呼吸機(jī)模式對(duì)實(shí)驗(yàn)兔膈肌細(xì)胞凋亡和超微結(jié)構(gòu)影響的研究.pdf

1、背景:
　　 機(jī)械通氣是呼吸衰竭患者生命支持的重要手段，但機(jī)械通氣時(shí)間的延長(zhǎng)，易出現(xiàn)困難撤機(jī)。膈肌是最主要的呼吸肌，在呼吸過(guò)程中所起的作用約占全部呼吸肌的60％～80％。膈肌的功能損傷會(huì)直接導(dǎo)致呼吸衰竭。臨床研究認(rèn)為機(jī)械通氣控制模式(ControlMechanicalVentilation，CMV)可導(dǎo)致膈肌放電消失，膈肌纖維廢用性萎縮，即呼吸機(jī)誘導(dǎo)的膈肌功能下降(Ventilationinduceddiaphragmdisfu

2、nction，VIDD)。研究者通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)從不同角度描述VIDD的發(fā)生：發(fā)現(xiàn)大鼠在CMV6小時(shí)后便開始出現(xiàn)橫膈膜蛋白質(zhì)氧化和脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物的持續(xù)增多，其氧化修飾發(fā)展迅速，在持續(xù)控制性機(jī)械通氣18小時(shí)后，膈肌Ⅰ型和Ⅱ型纖維的數(shù)量減少，且Ⅱ型纖維出現(xiàn)較大程度的萎縮，大鼠膈肌肌肉萎縮也較外周骨骼肌萎縮更甚；對(duì)不同種類動(dòng)物取完整膈肌測(cè)量跨膈壓(Pdi)的活體研究表明，行CMV通氣后(實(shí)驗(yàn)兔1天、實(shí)驗(yàn)豬3天)，膈神經(jīng)在最大和次最大刺激頻率下，P

3、di均進(jìn)行性下降等。
　　 膈神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)放次數(shù)或膈神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)放頻率的減少參與造成隔肌功能障礙。Ayas等的研究中提供了有利的證據(jù)，他們關(guān)于CMV時(shí)刺激膈神經(jīng)防止膈肌萎縮的報(bào)道間接提示，機(jī)械通氣時(shí)確實(shí)存在膈肌神經(jīng)刺激的減少。肌肉的正常收縮活動(dòng)依賴于完整的神經(jīng)沖動(dòng)，一旦神經(jīng)刺激減少或消失，膈肌將發(fā)生萎縮和收縮功能下降，進(jìn)而發(fā)展為VIDD。但是，研究中對(duì)幾種常用模式支持下膈肌肌電活動(dòng)的變化未做闡述，對(duì)其與不同模式對(duì)膈肌功能和結(jié)構(gòu)的影響

4、的相關(guān)性未進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
　　 目前認(rèn)為，由于模膈活動(dòng)的減弱，導(dǎo)致線粒體損傷，引起氧化應(yīng)激和蛋白質(zhì)水解系統(tǒng)的激活等是導(dǎo)致VIDD的主要途徑。VIDD廢用性肌萎縮時(shí)蛋白質(zhì)流失直接與3種蛋白質(zhì)水解系統(tǒng)有關(guān)，即溶酶體蛋白酶、鈣活化蛋白酶(如鈣蛋白酶)和蛋白酶體系統(tǒng)。最近研究提示，Caspase-3有助于蛋白質(zhì)降解和肌萎縮。細(xì)胞對(duì)Caspase-3活性的控制是復(fù)雜的，涉及到許多相互聯(lián)系的信號(hào)通路。鈣蛋白酶抑制蛋白(Calpastat

5、in)是Caspase-3和鈣蛋白酶的共同底物。增強(qiáng)Caspase-3或鈣蛋白酶活性會(huì)降低細(xì)胞內(nèi)Calpastatin水平，促進(jìn)鈣蛋白酶活化。另外，增強(qiáng)鈣蛋白酶活性能導(dǎo)致Caspase-3活化。因此，Caspase-3和鈣蛋白酶之間的交互作用在廢用性肌內(nèi)調(diào)節(jié)肌絲釋放中起著一定作用，在促進(jìn)CMV膈肌損傷中扮演了極為重要的角色。近期的臨床和動(dòng)物研究中對(duì)危重病患者給于抗氧化劑和糖皮質(zhì)激素進(jìn)行干預(yù)，期望減少VIDD的發(fā)生及延緩VIDD進(jìn)程，研究

6、結(jié)果提示可以延緩VIDD的進(jìn)一步發(fā)展，但是研究報(bào)告中同時(shí)提出這些干預(yù)措施的影響因素很多。McClungJM等的研究表明PSV模式可以減少VIDD的發(fā)生進(jìn)程，嘗試間斷予PSV模式通氣來(lái)減少VIDD的發(fā)生。但是研究中其支持水平與對(duì)照組(CMV)模式不同，無(wú)法判斷是呼吸機(jī)模式還是支持水平對(duì)VIDD的影響?對(duì)于幾種常用的呼吸機(jī)模式，在相同支持水平下對(duì)膈肌的影響，相關(guān)的研究目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)報(bào)道。
　　 目的：
　　 研究三種常用通氣

7、模式CMV、A/C和PSV模式，在同樣壓力支持水平下，呼吸機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)兔的膈肌肌電活動(dòng)變化的影響，并觀察其對(duì)膈肌細(xì)胞凋亡和超微結(jié)構(gòu)的影響。
　　 方法：
　　 將16只實(shí)驗(yàn)兔(普通級(jí)，2.0kg～2.1kg)隨機(jī)數(shù)字表法歸入空白對(duì)照組、CMV組、A/C組和PSV組，分別行8％水合氯醛4ml/kg腹腔注射麻醉后，進(jìn)行氣管切開插管、連接流量呼吸換能器，并持續(xù)觀察膈肌肌電圖(diaphragmelectromyo-gram，EMG

8、di)變化。右頸總動(dòng)脈穿刺置管血壓監(jiān)測(cè)；行微泵靜脈咪唑安定1mg/kg/h靜脈注射鎮(zhèn)靜。CMV組(Rr45bpm，F(xiàn)iO21L/min，I：E1:3，VT8-10ml/kg)、A/C組(PCVmode，Trigger0.1L/min，Rr45bpm，Pi10cmH2O，Ti0.5sec，F(xiàn)iO225％，維持VT8-10ml/kg呼吸機(jī))、PSV組(Spommode，Trigger0.1L/min，PSV10cmH2O，Esense25％

9、，F(xiàn)iO225％，維持VT8-10ml/kg)分別行三種模式進(jìn)行機(jī)械通氣24小時(shí)，F(xiàn)IO2維持正常血?dú)釶aO2水平。根據(jù)血?dú)庹{(diào)整FiO2、VT和RR。各組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中持續(xù)監(jiān)測(cè)膈肌電活動(dòng)和呼吸運(yùn)動(dòng)，監(jiān)測(cè)動(dòng)脈血壓，維持生命體征穩(wěn)定?？瞻讓?duì)照組：不進(jìn)行機(jī)械通氣，行氣管切開，并監(jiān)測(cè)膈肌肌電活動(dòng)及呼吸運(yùn)動(dòng)30min后，予空氣栓塞法處死動(dòng)物。取膈肌進(jìn)行免疫組化及westernblot分析各組實(shí)驗(yàn)兔膈肌肌細(xì)胞的Caspase-3活性表達(dá)、并電鏡下觀察膈

10、肌組織超微結(jié)構(gòu)的改變。
　　 結(jié)果：
　　 1.EMGDi頻譜分析結(jié)果：三組低頻成分(L)增加，高頻成分(H)降低，CMV組、A/C組和PSV組H/L分別下降82.3％，81.8％，80.6％，(p<0.01)；中心頻率(Fc)與對(duì)照組相比分別下降43％，37.1％和34.9％。(P<0.01).組間比較，F(xiàn)c值CMV組下降最明顯，其次為A/C組(與CMV組比較P<0.05)和PSV組(與CMV和A/C比較p<0.05)

11、。
　　 2.Caspase-3蛋白表達(dá)：免疫組化顯示與對(duì)照組相比，CMV、A/C和PSV模式的17-kDactiveCaspase-3蛋白表達(dá)增強(qiáng)。CMV組、A/C組中17-kDactiveCaspase3表達(dá)呈強(qiáng)陽(yáng)性(積分分別為6.40±0.57，5.98±0.41)；PSV模式呈中等陽(yáng)性(4.47±0.67分)，與CMV組和AJC比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。Western-blot結(jié)果顯示三種模式與對(duì)照組比較，C

12、MV、A/C和PSV模式灰度值依次為2.473±0.431(p<0.01)；2.202±0.213(p<0.01)；1.829±1.001(p<0.05)，三組組間兩兩比較無(wú)顯著性差異。
　　 3.膈肌超微結(jié)構(gòu)的觀察：電鏡下可見，三種模式中，CMV組部分肌原纖維溶解斷裂，排列疏松且不規(guī)則，肌絲出現(xiàn)裂隙，部分z線出現(xiàn)模糊、結(jié)構(gòu)紊亂、排列不整齊，肌原纖維間線粒體腫脹、基質(zhì)空亮、嵴變形、溶解，有的線粒體呈絮狀、髓樣或空泡樣變；A/C組

13、部分肌原纖維排列疏松，部分z線模糊、結(jié)構(gòu)紊亂；肌原纖維間空泡形成，線粒體腫脹、嵴變形、溶解；PSV組肌纖維間大量空泡及脂質(zhì)空泡形成；但線粒體無(wú)腫脹、嵴致密、豐富。
　　 結(jié)論：
　　 ①增加機(jī)械通氣的支持水平可導(dǎo)致膈肌肌電活動(dòng)下降，但是PSV模式可以減少膈肌電活動(dòng)的下降幅度。②PSV模式與CMV模式和A/C模式比較，可以減少膈肌細(xì)胞Caspasc-3蛋白的高表達(dá)。③CMV對(duì)膈肌肌纖維的結(jié)構(gòu)損傷最明顯，PSV模式可以減輕膈