低頻復(fù)合生理頻率慢性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(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是呼吸系統(tǒng)常見病、多發(fā)病。據(jù)統(tǒng)計COPD居當(dāng)前死亡原因的第四位，我國15歲以上人群COPD患病率高達3％，全國約有2500萬COPD患者。迄今國內(nèi)外對本病的治療尚缺乏有效的方法。 膈肌是最重要的呼吸肌，在呼吸運動中所起的作用占全部呼吸肌的60％-80％。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

2、而產(chǎn)生呼吸衰竭。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、機械通氣使膈肌休息、呼吸肌鍛煉、膈肌起搏等。目前研究發(fā)現(xiàn)通過改善膈肌功能可以延緩COPD的發(fā)生發(fā)展，現(xiàn)臨床上常用生理頻率慢性電刺激(40Hz)對COPD患者進行膈肌康復(fù)治療，取得了一定的療效。 膈肌起搏的應(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驗基礎(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。膈肌屬于骨骼肌，慢性電刺激Chronic el

3、ecttric stimulation，CES)可使膈肌產(chǎn)生與骨骼肌類似的適應(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Ca<'2+>敏感性降低，橫橋周期性的運動減慢。慢性生理頻率電刺激可以使萎縮的膈肌運動單位重新募集，各類型纖維功能增強，以保持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

4、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。 慢性低頻電刺激(CLES)可使骨骼肌快收縮纖維和肌球蛋白重鏈(Myosin heavy chain,MHC)向慢收縮肌纖維和MHC轉(zhuǎn)化，同時Ca<'2+>調(diào)節(jié)系統(tǒng)和代謝酶活性也發(fā)生相應(yīng)的適應(yīng)性變化，結(jié)果是肌肉抗疲勞能力增加，疲勞恢復(fù)時間縮短；生理頻率慢性電刺激可以改善萎縮的膈肌功能，各類型纖維功能增強，低頻復(fù)合生理頻率慢性電刺激(10+40Hz)綜合了兩種刺激模

5、式的優(yōu)勢，達到既增強呼吸肌收縮強度，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。 本課題擬通過觀察不同頻率慢性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)和興奮一收縮偶聯(lián)的適應(yīng)性變化特征和規(guī)律，以期闡明低頻復(fù)合生理頻率慢性電刺激(10+40Hz)防治膈肌疲勞的機理，為低頻復(fù)合生理頻率體外膈肌起搏防治COPD患者膈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

6、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亞型、代謝酶活性的實驗觀察 1．觀察不同頻率慢性電刺激后肺氣腫兔動脈血氣的變化。 2．采用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法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

7、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。 (三)不同頻率慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌力學(xué)特征、鈣釋放單位與肌漿網(wǎng)(SR)Ca<'2+>攝取、釋放功能變化的實驗觀察 1．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。 2．采用南京建成生物工程研究所提供的Ca<'2+>-ATP酶測試盒測定不同頻率

8、電刺激后肺氣腫兔膈肌Ca<'2+>-ATP酶活性的改變。 3．用Fura-2熒光法觀察不同頻率慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌SR Ca<'2+>攝取-釋放動力學(xué)的變化。 4．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(RyR<,1-3>)mRNA表達的影響。 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，肺泡間隔變窄，其內(nèi)毛細血管受壓，部分肺泡間隔斷裂消失

9、，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、10+40Hz慢性電刺激后肺氣腫兔PaO<,2>、SaO<,2>增加，PaCO<,2>降低(P<0.05)；10+40Hz組較40Hz、10Hz組PaO<,2>、SaO<,2>增加更加顯著(P<0.05)。 3．在MHC亞型測定實驗中，40Hz、10Hz、10+40Hz慢性電刺激后肺氣腫兔膈肌MHC的相對含量都有所增加(P<0.01)；10Hz組

10、MHC-Ⅰ型比例明顯增加，10+40Hz組MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱa型比例增加(P<0.01)。 4．在膈肌代謝酶活性測定實驗中，40Hz、10Hz、10+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；10+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)特征的實驗中，40Hz、10+40Hz慢性電刺激后，肺氣腫兔膈肌顫搐收縮張力(Pt)

11、、強直顫搐收縮張力(Po)明顯增加，峰值張力時間(TPT)、1/2松弛時間(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)。10+40Hz組較40Hz組FRI、FRI下降更加顯著(P<0.01)。 6．在觀察膈肌SRCa<'2+>釋放攝取動力學(xué)變化的實驗中，40Hz、10+40Hz慢性電刺激

12、后，肺氣腫兔膈肌SRCa<'2+>-ATP酶活性增高，SR Ca<'2+>釋放、攝取速度明顯增加(P<0.01)；RyR<,1>mRNA、RyR<,3>mRNA表達顯著上調(diào)(P<0.01)；10Hz組Ca<'2+>-ATP酶活性降低，SR Ca<'2+>釋放、攝取速度明顯減慢(P<0.01)。Rye<,1>mRNA表達減少(P<0.01)。10Hz電刺激組可見RyR<,2>mRNA輕度表達，其余實驗組未見RyR<,2>mRNA表達。

13、 結(jié)論 1．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Ⅰ、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．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．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肺氣腫兔膈肌SR Ca<'2+>攝取-釋放功能，改善興奮-收縮偶聯(lián)，提高膈