文摘
外围肌肉无力是常见的慢性阻塞性肺病(COPD),但它仍在争论是否疲软是由于萎缩或收缩功能障碍。
在体外和在活的有机体内股外侧肌的收缩性能进行了研究在16个稳定的慢性阻塞性肺病患者(在一秒钟用力呼气量39±16%的预测,年龄67±4岁(平均±标准差))和九久坐不动的对照组。等距伸膝力量测量而大腿肌肉横截面积(MTMCSA)是获得使用计算机断层扫描。从股外侧肌肌条通过开放活检快速悬浮在一种含氧Krebs-Ringer解决方案,是维持在35°C的pH值7.40研究它们的收缩特性。
等距膝盖两种力量/ MTMCSA比率为0.50±0.08与0.58±0.06公斤·厘米−2分别对慢性阻塞性肺病和对照组。肌肉束横截面积(CSA)为4.6±2.1,4.4±3.1毫米−2,活跃紧张的长度最大15±4和15±3毫米,峰值和最大等长力量正常化CSA分别为4.3±2.7,4.8±2.6 N·厘米−2分别对慢性阻塞性肺病和对照组。力/频率关系往往会转移到正确的COPD患者,这意味着更高的刺激频率是必要的,以产生相同的相对力量。COPD患者有I型纤维的比例低于控制(26±12%与39±11%)与互惠显著增加IIb型纤维比例(20±16%与8±4%)。IIa纤维相似的比例在两组之间。
这些结果表明,股外侧肌的收缩特性是保存在慢性阻塞性肺疾病患者。因此,减少慢性阻塞性肺疾病患者的股四头肌的力量无法解释的基础上改建的伸缩装置。
r . Debigare接受者的博士训练奖的昏聩de la魁北克桑特精心设计的。f . Maltais的研究学者昏聩de la魁北克桑特精心设计的。本研究支持CIHR格兰特没有36331。
肌肉萎缩和软弱是常见的慢性阻塞性肺疾病(COPD)1,2。虽然一些研究调查周边肌肉功能在慢性阻塞性肺病,目前还不清楚是否损失强度可以完全归因于肌肉萎缩或病理过程是否损害收缩函数或激励:收缩偶联1- - - - - -3。如果肌肉萎缩是唯一的因素,它可以是假定的力量的损失会减少肌肉横截面积成正比。否则,如果肌肉功能障碍和/或病理过程涉及那么软弱的程度不会线性相关损失肌肉横截面积(降低强度/肌肉表面比率)。这个问题很难解决临床上有两个原因:1)很难确定最大肌肉收缩在自愿执行强度测量策略;2)实际操作中涉及的肌肉表面不能被精确地量化。
通过评估这些困难是可以克服的在体外肌肉的收缩特性包通过一个小型开放使用电场刺激活检4- - - - - -6。在这种情况下,产生的最大力量是完全独立于激励因素和相关肌肉的横截面可以很精确的估计。在目前的研究中,这种方法被用来测试的假设周围肌肉力量下降在慢性阻塞性肺病患者完全可以解释为萎缩。因此,本研究比较了在体外股外侧肌的收缩性能的隔离包在COPD患者和健康对照组在活的有机体内收缩性质相同的肌肉也被评估。
方法
主题
十六岁男性COPD参与了这一研究。慢性阻塞性肺病的诊断是基于吸烟史和肺功能测试,证实存在严重的不可逆气流限制7。评估的时候,COPD患者稳定没有恶化的疾病前2个月没有经历最近减肥。COPD患者,使用系统性皮质类固醇在过去6个月或在长期氧疗法被排除在外。九久坐的男性健康的一个类似的年龄作为对照组。在两组受试者排除如果他们长时间卧床休息或以前的肌肉疾病。没有受试者参与任何形式的运动训练。只有男性被包括在本研究以减少测量的可变性。友谊医院的伦理委员会赖伐尔Sainte-Foy批准了研究方案和每个病人签署书面知情同意的形式。
肺功能测试和人体测量
标准肺功能测试,包括肺量测定法和phlethysmographic肺容积,得到在COPD患者,根据先前描述的指导方针7努森和相关的正常价值et al。8和高盛和Becklake9,分别。只获得了对照组肺量测定法。身高和体重测量两组根据标准化的方法10。
计算机断层扫描
为了量化大腿肌肉横截面积(MTMCSA)、计算机断层扫描的右大腿中间耻骨symphisis的劣质髁股骨肌肉活检之前执行,如前所述2。
在活的有机体内肌肉力量测量
右膝扩展时的最大扭矩测量,我的膝盖弯曲在90°静态自愿对一个等距收缩应变仪(UTC2;Gould-Statham,克利夫兰,哦,美国)耦合到数字化分析系统(MP100;BIOPAC系统、圣芭芭拉分校、美国CA)。测量受试者舒服地坐着时进行。应变计的四肢被牢牢地固定在座位上使用的框架和伸肌垫紧固件。确保得到最好的努力,受试者仔细指示执行最大努力在呼气时口头鼓励。进行了三个试验相隔2分钟的休息最好的尝试一直进行分析。
肌肉活检
肌肉活检是普通外科医生(F-S。应该)在随后的访问。剃须和消毒后外部右腿的一部分,对股外侧肌的活检进行∼10厘米以上上级髌骨的边界。局部皮下麻醉是通过使用4毫升的利多卡因(2%)与特别注意确保没有注射利多卡因的肌肉。因此,注射利多卡因是表面上和间接完成的。后皮肤切口小,股外侧肌筋膜是呈现。肌肉纤维是经过仔细解剖的纵轴获得一束∼2.5×0.5×0.5厘米。两端都被立即剪包是固定在一个软木塞支持在其长度明显休息。包立即被放置在寒冷的含氧Krebs-Ringer碳酸氢盐溶液(5 137年氯化钠,氯化钾,CaCl22,MgSO41,不2阿宝41,NaHCO324和葡萄糖11毫米)和快速运输为收缩资产评估实验室。
在体外收缩的协议
肌肉束被置于解剖浴含有含氧Krebs-Ringer碳酸氢盐溶液在室温下为额外的解剖。丝绸是每个肢体近端与5 - 6毫米,进一步解剖追求以这样一种方式,其余的包段可用于收缩性评估∼1.5×0.2×0.2厘米,推荐11。预计这些肌肉部分基于对福克纳的研究是可行的et al。5显示正常的动作电位的距离≥5毫米减少肢体的肌肉束。解剖包然后垂直高度铂电极之间玻璃钩和一个等距应变仪(草S48刺激;草,昆西,女士,美国)劣质和优越,分别并立即综合在一个50毫升的器官含Krebs-Ringer碳酸氢盐溶液保持在35°C, pH值7.40。解决方案是充溢气体混合物包括95%的氧气和5%二氧化碳以氧化组织和维护pH值为7.40。包浸泡后,最佳的肌肉长度(Lo),即。的长度抽搐张力达到峰值,使用螺旋测微的决心。在休息时间的15分钟,抽搐收缩得到使用超大的刺激参数(2毫秒脉冲持续时间;∼25 V强度)。抽搐张力峰值(Pt),抽搐张力(TPT),峰值和弛豫时间(RT的一半1/2)获得。进一步休息5分钟后,一个力/频率关系构建使用10,15日,20、30、50、80、100、120和150赫兹刺激来获得最大等长强直性张力(Po)。收缩的协议,包括运输时间来实验室,在60分钟内完成。结束的时候收缩协议,Lo测量和包是重干,然后垂直地安装在一块软木和冷冻在异戊烷与液态氮冷却到冰点和存储在−70°C,直到处理纤维类型。肌肉束横截面积(CSA)估计从先前测量包重量和Lo,如果肌肉密度为1.06 g·厘米−3和一个统一的部分11。
骨骼肌和数据分析
纤维类型
组织化学纤维类型的肌肉活检标本进行了如前所述12。短暂,肌肉样本切成10-μm厚横向部分在低温恒温器−20°C和彩色肌纤维腺苷trisphosphatase活动,根据单步ethanol-modified技术13。染色强度指定纤维类型I型(nonstained), IIa(轻微染色)和IIb型(黑色染色)。肌肉部分被放大和传播一个图像分析系统(图像专业+ Windows 4.1;MediaCybernetics、银泉,医学博士,美国)计数和分类并测量纤维的横截面积。最后测量计算是基于40随机选择的每个类型的纤维12,14。
统计分析
结果表示为平均数±标准差代表措施。使用未配对t描述性的变量进行分析。比较两组纤维类型使用多元单向方差分析进行。比较两组的力量/频率关系,重复测量设计。正常的假设与Shapiro-Wilkinson测试和验证Bartlett的统计数据被用来验证方差的同质性。所有的假设都实现了。使用最小二乘回归分析方法。统计显著性水平设置的假定值≤0.05。
结果
受试者的特征
人体测量特征和肺功能数据如表1中所示⇓。COPD患者有较低的身体质量指数比对照组(p < 0.05)。平均气流COPD患者有严重的局限性,恶性通货膨胀和稍微休息动脉血液中氧含量减少。
的在活的有机体内股外侧肌的特点如表2所示⇓。COPD患者有等距力量和MTMCSA显著减少(p < 0.05),与对照组相比。等距强度/ MTMCSA比率在病人与健康受试者相比显著降低。在两组中,没有统计上的显著差异之间的等距强度三个重复,重复平均3%的1和3之间的区别。
的在体外肌肉的收缩特性包提供了表3⇓。lo和肌肉包CSA两组之间没有显著差异。组平均值Po,Po对肌肉束CSA和纠正Pt/Po图1所示吗⇓。所有收缩参数测量,包括Po纠正对肌肉束CSA,在两组相似。有一个等距强度/ MTMCSA比率和之间显著相关Po纠正对肌肉束CSA (r = 0.56, p = 0.015)。没有相关性在体外肌肉力量和疾病严重程度。两组的力量/频率关系如图2所示⇓。这种关系往往是在慢性阻塞性肺病转移到正确的高刺激频率是必要的,以产生相同的相对力量。同时,要求刺激频率引起Po往往是在COPD患者与对照组相比(150±36与122±42赫兹;p = 0.09)。
![图1. -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/21/2/273/F1.medium.gif)
组平均值)最大等长强直性张力(Po),b)Po纠正对肌肉束横截面积和c)最大等长抽动张力(Pt)/Po股外侧肌束的比例对慢性阻塞性肺疾病(COPD) (n = 16)和控制(n = 9)。两组之间没有显著差异,这些值。数据是平均数±标准差。
股外侧肌束的力/频率关系对慢性阻塞性肺疾病(COPD) (n = 16)和控制(n = 9)。力/频率关系往往是在COPD患者转移到正确的;更高的刺激频率是必要的,以产生相同的相对力量。刺激频率需要引出最大等长强直性张力(Po)往往是更大的在COPD患者与对照组相比。数据是平均数±标准差。
肌肉fibre-typing可以获得11个COPD患者和8个对照组。纤维的平均总数计算在两组相似,平均为604±273和543±342慢性阻塞性肺病和对照组,分别。COPD患者有I型纤维的比例低于控制(26±12%与39±11%,p = 0.02)和互惠显著增加IIb型纤维比例(20±16%与8±4%,p = 0.04)。IIa纤维相似的比例在两组之间。控制相比,CSA的I型(4802±1723µm−2与5793±2118µm−2,p < 0.05)和IIa纤维(4782±1762µm−2与5273±2139µm−2慢性阻塞性肺病,p < 0.05)显著降低。没有显著差异的CSA IIb型两组(3593±1683µm之间的纤维−2与3721±1713µm−2,p > 0.05)。
讨论
确切的机制导致慢性阻塞性肺病的外围肌肉功能障碍仍知之甚少,几个因素,如低氧血15,不活动16、营养不良17、炎症18甚至肌病的存在19已经提出。通过测量在体外股外侧肌收缩性质的包通过开放的活检,肌肉产生的内在能力紧张的独立意志激活了。虽然在活的有机体内数据显示一个不成比例地减少肌肉力量比横截面大,在体外股外侧肌的收缩特性包的COPD患者和健康受试者没有显著差异。这一事实最大强直性张力值修正肌肉束CSA是相同的两组表明,股外侧肌的收缩装置功能通常在慢性阻塞性肺病患者不使用系统性皮质类固醇。这是一个重要的发现,因为它意味着治疗策略旨在获得肌肉应该导致直接增加强度。
在体外收缩性的研究可以很容易地在动物中进行完整的肌肉肌腱单位可以获得。除了肋间准备、完整的肌肉不能收获的人类生活。协议允许分段研究人类肌肉束最初开发比较人类肌肉挛缩的反应的不同的药物,以确定发展恶性高热的易感性20.。随后,模具et al。4成功的测量在体外人类肌肉的收缩特性包和减少全身麻醉过程中收获结束。最好的作者的知识,本研究是第一个显示人类肌肉包允许测量在体外收缩属性可以在局部麻醉下获得。
的有效性在体外收缩性质的测量切割肌肉束相比,完整的肌肉被福克纳评估et al。5。发现的速度收缩和放松Pt/Po不是通过减少肌肉纤维的影响。然而,绝对的和正常的值Pt和Po分段的纤维如低于完整的纤维,纤维损伤和减少膜电位的结果在一片隔肌束的四肢5导致受损纤维两极化。在目前的调查,这是保证肌肉束都是收获,准备以同样方式。因此,低估Po和Pt由分段研究肌肉包可能是类似规模的样本,因此,两组的主题。这是进一步得到事实的支持Po/Pt肌肉束质量和生存能力的一个标志,在两组相似。在此基础上,作者认为,这些变量的比较在健康受试者和COPD患者在这项研究是完全合理的。
在其他研究4,5,在体外sds收缩参数有相对较大的标准。预计这种变化考虑,尽管密切关注技术细节(所有活检是同样的外科医生和收缩的研究都是由相同的人员),细微的差别在组织收集和准备从一个人到另一个可能会影响组织的生存能力。尽管如此,的有效性在体外测量是由几个观测。正如前面推荐的,测量仅限于从每个肢体肌肉段位于5 - 6毫米,以确保电生理学的可行性5和肌节损失降到最低。此外,范围和平均值Po类似之前报道在包与四肢分段在人类4或动物5。最后,现有的等距强度/ MTMCSA比率和之间的相关性Po纠正对肌肉束CSA,相信本研究的测量。
在目前的研究中,在体外肌肉的收缩特性测量包允许肌肉功能的研究独立于自愿的运动单位招聘。的相似性Po·厘米−2健康受试者和COPD患者中观察到不支持的假设一个痛的过程存在于后者,因为减少力量在这种情况下会不成比例大于损失肌肉CSA,表明收缩装置的一个障碍21,22。乍一看,这一结果可能会出现奇怪的普遍认为II型纤维,在慢性阻塞性肺病的比例增加,比I型纤维。相比之下,文学的身体力量生产在哺乳动物骨骼肌明确表示,具体Po没有发生显著的变化在不同纤维类型23。因此,一个类似的结论Po·厘米−2慢性阻塞性肺病和健康受试者之间是独立于fibre-type分布的差异出现在两组。另一个论点支持缺乏普遍肌病过程在慢性阻塞性肺病的观察在肌肉功能障碍的程度并非均匀分布在所有肌肉群,所表示的相对保存上肢肌肉的力量24。最后,上肢肌肉的fibre-type分布在慢性阻塞性肺病不是健康个体的不同25,而隔膜在肺气肿fibre-type概要文件显示了有利的变化符合一个适应长期增加呼吸的工作26- - - - - -28。一起,当前知识骨骼肌功能慢性阻塞性肺病是不符合普遍肌病,至少在病人不是最近接触到系统性皮质类固醇。
Speed-related收缩参数,如课程和RT1/2,肌凝蛋白重链结构和动力学的影响钙交换/处理。这一研究获得的课程和RT值1/2两组的主题是相似的,这表明肌内Ca的病例中没有区别2 +离子动力学。这个观察和适度差异fibre-type分布是一致的,大概在肌凝蛋白重链组成29日,观察COPD患者和对照组之间。基于之前的研究,大样本的患者进行了研究,更大的区别的fibre-type分布股外侧肌慢性阻塞性肺病与对照组之间的预期12。I型纤维的比例在当下对照组略低于通常在相同年龄段的发现30.。这可能是由于本研究的小样本大小和典型fibre-type概要文件在健康人群的变化,因为∼25%的正常男性< 50%股外侧肌的I型纤维31日。
本研究的一个有趣的方面是,两者都有在活的有机体内和在体外测量周边肌肉功能得到在同一个人。虽然受试者仔细指示执行最大努力在强度测量策略,它不能被确认在所有情况下这一目标是否实现。晚期肺病患者可能有更大的困难完全激活他们的肌肉与健康受试者相比,导致/ MTMCSA比率可能低估的力量。低的另一个可能的解释力量/ MTMCSA比率在COPD患者是一个高估的MTMCSA计算机断层扫描分析由于大量肌肉纤维之间的脂肪和结缔组织。这种可能性不太可能有两个原因:1)组织的密度与脂肪是专门从分析中删除;和2)虽然不能排除计算机断层扫描分析,更大比例的大腿部分肌肉纤维之间被结缔组织占领,这可能是不一致的相似在体外Po·厘米−2在两组。然而,这些潜在的困难在活的有机体内肌肉功能评价凸显的意义在体外实验调查的弱点在慢性阻塞性肺病的起源。
测量Po·厘米−2使用切包在本质上是与高可变性和它可以质疑缺乏一个统计上的显著差异Po·厘米−2健康受试者和COPD患者之间由于II型错误。使用目前的数据集,计算出∼800科目在每组(400)将需要证明观察到10%的差异Po·厘米−2两组之间达到统计学意义的80%。然而,如果存在,这种适度的差异Po·厘米−2四头肌肌肉力量减少不能占30%在COPD患者在这个和其他的研究发现2。基于这些考虑,得出的结论是,损伤的肌肉收缩装置不是肌肉无力在慢性阻塞性肺病的主要原因是有道理的。
总之,测量在体外股外侧肌的收缩性质类似慢性阻塞性肺疾病患者和健康的久坐不动的主题,除了正确的力量/频率关系的转变fibre-type前者符合适度差异分布。因此,减少股四头肌力量无法解释的基础上,伸缩装置的改造和这项研究的结果并不支持肌痛的过程在慢性阻塞性肺疾病患者。
确认
作者承认的贡献b . Lapointe Michaud和m . Doucet技术援助,美国Simard统计援助,和m . Belanger m j。布列塔尼人,l . Petitclerc和护士外科门诊诊所的帮助完成这项研究。他们也感谢j . Frenette和f系列的有用的建议关于手稿。
- 收到了2002年5月1日。
- 接受2002年9月2日。
- ©人期刊有限公司