关节结构内部的生物力学特征,为理解膝关节疾病发病机制、优化手术方案以及开发新型植入材料提供了有效的工具。目的:对膝关节有限元... 详细信息

背景:有限元分析是一种先进的计算机工程技术,利用数学近似的方法对真实人体进行模拟,可以真实反映膝关节结构内部的生物力学特征,为理解膝关节疾病发病机制、优化手术方案以及开发新型植入材料提供了有效的工具。目的:对膝关节有限元模型的建立及其在膝关节疾病研究中的应用进行综述,并展望了未来的发展趋势。方法:第一作者于2024年4月以“Finite Element Analysis,FEA,knee joint,Finite Element Model,Knee Biomechanics,Knee Osteoarthritis,Knee Prosthesis,Knee Ligaments,Meniscus”为英文检索词在PubMed和EI数据库进行检索,以“有限元分析,有限元模型,膝关节,生物力学,骨关节炎,计算模型,膝关节假体,膝关节韧带,半月板”为中文检索词在中国知网和万方数据库进行检索,最终纳入75篇文献进行分析。结果与结论:①有限元分析法利用医学影像数据获得三维人体模型,将复杂的人体关节结构简化为有限且相互连接的单元,通过对模型施加外部载荷,直观地显示膝关节内部的应力分布。②研究者通过有限元分析深入研究膝关节在不同工况下的内部应力和应变分布,可发现膝关节内部载荷分配平衡改变时,关节软骨的过度载荷及部分区域的负荷下降,这种长期异常应力会引起软骨变形和磨损,最终缺失,对于理解生物力学因素如何引起膝关节退行性变至关重要。③有研究通过有限元分析评估膝骨关节炎患者采用太极拳、步态调整等物理治疗方法的效果,结果显示这些治疗方法减少了软骨的过度负荷,为临床治疗提供了科学理论依据。④临床医生通过有限元分析在手术前进行三维重建、数据测量和模拟手术,能够优化手术治疗策略;此外,还可以通过模拟不同假体的力学特征,改进假体的形状、材料和固定方式,减少患者的并发症,提高患者的治疗效果。⑤人工智能与有限元分析相结合使得有限元模型的构建更为精确和易于操作,极大提高了临床医生医疗实践的效率和患者的治疗效果。⑥有限元分析仅是数字化的模拟,与真实物理状态仍存在一定差异。

关键词：膝关节关节软骨半月板生物力学有限元分析有限元模型膝骨关节炎关节置换人工智能综述

小肠黏膜下层脱细胞基质复合外泌体构建组织工程尿道

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中国组织工程研究 2025年第23期29卷 4907-4914页

作者：王丹朱小军李志成李娜内蒙古医科大学附属医院泌尿外科内蒙古自治区呼和浩特市010050

背景:小肠黏膜下层脱细胞基质已被临床与基础研究证实可用于尿道的修复重建,但其单独应用时存在宿主细胞生长缓慢、支架血管化不足而成活困难、重建尿道狭窄梗阻等问题,仅适用于较短的尿道狭窄。目的:探讨应用小肠黏膜下层脱细胞基质复... 详细信息

背景:小肠黏膜下层脱细胞基质已被临床与基础研究证实可用于尿道的修复重建,但其单独应用时存在宿主细胞生长缓慢、支架血管化不足而成活困难、重建尿道狭窄梗阻等问题,仅适用于较短的尿道狭窄。目的:探讨应用小肠黏膜下层脱细胞基质复合外泌体构建组织工程尿道的可行性。方法:从新西兰大白兔骨髓间充质干细胞中分离提取外泌体;制备猪小肠黏膜下层脱细胞基质,将外泌体负载于小肠黏膜下层脱细胞基质上。将小肠黏膜下层脱细胞基质-外泌体(PKH26染料标记)复合物与脐静脉内皮细胞共培养12 h,观察细胞摄取外泌体情况。选取生长状态良好的脐静脉内皮细胞,分3组培养:空白组常规培养,对照组加入小肠黏膜下层脱细胞基质,实验组加入小肠黏膜下层脱细胞基质-外泌体复合物,通过划痕实验、成管实验、血管生成因子分泌检测评估血管生成情况。取30只新西兰大白兔,建立长段(3 cm)尿道缺损模型,采用随机数字表法分3组干预(n=10):单独材料组植入小肠黏膜下层脱细胞基质,对照组植入小肠黏膜下层脱细胞基质-骨髓间充质干细胞复合物,实验组植入小肠黏膜下层脱细胞基质-外泌体复合物,植入后12周进行尿道造影、尿动力学检查及重建尿道切片病理观察。结果与结论:(1)荧光显微镜下可见小肠黏膜下层脱细胞基质中的外泌体可被脐静脉内皮细胞摄取。(2)与空白组、对照组相比,实验组材料可促进脐静脉内皮细胞的迁移、成血管能力以及成血管因子血管内皮生长因子、肝细胞生长因子、白细胞介素8的分泌(P <0.05)。(3)尿道造影结果显示,单独材料组10只兔均出现尿道狭窄,对照组10只兔中2只出现尿道狭窄,实验组10只兔均未出现尿道狭窄。尿动力检查结果显示,单独材料组兔材料植入后12周的最大尿道压高于术前(P <0.05),对照组、实验组兔植入后12周的最大尿道压均低于空白组(P <0.05)。苏木精-伊红、Masson与免疫组化染色显示,单独材料组可见明显的再生上皮层、少量的皮下平滑肌与血管,以纤维组织增生为主,伴有明显炎性细胞浸润;对照组可见较完整的再生上皮与少量胶原,可见大量的皮下血管与平滑肌,伴有炎性细胞浸润;实验组可见完整的再生上皮层与大量的皮下血管、平滑肌,未见明显炎性细胞浸润,实验组AE1/AE3、ɑ-平滑肌肌动蛋白、CD31阳性表达均高于单独材料组、对照组(P <0.05)。(4)结果表明,小肠黏膜下层脱细胞基质-外泌体组织工程尿道可通过促进血管生成来修复尿道缺损。

关键词：尿道损伤尿道狭窄小肠黏膜下层脱细胞基质细胞外基质外泌体组织工程尿道

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骨关节炎过程中葡萄糖代谢基因的筛选与验证

中国组织工程研究 2025年第20期29卷 4181-4189页

作者：柳可心马超刘凯郝茂辰王杏如孟令婷冬梅王建忠内蒙古医科大学内蒙古自治区呼和浩特市010030 内蒙古医科大学第二附属医院创伤外科中心C区内蒙古自治区呼和浩特市010030 内蒙古医科大学第二附属医院骨质疏松科内蒙古自治区呼和浩特市010030

背景:葡萄糖代谢过程在维持机体正常生理功能中扮演着至关重要的角色,当葡萄糖代谢出现紊乱时,可能会导致一系列的健康问题。目前,骨关节炎中葡萄糖代谢相关分子机制和潜在基因靶点有待进一步研究。目的:通过生物信息学方法分析骨关节... 详细信息

背景:葡萄糖代谢过程在维持机体正常生理功能中扮演着至关重要的角色,当葡萄糖代谢出现紊乱时,可能会导致一系列的健康问题。目前,骨关节炎中葡萄糖代谢相关分子机制和潜在基因靶点有待进一步研究。目的:通过生物信息学方法分析骨关节炎中葡萄糖代谢相关基因,并利用体外细胞实验加以验证,以期为葡萄糖代谢角度防治骨关节炎提供新的思路。方法:使用GEO数据库和GeneCards数据库筛选出骨关节炎差异表达基因和葡萄糖代谢相关基因,两者取交集,得到骨关节炎和葡萄糖代谢共同相关的基因集合,采用GO和KEGG富集分析筛选这些基因的功能和通路。为了进一步研究这些基因之间的相互作用,构建蛋白-蛋白互作网络,并利用Cytoscape软件的计算方法来识别骨关节炎葡萄糖代谢的关键基因(Hub基因)。此外,采用CIBERSORT算法对GSE98918数据集免疫细胞浸润分析。最后通过体外细胞实验验证Hub基因的表达情况。结果与结论:①共获得134个骨关节炎葡萄糖代谢相关基因。②GO富集分析表明其主要参与对有毒物质的反应、炎症反应的正调节、对脂多糖的反应等过程。③KEGG富集分析表明其与PI3K-Akt信号通路、白细胞介素17信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路密切相关。④免疫浸润分析得到的主要免疫浸润细胞为巨噬细胞、单核细胞、静息状态下的NK细胞、调节性T细胞、CD8+T细胞。⑤体外细胞实验结果显示:相比于对照组,实验组中Hub基因SERPINF1、TAC1、GLUL、APOE、TMEM176A表达具有显著差异,HLA-DRA的mRNA表达没有统计学意义。结果显示:SERPINF1、TAC1、GLUL、APOE、TMEM176A可作为骨关节炎葡萄糖代谢的关键基因,有望成为防治骨关节炎的新靶点。

关键词：骨关节炎葡萄糖代谢生物信息学差异表达基因 PPI网络免疫浸润富集分析工程化组织构建

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置入微创椎间融合器高度对青少年腰椎间盘突出症患者腰椎生物力学的影响

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中国组织工程研究 2025年第21期29卷 4421-4429页

作者：张若帆关欢欢何卓群张云凤金凤王志强王建忠李筱贺祝勇王海燕张凯内蒙古医科大学研究生院内蒙古自治区呼和浩特市010110 内蒙古医科大学第二附属医院影像科内蒙古自治区呼和浩特市010010 内蒙古医科大学附属医院影像科内蒙古自治区呼和浩特市010010 内蒙古医科大学基础医学院人体解剖学教研室内蒙古自治区呼和浩特市010110 北京大学肿瘤医院内蒙古医院(内蒙古医科大学附属肿瘤医院) 内蒙古自治区呼和浩特市010010 乌兰察布市第二医院骨科内蒙古自治区乌兰察布市012000

背景:青少年腰椎间盘突出症是引起青少年腰疼的主要病因,目前绝大多数患者通过保守治疗干预,而当长期的非手术治疗尝试后,患者的症状没有得到充分缓解或者当患者出现神经麻痹或马尾神经受压的症状时,手术可能是防止进一步损伤的必要手段... 详细信息

背景:青少年腰椎间盘突出症是引起青少年腰疼的主要病因,目前绝大多数患者通过保守治疗干预,而当长期的非手术治疗尝试后,患者的症状没有得到充分缓解或者当患者出现神经麻痹或马尾神经受压的症状时,手术可能是防止进一步损伤的必要手段,而选择合适的椎间融合器至关重要。目的:探究青少年腰椎间盘突出症患者置入不同高度微创椎间融合器固定后对腰椎生物力学的影响。方法:采集一名17岁男性青少年腰椎间盘突出症患者(L4-5节段突出)的CT扫描资料,MIMICS三维重建后,选择用与实验对象椎间隙等高和高于椎间隙3 mm椎间融合器进行分析,设计重建两种可膨胀混合材料椎间融合器:融合器L前高11 mm、后高9 mm、宽9 mm、长28 mm;融合器H前高14 mm、后高11 mm、宽11 mm、长28 mm,并对腰椎融合器进行建模。将融合器与腰椎模型经过优化处理,逆向建模后导入ABAQUS并最终得到腰椎融合三维模型。模拟人体腰椎后伸、前屈、右侧弯、左侧弯等生理活动,得到相应应力云图,观察L4-5椎体在7种不同工况下的生物力学特征。结果与结论;(1)两种融合器终板最大应力均在前屈和后伸工况,前屈工况H融合器上、下终板应力值为(18.27±3.80)MPa和(15.02±3.24)MPa;L融合器上、下终板应力值为(9.16±0.05)MPa和(9.17±1.83)MPa;后伸工况H融合器上、下终板应力值为(19.11±4.03)MPa和(16.32±3.72)MPa;L融合器上、下终板应力值为(9.13±0.01)MPa和(4.92±1.01)MPa;(2)除中立位L5上终板,其余不同工况下H型融合器终板应力值均大于L型融合器终板,差异有显著性意义(P<0.05);(3)同一椎间隙中选择高度超过椎间隙高度3 mm的椎间融合器更稳定。

关键词：青少年腰椎间盘突出症椎间融合器内固定融合器高度有限元分析生物力学

有限元分析牙髓根尖周病根管治疗中的牙体力学性能

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中国组织工程研究 2025年第20期29卷 4295-4304页

作者：杨文静格根塔娜内蒙古医科大学附属医院内蒙古自治区呼和浩特市010050 内蒙古医科大学口腔医学院内蒙古自治区呼和浩特市010059

背景:根管治疗后牙髓根尖周病变患牙往往因失去较多健康牙体组织等原因导致抗折强度降低,如何增强牙齿抗折强度一直是临床医生密切关注的问题。有限元分析能直观地展示不同状态下患牙各个部分的受力情况,对牙体结构和材料力学性能等进... 详细信息

背景:根管治疗后牙髓根尖周病变患牙往往因失去较多健康牙体组织等原因导致抗折强度降低,如何增强牙齿抗折强度一直是临床医生密切关注的问题。有限元分析能直观地展示不同状态下患牙各个部分的受力情况,对牙体结构和材料力学性能等进行综合分析。目的:综述有限元分析在牙髓根尖周病根管治疗中的应用进展,并对未来的发展趋势进行展望。方法:在PubMed、Web of Science数据库和中国知网、万方数据库、维普数据库、中国生物医学文献服务系统中检索使用有限元法分析牙髓根尖周病根管治疗的相关文献,英文检索词为“FEA,finite element analysis,stress analysis,root canal treatment,pulp opening,root canal preparation,root canal filling,restoration”,中文检索词为“有限元分析,应力分析,牙髓根尖周病,根管治疗,开髓,根管预备,根管充填,修复”,最终纳入103篇文献进行综述。结果与结论:有限元分析可以通过构建牙体及周围组织的有限元模型分析牙齿在咀嚼、咬合等过程中的应力分布和变形情况。借助有限元分析,临床研究者能够对牙髓根尖周病根管治疗中不同开髓洞型、根管预备方式、根管充填材料及修复方案等对牙体力学性能的影响进行分析,从而选择出最佳的治疗方案,提高治疗效果和患者预后。有限元分析有助于医生在临床治疗中减少牙体组织的损失,提高治疗效果和患者预后。有限元模型是对实际情况的简化,需结合临床试验进行综合分析。

关键词：有限元分析应力分析牙髓根尖周病根管治疗开髓根管预备根管充填修复工程化口腔材料

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肺癌与肺结核在疾病发生与发展中相互影响的研究进展

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中国防痨杂志 2025年第1期47卷 102-111页

作者：刘瑞花萨日娜王芙蓉内蒙古自治区第四医院(内蒙古自治区胸科医院、内蒙古自治区公共卫生突发事件医疗救治中心)科研部呼和浩特010000 内蒙古自治区第四医院(内蒙古自治区胸科医院、内蒙古自治区公共卫生突发事件医疗救治中心)感染科呼和浩特010000

肺癌是我国癌症死亡的主要原因,同时,我国作为结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,MTB)感染的高发国家,拥有大量肺结核合并肺癌的患者群体。MTB感染重塑了宿主免疫系统,为肺癌的发生与发展提供了有利的微环境。目前,针对肺结核或... 详细信息

肺癌是我国癌症死亡的主要原因,同时,我国作为结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,MTB)感染的高发国家,拥有大量肺结核合并肺癌的患者群体。MTB感染重塑了宿主免疫系统,为肺癌的发生与发展提供了有利的微环境。目前,针对肺结核或肺癌的单一疗法,在肺结核合并肺癌的患者中效果有限,甚至可能相互干扰。笔者分析了MTB感染促进肺癌发生与发展的具体机制、肺癌与肺结核单独存在时的临床表现、肺结核合并肺癌患者的诊断过程,并进一步探讨了针对此类患者的综合治疗策略。

关键词：分枝杆菌,结核癌,非小细胞肺免疫综述

儿童颈椎神经弓中心软骨联合形态发育的数字解剖学特征

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中国组织工程研究 2025年第15期29卷 3138-3146页

作者：伊钰营孙瑞芬尹兆正李磊张凤珍李梓瑜李琨任小燕王星张少杰内蒙古医科大学研究生院内蒙古自治区呼和浩特市010110 内蒙古医科大学第二附属医院影像中心内蒙古自治区呼和浩特市010000 内蒙古医科大学基础医学院人体解剖教研室内蒙古自治区呼和浩特市010110 内蒙古医科大学数字医学中心内蒙古自治区呼和浩特市010110 内蒙古医科大学附属医院内分泌科内蒙古自治区呼和浩特市010050

背景:随着国内外学者对儿童颈椎相关疾病重视程度的提升,探知不同年龄儿童颈椎形态发育解剖学指标及变化规律的需求不断提高。目的:通过测量1-6岁儿童C_(2)-C_(7)神经弓中心软骨联合解剖学位置指标,探讨及分析儿童不同年龄和椎序间形态... 详细信息

背景:随着国内外学者对儿童颈椎相关疾病重视程度的提升,探知不同年龄儿童颈椎形态发育解剖学指标及变化规律的需求不断提高。目的:通过测量1-6岁儿童C_(2)-C_(7)神经弓中心软骨联合解剖学位置指标,探讨及分析儿童不同年龄和椎序间形态发育的变化规律。方法:回顾性收集了省级三甲医院1-6岁儿童正常颈椎CT影像资料160例,按照1周岁为一个年龄组分6组,将连续扫描的颈椎断层影像原始数据导入Mimics 16.0软件中,在二维图像窗口下,选择Measurements测量工具分别在冠状面及横断面上对颈椎C_(2)-C_(7)节段神经弓中心软骨联合的解剖学位置指标进行测量和分析。结果与结论:①C_(2)-C_(7)神经弓中心软骨联合两侧间距离、神经弓中心软骨联合左右侧与横突的距离均随着年龄增长逐渐增大,各颈椎节段椎骨整体发育较神经弓中心软骨联合骨化速度快;②C_(2)-C_(7)神经弓中心软骨联合两侧横断面夹角随年龄增长逐渐增大、神经弓中心软骨联合左右侧与椎体前后缘的夹角均逐渐减小,颈椎节段神经弓中心软骨联合两侧趋于向椎弓部位生长,主要促进椎弓的生长发育;③除C_(7)以外,其他椎段随着颈椎下行神经弓中心软骨联合两侧冠状面夹角变化较小,颈椎的神经弓中心软骨联合更偏向于纵向生长与骨化;④C_(7)的神经弓中心软骨联合位置变化与其余颈椎节段有明显差异;⑤儿童C_(2)-C_(7)神经弓中心软骨联合位置解剖学指标在不同年龄段和不同椎体之间有明显发育规律,且这些规律有助于儿童颈椎疾病的临床诊断与治疗。

关键词：儿童颈椎颈椎疾病神经弓中心软骨联合形态发育

普伐他汀对大鼠坐骨神经压碎损伤功能恢复的影响

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中国组织工程研究 2025年第5期29卷 942-950页

作者：刘赞安冉李宝成内蒙古科技大学包头医学院内蒙古自治区包头市014000 内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院手足踝外科内蒙古自治区包头市014010

背景:普伐他汀是临床上治疗高胆固醇血症的有效药物,目前发现其在中枢神经损伤的治疗上也能发挥有益作用,然而其机制仍未可知。目的:探究普伐他汀治疗能否加速坐骨神经压碎损伤的功能恢复及其潜在作用机制。方法:将雄性SD大鼠随机分为... 详细信息

背景:普伐他汀是临床上治疗高胆固醇血症的有效药物,目前发现其在中枢神经损伤的治疗上也能发挥有益作用,然而其机制仍未可知。目的:探究普伐他汀治疗能否加速坐骨神经压碎损伤的功能恢复及其潜在作用机制。方法:将雄性SD大鼠随机分为假手术组(坐骨神经暴露但不损伤+生理盐水灌胃)、阴性对照组(坐骨神经压碎损伤+生理盐水灌胃)、普伐他汀组(坐骨神经压碎损伤+普伐他汀灌胃)。普伐他汀组大鼠术后普伐他汀(5 mg/kg)灌胃治疗1周,其余两组大鼠给予等量生理盐水灌胃。术后观察各组大鼠一般情况;术后第2,4,6,8周末测量各组大鼠的坐骨功能指数;术后8周末测量腓肠肌湿质量比;ELISA法检测血清中炎症细胞因子的水平;组织形态计量学分析坐骨神经有髓神经纤维数目、纤维直径、轴突直径、髓鞘厚度;RT-qPCR检测神经生长因子、脑源性神经营养因子的mRNA表达量,Western blot法检测生长相关蛋白43的蛋白表达量。结果与结论:与阴性对照组相比,普伐他汀组坐骨神经功能指数恢复更快(P<0.05),更接近于假手术组水平,血清中炎症细胞因子肿瘤坏死因子α及白细胞介素6表达更低(P<0.05)且接近假手术组,坐骨神经中神经生长因子、脑源性神经营养因子的mRNA相对表达量增加(P<0.05或P<0.01),坐骨神经中生长相关蛋白43的蛋白相对表达量也明显增加(P<0.05),有髓神经纤维数目增加更多,纤维直径、轴突直径及髓鞘厚度数值更大(P<0.01)且与假手术组更接近。结果说明,普伐他汀的治疗加速了坐骨神经压碎损伤的功能恢复,其可能机制是抑制炎症细胞因子肿瘤坏死因子α及白细胞介素6的表达及促进神经营养因子神经生长因子、脑源性神经营养因子的分泌。

关键词：周围神经损伤普伐他汀功能恢复神经营养因子坐骨神经功能指数