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目的:慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD),是一种具有气流受限为特征的疾病,气流受限不完全可逆、呈进行性发展,与肺部对有害气体或有害颗粒的异常炎症反应有关。因肺功能进行性减退,严重影响患者的劳动能力和生活质量。COPD主要累及肺脏,但也可引起全身(或肺外)的不良效应。研究发现COPD患者由于缺氧、酸中毒、营养不良及肺气肿等情况,常常存在全身骨骼肌营养不良、萎缩及不同程度的全身炎症反应。呼吸肌是呼吸运动的动力泵,膈肌是最主要的呼吸肌,在呼吸过程中所起的作用约占全部呼吸肌的60%～80%。COPD患者常有不同程度的膈肌功能障碍,尤其急性加重期时膈肌疲劳显著,后者是导致呼吸衰竭的一个重要因素。机械通气成为重症呼吸衰竭重要救治措施,但是不适当的机械通气模式与通气时间又会影响膈肌功能,甚至导致脱机困难。因此,正确评估膈肌功能、适当处理膈肌疲劳及正确使用呼吸机对COPD呼吸衰竭治疗有非常重要的意义,其中许多问题有待进一步探讨。本课题以COPD模型大鼠为研究对象,初步探讨膈肌功能及控制性机械通气对膈肌功能的影响。采用气管内滴注脂多糖(LPS)加被动吸烟的方法复制大鼠COPD模型,并测定正常大鼠及COPD大鼠的肺功能;采用测定大鼠的胸内压及腹内压的方法来观察跨膈压的变化,并通过大鼠的膈肌肌电图记录及频谱分析评价膈肌功能变化;同时对COPD模型大鼠进行短期(6小时)控制机械通气后观察大鼠跨膈压及肌电图频谱分析的变化,了解短期控制机械通气对膈肌功能的影响。方法:实验用健康清洁级雄性SD大鼠36只,体重230±20 g,随机分为两组: (A)正常对照组,12只,(B) COPD模型组24只,模型组随机分为两个亚组,每组12只,B1组为模型对照组,B2组为短期控制机械通气组。大鼠COPD模型制备:于第1、14天向大鼠气管内滴注入脂多糖200ug(200ul),滴药当日不予熏烟。于第2～13日及15～28日每天置于自制烟熏箱(40×50×60cm,容积约120L)内被动吸烟,每天2次,每次5支,每次持续60分钟,2次之间间隔至少4小时。所有大鼠均饲养于鼠笼中自由进食水。对照组不作任何处理,模型制作周期共28天。复制模型后,称重、将大鼠经1%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉(50mg/kg),保持中等程度的麻醉状态。于颈部正中切开皮肤,分离组织,暴露气管,在气管前壁做一倒“T”字形切口,气管插管,结扎固定好插管。在大鼠腹部剑突下正中稍偏右行纵行切口,长约1.5厘米。首先应用配套的生物电感应电极,经腹腔切口放置在大鼠膈肌的右侧近肋骨部,连接好生理机能实验系统及计算机,采集大鼠膈肌肌电信号,并保存。应用测压导管置入大鼠食道中下段,并与压力传感器及生理机能实验系统连接,另将一自制气囊导管置于大鼠膈下,导管另一端连接压力传感器及生理机能试验系统,将大鼠腹壁缝合,纱布包扎,使之保持密闭状态。通过计算机软件界面可显示大鼠呼吸时胸内压及腹内压力的变化曲线。而后连接小动物呼吸机,将大鼠放入体描箱,待与呼吸机同步且平稳后,测定肺功能,记录FVC、FEV0.3/FVC、PEF、气道阻力、肺动态顺应性等指标。B2组分别于机械通气前及通气6小时后测定跨膈压及膈肌肌电图,实验过程中注意维持动物麻醉状态,保持呼吸平稳,呼吸频率50-70次/分。测定完各项指标后,取材并处死动物。取右肺下叶,及左半膈肌组织做HE染色观察肺组织、膈肌的病理变化。结扎右主支气管后,经气管插管对左肺行肺泡灌洗(BALF),离心(1200rpm,4℃,10min),吸取上清,-70℃保存备用。细胞沉淀悬浮于等量生理盐水中,进行白细胞计数和分类计数。结果:1光镜下组织结构变化对照组气道上皮纤毛排列整齐,支气管肺泡结构正常,无肺气肿及炎症。模型组肺组织肺泡结构大小不一,可见部分肺泡间隔断裂,肺泡融合,肺泡腔扩大,呈肺气肿表现。气道内可见分泌物增多,粘膜上皮纤毛紊乱、脱落,上皮杯状细胞增多,支气管粘膜下可见炎细胞浸润,平滑肌增厚;肺小动脉平滑肌层增厚,管腔变小,病理变化符合人类慢性阻塞性肺疾病特点。正常对照组膈肌组织HE染色切片显示肌纤维排列规整,肌间细胞不多,横断面肌纤维大小一致。模型组膈肌肌纤维大小不一,肌间结缔组织增多,细胞数增加,部分肌纤维扭曲。模型组B2组光镜下结构与B1组无明显差异。2肺功能结果模型组大鼠肺功能与正常对照组比较FEV0.3/FVC显著下降(88.05±5.87 VS 69.41±11.50)有统计学意义(P<0.05)。气道阻力显著增加,肺顺应性明显下降(P<0.05)。3肺泡灌洗液(BALF)中细胞总数和分类计数的变化模型组BALF中白细胞总数与对照组比较显著增多(P<0.05),模型组中性粒细胞数明显升高(P<0.05),单核巨噬细胞数明显降低(P<0.05)。淋巴细胞数较对照组减少,但无统计学意义。4模型组大鼠与对照组跨膈压的变化对照组大鼠经食道及腹内测压后所得跨膈压(5.36±0.94cmH2O)高于模型组跨膈压(4.28±1.03 cmH2O),与对照组相比COPD模型组大鼠跨膈压显著下降(P<0.05),说明模型组大鼠呼吸肌力较正常对照组下降。5膈肌肌电图频谱分析结果肌电图频谱分析结果显示,模型组大鼠较对照组大鼠的膈肌肌电高低频比值(4.99±2.36 VS 3.12±1.10)下降显著,有统计学意义(P<0.05)。模型组与对照组膈肌肌电高频部分比较变化不大(P>0.05),低频部分显著增加(P<0.05)。6 COPD模型组大鼠机械通气(6小时)前后跨膈压及肌电图频谱分析结果均无显著性差异(P>0.05)。结论:1应用两次气管内滴注LPS和熏香烟方法可成功复制大鼠COPD模型。2 COPD大鼠与正常大鼠的膈肌功能比较显示:COPD模型组跨膈压较对照组减小,膈肌肌电图频谱分析高低频比值下降。膈肌肌电图对于呼吸肌疲劳反应更敏感。3 COPD大鼠机械通气6小时前后跨膈压及膈肌肌电图高低频比值变化无显著性差异,短期通气组与模型对照组比较膈肌组织结构无显著变化,提示短期(6小时)控制机械通气COPD大鼠膈肌功能结构与模型对照组无显著性变化。