骨骼肌疾病

骨骼肌疾病（共6篇）

骨骼肌疾病 篇1

预计到2020年, 慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 将成为世界第三大死因和第五大慢性残疾原因[1]。大量研究表明, COPD不是单纯的肺部疾病, 而是具有广泛肺外损伤的全身疾病, 骨骼肌功能障碍 (skeletal muscle dysfunction, SMD) 是COPD全身效应 (即肺外作用) 的突出表现之一, 它直接影响运动能力, 并且导致疾病进程加速、生命质量下降、经济负担加重及生存期缩短等, 是疾病死亡率的独立预测因子[2], 它的重要作用正逐步被认识。因此, 对COPD患者SMD的研究, 有可能成为防治COPD的新途径。

1 COPD骨骼肌功能障碍的发生

SMD有较高的发病率, 即使在COPD全球倡仪 (GOLD) Ⅰ/Ⅱ期的病人, 肌肉细胞已发生变化[3]。随着病情进展, 患者的肺功能、运动能力及心脏储备功能被削弱, 从而进一步限制日常活动量, 导致SMD程度加重, 形成恶性循环。与健康人群对比, 患者在进行正常水平运动时更容易出现乳酸堆积。在GOLD Ⅳ期, 即使是低强度活动, 耐力也受到损害。

肺移植后COPD患者仍存在运动能力下降, 更加证明了SMG存在且通过耐力训练能得到改善[4]。

2 COPD骨骼肌功能障碍对患者的影响

SMG表现为肌力和肌耐力下降, COPD患者股四头肌肌力较健康对照组可降低20%～30%, 而耐力可降低70%～80%[5];而肺功能改变只能部分解释上述变化, 这表明疾病伴发的活动量减少和呼吸困难是导致SMG的主要原因。肌力下降在很大程度上可以由肌肉横截面积和质量的相对减少来解释, 而有氧代谢能力下降导致乳酸堆积。

COPD患者在低负荷下蹬车即可出现健康老年人极量运动后的股四头肌收缩疲劳[6], 外周骨骼肌收缩时的生物电活动也发现COPD患者表现出的易疲劳性[7]。

3 骨骼肌功能障碍的评价

3.1 呼吸肌功能障碍评价

呼吸肌属于骨骼肌, 包括吸气肌和呼气肌。膈肌是主要的吸气肌, COPD患者由于肺部长期过度充气使膈肌肌纤维无法处于最适初长度从而导致膈肌机械力学的收缩效应显著下降。最大吸气压 (MIP) 、最大呼气压 (MEP) 和跨膈压 (Pdi) 可以代表呼吸肌收缩能力, 而膈肌张力-时间指数 (TTdi) 是呼吸肌耐力的良好指标, 另外膈肌肌电图、膈神经电刺激法也能反映膈肌功能。

3.2 外周骨骼肌功能障碍的评价

股四头肌是体积最大、外周最重要的骨骼肌, 研究起来较方便。其最大收缩力和耐力为主观指标, 易受人为因素干扰, 患者耐受性差, 尤其是耐力测试, 病情严重者容易加重缺氧。而磁刺激肌颤搐张力为客观指标, 重复性好, 耐受性好。如三项结合则可以更准确评价外周骨骼肌功能[8]。

肌肉活检可以发现SMG的直接证据, 如肌肉横截面积下降, 肌纤维类型改变, 肌肉有氧代谢相关酶和线粒体酶活性下降, 肌肉毛细血管分布密度下降等。

影像学检查亦可以为SMG提供证据, 如股直肌纤维横截面积、肌力和大腿中段的CT断层扫描之间存在关系[9]。超声价廉无辐射。双能X线能进行全身和局部肌容量和矿物质的显像等。

4 骨骼肌功能障碍的发病机制

4.1 呼吸肌功能障碍的发病机制

内源性呼气末正压可使呼吸肌负荷明显加重, 长期高负荷状态诱发的结构重塑是导致其功能下降的病理基础。骨骼肌纤维分为Ⅰ型 (慢收缩抗疲劳纤维) 和Ⅱ型, Ⅱ型又可分为Ⅱa型 (快收缩抗疲劳型) 和Ⅱb型 (快收缩快疲劳型) , COPD 患者早在中期其膈肌的纤维Ⅰ型比例升高, Ⅱ型比例降低, 且重度COPD患者胸骨旁肌的肌纤维和重链肌球蛋白比例也发生改变, 虽然呼吸肌结构重塑可使超负荷的膈肌抗疲劳能力增加, 起到一定代偿作用, 但Ⅱ型纤维减少反而会降低膈肌的收缩力, Ⅰ型纤维比例和1秒钟用力呼气容量 (FEV1) %成反比。这也是COPD 晚期患者会出现顽固性膈肌收缩无力, 导致呼吸衰竭发生的主要机制[10]。导致肌肉功能下降的全身性因素亦影响了呼吸肌功能。

4.2 外周肌肉功能障碍的发病机制

与呼吸肌相反, COPD患者外周肌肉长期低负荷, 尤其是下肢肌肉, 活动量下降诱发结构重塑及代谢异常, 肌纤维由Ⅰ型转变为Ⅱb型, 此外系统性炎症、低氧血症、氧化应激、营养不良和内分泌紊乱等都参与了SMD的发生。

4.2.1 废用性萎缩:

COPD患者由于呼吸困难, 往往采取久坐不动的生活方式, 即使那些不太严重的病例, 每天的体力活动也减少, SMG以下肢肌肉最明显, 且活动量相对较少的肢体近心端肌肉比活动量相对较大的远端肌肉功能损失更明显。COPD急性加重 (AECOPD) 患者住院期间由于缺乏体力活动可导致股四头肌力量显著下降, 即使在出院后1月, 其日常活动也无法恢复到发作前的水平, 而在住院治疗期间或之后不久进行运动干预可以使股四头肌肌力明显改善。COPD患者股四头肌功能异常在其他缺乏体力活动的慢性疾病患者身上也能看见, 如心力衰竭病人[11]。以上均提示废用性萎缩是参与外周骨骼肌功能下降的机制之一, 且可能比其他因素更重要。

4.2.2 系统性炎症:

COPD肺部炎症是系统性炎症的重要来源, 多种细胞因子介导的病理途径可对肌肉结构和功能造成损害。

(1) 白细胞介素 (IL) :

COPD患者血清白细胞介素明显增加, IL-1与患者的营养状态呈显著负相关;IL-6可以直接诱导胰岛素抵抗, 诱导脂肪细胞凋亡, 促进骨骼肌蛋白质的分解代谢及功能丧失;IL-8与股四头肌力量呈负相关。

(2) 肿瘤坏死因子 (TNF-α) :

TNF-α能增加基础代谢率, 是系统性炎症的主要介质, 在COPD患者体内明显升高, 并通过多种病理途径参与SMD的发生和发展。

TNF-α、IL-6、IL-8等可在骨骼肌容积不减的情况下直接影响骨骼肌的收缩, 从而导致SMG, 也可使分解代谢增强, 蛋白合成减少, 进而导致COPD患者骨骼肌萎缩[12]。

(3) 肌抑制素 (myostatin) :

是转化生长因子家族的新成员, 在COPD患者的膈肌和股四头肌中呈高表达, 其主要功能是抑制肌肉的生长代谢。

(4) 胰岛素样生长因子 (IGF-I) :

IGF-I可刺激肌细胞增殖和分化, 刺激肌细胞摄取葡萄糖和氨基酸, 促进骨骼肌蛋白质的合成, 抑制蛋白质的分解等[13], 血液中IGF-I低水平与COPD患者骨骼肌萎缩有一定的相关性。

(5) C-反应蛋白 (CRP) :

急性炎症时CRP浓度迅速上升且升高幅度与感染程度呈正比。在AECOPD和非脂肪重量减少的COPD患者中, 血浆CRP增加, 基础代谢率增加从而增加骨骼肌消耗, 提示CRP参与COPD营养不良、骨骼肌萎缩的发生。

(6) 血清瘦素 (leptin) :

被认为是COPD新候选基因, AECOPD患者瘦素浓度升高, 其受体多态性与肺功能下降及骨骼肌萎缩有关。

(7) 过氧化物酶增殖体活化受体 (PPARs) :

主要通过介导过氧化物增殖体活性调节骨骼肌氧化代谢、促进纤维类型的转换, 参与COPD骨骼肌萎缩的发生[14]。

4.2.3 低氧血症:

健康人若暴露于高海拔缺氧环境, 骨骼肌功能、形态和代谢上的变化和COPD病人相似[15]。AECOPD患者低氧血症通过激活泛素-蛋白酶体途径刺激骨骼肌蛋白的分解。长期慢性缺氧可使全身炎症和氧化应激增加, TNF-α等细胞因子释放, 导致蛋白质分解增强, 从而发生骨骼肌萎缩;还可通过刺激肌抑制素高表达, 诱发肌萎缩和肌无力, 从而加重SMD程度。COPD患者缺氧导致的骨骼肌收缩力下降可被吸氧部分减轻。

4.2.4 高碳酸血症:

高碳酸血症导致细胞内酸中毒, 影响肌细胞的代谢, 它常和其他因素混杂出现。

4.2.5 氧化应激:

COPD患者不论缓解期还是加重期, 活性氧自由基诱导产生的过氧化产物都可显示升高。过多的氧自由基会导致肺组织、骨骼肌细胞等增殖/凋亡失衡, 促进炎症反应, 增加肌肉蛋白的水解, 从而导致SMG的发生。

肌肉氧化应激的强度和患者股四头肌耐力可能呈负相关, 在给予抗氧化剂N-乙酞半胱氨酸NAC后, 患者氧化应激强度降低, 同时股四头肌耐力得到改善;预先给予NAC处理的患者在抗疲劳练习中, 小腿肌肉耐力有15%的提高[16]。移植了肿瘤的动物 (高表达TNF-α) 应用自由基清除剂后, 能有效地改善肌肉萎缩。

4.2.6 遗传易感性:

>50%非常严重的COPD患者保留有股四头肌力量, 可能存在遗传易感性对长期缺乏体力活动所致的肌肉质量或力量损失的影响[17]。

4.2.7 营养不良:

是肺外效应的主要表现。COPD患者由于呼吸驱动相对增强、呼吸肌功能障碍以及系统性炎症反应常存在较高的静息能量消耗, 同时, 由于长期低氧血症、膈肌下降和药物胃肠道反应等导致消化吸收功能障碍, 因而多有热能摄入不足, 并且急性发作期较稳定期更明显, 可能长期存在能量负平衡, 从而导致体质量减轻和肌肉萎缩。

4.2.8 激素和药物因素:

糖皮质激素使用剂量与肌肉功能受损有关, 即使是小剂量如>6月的日常平均剂量[18], 也会导致肌肉形态、代谢和功能发生异常。具体机制推测可能与糖皮质激素上调肌抑制素表达或降低血浆中IGF-I蛋白水平等来抑制骨骼肌蛋白合成有关。

雄性激素可以促进肌肉生长, COPD患者雄激素水平低下与股四头肌无力显著正相关。

AECOPD患者β受体激动剂使用与骨骼肌萎缩的发生有一定的相关性。

4.2.9 细胞凋亡:

骨骼肌细胞凋亡增加导致了肌肉纤维数量减少, 从而引起COPD患者体质量减轻和骨骼肌萎缩[19]。而骨骼肌的过度凋亡与气道炎症反应及中性粒细胞凋亡不足密切相关, 氧化应激也能增加骨骼肌细胞凋亡。

5 骨骼肌功能障碍的治疗进展

肺康复在提高COPD患者的运动能力、呼吸困难、健康状况方面, 已被无数的随机对照试验和荟萃分析所证明。肺康复没有直接改善肺功能, 它的作用是运动能力的改进, 主要作用在骨骼肌。有效的肺康复可以促进肌纤维再生, 抑制肌细胞过多凋亡, 诱发生肌素表达, 还可能抑制慢性系统性炎症[20], 已成为最有效的干预措施之一。

5.1 非药物治疗

5.1.1 运动训练:

越来越多的人认识到SMG的重要性, 虽然肺通气限制会导致患者不能达到足够的训练强度从而引发生理改善, 但运动训练仍是唯一可以使骨骼肌功能和形态持续性改善的方法。争论点在于最有效的运动模式。

外周骨骼肌训练分为耐力和肌力训练[21], 前者可明显提高肌肉的有氧代谢能力;后者不仅可改善肌肉的力量, 还可以改善重塑的肌纤维结构, 增加外周肌肉中Ⅰ型肌纤维的数量及比例, 增加肌肉体积。COPD患者二者配合比单项训练的效果更显著。

运动强度是训练效果的重要决定因素。中重度COPD患者可能因呼吸困难而无法进行长时间高强度的运动训练, 间歇训练更为合适, 另外可以用无创机械通气、吸氧和 (或) 氦氧混合气的补充来增加运动耐量。

5.1.2 营养支持:

营养支持必须与其他措施配合才能改善肌肉功能, 缓解呼吸困难和提高生命质量。

5.1.3 无创通气:

如果能在COPD早期阻止膈肌凋亡, 从而尽量减少膈肌纤维类型的改变, 相信会对预防COPD 晚期的呼吸衰竭有明显作用。而无创正压通气可减轻吸气肌负荷, 迅速缓解呼吸肌疲劳, 改善气体交换, 缩短住院时间, 降低呼吸衰竭的发生率。但晚期患者效果不理想。

5.1.4 电刺激:

对明显呼吸困难或者严重SMD而无法参加肺康复治疗的COPD患者神经肌肉电刺激可能有一定的帮助。

然而以运动为核心的肺康复也有局限性, 如肺康复并不能完全逆转股四头肌的异常;有近1/3 的患者通过肺康复并不能改善运动功能;肺康复的效果在12～18月中逐渐下降至基线, 此外还有很多患者无法得到肺康复服务等等[22]。

5.2 药物治疗

因为COPD患者肺康复训练后无可争议的效果, 骨骼肌被认为是不可逆肺功能损伤患者新的药物治疗靶点[23]。

5.2.1 直接刺激合成代谢和抗分解代谢药物:

大部分针对肌细胞的药物可归类于此。如雄激素 (如睾酮和其类似物) 、生长激素、IGF-I是肌肉合成代谢信号, 可增加蛋白质的合成;而IL-6、TNF-α、筒箭毒碱是肌肉的抗分解代谢物质。其他对肌容量没有影响的药物包括基于细胞动力学和感光剂研制的钙生成剂等。

直接合成代谢药物主要针对的是急性“肌肉损伤”, 达到保护骨骼肌功能、加速恢复和延缓骨骼肌功能障碍的目的。许多研究证实, 在肺康复同时或AECOPD发生或收治入院时立即给予合成代谢刺激可以减少开支、减少不良反应的发生和减少再入院风险。

COPD患者肌肉内筒箭毒碱水平升高, 经运动锻炼后可恢复, 筒箭毒碱抑制剂是有前途的抗分解代谢药物。

临床上用生长激素联合营养支持治疗能提高COPD患者营养状态。使用睾丸酮或其他合成激素联合肺康复治疗COPD患者, 能增加去脂体质量, 增加呼吸机肌力。但由于对肌力改善缺乏长期作用且不良反应大, 故难以推广应用。

PPAR对骨骼肌氧化代谢有调节作用, 可增加肌肉利用脂肪酸, 同时具有潜在的抗炎作用, PPAR激动剂或将成为治疗COPD患者的新方向。研究发现COPD营养不良模型大鼠骨骼肌组织中的TNF-α含量明显增加, 且与骨骼肌蛋白分解呈正相关。使用TNF受体拮抗剂后, COPD营养不良模型大鼠体质量有明显增加[24]。肌肉抑制素的抑制剂已经在小鼠肌肉营养不良的模型中表明对增加肌肉组织和功能有作用, 尽管人类研究还在初期阶段[25]。

5.2.2 抗炎治疗:

体内系统性慢性炎症反应的存在可干扰激素类药物对骨骼肌功能的改善效应。因此, 对系统性炎症的炎症介质或细胞因子给予特异性抗体或抑制剂治疗, 能有效改善SMD及预后。一系列的广谱抗炎药物 (如核因子-κB抑制剂、p38 MAPK抑制剂等) 和炎症介质拮抗剂 (如细胞因子抑制剂) 等正在研发中[26]。

5.2.3 现有药物的新适应证:

补充维生素D或血管紧张素转换酶抑制剂可能对COPD患者肌肉功能障碍有治疗作用。心衰治疗药左西孟坦也可能提高COPD的骨骼肌功能。环孢霉素是免疫抑制剂也是钙离子调控的抑制剂, 可以促进从慢肌纤维到快肌纤维的转化。还有抗氧化剂包括维生素、NAC等, 有证据表明它们对预防AECOPD的作用, 且这些药物的不良反应很少。

同时运用药物和运动训练能最大限度地发挥肺康复作用、降低医疗费用并保持康复的长期效果, 随着对骨骼肌功能障碍分子机制的深入了解, 将来可能会有新的治疗学策略, 但对于老年人口众多、COPD高发的中国形式依然严峻。

骨骼肌疾病 篇2

本文通过综述酶的化学特点、作用机理、酶促反应特点，以及酶与运动能力的关系，帮助教练员准确理解运动训练提高运动员运动能力的生物学机制，进而更科学地制订训练计划。大家在相关论文写作时，可以参考这篇题目为“运动训练对骨骼肌酶含量与活性的影响”的运动生物化学论文。

原标题：骨骼肌酶与运动综合能力

摘要：运动训练时物质代谢和能量代谢迅速加快的重要因素是骨骼肌中酶的存在。通过综述酶的化学特点、作用机理、酶促反应特点，以及酶与运动能力的关系，帮助教练员准确理解运动训练提高运动员运动能力的生物学机制，进而更科学地制订训练计划。

关键词：骨骼肌；酶促反应；运动能力

在运动训练中，物质代谢的化学反应极为顺利和迅速，如在 21 s 左右完成 200 m 跑，机体需消耗 60 kcal 的能量，其根本原因就在于体内存在一种起催化作用的特殊物质--酶。运动训练可引起细胞内酶活性发生适应性变化。细胞内有多种酶，催化不同物质的物质代谢与能量代谢 ;但不同的细胞，不同的代谢状态，酶的含量、分布及活性是不同的，因而酶参与代谢的调节包括酶的含量、分布、活性等。在运动训练过程中，机体内酶的活性、含量的改变都会伴随运动能力的变化，运动训练提高运动能力的机制之一，就是通过运动训练提高物质代谢酶的活性与含量。

1 酶的概念及其化学特点

酶是生物细胞产生的具有催化功能的物质。绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是由其他生物大分子如核糖核酸组成核酶。酶所具有的催化能力称为酶活性，如果酶失去催化能力则称为酶的失活。根据酶的化学组成可将其分为单纯蛋白质酶和结合蛋白质酶。单纯蛋白质酶仅由蛋白质构成，其催化活性由蛋白质结构所决定。结合蛋白质酶除蛋白质部分（即酶蛋白）外，还有非蛋白质部分，即所谓酶的辅助因子。辅助因子可以是金属离子，也可以是辅酶（或辅基），维生素可通过组成辅酶或辅基的形式，参与酶的活性调节及体内的物质能量代谢（表 1）。如果体内钙、钠等矿物质元素或维生素含量降低，会引起相应酶的活性降低，进而影响能量代谢的进行，极大地限制机体的运动能力（表 2）。

2 酶的作用机理

酶是生物催化剂。与一般催化剂的作用一样，它能降低底物分子所具有的活化能。酶促反应时，底物（S）与酶（E）的活性中心靠近与定向，进而结合成不稳定的中间复合物（ES），这样，使底物分子中的敏感键产生张力或变形，敏感键易于断裂，从而使底物迅速转变为产物（P）。

其中，E 表示酶，S 表示底物，ES 表示中间产物，P 表示产物。

酶促反应时，并不是整个酶分子都参与催化作用，而是少数带有 -NH2、-COOH、-SH、-OH 等氨基酸残基的活性基团所形成的活性中心。当运动训练引起体内温度、酸碱度等理化因素改变时，酶的活性中心空间排列状态就会受到影响甚至破坏，酶的活性就会降低甚至失活。

3 酶促反应的特点

酶所催化的反应称为酶促反应，在酶促反应中被酶催化的物质称为底物，反应的生成物质称为产物。酶促反应包括酶与底物的结合和催化反应的加速 2 个过程。酶是生物催化剂，除具有催化剂的一般特点外，还具有以下独特的催化特点。

3.1 不稳定性

酶的催化功能依赖于酶的结构。酶蛋白具有蛋白质的结构特性，易受各种理化条件的影响，体温变化和失水使体内环境离子浓度、酸碱度改变，各种代谢基质或产物改变都可以对酶活性发生影响，体现酶的不稳定性及可调控性。如大强度运动时肌肉 p H 值下降，可使糖无氧代谢的关键酶--磷酸果糖激酶活性下降，甚至被抑制 ;湿热环境下长时间运动时，机体产热增加而散热不良，体湿升高后可使体内一系列能量代谢酶的活性下降，从而容易产生运动性疲劳。酶促反应的环境一般宜在体温（37℃左右）和近中性（PH ≈ 7）的溶液中进行。

3.2 高效性

酶的催化效率极高，比一般催化剂高 106 ~ 1 013 倍。例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速度比用氢离子催化蔗糖水解的速度高 2.5×1 012 倍。每个酶分子每分钟能催化 102 ~ 105个反应分子发生反应。因而在生物体细胞内，酶表现出量微而催化效率极高的特点。在运动时，代谢过程的速率更高，比平常高几十甚至上千倍，可见，酶活性大小和运动能力关系十分密切。

3.3 特异性

酶对其作用的底物有严格的选择性并产生一定的产物，这就是酶的特异性。一般来说，一种酶只能催化一种底物或同一类型的化学键。例如 :淀粉酶只能催化淀粉水解，蛋白水解酶只能催化蛋白质水解，脂肪酶只能催化脂肪水解。酶的这种特性，也表现在对不同专项代谢机能训练的适应不同，酶会产生专项适应。因此，训练要求有针对性，如力量、速度与 ATP 酶、肌酸激酶的活性关系最为密切 ;耐力则与柠檬酸合成酶、琥珀酸脱氢酶及细胞色素氧化酶的活性关系最大。

正因为酶具有不稳定性、高效性和特异性，因此，一切影响蛋白质性质的因素都可影响酶的催化功能，进而影响酶促反应，包括温度、酶酸碱度、代谢物质浓度等。在一定范围内，代谢底物浓度越高，反应速度越快，增加酶浓度可有效提高反应速度。合理的运动训练可提高体内组织细胞中相关酶的含量及相关底物的储存量。环境 p H 值会影响酶分子中某些基团的解离程度，从而改变酶分子的空间结构，影响酶的`催化活性。在运动过程中，骨骼肌糖、脂肪等分解代谢加快，酸性代谢产物增多，可引起肌细胞 p H 值下降，抑制某些酶的活性，从而影响物质代谢的速度。化学反应的速度随温度的增高而加快，但对于酶促反应，过高的温度会破坏酶分子的空间结构，使酶失去催化能力。运动训练前常要求运动员做准备活动，原因之一就是准备活动能提高肌肉的温度，有利于提高骨骼肌酶的活性，使其适应训练和比赛中快速的物质代谢要求 ;但当在高温气候下训练及马拉松跑等长时间运动时，如果补水不够或机体热量不能及时散发，可引起体温过高，如超过 38.5℃，骨骼肌酶的空间结构会发生变化，酶的催化能力降低，此时能量代谢产生障碍，进而引起运动性疲劳。

4 骨骼肌酶与运动能力

运动训练会引起骨骼肌中的酶发生适应性变化，表现在骨骼肌酶含量的变化及酶催化活性的变化两方面，以满足运动时机体物质代谢增强的要求。有效的运动训练，能增强机体对骨骼肌酶的调控能力，使酶更容易被激活。这种适应可在极短时间内实现，但维持时间较短。训练造成的酶催化功能适应性变化可因停训而消退。一般来说，经过较长时间获得的适应效果，消退较慢 ;较快的适应效果，消退较快。不同运动方式对酶活性的影响不同，不同组织器官中酶的变化规律也不一致。运动训练过程中，骨骼肌酶的含量增加及活性增强，是机体对运动训练产生适应的表现。长期的有氧训练，可使骨骼肌中有氧代谢酶类的含量增加，如 SDH、MDH、CAT 和细胞色素氧化酶等。长期的无氧训练，可引起骨骼肌中无氧代谢酶类含量的增加，如 ATP 酶、CK、MK、PFK、LDH 等。

长期的运动训练还可引起骨骼肌中参与代谢的酶活性产生适应性增强，加快代谢过程的速度，满足机体对能量的需求。具体表现为 :有氧运动训练可提高有氧代谢酶类的活性，如琥珀酸脱氢酶（SDH）、苹果酸脱氢酶（MDH）、肉毒碱酰基转移酶（CAT）和细胞色素等酶的活性明显提高 ;无氧运动训练可使肌肉中 ATP 酶的活性提高 30%,CK 活性增强，参与糖无氧分解的酶如磷酸化酶、LDH 等活性显着提高。代谢酶活性的提高是运动训练促使机体代谢过程加强所形成的酶适应的结果。

5 小结

酶是生物活细胞产生的具有催化功能的物质，绝大多数酶的化学本质是蛋白质，运动训练时物质代谢和能量代谢迅速加快的重要因素就是骨骼肌中酶的存在。不同类型的骨骼肌细胞、不同的代谢状态，酶的含量、分布及活性不同，运动训练可引起骨骼肌细胞内酶的含量及活性等方面发生适应性变化，进而提高运动员的运动能力。

参考文献：

[1]王镜岩，朱圣庚，徐长法。生物化学[M].北京：高等教育出版社，:9

[2]林文弢。运动能力的生物化学[M].北京：人民体育出版社，1995

[3]Jay Hoffman.Physiological Aspects of Sports Training andPerformance[M]. U.S.A:Human Kinetics,2002

骨骼肌疾病 篇3

关键词：慢性阻塞性肺疾病,骨骼肌萎缩,过氧化物酶体增殖物活化受体

近年来, 慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 的发病率和病死率正逐年增加, 大量的研究表明, COPD不是一种单纯的肺部疾病, 而是一种可以累及引起全身炎症、心血管系统、消化系统、骨骼肌萎缩、骨质疏松等具有广泛的肺外损伤的全身疾病, 严重影响患者生活质量, 最终导致死亡的重要原因;尤其是不明原因的骨骼肌萎缩和体重减轻, 近年来研究表明约40%左右患者的肺功能并没有严重受损, 而表现为明显的骨骼肌萎缩或功能障碍[1]。非脂肪体重减轻可影响COPD患者呼吸肌肉和外周肌肉的功能, 表现为肌力、耐力的下降及易疲劳。COPD患者骨骼肌萎缩, 力量下降, 下肢比上肢更明显, 股四头肌的耐力也明显下降, 目前COPD外周骨骼肌萎缩发生机制尚不很清楚, 国外一些研究认为过氧化物酶增殖体活化受体 (peroxisome proliferators activated receptors, PPARs) 在外周骨骼肌萎缩中有着重要作用, PPARs将是近年来新的研究热点;为寻找针对骨骼肌萎缩和体重减轻的机制及治疗方法, 下面对其可能的机制做一综述。

1 COPD外周骨骼肌萎缩患者产生的临床表现

COPD患者在疾病进程中常有不明原因的体重下降, 限制了其运动的能力, 特别是中到重度患者外周骨骼肌普遍存在不同程度的肌萎缩, 对于这部分患者, 外周骨骼肌萎缩是活动能力下降, 是影响患者最终存活率更重要的原因, 主要表现以下几点:

1.1 肌力

COPD患者与健康同龄组人比较, COPD患者外周骨骼肌肌肉收缩力有不同程度下降, 下肢肌肉收缩力下降较上肢更明显, 这可能与COPD患者下肢较上肢活动减少有关。中到重度COPD患者股四头肌肌力下降20%~30%, 有的患者甚至可下降多达50%[2]。Seymour[3]等用超声的方法测量股直肌横截面积 (cross sectional area, CSA) , 发现去脂组织无差异的COPD患者较健康对照组平均CSA下降25%, 股直肌力与CSA具有线性关系。Swallow等研究表明股四头肌最大收缩力量与COPD患者病死率密切相关;另外股四头肌与第一秒用力呼气容积 (FEV1) 及6min步行距离呈正相关。

1.2 耐力

COPD患者耐力下降是指行走能力的下降。骨骼肌耐力与肌肉生成能量有关, 能量主要由氧化和无氧代谢产生, 当缺氧时, 能量主要由无氧代谢产生, 使肌肉氧化代谢能力下降, 无氧酵解供能, 乳酸等代谢产物的堆积, 故易导致肌肉耐力下降;另外COPD患者外周骨骼肌耐力下降与是骨骼肌肌纤维也有关, 骨骼肌分为Ⅰ型 (肌纤维为氧化获能) 和Ⅱ型, Ⅱ型又可分为Ⅱa型和Ⅱb型 (肌纤维为糖酵解获能) , COPD患者骨骼肌纤维由Ⅰ型转变为型Ⅱb, 这种变化也使骨骼肌的耐力下降[4];Serres等测定了17例COPD患者的股四头肌耐力, 结果也显示耐力下降。

1.3 易疲劳

研究表明, 大部分COPD患者在极量运动后参与运动的肌肉发生收缩疲劳, 健康老年者在极量蹬车后也会发生大腿股四头肌疲劳, COPD患者在低负荷下蹬车即可出现健康老年者极量运动后的大腿股四头肌收缩疲劳。证明了COPD患者的股四头肌较健康老年者更易疲劳。另外COPD患者骨骼肌Ⅰ型纤维比例下降, Ⅱ型纤维比例升高。Ⅰ型纤维是慢收缩的氧化性纤维收缩力小, 耐疲劳, 而Ⅱ型纤维则是快收缩的糖酵解型纤维, 易疲劳, 尤其是Ⅱb型, 这种肌纤维比例的改变可能是COPD患者易疲劳的原因。Allaire等研究者[5]以外周骨骼肌收缩时的生物电活动来测定其易疲劳性, 也发现COPD患者表现出易疲劳性。

2 COPD患者外周骨骼肌萎缩的分子机制

2.1 全身炎症反应及内分泌紊乱

COPD的病理机制和临床表现不是只限于肺部炎症及气道重塑[6], 而是全身慢性炎症性疾病。COPD患者外周肌肉功能异常还与全身炎症反应有关。一些炎症细胞通过释放多种炎症介质包括TNF-a、IL-6、IL-8[7]等可使分解代谢增强, 耗能增加, 不但有蛋白降解, 还能导致蛋白合成减少, 进而导致COPD患者骨骼肌萎缩;C-反应蛋白 (CRP) 在正常人体内浓度很低, 当在急性炎症时, CRP浓度迅速上升, 升高幅度与感染程度呈正比, COPD患者血中的CRP的浓度较正常者明显增高, CRP的升高可增加基础代谢率从而增加骨骼肌的消耗;另外在骨骼肌萎缩的COPD患者中, 血TNF-a也能增加COPD患者的基础代谢率, 是全身炎症反应综合征得主要介质。郑则广等人研究[8]发现血液中的TNF-a浓度与骨骼肌萎缩程度相关, 不但能促进蛋白的分解, 还能通过NF-κB调节Myo D-m RNA的表达减少蛋白合成。血清瘦素 (leptin) 是具有重要生物活性的多肽激素, 调节食欲和能量的动态平衡。血leptin浓度与食欲呈反相关, 除了影响食欲外, 还通过增加生理活动和与脂肪组织有关的非活动依赖的产热来调节能量的消耗减轻体重;去年研究表明, 血清瘦素受体多态性与肺功能下降及骨骼肌萎缩有关, 血清瘦素受体被认为是COPD新候选基因[9]。

2.2 骨骼肌细胞凋亡增加

凋亡称为程序性细胞死亡, 在维持机体发育和细胞、组织的动态平衡中发挥重要作用。在COPD患者的骨骼肌中, 就出现分解和合成代谢间的平衡发生紊乱, 许多研究发现引起骨骼肌萎缩中都伴随骨骼肌细胞凋亡的增加导致肌肉纤维数量的减少, 故引起骨骼肌的萎缩。Alvar[10]等研究者对15名COPD患者的股四头肌进行以针刺COPD患者股四头肌外侧部组织, 用末端转移酶介导的UTP缺口末端标记实验及聚ADP核糖聚合酶蛋白水解片段免疫测定法测定骨骼肌细胞凋亡是COPD患者下降重要原因。

2.3 骨骼肌损耗 (SMW)

COPD患者在不同时期均有不同程度的SMW, 营养不良时导致骨骼肌SMW重要原因, 且下肢肌肉萎缩比上肢明显, 因为下肢是长期不活动或费用性萎缩所累及的肌力是活动最少的肌肉, 相对上肢肌力较正常。骨骼肌萎缩主要与缺氧导致骨骼肌细胞线粒体功能异常、收缩蛋白减少或肺内气体交换异常有关。在COPD骨骼肌的肌纤维中, 快纤维糖酵解ⅡB型增加, 而快纤维氧化ⅡA型和Ⅰ型慢纤维减少, 肌纤维从氧化向酵解转变, 在骨骼肌能量代谢中, 这些变化均会导致ATP产生减少, 进而会引起骨骼肌的消耗。近年研究认为SMW主要与营养不良、全身炎症反应、氧化应激、低氧血症、酸中毒、合成代谢减少、废用性萎缩、糖皮质激素应用等相关[11,12]。骨骼肌消耗对COPD患者活动能力乃至于生存的影响甚至超过肺功能本身。

2.4 骨骼肌蛋白合成和降解失衡

COPD患者外周骨骼肌萎缩还存在肌肉蛋白合成和降解的不平衡;有研究[13]认为泛素-蛋白酶途径在多种蛋白质的降解过程中发挥着重要作用, 并具有高度特异性, 是骨骼肌蛋白降解的主要途径, 该途径由泛素及一些相关酶组成, 降解细胞内的蛋白系统。蛋白酶体识别此降解信号后, 吞入并降解靶蛋白[14,15]。Sacheck[16]等研究发现, 在去神经支配或脊索切断后, atrogin-1在腓肠肌的表达上调40倍, Mu RF1上调15倍, 而且都出现在肌肉显著流失;因此atrogin-1和Mu RF1的抑制因子很可能在肌肉肥大过程中发挥关键作用, 也可能是控制肌肉流失时的重要作用靶点[17]。COPD患者使骨骼肌萎缩的机制是通过上调atrogin-1和Mu RF1肌肉特异性泛素-蛋白链接酶, 激活骨骼肌萎缩通路。

2.5 骨骼肌氧化/抗氧化

缺氧使COPD全身炎症和氧化应激增加, 细胞粘附分子表达上调, 可引起血流动力学变化。缺氧也可影响肾脏血液循环, 使肾血流量减少和肾素血管紧张素醛固酮系统激活, 导致周围血管收缩和氧化应激增加。故COPD患者都存在氧化/抗氧化失衡。氧化/抗氧化不仅发生于气道和肺部的损伤, 而具有证据表明COPD患者的骨骼肌存在局部炎症和氧化应激, 表现为诱导型一氧化氮 (NO) 合成酶活性、硝基酪氨酸和细胞因子水平升高, 巨噬细胞数量增加, 这些患者肌肉组织的内皮NO合成酶、神经元NO合成酶、亚硝酸盐和硝酸盐水平下降[18]。Koechlin C[19]等研究发现肌肉氧化应激的强度和COPD患者股头肌耐力成反比相关, 在给予抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸后, 患者在氧化应激强度降低, 并且股四头肌的耐力得到改善。Borghi-Silva A利用近红外光谱测试COPD患者外周肌肉氧含量的水平, 也证明了与输送和氧摄取明显的不平衡也起到了负面作用, 也同样证明了氧化/抗氧化失衡[20]。

2.6 PPARs

近年研究发现一种类固醇激素受体———过氧化物酶体增殖体活化受体 (PPARs) , 属于核激素受体超家族, 参与多种代谢过程的基因调控等生物学作用, 保护神经元等方面发挥重要作用。近年来发现, PPARs在骨骼肌萎缩中起到重要调节作用, 主要是通过介导过氧化物增殖体的活性, 调节骨骼肌氧化代谢、促进纤维类型的转换, 参与COPD骨骼肌萎缩的发生[21];PPARs有3种类型:PPA-Rα、PPARγ和PPARδ。其中PPARγ, 具有提高胰岛素敏感性、减少炎症的发生、降低游离脂肪酸的脂质浓度的功能, 且参与多种疾病的病理过程, 在骨骼肌中低表达, 认为它主要与脂肪代谢有关, 而PPARα主要表达在心脏、肾脏、骨骼肌和大肠, 在调节过氧化物增殖体基因转录性和肝脏过氧化物酶增生中起很重要作用。当PPARα被激活后, 具有介导载体脂蛋白A1的表达、促进脂蛋白脂肪酶合成以及催化脂蛋白以及催化脂蛋白中的甘油三酯酯解为游离脂肪酸的作用, 在骨骼肌中表达丰富[22], 认为它在调控骨骼肌线粒体氧化酶参与骨骼肌纤维构成比例中发挥重要的作用, PPARαmRNA浓度与Ⅰ型纤维比率呈正相关。研究证明在骨骼肌氧化能力增强训练之后, 骨骼肌中PPARδ可以加快新陈代谢并促使脂肪氧化代谢, 同样, PPARδ在骨骼肌中也高度表达[22], 激活PPARδ也能提高骨骼肌氧化能力, 提高骨骼肌中PPARδ蛋白浓度, 而且还发现能激活骨骼肌中以PPARα为靶点的途径。持续的激活PPARδ能提高小鼠骨骼肌中Ⅰ型纤维的比例[22], PPARδm RNA浓度与Ⅱx型纤维呈负相关[23]。Remels[21]等对14例COPD患者和9例吸烟者进行骨骼肌PPARs的研究表明, COPD患者PPARδ也是骨骼肌功能的调节者, 甚至是更为重要。最近Kim等[24]在肝脏细胞中已经发现TNF-a、IL-1能使得PPAR-a和PPAR-γ水平下降, 提示炎症也有可能通过PPARs途径影响骨骼肌功能, 进而导致骨骼肌萎缩。Rabinovich等研究表明, 低体重指数的患者线粒体呼吸功能较正常体重COPD患者降低, 解偶联蛋白表达减少, 表现为呼吸链中电子传递功能异常[25]。尽管Remels等研究表明骨骼肌萎缩的信号通路, 使得纤维类型转换更合理科学地解释了COPD患者的肌肉萎缩机制[21], 但研究的数量不够大, 也没有明确说明PPARα、PPARδ、mRNA及蛋白表达水平不同, 是否与PPAR基因的调控有关及蛋白的表达;国内外尚且未见到PPARα基因多态性与COPD骨骼肌PPARαmRNA以及蛋白表达关系的研究报道。Remels等[26]对PPARs信号通路是COPD的骨骼肌萎缩的重要机制的预言, 将成为治疗COPD患者的新的方向。

3 总结与展望

骨骼肌疾病 篇4

1 肌酸激酶 (Creatine Kinase, CK)

CK通常存在于骨骼肌、心肌、脑等组织中, 以骨骼肌含量最高。在肌细胞中主要集中于亚细胞结构的上清部分。由于酶蛋白分子直径为50~200nm, 而肌细胞膜孔直径仅为3~40nm, 因此肌细胞结构完整及功能正常时, CK极少透出细胞膜, 使得细胞外液的CK浓度仅为细胞内液的1/10000~1/1000, 并且保持相对稳定水平。

1.1 影响CK的生理性因素

CK水平受性别、年龄、生理状态、运动等多种因素的影响[1]。男性肌肉容量大, CK的平均值大约为女性的2倍[2]。新生儿出生时因产伤和暂时性缺氧, 可使CK升高至正常的3~10倍, 常于生后4d内回落, 6~10周恢复正常。Bundey等报道[3]442名不同年龄女性的血CK水平, 发现从青春期开始, 随着年龄的增长CK水平下降, 于妊娠时最低, 而至绝经期CK反而出现一个小高峰。

运动是CK升高的最常见的生理因素。长期运动可使CK水平保持在正常的1.5倍[4]。运动对CK的影响因素包括运动强度和运动时间, 前者的影响大于后者。短时间剧烈运动, 尤其是肌肉的离心运动对CK的影响更为显著, 可使CK升高至正常的10~20倍[5]。CK在运动后几个小时开始升高, 4d左右达高峰, 7d左右开始回落[6]。运动后的肌酶升高可能与肌纤维膜通透性增加或肌纤维内CK的合成增加有关, 因此测定CK前应避免剧烈运动。

1.2 影响CK的病理性因素

病理性高CK, 一般提示含有CK的组织细胞膜通透性增加或组织细胞破坏。CK是由两个亚单位 (M和B) 组成的二聚体, 形成3个亚型:CK-MM主要存在于骨骼肌和心肌中, 约占CK总量的94%~96%;CK-MB主要存在于心肌中, 一般小于CK的5%;CK-BB主要存在于脑、前列腺等组织中, 含量极少。分析CK及其同工酶的活性和类型, 有助于推测病变部位。

1.2.1 影响CK的疾病

大多数肌病均有CK升高。CK的升高, 反映肌纤维膜的结构和功能受损程度, 但CK升高的详细机制尚不十分清楚, 分为轻、中、重度升高:较正常值升高5倍以下为轻度;6~10倍为中度;10倍以上为重度[7]。由于不同类型肌病的发病机制、累及的肌群、病理变化过程以及临床表现不同, CK的升高程度也不同, 因此CK升高与否以及升高程度对肌病的诊断和鉴别诊断具有重要意义。 (1) CK明显升高的肌病:短时间内大面积肌肉组织受损的疾病, 起病急, CK明显升高, 可达几万单位以上, 临床表现为急性肌病的症状和肌红蛋白尿, 部分患儿可发生急性肾衰竭。消除致病因素后, CK会逐渐下降。慢性或隐匿起病的进行性肌营养不良, CK持续维持几千或几万单位, 同时出现明显的肌无力或肌萎缩。 (2) CK轻度或中度升高的肌病:骨骼肌损伤的发生、发展是一个连续、不断变化的过程。少部分肌病, 随着病因的消除, 骨骼肌损伤趋于恢复, 血清CK水平也随之下降。大部分肌病的发生与基因突变有关, 骨骼肌损伤的因素始终未能消除, 随着年龄的增长, 肌纤维损伤, 逐渐被脂肪结缔组织取代, 骨骼肌释放CK反而下降, 甚至到正常水平。多数先天性肌病、慢性炎症性肌病、线粒体肌病的CK轻度或中度升高。因此, 当CK上升到几万时, 首先不应考虑这些肌病。 (3) CK不升高的肌病:高CK往往提示骨骼肌的结构或功能的异常。然而, 某些骨骼肌的异常不伴有CK的升高, 如某些先天性肌病、神经源性肌病、离子通道病、以及某些类型的肌营养不良, 其详细机制尚不清楚, 可能与不伴有明显的肌纤维膜损伤有关。

1.2.2 影响CK的其他因素

很多药物可导致血CK升高。Dugué等[8]证实他汀类药物是最常见的引起CK升高的药物, 且CK升高伴或不伴肌肉的症状。甲状腺功能减退是引起CK增高的另一个原因, Hekimosoy等人的研究[9]证实临床及亚临床甲减患者均有血CK升高, 在经过激素治疗后, 血CK可恢复至正常水平。

1.3 无症状性高CK血症

CK是检测骨骼肌损伤的最常见、最重要的生化指标之一, 然而临床上可见到无明显临床症状和体征的高CK患儿—无症状性高CK血症 (asymptomatic hyper-CK-emia) 或特发性高CK血症 (Idiopathic hyperCK-emia) 。Dabby等[10]对40名7~67岁的无症状性高CK患者进行回顾性研究发现26% (7/27) 肌电图异常, 55% (22/40) 肌纤维大小、中央核及偶见变性肌纤维等病理改变, 8% (3/37) dystrophin蛋白表达欠佳, 类似于贝克型肌营养不良。提示, 无症状高CK患者虽然没有明显的肌病症状, 但需长期随访观察。

2 天门冬氨酸氨基转移酶 (aspartate aminotransferase, AST) 和丙氨酸氨基转移酶 (alanine aminotransferase, ALT)

2.1 AST和ALT的分布

转氨酶的种类很多, 其中以AST和ALT最为重要, 这两种酶广泛存在于各种器官组织的胞浆和线粒体中, 但在不同组织中的酶活性各不相同。ALT在肝脏细胞中的特异性高, 细胞内浓度高于血清中1000~3000倍。只要有1%的肝细胞被破坏, 就可以使血清酶增高一倍。AST在肝脏中也有很高的活性, 主要存在于肝细胞的线粒体中, 是反映肝细胞坏死的标准, 因此肝脏细胞的破坏容易导致血清ALT和AST的升高。正因为如此, 临床上检测血清ALT和AST作为诊断肝病的最常用、最敏感的指标之一[11]。

2.2 AST和ALT升高的生理因素

导致转氨酶升高的生理因素主要包括饮酒、进食、劳累、剧烈运动、生理状态。疲劳、饮酒、情绪因素等可造成转氨酶增高。女性怀孕时, 特别是在妊娠中期以后, 转氨酶可轻度增高。

2.3 AST和ALT升高的病理因素

转氨酶升高的病理因素主要包括肝脏、心脏、肌肉等组织的疾病以及中毒、药物等因素引起的上述组织的损伤。

病毒性肝炎是引起转氨酶增高最常见的原因。各型急、慢性病毒性肝炎均可引起ALT和AST增高, 但升高幅度与肝脏损伤程度不成正比。肝硬化或肝癌患者的ALT也常升高, 同时加测血液中其他酶类和甲胎蛋白可以鉴别。许多研究表明非病毒性肝病, 转氨酶轻度增高或正常。胆道疾病急性发作时, ALT也可升高, 但都同时伴有发热、腹痛、黄疸等症状, 炎症控制后, ALT可降至正常。心脏疾病ALT水平升高, 但其升高程度不如AST明显, AST升高可达正常上限的4~10倍, 且与心肌坏死范围和程度有关。骨骼肌疾病 (皮肌炎、进行性肌萎缩) 、肺梗死、肾梗死等, 可使转氨酶轻度升高。肺炎、结核病等也可出现转氨酶的升高, 但这些疾病都各有其特殊的临床表现, 借助于实验室检查可明确诊断。

3 转氨酶与肌酸激酶测定在肌肉疾病诊断和鉴别诊断的意义

转氨酶在骨骼肌、心肌和肝脏中的含量极为丰富, 骨骼肌的损伤容易导致转氨酶的升高, 由于CK、AST是心脏损伤的常用灵敏指标, ALT又是肝脏损伤的特异性指标, 因此在患儿出现典型临床表现前, 极易误诊为心肌炎或肝炎[12,13,14,15], 失去早期诊断和治疗肌肉病的良机。如何鉴别不同组织来源的CK、AST和ALT对诊断和鉴别诊断至关重要。遗憾的是目前无法鉴别血清酶的组织来源, 只能通过这些酶活性的变化, 推测不同组织发生的疾病和同种组织发生的不同疾病的发展过程。例如, 原发性肝脏疾病可以出现转氨酶的升高, 但不会出现CK的显著升高;单纯性骨骼肌损伤引起的CK、AST和ALT升高不会伴随谷氨酰转肽酶 (GGT) 等的升高;急性心脏疾病, 可引起AST、ALT和CK、CK-MB同时升高, 但往往伴有心脏受损征象和CK-MB CK的明显升高。McMillan等学者[16]用统计学方法和数学建模工具分析了55例DMD/BMD患者的血清CK、AST、ALT之间的关系, 指出可以用它们的关系来推断DMD/BMD患儿增高的转氨酶是否含有来源于肝脏的成分。

4 小结

骨骼肌疾病 篇5

1 材料与方法

1.1 材料

8周龄雄性SD大鼠30只,SPF级,平均体重(230.76±7.61)g,饲养于广州医学院第一附属医院呼吸疾病研究所清洁级实验室。实验动物以及SPF级鼠料均购自广东省医学实验动物中心,实验动物许可证号SCXK(粤)2008-0002,实验动物质量合格证明编号NO.0063696。

1.2 方法

1.2.1 模型建立

所有实验动物按照随机数字表法分为模型组18只,对照组12只。所有实验动物分笼饲养,模型组大鼠每4只一笼(模型组中有一个笼子为2只),对照组大鼠每4只一笼。在实验开始的第1 d和第15 d时,两组大鼠均用10%水合氯醛4 ml/kg作腹腔注射麻醉,模型组大鼠气道内缓慢注入0.2 ml含200μg的脂多糖(LPS,美国Sigma公司生产,货号L2880)水溶液,对照组则注入0.2 ml生理盐水。手术完毕,均放回原来饲养的笼子正常进食进水。模型组手术当天不予烟熏,其余时间将模型组大鼠放入自制的染箱中,每天上午9:00~10:10、下午15:00~16:10这两个时段给予被动吸烟,每次给予5支香烟,持续0.5 h,10 min后待烟雾散尽,再给予第二次被动吸烟。被动吸烟完毕,实验动物均放回原饲养的笼中正常进食进水。下午同法给予被动吸烟,持续4周。对照组大鼠不予处理,只需正常进食进水。整个建模过程中模型组有两只大鼠,对照组1只大鼠出现意外死亡。

1.2.2 测定大鼠肺功能

被动吸烟时间结束后次日,所有实验动物均予10%水合氯醛4 ml/kg作腹腔注射麻醉,备皮,暴露气管,用Buxco动物肺功能RC系统(美国Buxco公司)测量实验动物的气道阻力和肺顺应性。

1.2.3 肺脏病理标本制备:

取出实验大鼠的右肺组织,用10%福尔马林溶液固定24 h,沿右肺门横断取材,常规石蜡包埋切片,切片厚度为5μm。切片用二甲苯脱蜡,经各级乙醇至水洗;苏木精液染色8 min,自来水冲洗1 min,1%的盐酸-乙醇分化液3 s;水洗2 min,0.5%的伊红液染色2 min;常规脱水,透明,中性树胶封固。

1.2.4 血清与骨骼肌中的IL-1β检测

使用酶联免疫吸附法(ELISA)测定,试剂盒购自上海依科赛生物公司,测定方法按照说明书进行。腓肠肌组织的处理:称取100 mg的腓肠肌组织,放入玻璃研磨器中,加入9倍的4℃的PBS溶液,充分匀浆,制成10%匀浆液,4℃低温离心,4500 r/min,离心10 min,取上清液用于检测。

1.2.5

Western Blot法测定骨骼肌中磷酸化NF-κB蛋白的表达提取腓肠肌蛋白并用BCA蛋白检测试剂盒进行蛋白定量。100 mg组织加入500μl裂解液中,将裂解后的组织样品取100μl加入5×蛋白上样缓冲液25μl。将样品放入沸水中煮沸8 min使蛋白变性,10 000 r/min离心5 min。取等量蛋白(25μl样品)进行SDS-PAGE电泳,转移蛋白至PVDF膜,5%脱脂奶粉封闭后,用PBST(0.1%Tween20用1×PBS液配Tween20,现配现用,0.1%Tween20终止浓度为0.1%)洗膜5次,每次间隔5 min,加一抗(NF-κB,一抗浓度为1:400),反应1 h,洗膜5次,每次间隔5 min,再与相应的二抗(浓度为1:1000,武汉博士德公司)孵育,ECL(Pierce公司,货号37071)显影、压片,用BIORAD凝胶成像分析系统拍照并读取条带光密度值(A)。试验重复3次,各光密度值的读数取均值,目的蛋白相对表达量为目的蛋白条带光密度(A)与内参β-actin条带光密度的比值。

1.3 统计学处理

使用SPSS 17.0统计软件进行统计学分析,数据以表示,计量资料采用两独立样本的t检验,相关性检验采用Pearson直线相关性分析,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1

大鼠肺功能指标变化情况大鼠肺功能结果显示,COPD模型组较正常对照组气道阻力显著上升,而肺顺应性显著下降。见表1。

*与对照组比较,P<0.01

2.2 肺脏组织形态学观察

模型组可见,黏膜下以及细支气管周围有大量各类炎性细胞浸润,肺泡壁变薄,出现肺大泡,肺气肿征明显;对照组未见上述变化。见图1。

注:a为模型组,b为对照组

2.3 大鼠腓肠肌内磷酸化NF-κB蛋白表达情况

Western blot结果显示,模型组腓肠肌组织中磷酸化NF-κB蛋白均较对照组表达明显增强(P<0.01),两组蛋白的相对表达量分别为(0.81±0.10)和(0.50±0.09)。见图2。

2.4 IL-1β在COPD大鼠血清与膈肌中的表达

COPD模型组血清及骨骼肌中的IL-1β水平均较对照组显著升高,差异有统计学意义(P<0.01)。见表2。

2.5 相关性分析

磷酸化NF-κB灰度值与血清及骨骼肌IL-1β呈显著正相关(r分别为0.40、0.55,P<0.05)。见图3。

3 讨论

本实验采用烟雾暴露及联合内毒素法建立COPD大鼠模型,肺功能检测提示气道阻力明显升高,肺顺应性显著下降,病理切片符合慢性支气管炎和慢性阻塞性肺气肿病理改变,提示COPD模型建立成功。

核转录因子(Nuclear factor-κB,NF-κB)在各种细胞中表达,调节机体的炎症反应、免疫应答、信号通路传导、细胞增殖、变异及凋亡[3]。NF-κB转录因子家族包括p50、p52、p65、p105、p100,静止状态下其与IκB蛋白结合,各种刺激因素如TNF-α、IL-1β可激活IκB蛋白致其磷酸化,聚泛素化,蛋白酶体降解[4],多研究报道其在肺部炎症性疾病如哮喘、COPD、ARDS中发挥重要作用,同时有研究也发现其与骨骼肌细胞蛋白降解关系密切,机制可能与蛋白的泛素-蛋白酶体途径有关。笔者的前期研究中也发现,膈肌中NF-κB通路与泛素-蛋白酶体通路密切相关,而各种炎症因子可能激活上述通路蛋白[5]。骨骼肌蛋白为体内的最大的氮来源,占机体总蛋白近2/3,在各种分解代谢中,蛋白的主要丢失来源于骨骼肌。骨骼肌蛋白的丢失可使患者体力活动下降,延长临床康复时间,如呼吸肌受累时可增加患者肺部并发症及延长机械通气时间。

IL-1β是最重要的炎症细胞因子之一,它介导了炎症的重要过程。现已证实,其与细胞表面IL-1R结合,激活NF-κB经典传导通路,但其在骨骼肌中的表达情况及与NF-κB通路的关系,较少探讨。本实验中发现,模型组中的骨骼肌的IL-1β的水平较对照组明显升高,提示COPD骨骼肌中炎症反应的存在,相关性分析提示IL-1β水平及与骨骼肌中磷酸化NF-κB蛋白显著相关,提示IL-1β可能为骨骼肌中NF-κB通路的重要激活因子之一。激活机制推测为激活NF-κB经典通路(信号与IL-1R结合,通过转接蛋白TRAF6激活TAK1复合体及IKK复合体使IκB复合体泛素化降解增加,使p65/p50二聚体进入细胞核内诱导转导)[6]。

本研究结果表明,COPD大鼠骨骼肌中磷酸化NF-κB蛋白表达显著增强,提示骨骼肌蛋白降解及骨骼肌细胞凋亡可能明显增加,推测可能与激活泛素-蛋白酶体通路有关[7]。IL-1β作为重要的炎症因子,其浓度在COPD大鼠外周血及骨骼肌中明显升高,提示全身炎症状态的存在。两者存在明显的正相关,推测IL-1β可激活骨骼肌中的NF-κB通路,并进一步导致骨骼肌蛋白泛素化降解增加,骨骼肌萎缩,肺功能下降。通过干预NF-κB通路及使用IL-1β抑制剂能否阻止或减轻COPD骨骼肌蛋白损伤及降解,预防骨骼肌萎缩将是进一步研究的方向。

参考文献

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[6]Brian Skaug,Xiaomao Jiang,Zhijian J Chen.The role of ubiquitin in NF-κB regulatory pathways[J].Annu Rev Biochem,2009,9(78):769-96.

骨骼肌疾病 篇6

1 常规影像学检查技术在诊断骨骼系统良恶性疾病中存在的局限性及SPECT/CT的性能优势

影像医学的发展水平已成为现代医学重要的诊断工具,可通过影像特点对骨骼良恶性疾病进行分析与诊断,但各种检查技术在诊断骨骼系统良恶性疾病中均存在一定局限性。X线平片对解剖结构复杂如脊柱的显示具有一定的局限性,在病变早期、肿瘤内部结构以及周围组织关系中分辨率较差[1];CT检查对于发生在骨髓腔内尤其是位于肋骨、胸骨的骨髓腔且无骨皮质改变时的转移瘤诊断较为困难[2];MRI成像较难进行整体的全面性观察,且对正常骨皮质及肿瘤骨结构的细节清晰方面、软组织中的骨化和钙化的辨识能力尚不如CT及X线平片[3];PET/CT对单纯成骨性病灶的检出灵敏度较低,容易造成假阴性[4],且昂贵的设备与药物成本限制了其在临床的大范围推广和应用。

目前,新型分子医学影像设备SPECT/CT是一种将SPECT的功能特异性和CT的解剖特异性有机融合的分子影像装置。SPECT部分探头的重量和体积的减轻提高了SPECT/CT整体性能,提高了SPECT/CT断层旋转速度、探头的稳定性等;由多方向同时收集体内发射的光子信息,整机灵敏度大大提高,同时具有得到二维图像的照相机的所有功能和快速进行全身骨扫描的功能等;双探头SPECT绕人体旋转的轨迹改为椭圆形旋转轨迹后,分辨率显著提高,均匀性也有明显改善;同时采用了新探头压力敏感装置,能够使探头更加接近人体,实现高分辨率和高灵敏度的完美结合。SPECT/CT配置了16 排的诊断性螺旋CT,不仅实现了解剖结构的精确定位,同时还可以通过不同软组织及骨骼对X线与 γ 光子衰减比例因子的不同,由CT值计算线性衰减系数,进行SPECT的衰减校正,提高SPECT/CT图像融合,使得临床疾病的诊断能力大大提高[5]。应用ELEM法达到了更好重建图像的效果,应用计算机将SPECT与CT图像信息进行数字化综合处理,将多源数据进行空间配准后,产生了一种全新的影像信息,整体性能指标均较常规SPECT显著提高,为临床提供更多的诊断信息,在诊断疾病及评价预后等方面更具有临床应用价值[6,7]。

2 SPECT/CT融合显像在恶性骨骼疾病中的临床应用

2.1 恶性肿瘤骨转移

骨骼是恶性肿瘤( 尤其是肺癌、 乳腺癌、 前列腺癌)转移的好发部位,Clohisy等在随访中发现80% 以上女性乳腺癌患者和90% 以上男性前列腺癌患者死于骨转移,早期确定有无骨转移对恶性肿瘤患者的临床分期、确定治疗方案及判断预后至关重要。国内外学者[8,9]研究报道,SPECT/CT对单发脊柱、肋骨及顶骨病变诊断价值较高,其诊断的准确率及特异性均明显高于骨扫描及单独的SPECT或单独的CT扫描,SPECT/CT可明显改变多种肿瘤患者分期和治疗方案的选择。

肺癌患者需在术前、放化疗前,明确判断出有无骨转移,这对其预后及治疗方案的选择有重要的临床意义。常城等[10]对196 例肺癌患者行SPECT/CT与全身骨扫描对比分析,结果显示SPECT/CT显像诊断骨转移瘤的敏感性和特异性均较全身骨显像显著提高。对于脊柱、肋骨单发病灶、骨良性病变能够明确诊断,SPECT/CT融合显像减少了肺癌骨转移瘤的假阳性率,从而为肺癌的诊断和分期提供了安全灵敏的新方法[11]。Sharma[12]等研究报道,SPECT/CT诊断乳腺癌骨转移的准确率、灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为90%、83%、98%、98% 和85%,研究结果与国内学者樊孝廉[13]的报道基本一致。乳腺癌的早期诊断对乳腺癌患者的及时治疗及提高生存率至关重要,然而许多乳腺癌患者处于绝经期或围绝经期,接受化学治疗后易导致骨折等并发症的发生,增加了诊断的难度,此时,进行SPECT/CT融合显像可增加检出率。前列腺癌骨转移以脊柱和骨盆的转移最常见,特别是对于骨显像时意外发现的膀胱放射性异常(尿潴留)患者,SPECT/CT显著提高了骶髂关节及髋关节等部位病灶诊断的准确率,减少了患者导尿后重新骨扫描的麻烦。孔飚等[14]对43 例病理诊断为前列腺癌患者异常浓聚处行SPECT/CT显像,最终确诊了36 例骨转移,明显提高了前列腺癌骨转移诊断效能,与国外学者Helyar[15]、Mc Loughlin[16]等人研究结果类似。对于髋关节部位的浓聚不可以简单的考虑为关节的退行性病变,尤其是当受检者述有腿痛的症状时,增加对骨盆的SPECT/CT扫描尤为关键。另外其他人为因素造成的衰减“冷区”或“热区”,如接受盆腔放射治疗不久的患者在放疗范围内可形成片状放射性摄取增高, 也可造成放射性稀疏。对于宫颈癌放疗后的患者,全身骨显像常常显示骨盆多个异常放射性浓聚灶, 往往初步诊断为骨盆多发转移瘤,然而通过SPECT/CT显像,结合患者的病史、放疗史,最终确诊为宫颈癌引起的骨质疏松性骨折[17],考虑骨转移瘤一般不发生在放疗过的部位,建议患者保守治疗,以免接受不必要的放射损伤,甚至引起椎体出现病理性骨折而致脊髓压迫。

对于肿瘤骨转移的诊断,应综合分析患者病史、临床症状和各项辅助检查指标,不应仅以放射性分布异常或CT骨质密度改变作为诊断骨转移的“金标准”,肿瘤骨转移的早期往往病灶比较局限,骨质密度改变不明显易造成误诊,这种情况建议应严密随访、动态观察、综合分析[18]。

2.2 原发骨肿瘤

骨肿瘤多见于年轻人,SPECT/CT显像联合了99Tcm-MDP骨扫描对骨骼组织的特殊靶向作用与CT对溶骨、成骨、肿瘤边缘、病灶内钙化、骨化等成骨类骨肿瘤的诊断优势,使融合显像的特异性、准确度均得到提高,对肿瘤的定性诊断、侵袭范围、监测复发、治疗效果等方面的准确评估意义重大。何伟等[19]研究报道SPECT/CT融合显像对成骨性和骨化性较强的原发骨肿瘤中骨肉瘤、骨巨细胞瘤、骨髓瘤的诊断具有较高的准确性。SPECT/CT融合显像对骨肉瘤基本上可以做到定性诊断,可在融合图像上观察到骨肿瘤的成骨活性区、成骨性或溶骨性骨质破坏、骨膜反应、病理性骨折及软组织肿块影等,能比较真实地显示病变的实际范围,作为手术切除的依据,对放射治疗的计划判定也有较大的临床应用价值。然而SPECT/CT融合显像在软组织侵犯较强的骨肿瘤或肿瘤样病变如软骨肉瘤、平滑肌肉瘤、骨神经鞘瘤、尤文肉瘤或黑素瘤等疾病的诊断中准确性较弱,有研究报道[20]对溶骨性骨肿瘤病变PET/CT较SPECT/CT更为敏感和准确,MRI成像在诊断神经来源性和软组织肿块形成的原发骨肿瘤中的准确性较高[19],因此在临床应用中应针对不同的情况具体对待。

3 SPECT/CT融合显像在良性骨骼疾病中的应用

近年来,随着SPECT骨显像的适应证不断扩展及新型放射性药物的开发,SPECT/CT融合显像逐步应用于诊断骨折、退行性骨关节炎、骨坏死、骨结核及骨良性肿瘤等良性骨骼疾病[21]。

3.1 骨折及骨关节炎

部分没有明确外伤史的患者,骨显像剂99Tcm-MDP可浓聚于局部骨代谢异常活跃的部位,通过SPECT/CT融合显像能发现病灶(如膝关节、髋关节、脊柱等部位)各方位骨骼重叠、解剖结构复杂处的隐性骨折或应力性骨折[22],同机CT图像尚可提供骨纹理模糊、紊乱、聚集,骨密度减低或增高,骨皮质不连续等征象[23],实现影像信息互补,显著降低隐匿性骨折的误诊率、漏诊率。其对肋骨上的病变数量及形态,尤其是肋骨在腋中线处的骨折有着X线及CT无法替代的作用。刘雅洁等[24]对20 例临床可疑骨折而常规X线检查未见明显骨折的患者进行SPECT/CT融合显像,80%明确诊断为骨折,其中胸腰椎、髋关节等复杂解剖部位的骨折均由SPECT/CT确诊。临床上对于有一定临床症状但病因不明确以及没有发生明显解剖形态改变的早期退行性骨关节炎诊断较困难,有关研究[25,26]认为SPECT/CT更适用于复杂小关节处骨关节炎的检测及定位, 它能反映关节面的功能代谢情况、关节周围软组织的改变,在诊断骨关节炎中具有较高的观察一致性,对骨关节炎的分期也有一定的帮助。

3.2 股骨头缺血性坏死

应用SPECT骨扫描和骨三相检查缺血性骨坏死已有多篇文献报道[27],但其对股骨头呈核素分布稀疏或者缺损病变的诊断有所限制。Luk等[28]对22 例髋关节疼痛患者先后行全身骨显像及SPECT/CT检查,结果显示其相应的ROC曲线下面积分别为0.828 和0.916,该研究结果表明SPECT/CT融合显像可比单纯SPECT更加准确、敏感地诊断股骨头缺血坏死,降低了由于核素分布稀疏或者缺损病变引起的假阴性,为临床决策提供重要的依据。

3.3 脊柱结核

对于发生在胸腰椎上的结核病灶与骨恶性病变的鉴别一直是影像核医学的难点之一。全身骨显像对椎旁型脊柱结核形成的巨大干酪样坏死性冷脓肿、伴死骨形成的结核灶等显示价值有限[29]。王妮等[30]对5l例病理最终诊断为椎体结核的患者行全身骨显像及断层SPECT/CT显像,研究显示SPECT/CT可为病变椎体骨质破坏程度、椎间隙情况及病变椎体周边是否存在脓肿等提供更有价值的诊断信息,大大提高了诊断准确性,对临床医师采取何种手术方式具有指导意义。

3.4 金属内固定术后感染

金属内固定术后感染往往是骨科手术的棘手问题,SPECT/CT融合图像能明确显示感染病灶部位的金属内固定是否有松动,是否伴有软组织脓肿、窦道及死骨的形成,从而明确感染病灶的解剖部位、病灶范围、骨质的破坏程度及周围软组织受累情况等,从而可用于治疗或手术干预后疗效的评价。Rager等[31]对10 例脊柱融合术后伴发腰腿痛患者行SPECT/CT融合显像,通过异常浓聚发现所有患者存在螺钉松动,从而明确了由感染而引发的疼痛病因。

3.5 其他方面的应用

目前认为SPECT/CT融合显像在探测椎体附件不融合、骨折延迟愈合、不明原因骨痛等方面也有一定的实用价值。国内张斌青等[32]对金属固定术后,X线检查无法明确骨折愈合程度的28 例患者行SPECT/CT显像,其中有6 例共发现13 枚螺钉周围有显像剂异常浓聚,结果提示为存在螺钉松动导致无菌性炎性反应,其中4 例为延迟愈合,2 例为不愈合。临床根据显像结果及时纠正螺钉松动,患者最终均达到骨折有效愈合。研究结果表明SPECT/CT显像可评估骨折愈合情况,对探寻骨折愈合不良的原因也有一定辅助作用。

4 SPECT/CT临床质量控制

为了保证成像质量及安全,设备的质量控制必不可少[33]。需定期检测仪器能峰、能量分辨率、探头均匀性等性能指标,排除电源不稳、PMT增益漂移、晶体和光耦合不良等干扰因素。受检者检查前要做好充分的检查准备,选用适宜的高放化纯度的显像药物,选择正确的给药剂量及给药途径,设定合适的电流、电压和曝光时间等指标参数进行图像采集。在实际工作中,王渊恺等[34]总结了SPECT/CT经验方法,进一步优化SPECT/CT设备的CT扫描方案。在优化过程中,确立了除小关节组使用110 k V电压外,其他情况均为130 k V。电流和曝光时间设定为曝光时间乘以5.5~6.5 之间,并建议运用“停止”按钮及时控制CT扫描范围,缩短球管的曝光时间,人均球管曝光时间控制在8.31 s,每月CT球管曝光时间2031 s,在获取良好的SPECT/CT图像质量的前提下,有效降低病人因X线带来的医疗辐射,并且对延长CT球管使用寿命有很大帮助。图像采集完成后,选择具有较高的图像清晰度及高的靶与非靶比值的图像为最佳诊断图像[35]。目前, 有关研究[33]显示我国核医学成像设备的质量控制工作及其标准的可行性均有待提高,按照2014 年实施及待发布的新国家标准选用了美国电气制造商协会(National Electrical Manufacturers Association,NEMA)标准,有望促进核医学成像设备的质量控制工作。

5 结论与展望

SPECT/CT在临床的应用越来越广,新型的SPECT/CT配备了双探头SPECT及达到诊断级别的CT,使核医学影像设备的发展达到了更高的水平[36]。通过研究证实,将功能影像学与形态影像学进行图像融合后可提供更多的参考信息,实现了骨与关节疾病的早期、准确诊断[37]。尽管SPECT/CT融合显像技术有一定的缺陷,如检查时间较长、尚未实现实时融合等,但其检测灵敏度高、操作简单、费用相对低廉,与PET/CT相比更有普及、推广和广泛开展临床应用的潜力。