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Leo Heunks膈肌系列（2）

2018-11-08 17:23:05

呼气末正压通气诱导膈肌纤维的纵向萎缩

膈肌无力高发于重症患者，导致脱机失败。膈肌无力的机制包括纤维厚度下降（例如，横截面萎缩）和残留纤维的收缩功能受损。失用是重症相关性膈肌无力的风险因素，但是，呼气末正压通气（PEEP）对膈肌无力的影响尚未得知。
本研究的价值：
重症患者接受PEEP通气时，收缩单位连续丢失（例如，纵向萎缩），导致膈肌纤维长度缩短，进而引起膈肌纤维处于机械不利位置。实验模型中，我们发现了具体的分子路径，包括基于肌联蛋白的机械传感，它参与了纵向萎缩的发展。

摘要
目的：验证呼气末正压通气（PEEP）是否可通过向尾侧移动膈肌和缩短膈肌纤维长度来诱导膈肌的纵向萎缩。
方法：观察机械通气重症患者以及肌联蛋白顺应性正常和增加的机械通气大鼠的膈肌结构和功能。
结果：在重症患者和大鼠中，PEEP均可导致膈肌向尾侧运动，从而缩短膈肌纤维的长度。大鼠机械通气18小时（PEEP：2.5cmH2O）后，其膈肌纤维通过吸收串联的肌节（肌肉的最小收缩单位）来适应缩短的纤维长度（例如，纵向萎缩）。增加肌联蛋白分子顺应性可减少纵向萎缩。
结论：PEEP通气导致膈肌纤维的纵向萎缩，这一反应可通过肌联蛋白的伸缩性来调节。我们假设，纵向萎缩配合横截面萎缩，可妨碍重症患者的自主呼吸试验：呼气末肺容量下降，缩短的膈肌纤维被过度拉伸。此时，肌纤维产生的肌力不足，随之发生膈肌无力。

重要图表
表1 接受超声的重症患者的基本特征

表2 获得活检的重症患者的特征

图1

(A) 重症患者肝顶区域的膈肌超声图像，左图为B超图像，中图为M超图像。
左图的垂直虚线为获得M超图像的位置，P为探头位置。M超图像显示PEEP10cmH2O对呼气末膈肌位置的实时效应（见短划线）。请注意，该患者的PEEP从12cmH2O降至2cmH2O，导致膈肌向头侧移动。
右图为PEEP降低5cmH2O(n=5)或10 cmH2O(n=10)时，膈肌向头侧移动。
每个数据点为每个患者三次测量的平均值。

(B)机械通气大鼠肝顶区域的膈肌超声图像，左图为B超图像，中图为M超图像。
左图的垂直灰线为获得M超图像的位置。M超图像显示PEEP增加3cmH2O导致呼气末膈肌向尾侧移动（见短划线）。
右图为PEEP为2，3, 5cmH2O时对膈肌尾向移动的影响。
每个数据点为5只大鼠的平均值。

(C)运动大鼠的膈肌
X为膈肌中肋部，在此处获取样本用于测量膈肌纤维和肌节长度
(D)体内固定PEEP通气(2.5 cm H2O)大鼠和未机械通气大鼠的膈肌纤维长度
每个数据点代表一只大鼠
(E) 体内固定PEEP通气(2.5 cm H2O)大鼠和未机械通气大鼠的膈肌肌节长度
每个数据点代表一只大鼠

表3 对照组患者的特征

表4 机械通气的设置和持续时间

图2
（A）左图：一例对照患者膈肌纤维肌力-肌节长度的关系右图：肌节和相应肌力的示意图
SLopt：产生最大肌力时的肌节长度，SL50：产生50%最大肌力时的肌节长度，SLmax：未产生肌力时的肌节长度
（B）12例重症患者和12例对照患者膈肌纤维肌力-肌节长度的关系
请注意，两条相关曲线重叠。肌力表示为最大肌力的百分比。

（C-E）重症患者和对照患者的SLopt、SL50和SLmax的对比
每个数据点为每个患者10条纤维的平均值

图3

（A）一例重症患者和一例对照患者膈肌纤维肌节的受激发射耗损(STED) 超分辨光学成像
应用Alexa Fluor鬼笔环肽标记细肌丝。
重症患者和对照患者细肌丝长度无明显差异

（B）一例重症患者和一例对照患者膈肌纤维肌节的受激发射耗损(STED) 超分辨光学成像
应用肌球蛋白重链抗体来标记粗肌丝。
重症患者和对照患者粗肌丝长度无明显差异

图4机械通气18小时大鼠的膈肌肌条在电刺激时的离体收缩性
（A）实验设置中，膈肌全长肌条的示意图
SLopt：产生最大肌力时的肌节长度
（B）机械通气18小时大鼠的最大张力明显下降
（C）机械通气18小时大鼠的MLopt明显缩短

图5

（A）上图：机械通气18小时大鼠和对照大鼠膈肌纤维肌力-肌节长度的关系
请注意，两条曲线重叠。肌力表示为最大肌力的百分比。
下图：机械通气和对照大鼠的SLopt无明显差异

（B）一个对照大鼠和一个机械通气18小时大鼠的膈肌纤维肌节的受激发射耗损(STED) 超分辨光学成像
应用Alexa Fluor鬼笔环肽标记细肌丝。
机械通气和对照大鼠细肌丝长度无明显差异
（C）一个对照大鼠和一个机械通气18小时大鼠的膈肌纤维肌节的受激发射耗损(STED) 超分辨光学成像
应用肌球蛋白重链抗体来标记粗肌丝。
机械通气和对照大鼠粗肌丝长度无明显差异

（D）针对大鼠膈肌进行经典α-辅肌动蛋白染色识别Z-盘，以确定肌节长度
（E）机械通气大鼠的肌节数量明显低于对照组

图6

（A）肌肉肌节中的肌联蛋白Titin
（B）下图：在RNA结合基序蛋白20 （Rbm20）缺失的大鼠中，应用1%十二烷基硫酸钠-琼脂糖凝胶示意肌联蛋白异构体移动下降
（B）上图：放大T1肌联蛋白
（C）膈肌纤维被动张力和肌节长度的关系
（D）对照大鼠18小时机械通气导致膈肌肌条明显的收缩无力，但这种收缩无力在18小时机械通气的Rbm20-缺失大鼠中不明显。
（E）18小时机械通气对照大鼠的MLopt下降，但在Rbm20-缺失大鼠中未见该下降。
（F）与未通气的Rbm20-缺失大鼠相比，18小时机械通气的Rbm20-缺失大鼠的肌节数量并未显著下降。

图7 PEEP通气时膈肌纤维纵向萎缩的示意图
（A）自主呼吸大鼠呼气末的膈肌长度（为了简化，仅显示3个肌节）
（B）PEEP对肌节长度的即时效应
（C）长期PEEP导致肌节吸收以获得肌节长度
（D）脱机和呼气末压力正常时，膈肌纤维的拉伸超过最佳肌节长度。此时粗-细肌丝的重叠消失，无法产生肌力。

参考文献：
Lindqvist J, van den Berg M, van der Pijl R, Heunks LMA，et al. Positive End-Expiratory Pressure Ventilation Induces Longitudinal Atrophy in Diaphragm Fibers. Am J Respir Crit Care Med. 2018 Aug 15;198(4):472-485.