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背景:基于之前报道肌肉代谢的变化可能会增加易疲劳,我们推测慢性阻塞性肺病(COPD)患者减少了股四头肌耐力,这将是与I型肌肉纤维的比例和氧化的酶的活性。
方法:耐力的股四头肌等长收缩时评估在29 COPD患者(平均年龄(SE)(1) 65年;在1秒用力呼气量37(3)%预测)和18名健康受试者年龄相仿的。股四头肌的电活动被记录在肌肉收缩疲劳的客观指标。的时间最大等长收缩60%的自愿的能力可以不再被用来定义时间持续疲劳(Tf)。针活检的股四头肌是在16两组受试者评估可能的T之间的关系f和肌肉氧化代谢标记物(I型纤维比例和柠檬酸合成酶活动)。
结果:Tf慢性阻塞性肺病患者低于在控件(42 (3)v80(7)秒;平均差38秒(95% CI 25 - 50), p < 0.001)。两组受试者在电子证据的肌肉疲劳耐久试验。在两组之间的显著相关性被发现TfI型纤维的比例和柠檬酸合成酶活性。
结论:等距股四头肌肌肉的耐力降低COPD患者和肌肉氧化剖面与肌肉耐力显著相关。
- 体重指数、体重指数
- 慢性阻塞性肺病,慢性阻塞性肺疾病
- CS,柠檬酸合成酶
- FEV1,在1秒钟用力呼气量
- FVC、用力肺活量
- HADH 3-hydroxyacyl辅酶a脱氢酶
- 香港,己糖激酶
- LDH,乳酸脱氢酶
- 太CSA、中期大腿肌肉横截面积
- MVC,最大随意收缩
- MVC /太CSA,最大强度比中期大腿肌肉横截面积
- 巴勒斯坦权力机构o2,动脉氧张力
- 巴勒斯坦权力机构有限公司2动脉二氧化碳张力
- PFK,磷酸果糖激酶
- Sao2,动脉氧饱和度
- Tf时间,疲劳
- 薄层色谱,肺活量
- Tlco、肺一氧化碳转移因子
- Vo2,耗氧量
- 慢性阻塞性肺疾病
- 肌肉
- 耐力
来自Altmetric.com的统计
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外围肌肉功能障碍导致运动不耐受患者的慢性阻塞性肺疾病(COPD)。1 -3评估周围肌肉力量和耐力现在经常表现在肺康复和运动生理学实验室设置。先前的报道表明,周边肌肉力量是减少慢性阻塞性肺病,1 -4这一发现被归因于肌肉萎缩。4,5
尽管先前的研究产生了相互矛盾的结果,6,7成为普遍接受,下肢肌肉耐力降低,容易疲劳是慢性阻塞性肺病患者比健康受试者年龄相仿。8日,9外围肌肉耐力是临床相关,因为它与可怜的功能状态有关7在COPD患者和运动不耐受。10有趣的是,耐力的股四头肌似乎并不是肌肉在慢性阻塞性肺病。7更有可能的假设是,股四头肌耐力在慢性阻塞性肺病应该与肌肉的有氧能力而不是它的质量。
进行的一项研究来测试假设减少股四头肌耐力在慢性阻塞性肺病与I型肌肉纤维的比例和氧化的酶的活动而不是中期大腿肌肉横截面积。耐力的股四头肌等长收缩时评估在29 COPD患者和18名健康受试者。因为肌肉疲劳的感觉是主观的和肌肉耐力的测量工作依赖,肌电活动期间监测耐力测试肌肉疲劳的客观评估。针活检是在对象的一个子集来评估可能的持续时间之间的关系和肌肉氧化代谢的标记。
方法
主题
二十9 COPD患者(20人)参加了实验。慢性阻塞性肺病的诊断是基于先前的吸烟史和肺功能测试显示中度到重度支气管阻塞(在1秒用力呼气量(FEV1)< 60%的预测和FEV1/用力肺活量(FVC) < 70%)。对象没有限制运动神经肌肉疾病的证据。患者病情稳定,无恶化或使用糖皮质激素在前面的2个月。COPD患者参与肺康复之前进行了研究。对照组包括18名健康受试者(15人)没有参与定期的运动训练。所有受试者退休,只报道低强度的休闲活动。协议的研究机构的伦理委员会批准并得到书面知情同意。
研究协议
肺功能测试
标准的肺功能测试包括肺量测定法、肺容积和肺一氧化碳转移因子(Tlco)进行患者和健康受试者根据先前描述的相关准则和次突变的正常价值,11高盛和Becklake,12柯特斯和大厅,13分别。
计算机断层扫描的大腿
计算机断层扫描(CT)的右腿进行中间的耻骨联合和下髁股骨使用第四代东芝900年代扫描仪。图像取得了10毫米厚的扫描时间1秒120千伏和200毫安,受试者在仰卧位。中期大腿肌肉横截面积(MTCSA)是通过测量获得的表面积密度的组织40 - 100 Hounsfield单位(胡)对应于肌肉组织密度的范围。所有CT图像分析是盲目的同样的放射学家完成的。
股外侧肌的肌肉活检
针活检的股外侧肌静止Bergstrom描述使用技术14和经常在我们实验室进行15在16个患者和16名健康受试者接受了手术。简而言之,与2%利多卡因局部麻醉后1厘米切口和肌肉样本获得的。肌肉标本准备,然后立即在液态氮冷冻储存在−80°C,直到处理。
运动测试
所有科目表现症状有限进步运动测试(a -罗宾斯昆廷Corival 400年,西雅图,佤邦,美国)。5分钟的休息后,进步和症状逐步锻炼测试执行有限而呼吸室内空气(昆廷Qplex, a -罗宾斯)。每个运动持续了1分钟,增量步10或20瓦用于慢性阻塞性肺病和健康受试者,分别。峰值耗氧量绝对和预测价值16被用作峰运动能力的指数。
外围肌肉功能
二十后48小时练习测试,最大随意收缩(MVC)和耐力的股四头肌肌肉进行评估使用semi-recumbent椅子(美国TX HFstar,亨利医疗Belton)配备了应变仪(美国惠普,帕洛阿尔托,CA)来衡量等距膝盖扩展张力。锻炼了大约120°的膝盖和臀部的角度。获得的信号放大(8811 amplificator,惠普(hewlett - packard),然后改变了一个模拟传感器(美国Biopac系统,圣芭芭拉分校,CA)连接到一台计算机进行数据分析(承认软件,Biopac)。为了确定他们的MVC,主题表现三个简短的最大收缩分离2分钟的休息时间。如果极大值保持为2秒可再生的(< 10%变化),这三个收缩的最高价值被认为是MVC。MVC的可变性的> 10%我们曾计划问参与者执行第四策略但这是不必要的,因为所有参与者能够产生两个可再生的最大收缩前三次。
肌肉耐力是评估使用的适应协议之前被Viitasalo和科米。1710分钟后休息的MVC演习后,受试者被要求保持张力代表60%的MVC,直到精疲力竭。电脑屏幕作为一个反馈机制来帮助受试者保持轻快确定高频的张力。受试者强烈鼓励追求直到张力MVC下降至50%。因此周边肌肉耐力是评估时间疲劳(Tf),定义为时间的等长收缩达到50% MVC。
表面肌电图
在评价Tf、双相表面肌电图(EMG)被记录从右侧股外侧肌大转子和外侧髁,中间3厘米内活检。极间阻抗降低最多4 kΩ(Quick-Prep,昆廷,H Robbins)和相同的Biopac系统是用于放大、带通滤波(8 - 250 Hz),记录和分析的EMG信号。样品2秒分析有时对应0,25岁,50岁,75年,100% Tf。因此比较组之间的EMG信号是在相同的相对时间。中值频率的信号是来自一个快速傅里叶变换分析。这个EMG参数是倾向于平均频率,因为它不受信号噪声。18虽然没有明确的提出了切断,对低频光谱压缩在一个持续的等长收缩被认为是疲劳的证据。19
肌肉活组织检查分析
纤维类型
冷冻样本嵌入在10月化合物(Tissue-Tek英里公司,埃尔克哈特,在美国)和横向部分10μm削减使用低温恒温器徕卡荣格厘米3000(位于德国)。每个部分验证了光学显微镜,以确保适当的纤维取向。肌肉部分为肌纤维腺苷三磷酸酶染色(mATPase)活动根据单步乙醇改性技术,如前所述。20.根据染色强度,不同纤维类型被指定为I型(non-stained), IIa(轻微染色),和类型IIx(黑色染色)。纤维的染色强度介于花絮和IIx被列为IIax。
酶学
EC 4.1.3.7活动柠檬酸合成酶(CS), 3-hydroxyacyl辅酶a脱氢酶(EC 1.1.1.35 HADH),己糖激酶(香港,EC 2.7.1.1)、乳酸脱氢酶(LDH、EC 1.1.1.27)和磷酸果糖激酶(PFK EC 2.7.1.11)与光谱光度测量的技术进行评估,如前所述。15
统计分析
值都报道说(SE)。根据数据分布,对比组与未配对的学生完成的t测试或Wilcoxon等级和测试。Shapiro-Wilk的常态假设是验证测试和布朗和列文的活力四射的变异测试数据被用来验证方差的同质性。试验采用裂区设计,分析肌电图数据。两个实验组和控制组的factors-one比较慢性阻塞性肺病和一个考虑到时间在疲劳试验(0、25、50、75和100% Tf已经包括在分析中。一个混合模型分析这两个因素之间的交互作用项。皮尔森相关系数是用来评估可能的T之间的关系f、肌肉纤维类型分布,和酶的活动。p < 0.05被认为是具有统计学意义的价值。数据分析使用SAS统计软件包项目版本8.2 (SAS研究所有限公司、卡里、数控、美国)。
结果
学科的特点
研究对象的特点如表1所示。两组人相似的年龄和身体质量指数。患者平均严重的不可逆转的阻塞(post-bronchodilator FEV的改善1< 15% pre-bronchodilator价值),意味着FEV137 (3)%,FEV的预测价值1/ FVC 43(2) %的比例。病人也有轻微的减少Pao2和Sao2和正常的爸爸有限公司2。运动能力也降低COPD患者的峰值耗氧量14(1)毫升/公斤/分钟相比,28(2)在健康受试者毫升/公斤/分钟(平均差:14毫升/公斤/分钟(95% CI 10到18),p < 0.001)。受试者接受的基线特征和那些没有接受活检是相似的(数据未显示)。
周围肌肉功能、形态和酶学
肌肉、力量和耐力
COPD患者肌肉萎缩的太CSA66(3)厘米2与107年相比(3)厘米2健康受试者(平均差41厘米2(95% CI 31至52),p < 0.001,表2)。正如所料,股四头肌的强度也较低的患者比健康受试者(平均差17公斤(95% CI 10 - 23), p < 0.001)。股四头肌等长耐力是减少慢性阻塞性肺病,意味着T如图所示f42(3)秒与80年相比在健康受试者(7)秒(平均差38秒(95% CI 25 - 50), p < 0.001)。
Myoelectrical疲劳的迹象
图1显示了时间的中位数EMG信号的频率在疲劳试验中两组。两种模式的EMG平均频率被发现在其他健康受试者解释其变化在这个大的群体;在九18名健康受试者的休息EMG平均频率范围在慢性阻塞性肺病(140赫兹)而在另一半的这组低得多(90赫兹)。尽管平均肌电图中值频率更高的COPD患者,两组显示相同的模式的EMG平均频率随时间的变化。最后等长收缩测试两组显示EMG平均频率显著下降而休息值(p < 0.001)与疲劳肌肉收缩模式一致。EMG平均频率下降的斜率随着时间的推移两组相似,但因为长股四头肌等长耐久试验在健康受试者,绝对控制组的降幅大于COPD组(10 (2)%v4(1)%,平均差6% (95% CI 2 - 10), p < 0.001)。
EMG平均频率的时间进程等长收缩在COPD患者(封闭的圆圈)和健康受试者(圆圈)。时间的时间表示为%疲劳(Tf)和中值频率的绝对值(Hz)。大大降低了EMG平均频率被发现在两组。*时间中值频率显著不同的初始值。平均值与标准错误(酒吧)。
肌肉形态和酶学
组平均值为纤维类型组成和酶活性的股外侧肌如表3所示。与健康受试者相比,慢性阻塞性肺病患者的比例明显减少I型纤维(平均差31% (95% CI 20 - 41), p < 0.001),增加的比例IIx纤维类型(平均差14% (95% CI 2 - 26), p < 0.05)。两个氧化酵素的活动(CS, HADH)在慢性阻塞性肺病组低于对照组(平均差3.8μmol /分钟/ g (95% CI 1.4 - 6.2), p < 0.01为CS;平均差1.8μmol /分钟/ g (95% CI 0.7 - 2.9), HADH p < 0.01)。没有发现显著差异对于香港和LDH,虽然PFK活性明显高于慢性阻塞性肺病组(平均差33.6μmol /分钟/ g (95% CI 14 - 52), p < 0.001)。
相关系数
MVC与太强烈的相关性CSA在慢性阻塞性肺病(r= 0.77,p < 0.001)和在健康受试者(r= 0.83,p < 0.001)。一个类似T之间的关系f和太CSA在健康受试者(r= 0.48,p = 0.05),但不是在COPD患者(r=−0.13,p = NS)。Tf与I型的比例显著相关股外侧肌的肌肉纤维健康受试者(r= 0.50,p < 0.05,图2)和慢性阻塞性肺病患者(r= 0.74,p < 0.01,图2 b)。重要的相关系数T之间也可以建立f两组和CS活动(健康受试者:r= 0.65;p < 0.01;慢性阻塞性肺病主题:r= 0.60,p < 0.05,图2 c和D),但没有观察到与其他酶的关系。Tf没有与肺功能的任何参数。
疲劳的时间(T之间的关系f)和I型纤维的比例(A)健康受试者和慢性阻塞性肺病患者(B);和柠檬酸合成酶(CS)活动(C)健康受试者和(D)慢性阻塞性肺病患者。这两个参数之间的显著相关性被发现在两组。
讨论
这项研究的结果表明,股四头肌耐力降低COPD患者与健康受试者相比,这种肌肉的耐力与肌肉而是肌肉氧化能力。此外,神经肌肉疲劳的迹象被发现在COPD患者和控制的肌肉耐力测试表明,类似于健康受试者,轻快COPD患者可以维持一个高频的等长收缩为一个足够的时间开发周边肌肉疲劳。
肌肉收缩的影响降到最低的心肺系统,一个耐力协议使用基于局部等距收缩。在等长收缩最大强度的60%执行,肌内压力的增加会导致肌肉血流量的减少从而限制放在心脏的需求。21除了可能的刺激来自肌肉metaboreceptors,22通风的要求与此相关的运动应该保持谦虚由于小肌肉,肌肉生成副产品在这样的收缩仍将在本地被困。尽管通风没有测量,应该注意的是,没有一个主题报道增加耐力测试期间呼吸困难。因此明显是一个孤立的肌肉等长收缩,严重通气的患者能够承受限制(比如那些参与本研究)的时间足够长的发展肌肉疲劳。这些概念是支持的事实,EMG疲劳的证据被发现在COPD患者和T之间缺乏相关性f和肺功能。
本研究的一个重要方面是,客观的评估使用肌肉疲劳。EMG功率谱的变化已被广泛的研究来评估肌肉疲劳。与发展的肌肉疲劳,EMG信号的功率谱的变化与相对更高频率的减少就是明证EMG平均频率的降低。19疲劳肌肉中的肌电图频移归因于肌肉纤维传导速度的降低,18以及降低肌肉pH值和I型纤维的进步招聘频率低于II型纤维。基于这些信息,EMG平均频率的显著降低COPD患者中发现控制是指示性的疲劳肌肉收缩模式,尽管它不能确定这是否是在疲劳试验的限制因素。事实上,更大的绝对下降,肌电图在健康受试者中值频率比与慢性阻塞性肺病(10%v4%)表明这EMG现象,在慢性阻塞性肺病直接负责任务失败。维持给定的收缩的能力是一个复杂的现象受到各种因素的影响如招聘额外的motoneurone单位在任务疲于奔命,动机,和宽容不舒服的症状。除非真正effort-independent指数的肌肉疲劳,所涉及的所有因素的相对贡献的能力来维持一个疲劳的任务不能确定。更高的频率在疲劳试验中值COPD患者也符合更高比例的II型纤维,所表示的肌肉纤维类型组成和价值观之间的关系和/或肌电图的估计变量的变化率在持续收缩。23
虽然身体活动问卷没有使用在目前的研究中,这个研究的健康受试者招募退休了,没有参与有规律的锻炼训练,并报告只有低强度的休闲活动。最好的可用的客观评估他们的健康水平是平均103%的峰值耗氧量预测价值,符合健康的非竞技组。I型纤维的比例中发现这组(58(3)%)可能会提出一些训练状态的担忧。有一个大个人间变异性在健康受试者的纤维类型分布。例如,在一个大型研究I型纤维在久坐不动的健康受试者的比例从15%变化到85%。24这是符合我们过去的经验与对照组在I型纤维不同的比例从43%降至58%。9日,25重要的是,这种讨论活动和对照组的训练状态并不能否定本研究的主要发现是,股四头肌肌肉耐力的有氧状态有关,在健康受试者和慢性阻塞性肺病患者。
慢性阻塞性肺病患者下肢肌肉在数量和质量的影响。肌无力的直接后果是肌肉的损失5这也会导致运动能力差。而不是力量,肌肉耐力似乎没有相关肌肉,就是明证缺乏T之间的重要关系f和中期大腿肌肉横截面积。没有无脂肪质量之间的相关性和肌肉耐力serre报道等也支持这种说法。7观察到阳性T之间的相关性f和I型肌肉纤维的比例和柠檬酸合成酶活性,而表明肌肉氧化代谢的变化在慢性阻塞性肺病3,25是一个可能的机制导致这种疾病的贫穷的肌肉耐力。肌肉损伤的氧化能力中发现慢性阻塞性肺病导致更高的无氧糖酵解的依赖,在快速积累代谢副产品如乳酸、和在早期肌肉acidosis-all导致过早的肌肉疲劳。26日,27同样的原理可以应用于健康受试者在他肌肉耐力也与氧化的股四头肌。肌肉和耐力之间的显著相关性中发现这些人不太可能是一个因素。我们,而这一发现解释为表明更好的肌肉和耐力很可能会发现与此同时适合个人。
如果我们承认更大的肌肉氧化状态应该带来更好的耐力,我们的发现可能有重要的临床意义。诚然,肌肉氧化状态和耐力之间的因果关系不能从我们的数据牢固确立。然而,基于之前的观察,运动训练增加肌肉氧化能力28,减少肌肉fatiguability29日在COPD患者中,人们很容易建立这两种现象之间的联系。综上所述,我们的研究和他人的提供一个强大的生理原因使用运动训练对慢性阻塞性肺病患者应该转化为更大的肌肉耐力和功能状态。
等长收缩测试执行在所有科目相同的相对强度。考虑到MVC在慢性阻塞性肺病平均65%的价值得到控制,减少肌肉耐力在慢性阻塞性肺病会更可观的耐力测试被执行在两组相同的绝对强度。这可能具有重要意义在执行日常生活的活动期间,绝对不是相对肌肉努力执行。
总之,这项研究提供了进一步支持假说,下肢肌肉耐力降低COPD患者。减少周边肌肉氧化能力可能有重要功能的后果,因为它是一个重要的关联的肌肉耐力。
确认
作者感谢Serge Simard统计援助和Marthe Belanger和Marie-Josee布列塔尼的技术支持。
引用
脚注
这项研究的部分支持由一个教育科研补助金形式拜耳公司。FM的研究学者魁北克矫揉造作的en健康基础。
这项工作提出了部分的年会上,美国运动医学学院,圣,密苏里州,2002年6月。