慢性阻塞性肺疾病模型大鼠膈肌功能的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目的：慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)，是一種具有氣流受限為特征的疾病，氣流受限不完全可逆、呈進(jìn)行性發(fā)展，與肺部對(duì)有害氣體或有害顆粒的異常炎癥反應(yīng)有關(guān)。因肺功能進(jìn)行性減退，嚴(yán)重影響患者的勞動(dòng)能力和生活質(zhì)量。COPD主要累及肺臟，但也可引起全身(或肺外)的不良效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)COPD患者由于缺氧、酸中毒、營(yíng)養(yǎng)不良及肺氣腫等情況，常常存在全身骨骼肌營(yíng)養(yǎng)不良、萎縮及不同程度

2、的全身炎癥反應(yīng)。呼吸肌是呼吸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力泵，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％。COPD患者常有不同程度的膈肌功能障礙，尤其急性加重期時(shí)膈肌疲勞顯著，后者是導(dǎo)致呼吸衰竭的一個(gè)重要因素。機(jī)械通氣成為重癥呼吸衰竭重要救治措施，但是不適當(dāng)?shù)臋C(jī)械通氣模式與通氣時(shí)間又會(huì)影響膈肌功能，甚至導(dǎo)致脫機(jī)困難。因此，正確評(píng)估膈肌功能、適當(dāng)處理膈肌疲勞及正確使用呼吸機(jī)對(duì)COPD呼吸衰竭治療有非常重要的意義，其中許多問(wèn)題有

3、待進(jìn)一步探討。 本課題以COPD模型大鼠為研究對(duì)象，初步探討膈肌功能及控制性機(jī)械通氣對(duì)膈肌功能的影響。采用氣管內(nèi)滴注脂多糖(LPS)加被動(dòng)吸煙的方法復(fù)制大鼠COPD模型，并測(cè)定正常大鼠及COPD大鼠的肺功能：采用測(cè)定大鼠的胸內(nèi)壓及腹內(nèi)壓的方法來(lái)觀察跨膈壓的變化，并通過(guò)大鼠的膈肌肌電圖記錄及頻譜分析評(píng)價(jià)膈肌功能變化；同時(shí)對(duì)COPD模型大鼠進(jìn)行短期(6小時(shí))控制機(jī)械通氣后觀察大鼠跨膈壓及肌電圖頻譜分析的變化，了解短期控制機(jī)械通氣對(duì)膈

4、肌功能的影響。 方法：實(shí)驗(yàn)用健康清潔級(jí)雄性SD大鼠36只，體重230+20 g，隨機(jī)分為兩組：(A)正常對(duì)照組，12只，(B)COPD模型組24只，模型組隨機(jī)分為兩個(gè)亞組，每組12只，B1組為模型對(duì)照組，B2組為短期控制機(jī)械通氣組。 大鼠COPD模型制備：于第1、14天向大鼠氣管內(nèi)滴注入脂多糖200ug(200ul)，滴藥當(dāng)日不予熏煙。于第2～13日及15～28日每天置于自制煙熏箱(40×50×60cm，容積約120L)

5、內(nèi)被動(dòng)吸煙，每天2次，每次5支，每次持續(xù)60分鐘，2次之間間隔至少4小時(shí)。所有大鼠均飼養(yǎng)于鼠籠中自由進(jìn)食水。對(duì)照組不作任何處理，模型制作周期共28天。 復(fù)制模型后，稱重、將大鼠經(jīng)1％戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉(50mg/kg)，保持中等程度的麻醉狀態(tài)。于頸部正中切開皮膚，分離組織，暴露氣管，在氣管前壁做一倒“T”字形切口，氣管插管，結(jié)扎固定好插管。在大鼠腹部劍突下正中稍偏右行縱行切口，長(zhǎng)約1.5厘米。首先應(yīng)用配套的生物電感應(yīng)電極，經(jīng)

6、腹腔切口放置在大鼠膈肌的右側(cè)近肋骨部，連接好生理機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)，采集大鼠膈肌肌電信號(hào)，并保存。應(yīng)用測(cè)壓導(dǎo)管置入大鼠食道中下段，并與壓力傳感器及生理機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連接，另將一自制氣囊導(dǎo)管置于大鼠膈下，導(dǎo)管另一端連接壓力傳感器及生理機(jī)能試驗(yàn)系統(tǒng)，將大鼠腹壁縫合，紗布包扎，使之保持密閉狀態(tài)。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件界面可顯示大鼠呼吸時(shí)胸內(nèi)壓及腹內(nèi)壓力的變化曲線。而后連接小動(dòng)物呼吸機(jī)，將大鼠放入體描箱，待與呼吸機(jī)同步且平穩(wěn)后，測(cè)定肺功能，記錄FVC、

7、FEV0.3/FVC、PEF、氣道阻力、肺動(dòng)態(tài)順應(yīng)性等指標(biāo)。B2組分別于機(jī)械通氣前及通氣6小時(shí)后測(cè)定跨膈壓及膈肌肌電圖，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意維持動(dòng)物麻醉狀態(tài)，保持呼吸平穩(wěn)，呼吸頻率50-70次/分。測(cè)定完各項(xiàng)指標(biāo)后，取材并處死動(dòng)物。取右肺下葉，及左半膈肌組織做HE染色觀察肺組織、膈肌的病理變化。結(jié)扎右主支氣管后，經(jīng)氣管插管對(duì)左肺行肺泡灌洗(BALF)，離心(1200rpm，4℃，10min)，吸取上清，-70℃保存?zhèn)溆?。?xì)胞沉淀懸浮于等量生理

8、鹽水中，進(jìn)行白細(xì)胞計(jì)數(shù)和分類計(jì)數(shù)。 結(jié)果： 1.光鏡下組織結(jié)構(gòu)變化對(duì)照組氣道上皮纖毛排列整齊，支氣管肺泡結(jié)構(gòu)正常，無(wú)肺氣腫及炎癥。模型組肺組織肺泡結(jié)構(gòu)大小不一，可見(jiàn)部分肺泡間隔斷裂，肺泡融合，肺泡腔擴(kuò)大，呈肺氣腫表現(xiàn)。氣道內(nèi)可見(jiàn)分泌物增多，粘膜上皮纖毛紊亂、脫落，上皮杯狀細(xì)胞增多，支氣管粘膜下可見(jiàn)炎細(xì)胞浸潤(rùn)，平滑肌增厚；肺小動(dòng)脈平滑肌層增厚，管腔變小，病理變化符合人類慢性阻塞性肺疾病特點(diǎn)。 正常對(duì)照組膈肌組織HE

9、染色切片顯示肌纖維排列規(guī)整，肌間細(xì)胞不多，橫斷面肌纖維大小一致。模型組膈肌肌纖維大小不一，肌間結(jié)締組織增多，細(xì)胞數(shù)增加，部分肌纖維扭曲。模型組B2組光鏡下結(jié)構(gòu)與B1組無(wú)明顯差異。 2.肺功能結(jié)果模型組大鼠肺功能與正常對(duì)照組比較FEV0.3/FVC顯著下降(88.05±5.87 VS 69.41±11.50)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。氣道阻力顯著增加，肺順應(yīng)性明顯下降(P＜0.05)。 3.肺泡灌洗液(BALF)中細(xì)胞

10、總數(shù)和分類計(jì)數(shù)的變化模型組BALF中白細(xì)胞總數(shù)與對(duì)照組比較顯著增多(P＜0.05)，模型組中性粒細(xì)胞數(shù)明顯升高(P＜0.05)，單核巨噬細(xì)胞數(shù)明顯降低(P＜0.05)。淋巴細(xì)胞數(shù)較對(duì)照組減少，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 4 模型組大鼠與對(duì)照組跨膈壓的變化對(duì)照組大鼠經(jīng)食道及腹內(nèi)測(cè)壓后所得跨膈壓(5.36±0.94cmH2O)高于模型組跨膈壓(4.28±1.03 cmH2O)，與對(duì)照組相比COPD模型組大鼠跨膈壓顯著下降(P＜0.05)，說(shuō)明

11、模型組大鼠呼吸肌力較正常對(duì)照組下降。 5 膈肌肌電圖頻譜分析結(jié)果肌電圖頻譜分析結(jié)果顯示，模型組大鼠較對(duì)照組大鼠的膈肌肌電高低頻比值(4.99±2.36 VS 3.12±1.10)下降顯著，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。模型組與對(duì)照組膈肌肌電高頻部分比較變化不大(P＞0.05)，低頻部分顯著增加(P＜0.05)。 6 COPD模型組大鼠機(jī)械通氣(6小時(shí))前后跨膈壓及肌電圖頻譜分析結(jié)果均無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。

12、 結(jié)論： 1.應(yīng)用兩次氣管內(nèi)滴注LPS和熏香煙方法可成功復(fù)制大鼠COPD模型。 2.COPD大鼠與正常大鼠的膈肌功能比較顯示：COPD模型組跨膈壓較對(duì)照組減小，膈肌肌電圖頻譜分析高低頻比值下降。膈肌肌電圖對(duì)于呼吸肌疲勞反應(yīng)更敏感。 3.COPD大鼠機(jī)械通氣6小時(shí)前后跨膈壓及膈肌肌電圖高低頻比值變化無(wú)顯著性差異，短期通氣組與模型對(duì)照組比較膈肌組織結(jié)構(gòu)無(wú)顯著變化，提示短期(6小時(shí))控制機(jī)械通氣COPD大鼠膈肌功能結(jié)構(gòu)