超低頻復(fù)合生理頻率電刺激對肺氣腫兔膈肌結(jié)構(gòu)和功能影響的研究.pdf

1、慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種以進(jìn)行性、慢性氣流受限為特征的疾病，是呼吸系統(tǒng)常見病、多發(fā)病。迄今國內(nèi)外對本病的治療尚缺乏有效的方法。 膈肌功能減退是COPD的顯著病理特征之一，COPD患者常易發(fā)生膈肌疲勞，進(jìn)而產(chǎn)生呼吸衰減。對膈肌疲勞防治的方法主要有改善膈肌收縮性的藥物治療、機(jī)械通氣使膈肌休息、呼吸肌鍛煉、膈肌起搏等。 現(xiàn)臨床常用生理頻率(40Hz)慢性電刺激(CES)對COPD患者進(jìn)行膈肌康復(fù)治療，取得一定療效。膈

2、肌起搏的應(yīng)用緣于膈肌對電刺激的適應(yīng)性變化與骨骼肌相似的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。不同頻率的電刺激可使骨骼肌結(jié)構(gòu)、代謝及功能發(fā)生不同的變化。膈肌屬于骨膈肌，慢性電刺激后可產(chǎn)生與骨髂肌類似的適應(yīng)性改變。 近年研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者在輕、中度時(shí)其膈?、?、Ⅱ型纖維萎縮，重度者則表現(xiàn)為Ⅰ型纖維比例增加，膈肌收縮功能受損，蛋白降解增加，對Ca2+敏感性降低，橫橋周期性的運(yùn)動減慢。慢性生理頻率電刺激可以使萎縮的膈肌運(yùn)動單位重新募集，各類型纖維功能增強(qiáng)，同時(shí)保

3、持了肌纖維比例的相對正常。因此，生理頻率電刺激使COPD膈肌纖維類型的轉(zhuǎn)化不是臨床所需求的最佳肌纖維重構(gòu)，40Hz慢性電刺激不是COPD膈肌康復(fù)治療的最佳頻率。 Barron等研究表明，持續(xù)性超低頻(2.5Hz)慢性電刺激可引起骨膈?、騜型纖維向Ⅱa型纖維轉(zhuǎn)化，并伴有相應(yīng)的肌球蛋白重鏈(MHC)亞型合成的改變。表現(xiàn)為既增加了肌肉耐疲勞能力，又對其收縮功能影響較小。由此可以推測，2.5Hz慢性電刺激可以使膈肌產(chǎn)生同樣的適應(yīng)性改變。

4、單純超低頻電刺激膈神經(jīng)很難引起膈肌收縮，若使用超低頻復(fù)合生理頻率慢性電刺激治療COPD，可能達(dá)到既增強(qiáng)呼吸肌收縮強(qiáng)度，又增加呼吸肌耐力的目的，從而改善COPD患者的呼吸肌功能，提高生活質(zhì)量。 本課題通過觀察不同頻率電刺激后肺氣腫兔模型膈肌結(jié)構(gòu)、能量代謝、膈肌力學(xué)和興奮-收縮偶聯(lián)的適應(yīng)性變化特征和規(guī)律，以期闡明超低頻復(fù)合生理頻率慢性電刺激(2.5Hz+40Hz)防治膈肌疲勞的機(jī)理，為超低頻復(fù)合生理頻率體外膈肌起搏防治COPD患者膈

5、肌疲勞提供理論依據(jù)。 本課題主要包括以下內(nèi)容： (一)兔肺氣腫模型的建立及慢性電刺激動物模型的制備 1.采用木瓜蛋白酶霧化吸入法建立兔肺氣腫模型。 2.采用自行研制的變頻便攜式體外膈肌起搏器進(jìn)行慢性電刺激建立慢性電刺激動物模型。 (二)不同頻率慢性電刺激后膈肌MHC、代謝酶活性和力學(xué)特征改變的實(shí)驗(yàn)觀察1.觀察不同頻率慢性電刺激后肺氣腫兔動脈血?dú)獾淖兓?2.采用SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳法

6、測定不同頻率慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌MHC亞型的改變。 3.采用南京建成生物工程研究所提供的琥珀酸脫氫酶(SDH)測試盒、乳酸脫氫酶(LDH)測試盒測定不同頻率電刺激后肺氣腫兔膈肌代謝酶活性的改變。 4.采用Rm6240多道生理信號采集處理系統(tǒng)測定不同頻率慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌力學(xué)特征的改變。 (三)不同頻率慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌鈣釋放單位與肌漿網(wǎng)(SR)Ca2+攝取、釋放功能變化的實(shí)驗(yàn)觀察 1.采用

7、南京建成生物工程研究所提供的Ca2+-ATP酶測試盒測定不同頻率電刺激后肺氣腫兔膈肌Ca2+-ATP酶活性的改變。 2.用Fura-2熒光法觀察不同頻率慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌SRCa2+攝取—釋放動力學(xué)的變化。 3.用RT-PCR技術(shù)觀察不同頻率慢性電刺激對肺氣腫兔膈肌Ryanodine受體(RyR1-3)mRNA表達(dá)的影響。 主要結(jié)果 1.兔肺氣腫模型肺組織病理檢測顯示，光鏡下可見肺組織稀疏，肺泡間隔

8、變窄，其內(nèi)毛細(xì)血管受壓，部分肺泡間隔斷裂消失，由若干肺泡融合形成肺大泡，呈典型肺氣腫病理表現(xiàn)。 2.40Hz、10Hz、2.5Hz+40Hz慢性電刺激后肺氣腫兔PaO2、SaO2增加，PaCO2降低(P＜0.05)。2.5Hz+40Hz組較40Hz、10Hz組PaO2、SaO2增加更加顯著(P＜0.05)。 3.在MHC亞型測定實(shí)驗(yàn)中，40Hz、10Hz、2.5Hz+40Hz慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌MHC的相對含量都有所

9、增加(P＜0.01)。10Hz組MHC-Ⅰ型比例明顯增加，2.5Hz+40Hz組MHC-Ⅱa型比例明顯增加(P＜0.01)。 4.在膈肌代謝酶活性測定實(shí)驗(yàn)中，40Hz、10Hz、2.5Hz+40Hz慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌SDH活性增高(P＜0.05)，LDH活性沒有明顯變化。2.5Hz+40Hz組較40Hz、10Hz組SDH活性增高更加顯著(P＜0.05)。 5.在觀察膈肌力學(xué)特征的實(shí)驗(yàn)中，40Hz、2.5Hz+40H

10、z慢性電刺激后，肺氣腫兔膈肌顫搐收縮張力(Pt)、強(qiáng)直顫搐收縮張力(Po)明顯增加，峰值張力時(shí)間(TPT)、1/2松弛時(shí)間(1/2Rt)明顯縮短，疲勞指數(shù)(FI)和疲勞恢復(fù)指數(shù)(FRI)明顯下降(P＜0.01)。10Hz組Pt、Po降低(P＜0.05)，TPT、1/2Rt延長，F(xiàn)I、FRI下降(P＜0.01)。2.5Hz+40Hz組較40Hz組FRI、FRI下降更加顯著(P＜0.01)。 6.在觀察膈肌SRCa2+釋放攝取動力學(xué)

11、變化的實(shí)驗(yàn)中，40Hz、2.5Hz+40Hz慢性電刺激后，肺氣腫兔膈肌SRCa2+-ATP酶活性增高，SRCa2+釋放、攝取速度明顯增加(P＜0.01)。RyR1mRNA、RyR3mRNA表達(dá)顯著上調(diào)(P＜0.01)。10Hz組Ca2+-ATP酶活性降低，SRCa2+釋放、攝取速度明顯減慢(P＜0.01)。RyR1mRNA表達(dá)減少(P＜0.01)。10Hz電刺激組可見RyR2mRNA輕度表達(dá)，其余實(shí)驗(yàn)組未見RyR2mRNA表達(dá)。

12、 結(jié)論 1.超低頻復(fù)合生理頻率慢性電刺激可使肺氣腫兔膈肌肌纖維由Ⅱb型向Ⅱa型轉(zhuǎn)化，這種膈肌結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性變化是其功能改變的基礎(chǔ)。 2.超低頻復(fù)合生理頻率慢性電刺激較生理頻率慢性電刺激和低頻慢性電刺激可更顯著地增強(qiáng)肺氣腫兔膈肌氧化代謝酶活性，使膈肌有氧氧化能力得到更明顯的提高。 3.超低頻復(fù)合生理頻率慢性電刺激及生理頻率慢性電刺激均可增強(qiáng)肺氣腫兔膈肌SRCa2+攝取—釋放功能，改善興奮—收縮偶聯(lián)，提高膈肌收縮力及