心脏衰竭和老龄化过程中的膈肌异常:心血管和呼吸道病理生理学的机制与整合

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所属分类:心脏康复
 

吸气的能力对肺泡通气和气道的廓清(例如咳嗽和打喷嚏)极为重要。证据表明,吸气功能的障碍可出现在正常机体衰老的过程中,而对慢性心力衰竭(CHF)的患者,吸气能力障碍会更严重。

 

作者 | 徐诗行 浙江大学医学院附属邵逸夫医院

来源 | 中国呼吸治疗(RT-china)

投稿 | acrcchina@126.com 

 

吸气的能力对肺泡通气和气道的廓清(例如咳嗽和打喷嚏)极为重要。证据表明,吸气功能的障碍可出现在正常机体衰老的过程中,而对慢性心力衰竭(CHF)的患者,吸气能力障碍会更严重。从心血管及肺的病理生理层面来看,关键点主要包括:(1)气道清除和肺炎易感性变化; (2)无法维持运动时的通气需求; (3)浅快呼吸,限制了肺泡的通气量和气体交换;(4)交感神经激活,引起心律失常和组织血管收缩。

 

膈肌作为主要的吸气肌,神经肌肉的完整性是能否充分吸气的主要决定因素。我们在动物和细胞模型的研究中发现,某些特定的机械因素可能在慢性心衰及衰老的过程中造成膈神经肌肉的异常。包括膈神经和神经肌接头的改变以及内在的肌细胞异常,例如收缩蛋白的数量和质量的变化,纤维萎缩的加速和纤维类型分布的变化。慢性心衰、衰老及慢性心衰伴衰老的情况下,循环因子(例如细胞因子和血管紧张素II)和细胞传导信号被扰乱,包括鞘脂及活性氧,以及蛋白水解途径,从而导致上述异常。运动性的康复措施与药物治疗相结合,有望治疗慢性心衰及衰老人群的的膈肌异常和吸气肌功能障碍。

 

下面我们通过图表来直观的感受这些机制

 

心脏衰竭和老龄化过程中的膈肌异常:心血管和呼吸道病理生理学的机制与整合

图1提示衰老使吸气能力下降。横坐标为年龄,纵坐标为最大深吸气负压。 虚线表示20-29岁受试者的最大深吸气负压平均值。数据由Neder 和Enright等人提供。

 

心脏衰竭和老龄化过程中的膈肌异常:心血管和呼吸道病理生理学的机制与整合

▲图二A提示心力衰竭患者吸气能力逐渐下降。横坐标为纽约心脏协会(NYHA)分级的I至IV级心衰患者,纵坐标为最大吸气压力占预测百分比。数据由Filusch等人提供。

▲图二B提示心衰患者在亚极限吸气负荷耐力试验中,运动耐力降低。横坐标为时间,纵坐标为最大深吸气负压。实心圆圈为心衰患者,空心圆圈为正常对照组患者。数据由Gaspar Chiappa博士(巴西南里奥格兰德大学联合大学)提供。

 

心脏衰竭和老龄化过程中的膈肌异常:心血管和呼吸道病理生理学的机制与整合

▲图3提示膈肌异常与衰老和心衰的心血管及呼吸道病理生理存在相关性。膈肌做功是由收缩功能障碍和纤维萎缩引起的,而缩短速度变慢由收缩功能障碍和纤维移位的类型决定的。膈肌的这些改变会引发心血管和呼吸道的病理生理反应。SNA,交感神经活动。实线箭头提示心衰与衰老的相关性,虚线箭头主要提示与心衰的相关性。

 

心脏衰竭和老龄化过程中的膈肌异常:心血管和呼吸道病理生理学的机制与整合

图4提示心衰导致隔膜等长和等张收缩功能障碍。空心圆圈为成人正常对照组,实心圆圈为心衰小鼠的完整膈肌束。衰老对收缩功能的影响与上图相类似。

 

心脏衰竭和老龄化过程中的膈肌异常:心血管和呼吸道病理生理学的机制与整合

图5提示循环因素和心肌细胞通路导致心衰患者的膈肌异常。血管紧张素II(Ang II)、鞘磷脂酶(SMase)、NADPH氧化酶2(Nox2)、活性氧(ROS)。心衰会增加膈肌的中性鞘磷脂酶活性,并增加神经酰胺的量。他们通过线粒体和NADPH氧化酶2中的活性氧造成膈肌收缩功能障碍,并激活钙蛋白酶。活性氧在心衰的膈肌收缩功能障碍中发挥重要的作用。心衰会增加膈肌钙蛋白酶和蛋白酶体的活性,而蛋白酶体的抑制钝化了收缩功能的异常。值得注意的是,活性氧还刺激泛素-蛋白酶体系统。

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