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目的:
探究顺式阿曲库铵对机械通气大鼠膈肌的影响及其可能的分子机制。
方法:
第一部分
将18只成年雄性SD大鼠随机分为3组:(1)对照组(CON, n=6),禁食30 h;(2)机械通气组(MV,n=6),禁食6 h后进行机械通气24 h,同时持续泵入戊巴比妥钠(10 mg.kg-1.h-1)维持麻醉;(3)机械通气+顺式阿曲库铵组(MVC,n=6),禁食6 h后进行机械通气24 h,同时持续泵入戊巴比妥钠(10 mg.kg-1.h-1)+顺式阿曲库铵。机械通气24 h后取肋膈肌,通过HE染色测量膈肌纤维横截面积(Cross-sectional area, CSA),免疫组化检测检测慢速型肌球蛋白重链(Anti-Slow Skeletal Myosin Heavy chain,MHC-I),蛋白免疫印迹法(Western blotting, WB)检测肌肉萎缩相关的两种蛋白:膈肌肌肉萎缩盒F基因(Muscle atrophy F-box,MAFbx)、肌肉特异性环指蛋白1(Muscle specific ring finger1,MURF1)。
第二部分
将30只成年雄性SD大鼠随机分为5组:(1)对照组(CON,n=6),禁食30 h;(2)机械通气组(MV,n=6),禁食6 h后机械通气24 h,同时持续泵入戊巴比妥钠(10 mg.kg-1.h-1)维持麻醉;(3)机械通气+顺式阿曲库铵组(MVC,n=6),禁食6 h后机械通气24 h,同时持续泵入戊巴比妥钠(10 mg.kg-1.h-1)+顺式阿曲库铵;(4)机械通气+氯喹(chloroquine, CQ)组(QMV,n=6),机械通气前24 h和前30 min腹腔注射自噬抑制剂CQ30mg.kg-1,其余操作同MV组;(5)械通气+顺式阿曲库铵+CQ组(QMVC,n=6),机械通气前24 h和前30 min腹腔注射CQ30mg.kg-1,其余操作同MVC组。机械通气24 h后取肋膈肌,经HE染色测量各组膈肌CSA, WB检测两种萎缩相关蛋白,免疫荧光染色观察TOM20(线粒体外膜蛋白)和LC3(自噬小体蛋白)共表达的线粒体及LC3的表达;扫描电镜观察线粒体和自噬小体的超微结构;WB检测线粒体自噬相关蛋白PTEN诱导的推定激酶1(PTEN induced putative kinase1, PINK1)、Parkin、选择性自噬接头蛋白P62/sequestosome-1(SQSTM1)和LC3II/I蛋白的表达水平。
结果:
第一部分
(1)3组大鼠解剖时动脉血的PH、PaO2、PaCO2的结果均在正常范围内,各组间的血气分析及戊巴比妥钠用量统计结果未见明显差异(P>0.05)。
(2)MV组和CON组相比,膈肌纤维CSA减小,差异有统计学意义(P<0.05),MVC组和CON组相比,膈肌纤维CSA减小,差异有统计学意义(P<0.05),MVC组和MV组相比膈肌纤维CSA减小,差异有统计学意义(P<0.05)。
(3)MV组和CON组相比,MHC-I和MHC-II的CSA减少,差异有统计学意义(P<0.05),两类肌纤维的数量比例和所占面积比例相比,差异无统计学意义(P>0.05);MVC组和CON组相比,MHC-I和MHC-II的CSA减少,差异有统计学意义(P<0.05),两类肌纤维的数量比例和所占面积比例相比,差异无统计学意义(P>0.05);MVC组和MV组相比, MHC-I和MHC-II的CSA减少,差异有统计学意义(P<0.05),两类肌纤维的数量比例和所占面积比例相比,差异无统计学意义(P>0.05)。
(4)MV组和CON组相比,MAFbx和MURF-1蛋白的表达量增加,差异有统计学意义(P<0.05);MVC组和CON组相比,MAFbx和MURF-1蛋白的表达量增加,差异有统计学意义;MVC组和MV组相比,MAFbx和MURF-1蛋白的表达量增加,差异有统计学意义。
第二部分
(1)5组大鼠解剖时动脉血的PH、PaO2、PaCO2的结果均在正常范围内,各组间的血气分析、戊巴比妥钠、顺式阿曲库铵用量统计结果未见明显差异(P>0.05)。
(2)QMV组和MV组相比,膈肌纤维CSA增大,差异有统计学意义(P<0.05),QMVC组和MVC组相比,膈肌纤维CSA增大,差异有统计学意义(P<0.05),QMVC组、QMV组、CON组三组相比,差距无统计学意义(P>0.05)。
(3)QMV组和MV组相比,MAFbx和MURF-1蛋白的表达量减少,差异有统计学意义( P<0.05);QMVC组和MVC组相比, MAFbx和MURF-1蛋白的表达量减少,差异有统计学意义;QMVC组、QMV组、CON组三组相比,差距无统计学意义(P>0.05)。
(4)MV组和CON组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量增加,LC3表达增加,差异有统计学意义(P<0.05);MVC组和CON组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量增加,LC3表达增加,差异有统计学意义(P<0.05;MVC组和MV组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量增加,LC3表达增加,差异有统计学意义(P<0.05)。QMV组和MV组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量减少,LC3表达减少,差异有统计学意义(P<0.05);QMVC组和MVC组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量减少,LC3表达减少,差异有统计学意义(P<0.05);QMVC组、QMV组、CON组三组相比,差距无统计学意义(P>0.05)。
(5)MV组和CON组相比,线粒体出现轻度肿胀,出现较少量自噬和少量脂滴;MVC组和CON组相比,自噬增多,线粒体肿胀加剧;MVC组和MV组相比,自噬增多,线粒体肿胀加剧。QMV组和MV组相比,线粒体肿胀好转,自噬减少;QMVC组和MVC组相比,线粒体肿胀好转,自噬减少;QMVC组、QMV组、CON组三组相比,无明显变化。
(6)MV组和CON组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量增加,P62蛋白的表达下降,差异有统计学意义(P<0.05);MVC组和CON组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量增加,P62蛋白的表达下降,差异有统计学意义(P<0.05;MVC组和MV组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量增加,P62蛋白的表达下降,差异有统计学意义(P<0.05)。QMV组和MV组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量下降,P62蛋白的表达量增加,差异有统计学意义(P<0.05);QMVC组和MVC组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量下降,P62蛋白的表达量增加,差异有统计学意义(P<0.05);QMVC组、QMV组、CON组三组相比,差距无统计学意义(P>0.05)。
结论:
(1)长时间机械通气可引起SD大鼠膈肌萎缩,MCH-I和MCH-II两种纤维类型均发生萎缩,且数量和面积占比不发生改变;
(2)顺式阿曲库铵可加重机械通气所致的膈肌萎缩,可能是通过AL途径且与PINK1-Parkin介导的线粒体自噬途径有关;
(3)CQ可阻断AL途径,改善顺式阿曲库铵引起的膈肌萎缩。
探究顺式阿曲库铵对机械通气大鼠膈肌的影响及其可能的分子机制。
方法:
第一部分
将18只成年雄性SD大鼠随机分为3组:(1)对照组(CON, n=6),禁食30 h;(2)机械通气组(MV,n=6),禁食6 h后进行机械通气24 h,同时持续泵入戊巴比妥钠(10 mg.kg-1.h-1)维持麻醉;(3)机械通气+顺式阿曲库铵组(MVC,n=6),禁食6 h后进行机械通气24 h,同时持续泵入戊巴比妥钠(10 mg.kg-1.h-1)+顺式阿曲库铵。机械通气24 h后取肋膈肌,通过HE染色测量膈肌纤维横截面积(Cross-sectional area, CSA),免疫组化检测检测慢速型肌球蛋白重链(Anti-Slow Skeletal Myosin Heavy chain,MHC-I),蛋白免疫印迹法(Western blotting, WB)检测肌肉萎缩相关的两种蛋白:膈肌肌肉萎缩盒F基因(Muscle atrophy F-box,MAFbx)、肌肉特异性环指蛋白1(Muscle specific ring finger1,MURF1)。
第二部分
将30只成年雄性SD大鼠随机分为5组:(1)对照组(CON,n=6),禁食30 h;(2)机械通气组(MV,n=6),禁食6 h后机械通气24 h,同时持续泵入戊巴比妥钠(10 mg.kg-1.h-1)维持麻醉;(3)机械通气+顺式阿曲库铵组(MVC,n=6),禁食6 h后机械通气24 h,同时持续泵入戊巴比妥钠(10 mg.kg-1.h-1)+顺式阿曲库铵;(4)机械通气+氯喹(chloroquine, CQ)组(QMV,n=6),机械通气前24 h和前30 min腹腔注射自噬抑制剂CQ30mg.kg-1,其余操作同MV组;(5)械通气+顺式阿曲库铵+CQ组(QMVC,n=6),机械通气前24 h和前30 min腹腔注射CQ30mg.kg-1,其余操作同MVC组。机械通气24 h后取肋膈肌,经HE染色测量各组膈肌CSA, WB检测两种萎缩相关蛋白,免疫荧光染色观察TOM20(线粒体外膜蛋白)和LC3(自噬小体蛋白)共表达的线粒体及LC3的表达;扫描电镜观察线粒体和自噬小体的超微结构;WB检测线粒体自噬相关蛋白PTEN诱导的推定激酶1(PTEN induced putative kinase1, PINK1)、Parkin、选择性自噬接头蛋白P62/sequestosome-1(SQSTM1)和LC3II/I蛋白的表达水平。
结果:
第一部分
(1)3组大鼠解剖时动脉血的PH、PaO2、PaCO2的结果均在正常范围内,各组间的血气分析及戊巴比妥钠用量统计结果未见明显差异(P>0.05)。
(2)MV组和CON组相比,膈肌纤维CSA减小,差异有统计学意义(P<0.05),MVC组和CON组相比,膈肌纤维CSA减小,差异有统计学意义(P<0.05),MVC组和MV组相比膈肌纤维CSA减小,差异有统计学意义(P<0.05)。
(3)MV组和CON组相比,MHC-I和MHC-II的CSA减少,差异有统计学意义(P<0.05),两类肌纤维的数量比例和所占面积比例相比,差异无统计学意义(P>0.05);MVC组和CON组相比,MHC-I和MHC-II的CSA减少,差异有统计学意义(P<0.05),两类肌纤维的数量比例和所占面积比例相比,差异无统计学意义(P>0.05);MVC组和MV组相比, MHC-I和MHC-II的CSA减少,差异有统计学意义(P<0.05),两类肌纤维的数量比例和所占面积比例相比,差异无统计学意义(P>0.05)。
(4)MV组和CON组相比,MAFbx和MURF-1蛋白的表达量增加,差异有统计学意义(P<0.05);MVC组和CON组相比,MAFbx和MURF-1蛋白的表达量增加,差异有统计学意义;MVC组和MV组相比,MAFbx和MURF-1蛋白的表达量增加,差异有统计学意义。
第二部分
(1)5组大鼠解剖时动脉血的PH、PaO2、PaCO2的结果均在正常范围内,各组间的血气分析、戊巴比妥钠、顺式阿曲库铵用量统计结果未见明显差异(P>0.05)。
(2)QMV组和MV组相比,膈肌纤维CSA增大,差异有统计学意义(P<0.05),QMVC组和MVC组相比,膈肌纤维CSA增大,差异有统计学意义(P<0.05),QMVC组、QMV组、CON组三组相比,差距无统计学意义(P>0.05)。
(3)QMV组和MV组相比,MAFbx和MURF-1蛋白的表达量减少,差异有统计学意义( P<0.05);QMVC组和MVC组相比, MAFbx和MURF-1蛋白的表达量减少,差异有统计学意义;QMVC组、QMV组、CON组三组相比,差距无统计学意义(P>0.05)。
(4)MV组和CON组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量增加,LC3表达增加,差异有统计学意义(P<0.05);MVC组和CON组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量增加,LC3表达增加,差异有统计学意义(P<0.05;MVC组和MV组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量增加,LC3表达增加,差异有统计学意义(P<0.05)。QMV组和MV组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量减少,LC3表达减少,差异有统计学意义(P<0.05);QMVC组和MVC组相比,TOM20和LC3的共表达的线粒体数量减少,LC3表达减少,差异有统计学意义(P<0.05);QMVC组、QMV组、CON组三组相比,差距无统计学意义(P>0.05)。
(5)MV组和CON组相比,线粒体出现轻度肿胀,出现较少量自噬和少量脂滴;MVC组和CON组相比,自噬增多,线粒体肿胀加剧;MVC组和MV组相比,自噬增多,线粒体肿胀加剧。QMV组和MV组相比,线粒体肿胀好转,自噬减少;QMVC组和MVC组相比,线粒体肿胀好转,自噬减少;QMVC组、QMV组、CON组三组相比,无明显变化。
(6)MV组和CON组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量增加,P62蛋白的表达下降,差异有统计学意义(P<0.05);MVC组和CON组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量增加,P62蛋白的表达下降,差异有统计学意义(P<0.05;MVC组和MV组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量增加,P62蛋白的表达下降,差异有统计学意义(P<0.05)。QMV组和MV组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量下降,P62蛋白的表达量增加,差异有统计学意义(P<0.05);QMVC组和MVC组相比,PINK1、Parkin、LC3II/I蛋白的表达量下降,P62蛋白的表达量增加,差异有统计学意义(P<0.05);QMVC组、QMV组、CON组三组相比,差距无统计学意义(P>0.05)。
结论:
(1)长时间机械通气可引起SD大鼠膈肌萎缩,MCH-I和MCH-II两种纤维类型均发生萎缩,且数量和面积占比不发生改变;
(2)顺式阿曲库铵可加重机械通气所致的膈肌萎缩,可能是通过AL途径且与PINK1-Parkin介导的线粒体自噬途径有关;
(3)CQ可阻断AL途径,改善顺式阿曲库铵引起的膈肌萎缩。