氨茶碱对慢性电刺激后膈肌肌条力学模式的影响
作者：张睢扬 刘刚 王东林 郭先健 钱桂生
单位：刘刚(第二炮兵总医院呼吸科。北京新外大街16号；邮编：100088 )；张睢扬 王东林 郭先健 钱桂生(第三军医大学新桥医院全军呼吸内科研究所，重庆400037)
关键词：氨茶碱；膈肌；CES；力学
基础医学与临床000611 摘要：研究氨茶碱对慢性电刺激后兔膈肌肌条力学特征的影响。分别测定正常对照组和CES组加氨茶碱后的颤搐收缩张力(Pt)、峰值张力时间(TPT)、1/2松驰时间(1/2RT)、强直颤搐收缩张力(Po)、 疲劳指数(FI)和疲劳恢复指数(FRI)。氨茶碱明显增加CES组Pt和Po,降低FI和FRI，但对10Hz和20Hz组的作用明显强于50Hz和100Hz组。氨茶碱对预防和治疗膈肌疲劳具有一定的临床意义。
中图分类号：R972.+4 文献标识码：A
, http://www.100md.com
文章编号：1001-6325(2000)06-0039-03
Effect of aminophylline on mechanical character of diaphragm
muscle strips after chronic electrical stimulation
ZHANG Sui-yang LIU Gang WANG Dong-lin et al
(Institute of Respiratoy of the New Bridge Hospital,The Third Military Medicial College， Chongqing 400037, China)
Abstract:The effect of aminophylline on mechanical character of diaphragm muscle after chronic electrical stimulation (CES)have not yet been explored.We wondered whether there might be great different effect of aminophylline on that for normal and after CES. The twitch tension(Pt)、time to peak tension(TPT)、half-relaxation time(1/2 RT)、tetanic tension(Po)、fatigue index (FI) and fatigue recovery index(FRI) were respectively measured in normal group(NG) and CES group(CESG) with amoniphylline . There were more significant increase in Pt and Po ,and more significant decrease in FI and FRIS in CESG than that in NG(P<0.01).however ,those variations in 10Hz and 20Hz group were more significant than that in 50Hz and 100Hz group. We considered it might be an important clinical role for aminophylline to prevent and treat diaphragm muscle fatigue.
, 百拇医药
Key Words: aminophylline； diaphragm muscle； chronic electrical stimulation； mechanics
膈肌疲劳是急慢性呼吸衰竭的重要原因，预防和治疗膈肌疲劳是近年来研究的重点之一[1,2]。慢性低频电刺激(CLFS)可提高膈肌抗疲劳的能力和缩短疲劳恢复时间,氨茶碱可增强膈肌收缩力和耐力，防止疲劳的发生[3,6]。但氨茶碱对慢性电刺激(CES)后膈肌肌条力学模式的影响未见报道。本文探讨氨茶碱对CES后膈肌肌条收缩力学的影响。
1 材料与方法
1.1 仪器及试剂
国泰TTC-4 电刺激仪和恒温水浴箱购自上海,肌张力传感器购自北京,八道生理记录仪购自日本光电。氨茶碱来自sigma,其它试剂均为国产和进口分析纯。
, http://www.100md.com
1.2 方法
1.2.1 动物及CES模型的建立:日本大白兔30只，体重1.5～1.75kg，雌雄不拘。常规麻醉消毒后,分别于斜方肌与肩胛举肌、胸头肌的下1/3与斜方肌的连线处和胸大肌、胸骨旁二、三肋间切开1～1.5cm长皮肤，钝性分离皮下组织。铂金刺激电极和无关电极分别置颈部和胸部皮下，电极导线从皮下潜行至颈后皮肤切口处引出、固定。电极呈园型，约0.56cm2。术后一周，随机分为正常对照组、10Hz、20Hz、50Hz和100Hz，每组六只。CES参数为主频0.75s，串长0.25ms，波宽0.2ms每次3 strains，45 beats/min,电压10～20V，以调节到最佳刺激效果为准，对照组不刺激。刺激时间2×2h/d，每周刺激六天,连续刺激五周。
1.2.2 肌条制备、刺激参数及测定指标:戊巴比妥(20mg/kg)麻醉,气管切开,插管,持续机械通气;切开腹部,切割分离0.2～0.3cm肋膈肌肌条,结扎穹隆和肋端,剪下肌条,立即置预冷的Hank's液中备用。Hank's液含(mmol/L)NaCl 118, KCl 4.7, MgSO47H2O 1.2, KH2PO4 1.1,NaHCO324, CaCl2 6H2O 2.5和葡萄糖6.5，pH7.4；氨茶碱组在Hank's浴液中加氨茶碱1mmol/L。浴液用95%O2和5% CO2行冒泡法饱和。肌条肋端固定在玻璃捧上,穹隆端接肌张力传感器，两个不锈钢针状电极置肋部肌条两边，相距约0.3cm 。在26℃ Hank's液中平衡30min，测定下述肌条力学指标。肌张力传感器连接八道生理记录仪，信号放大，记录。基础单收缩波用频率30Hz，波宽0.2ms的单振方波刺激，电压以达到最大收缩波为准，约30～40V，分别测定Pt、TPT和1/2Rt；最大强直收缩用100Hz，串长0.45ms，波宽0.5ms的方波刺激，60 beats/min，分别测定Po，FI和FRI。取三个收缩波均值为测量值。以第一次颤搐强直收缩张力(F1)减去120次强直颤搐收缩张力(F120)的值除以F1为FI,等式为(F1-F120)/F1；以F1减去疲劳后恢复30min后再次测定的第一次颤搐强直收缩张力(F1')的值，除以F1为FRI，等式为(F1-F1')/F1。Pt和Po取均值后，以g/cm2表示其强度；计算公式为：横切面积(cm2)=肌条重量(g)/1.06g/cm2÷长度(cm)，Pt和Po均值÷横切面积即为g/cm2；式中1.06g/cm2为肌肉比重。
, 百拇医药
表1 慢性电刺激对膈肌肌条收缩力学的影响
Table 1 Effect of CES on diaphragm muscle mechanics (x —±s) Parameter
Group
control
10Hz
20Hz
50Hz
100Hz
Pt(g/cm2)
367.83±40.67##
, http://www.100md.com
311.00**±60.07##
344.33**±52.08##
398.66**±71.02
453.00**±69.47
TPT(ms)
22.13±6.56#
40.47**±10.34##
3 3.75**±12.30##
, http://www.100md.com
19.78**±9.63
16.80**±7.02
1/2 Rt(ms)
24.07±9.74#
48.92**±14.76##
40.30**±13.88##
21.82**±11.52
17.80 **±11.06
Po(g/cm2)
, http://www.100md.com
1317.83±167.34#
763.52**±81.23##887.17 **±102.64##1417.67**±139.471547.00**±156.65
FI
0.45±0.02#
0.23**±0.04##
0 .32**±0.02##
0.50**±0.02
, http://www.100md.com
0.58 **±0.01
FRI
0.33
0.20**±0.03#
0.23**±0.03##
0.37**±0.03##
0.43**±0.02
Pt/Po
0.28±0.02##
, 百拇医药
0.59**±0.03##
0.50**±0.06##
0.52**±0.01
0.20 **±0.01
Compared with control group:** P<0.01；n=6
Compared with 50Hz and 100Hz groups:# P<0.05,## P<0.01表2 氨茶碱对正常和CES后膈肌肌条收缩力学的影 响
Table 2 Effect of amimophilline on diaphragm muscle mechanics&127;after CES (
±s) Parameter
, 百拇医药
Group
control
10Hz
20Hz
50Hz
100Hz
Pt(g/cm2)
422.67±41.843
24 .50**±23.06##
364.51*±42.74##
428.1 7±23.62
, 百拇医药
523.67±34.45
TPT(ms)
21.07±9.70
39.83±8.20##
33.23±12.43##
19.47±6.37
16.30±9.70
1/2 Rt(ms)
24.72±4.63
56.43*±14.66##
, 百拇医药
45 .56*±14.60##
22.63±6.55
18.77±4.96
Po(g/cm2)
1425.50±76.71
835.07*±54.61##
10 19.17*±101.10##
1447.83±119.60
1597.83±165.60
, 百拇医药
FI
0.37±0.01
0.19*±0.03##
0. 25**±0.01##
0.47±0.02
0.56±0.02
FRI
0.26±0.02
0.16**±0.02##
0.19*±0.02##
, 百拇医药
0.33±0.04
0.42±0.02
Pt/Po
0.29±0.01
0.63*±0.03##
0 .43*±0.02##
0.25±0.01
0.20±0.01
* P<0.05,** P<0.01 vs control # P<0.05, ## P<0.01(vs 50Hz and 100Hz groups)1.3 统计分析
, http://www.100md.com
用方差分析处理相应数据。
2 结果
2.1 CES后膈肌肌条收缩力学参数见表1
2.2 氨茶碱对正常和CES后膈肌肌条收缩力学的影响见表2
3 讨论
本研究发现,氨茶碱对正常对照组和CES各组膈肌收缩功能均有不同的改善，但以10Hz和20Hz组显著,Pt、Po、Pt/Po均较对照组和未用氨茶碱组明显增加，FI 和FRI均较对照组和未用氨茶组降低；而在 50Hz和100Hz组上述指标仅有轻度增加，与未用氨茶碱组比较无显著差异。提示氨茶碱和CLFS有协同作用，明显增加膈肌抗疲劳能力，缩短疲劳后恢复时间；同时不同程度地改善了CLFS后出现的Pt和Po的降低,明显增强膈肌收缩力。由于氨茶碱使TPT 和1/2RT缩短, 使膈肌的收缩和舒张的转换更加协调和同步,不同程度的弥补了CLFS后的膈肌的收缩力量和速度降低,导致较低的肌肉力量-速度曲率[5],这可能对COPD病人急性发作期的呼吸频率明显增快和负荷增加具有重要的临床意义。
, http://www.100md.com
氨茶碱对10Hz 和20Hz组膈肌功能有较强作用的机理并不清楚，可能与氨茶碱对心肌的敏感性高于骨骼肌有关[4]。CLFS后，膈肌Ⅱ型纤维向Ⅰ型纤维转化,心肌型DHPR增加，出现RyR2的表达,RyR1和Ca2+-ATPase减少，SR明显萎缩，使膈肌向心肌型方向转化，对氨茶碱的敏感性增加[5]。由于茶碱、氨茶碱增加膈肌收缩有赖于细胞外Ca2+的存在，CLFS后引起上述钙释放单位结构的改变，使得膈肌细胞对细胞处Ca2+的依赖性进一步增加，那么氨茶碱增加细胞外Ca2+内流的作用就显得更加明显和重要，细胞外Ca2+通过心肌型DHPR的内流加快，使通过CICR偶联的RyR2和RyR3释放Ca2+更加同步；同时氨茶碱尚能促进RyR释放Ca2+，增加收缩蛋白对Ca2+的敏感性，这些因素的共同作用，可能是CLFS组膈肌功能改善较明显的原因。
, 百拇医药
基金项目：国家自然科学基金项目(39470325)
参考文献：
[1] Roussos C, Zakythinos S. Fatigue of the respiratory muscles[J]. Intensive Care Med , 1996，22(2):134-155.
[2] Breslin E H. Respiratory muscle function in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Heart & Lung,1996，25(4):271-285.
[3] Esau S A, Reid M. Medical treatment of Respiratory muscles[J]. Semin Respir Med, 1992，13(1):33-43.
, 百拇医药
[4] Aubier M. Effect of theophylline on diaphragmatic and other skeletal muscle function[J]. J Allergy Clin Immunol,1996，78:787-792.
[5] Pette D,Vrbov G.What does chronic electrical stimulation teach us about muscle plasticity[J] Muscle Nerve,1999，22(6):666-677.
收稿日期：1999-08-09
修回日期：2000-09-20, 百拇医药
单位：刘刚(第二炮兵总医院呼吸科。北京新外大街16号；邮编：100088 )；张睢扬 王东林 郭先健 钱桂生(第三军医大学新桥医院全军呼吸内科研究所，重庆400037)
关键词：氨茶碱；膈肌；CES；力学
基础医学与临床000611 摘要：研究氨茶碱对慢性电刺激后兔膈肌肌条力学特征的影响。分别测定正常对照组和CES组加氨茶碱后的颤搐收缩张力(Pt)、峰值张力时间(TPT)、1/2松驰时间(1/2RT)、强直颤搐收缩张力(Po)、 疲劳指数(FI)和疲劳恢复指数(FRI)。氨茶碱明显增加CES组Pt和Po,降低FI和FRI，但对10Hz和20Hz组的作用明显强于50Hz和100Hz组。氨茶碱对预防和治疗膈肌疲劳具有一定的临床意义。
中图分类号：R972.+4 文献标识码：A
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文章编号：1001-6325(2000)06-0039-03
Effect of aminophylline on mechanical character of diaphragm
muscle strips after chronic electrical stimulation
ZHANG Sui-yang LIU Gang WANG Dong-lin et al
(Institute of Respiratoy of the New Bridge Hospital,The Third Military Medicial College， Chongqing 400037, China)
Abstract:The effect of aminophylline on mechanical character of diaphragm muscle after chronic electrical stimulation (CES)have not yet been explored.We wondered whether there might be great different effect of aminophylline on that for normal and after CES. The twitch tension(Pt)、time to peak tension(TPT)、half-relaxation time(1/2 RT)、tetanic tension(Po)、fatigue index (FI) and fatigue recovery index(FRI) were respectively measured in normal group(NG) and CES group(CESG) with amoniphylline . There were more significant increase in Pt and Po ,and more significant decrease in FI and FRIS in CESG than that in NG(P<0.01).however ,those variations in 10Hz and 20Hz group were more significant than that in 50Hz and 100Hz group. We considered it might be an important clinical role for aminophylline to prevent and treat diaphragm muscle fatigue.
, 百拇医药
Key Words: aminophylline； diaphragm muscle； chronic electrical stimulation； mechanics
膈肌疲劳是急慢性呼吸衰竭的重要原因，预防和治疗膈肌疲劳是近年来研究的重点之一[1,2]。慢性低频电刺激(CLFS)可提高膈肌抗疲劳的能力和缩短疲劳恢复时间,氨茶碱可增强膈肌收缩力和耐力，防止疲劳的发生[3,6]。但氨茶碱对慢性电刺激(CES)后膈肌肌条力学模式的影响未见报道。本文探讨氨茶碱对CES后膈肌肌条收缩力学的影响。
1 材料与方法
1.1 仪器及试剂
国泰TTC-4 电刺激仪和恒温水浴箱购自上海,肌张力传感器购自北京,八道生理记录仪购自日本光电。氨茶碱来自sigma,其它试剂均为国产和进口分析纯。
, http://www.100md.com
1.2 方法
1.2.1 动物及CES模型的建立:日本大白兔30只，体重1.5～1.75kg，雌雄不拘。常规麻醉消毒后,分别于斜方肌与肩胛举肌、胸头肌的下1/3与斜方肌的连线处和胸大肌、胸骨旁二、三肋间切开1～1.5cm长皮肤，钝性分离皮下组织。铂金刺激电极和无关电极分别置颈部和胸部皮下，电极导线从皮下潜行至颈后皮肤切口处引出、固定。电极呈园型，约0.56cm2。术后一周，随机分为正常对照组、10Hz、20Hz、50Hz和100Hz，每组六只。CES参数为主频0.75s，串长0.25ms，波宽0.2ms每次3 strains，45 beats/min,电压10～20V，以调节到最佳刺激效果为准，对照组不刺激。刺激时间2×2h/d，每周刺激六天,连续刺激五周。
1.2.2 肌条制备、刺激参数及测定指标:戊巴比妥(20mg/kg)麻醉,气管切开,插管,持续机械通气;切开腹部,切割分离0.2～0.3cm肋膈肌肌条,结扎穹隆和肋端,剪下肌条,立即置预冷的Hank's液中备用。Hank's液含(mmol/L)NaCl 118, KCl 4.7, MgSO47H2O 1.2, KH2PO4 1.1,NaHCO324, CaCl2 6H2O 2.5和葡萄糖6.5，pH7.4；氨茶碱组在Hank's浴液中加氨茶碱1mmol/L。浴液用95%O2和5% CO2行冒泡法饱和。肌条肋端固定在玻璃捧上,穹隆端接肌张力传感器，两个不锈钢针状电极置肋部肌条两边，相距约0.3cm 。在26℃ Hank's液中平衡30min，测定下述肌条力学指标。肌张力传感器连接八道生理记录仪，信号放大，记录。基础单收缩波用频率30Hz，波宽0.2ms的单振方波刺激，电压以达到最大收缩波为准，约30～40V，分别测定Pt、TPT和1/2Rt；最大强直收缩用100Hz，串长0.45ms，波宽0.5ms的方波刺激，60 beats/min，分别测定Po，FI和FRI。取三个收缩波均值为测量值。以第一次颤搐强直收缩张力(F1)减去120次强直颤搐收缩张力(F120)的值除以F1为FI,等式为(F1-F120)/F1；以F1减去疲劳后恢复30min后再次测定的第一次颤搐强直收缩张力(F1')的值，除以F1为FRI，等式为(F1-F1')/F1。Pt和Po取均值后，以g/cm2表示其强度；计算公式为：横切面积(cm2)=肌条重量(g)/1.06g/cm2÷长度(cm)，Pt和Po均值÷横切面积即为g/cm2；式中1.06g/cm2为肌肉比重。
, 百拇医药
表1 慢性电刺激对膈肌肌条收缩力学的影响
Table 1 Effect of CES on diaphragm muscle mechanics (x —±s) Parameter
Group
control
10Hz
20Hz
50Hz
100Hz
Pt(g/cm2)
367.83±40.67##
, http://www.100md.com
311.00**±60.07##
344.33**±52.08##
398.66**±71.02
453.00**±69.47
TPT(ms)
22.13±6.56#
40.47**±10.34##
3 3.75**±12.30##
, http://www.100md.com
19.78**±9.63
16.80**±7.02
1/2 Rt(ms)
24.07±9.74#
48.92**±14.76##
40.30**±13.88##
21.82**±11.52
17.80 **±11.06
Po(g/cm2)
, http://www.100md.com
1317.83±167.34#
763.52**±81.23##887.17 **±102.64##1417.67**±139.471547.00**±156.65
FI
0.45±0.02#
0.23**±0.04##
0 .32**±0.02##
0.50**±0.02
, http://www.100md.com
0.58 **±0.01
FRI
0.33
0.20**±0.03#
0.23**±0.03##
0.37**±0.03##
0.43**±0.02
Pt/Po
0.28±0.02##
, 百拇医药
0.59**±0.03##
0.50**±0.06##
0.52**±0.01
0.20 **±0.01
Compared with control group:** P<0.01；n=6
Compared with 50Hz and 100Hz groups:# P<0.05,## P<0.01表2 氨茶碱对正常和CES后膈肌肌条收缩力学的影 响
Table 2 Effect of amimophilline on diaphragm muscle mechanics&127;after CES (
±s) Parameter, 百拇医药
Group
control
10Hz
20Hz
50Hz
100Hz
Pt(g/cm2)
422.67±41.843
24 .50**±23.06##
364.51*±42.74##
428.1 7±23.62
, 百拇医药
523.67±34.45
TPT(ms)
21.07±9.70
39.83±8.20##
33.23±12.43##
19.47±6.37
16.30±9.70
1/2 Rt(ms)
24.72±4.63
56.43*±14.66##
, 百拇医药
45 .56*±14.60##
22.63±6.55
18.77±4.96
Po(g/cm2)
1425.50±76.71
835.07*±54.61##
10 19.17*±101.10##
1447.83±119.60
1597.83±165.60
, 百拇医药
FI
0.37±0.01
0.19*±0.03##
0. 25**±0.01##
0.47±0.02
0.56±0.02
FRI
0.26±0.02
0.16**±0.02##
0.19*±0.02##
, 百拇医药
0.33±0.04
0.42±0.02
Pt/Po
0.29±0.01
0.63*±0.03##
0 .43*±0.02##
0.25±0.01
0.20±0.01
* P<0.05,** P<0.01 vs control # P<0.05, ## P<0.01(vs 50Hz and 100Hz groups)1.3 统计分析
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用方差分析处理相应数据。
2 结果
2.1 CES后膈肌肌条收缩力学参数见表1
2.2 氨茶碱对正常和CES后膈肌肌条收缩力学的影响见表2
3 讨论
本研究发现,氨茶碱对正常对照组和CES各组膈肌收缩功能均有不同的改善，但以10Hz和20Hz组显著,Pt、Po、Pt/Po均较对照组和未用氨茶碱组明显增加，FI 和FRI均较对照组和未用氨茶组降低；而在 50Hz和100Hz组上述指标仅有轻度增加，与未用氨茶碱组比较无显著差异。提示氨茶碱和CLFS有协同作用，明显增加膈肌抗疲劳能力，缩短疲劳后恢复时间；同时不同程度地改善了CLFS后出现的Pt和Po的降低,明显增强膈肌收缩力。由于氨茶碱使TPT 和1/2RT缩短, 使膈肌的收缩和舒张的转换更加协调和同步,不同程度的弥补了CLFS后的膈肌的收缩力量和速度降低,导致较低的肌肉力量-速度曲率[5],这可能对COPD病人急性发作期的呼吸频率明显增快和负荷增加具有重要的临床意义。
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氨茶碱对10Hz 和20Hz组膈肌功能有较强作用的机理并不清楚，可能与氨茶碱对心肌的敏感性高于骨骼肌有关[4]。CLFS后，膈肌Ⅱ型纤维向Ⅰ型纤维转化,心肌型DHPR增加，出现RyR2的表达,RyR1和Ca2+-ATPase减少，SR明显萎缩，使膈肌向心肌型方向转化，对氨茶碱的敏感性增加[5]。由于茶碱、氨茶碱增加膈肌收缩有赖于细胞外Ca2+的存在，CLFS后引起上述钙释放单位结构的改变，使得膈肌细胞对细胞处Ca2+的依赖性进一步增加，那么氨茶碱增加细胞外Ca2+内流的作用就显得更加明显和重要，细胞外Ca2+通过心肌型DHPR的内流加快，使通过CICR偶联的RyR2和RyR3释放Ca2+更加同步；同时氨茶碱尚能促进RyR释放Ca2+，增加收缩蛋白对Ca2+的敏感性，这些因素的共同作用，可能是CLFS组膈肌功能改善较明显的原因。
, 百拇医药
基金项目：国家自然科学基金项目(39470325)
参考文献：
[1] Roussos C, Zakythinos S. Fatigue of the respiratory muscles[J]. Intensive Care Med , 1996，22(2):134-155.
[2] Breslin E H. Respiratory muscle function in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Heart & Lung,1996，25(4):271-285.
[3] Esau S A, Reid M. Medical treatment of Respiratory muscles[J]. Semin Respir Med, 1992，13(1):33-43.
, 百拇医药
[4] Aubier M. Effect of theophylline on diaphragmatic and other skeletal muscle function[J]. J Allergy Clin Immunol,1996，78:787-792.
[5] Pette D,Vrbov G.What does chronic electrical stimulation teach us about muscle plasticity[J] Muscle Nerve,1999，22(6):666-677.
收稿日期：1999-08-09
修回日期：2000-09-20, 百拇医药