钙释放耦联模式在呼吸机相关性膈肌损伤中的作用

机械通气是急性呼吸衰竭患者生命支持的最重要手段。然而，临床上经常因呼吸机撤离困难导致治疗失败。撤机失败最重要的原因是呼吸机诱导膈肌损伤（VIDD）。以往VIDD研究集中于膈肌氧化应激与萎缩，难以直接揭示膈肌收缩力下降的本质特征。我们在预实验中发现值得重视的现象，膈肌兴奋收缩耦联中钙释放模式不同于其他骨骼肌，可能具有变构耦联和钙触发钙（CICR）耦联两种形式；进而给予控制机械通气（CMV），发现钙释放变构耦联模式可能增多,而CICR耦联模式有下降趋势。因而，推测这种钙信号的转导模式改变，将会影响到胞质中钙水平，进而影响到钙与肌钙蛋白的结合，直接导致膈肌收缩力下降。为此，本研究在构建临床常见通气模式的模型基础上，对膈肌整体、组织与细胞水平深入研究；应用电生理、蛋白与分子分析、膜片钳细胞电流测定等方法，旨在阐明钙释放耦联模式在VIDD发病机制中的作用机制。

背景及主要内容：尽管机械通气是急性呼吸衰竭患者生命支持的最重要手段,然而临床上有20-50%的患者在原发疾病治愈后出现呼吸机撤离困难,治疗失败。目前认为撤机失败的最重要原因是呼吸机相关性膈肌损伤（ventilator-induced diaphragmatic dysfunction, VIDD）,以膈肌收缩力下降并随机械通气时间延长进行性加重为特征。作为呼吸泵的膈肌，其损伤不仅会直接导致急性呼吸衰竭且会导致撤机失败。本研究主要针对膈肌收缩效能的内在核心问题——兴奋-收缩耦联过程中胞质内Ca2+水平的调节模式进行研究。此外，肌质网是细胞内主要储存钙离子的场所,在调节钙离子过程中起主要作用；细胞内还有另一种内钙的调节方式即为肌浆网Ca-ATPase（钙泵）的调节，钙离子回收主要依靠肌质网钙泵（SERCA），主要功能为回收胞质内钙离子入肌质网，降低细胞质钙浓度，引发肌肉舒张。因此，实验团队加做膈肌损伤时肌质网及SERCA的变化对钙离子调节的作用机制。.结论：我们的实验在分子和基因水平阐明在膈肌中钙释放耦联模式既有骨骼肌型变构耦联模式，同时还有心肌型钙触发钙释放模式。ARDS时，膈肌的收缩力明显下降，这与膈肌的变构耦联相关钙释放受体（DHPRa1s 和RyR1）蛋白和基因的表达下降明显相关。高水平的PEEP机械通气可以改善ARDS所致的膈肌收缩力下降，这种保护与钙释放受体中DHPRa1s 和RyR1表达上调相关。同时，在分离的单细胞膈肌水平发现，脓毒症时膈肌细胞内钙有明显下降、细胞膜钙电流也发生明显变化，提示在细胞内钙浓度的降低影响了膈肌的兴奋收缩耦联，从而导致了膈肌收缩力下降。电镜实验表明Sepsis组较正常组肌质网出现肿胀、排空和破坏，肌质网的破坏可能的机制为内质网应激的变化。 sepsis时早期即出现(SERCAl)的表达下降，可能在脓毒症致膈肌功能障碍中起一定作用，且随着时间延长SERCAl表达较脓毒症早期有上升，提示可能存在膈肌功能恢复。.意义：进一步课题组对钙离子增强剂的药物研究，将更有针对性的分析研究对膈肌的保护作用，以减少ARDS及呼吸机相关的膈肌损伤，对临床具有重大的研究意义。