失神经支配骨骼肌萎缩的生物学和组织学变化

失神经支配骨骼肌萎缩的生物学和组织学变化 失神经支配骨骼肌萎缩的生物学和组织学 变化 中国临床康复9卷骺2005—12-07出版 ChineseJournalofClinicalRehabilitation,December72005Vo1.9No.45 失神经支配骨骼肌萎缩的生物学和组织学变化料 张辉',汪宝军,王竹风,王和鸣' ? 综述? 北京市大兴区中医医院骨伤科,北京市102618;北京中医药大学基础医 学院中医诊断系O3级博士生,北京市1O0o29;福建中医学院,福建省福州 市35O0o3 张辉,男,1958年生,满族,1983年黑龙江省齐齐哈尔医学院毕业,副主 任医师,主要从事脊柱外科方面的研究.wbj126@tom.COB 福建省科技厅重点项目基金(99一Z139),福建省科技三项费用基金 (K20066) 中图分类号:R329文献标识码:A文章编号:l671-5962-(2005)45—0016-02 收稿日期:2005—04一O5修回日期:2005—10—20(17,SZH,YL】 BiolcIgicalandhistologicalchangesofdenervatedskeletal muscularatrophyZhangHuiWangBao—junWangZhu—feng2, WangHe-ming,DepartmentofOrthopedics,DaxingDistrictHospitalof ChineseMedicineofBeijingCity,Beijing102618,China;Departmentof DiagnosiswithTraditionalChineseMedicine,BeijingUniversityofChinese Medicine,Beijing100029,China;FujianCollegeofTraditionalChinese Medicine,Fuzhou350003,FujianProvince,China ZhangHui,Associatechiefphysician,DepartmentofOrthopedics,Daxing DistrictHospitalofTraditionalChineseMedicineofBeijingCity.Beiiing 102618.Chinawbi126@tom.COB Supportedby:grantsfromKeyProgramofFujianProvincialTechnology Bureau.No.99一Z139:ThreeItomsofExpenditureonScienceand TechnologyinFuiianProvince.No.K20066* Receive:2005一O4—05Accepted:2005-10-20 Abstract OBJECTIVE:Toinvestigatetheprogressionondenervatedskeletal muscularatrophyinhistopathology,biochemistryandmolecularbiology. DATASOURCES:Ancomputer—basedonlinesearchofPubmeddatabase wasundertakentoidentifyarticlespublishedinEnglishbetweenJanuary 1990andJanuary2005byusingthekeywordsof"denervation,denervation muscle,denervationmuscleatrophy,denervatedmuscle,nerveinjury denervatedskeletalmuscle,skeletalmuscle,denervationatrophy". Meanwhile.ChineserelevantarticlespublishedfromJanuary1995to January2005weresearchedwithcomputerjnWanfangdatabasealso retrievedmanually. STUDYSELECTIoN:Thedatawerecheckedfirstly.thearticleson denervatedskeletalmusclewerecollected.1nclusivecriteria:(1)thearticles onphysiologicalandpathologicalchangeofdenervatedskeletalmuscle;? elementaryandclinicalinvestigation.Exclusivecriteria:(1)preventionand cureofdenervatedskeletalmuscularatrophy;,2]repetitivestudies. DATAEXTRACTIoN:TotalIv300argclesinallondenervatedske|etal muscleinphysiology,pathology,biochemistry,molecularbiologywere collected,ofwhich40articleswereselected. DATASYNTHESIS:Thedenervatedskeletalmuscleassumespositive sharpwaveonelectromyogram.Theproteinumofexpressup—regulationis possiblyrelevantwithdenervationmuscleatrophy.Indenervationmuscle. Aeactivityraisesup.nerveendplateswells.chondrosomedestroys. synapsisdiminishes.denervationsoleusmuscleappearapoptoticmorphology change,suchascellulecrenation,karyopycnosis,perinuclearcisterna dilatation,caryotinconcentration,butnotappearevidentnuclear fragmentation.Ingoneregulation.II—typemusclefiber'apoptosisis relevanttoexpression.irrelevantto&Z一2expression. CoNCLUSIoN:Afterdenervation.skeletalmuscleproceedserialCOB. plicatedchanges.andtheinvestigationiSbeneficialtopreventionandcure ofdenervatedskeletalmuscularatrophy. ZhangHWangBJWangZFWangHMBiologicalandhistologicalchangesof denervatodskeletalmuscularatrophyZhongg~oLirwhuangKang~2005;9(451:16—7 张辉,汪宝军,王竹风,王和鸣失神经支配骨骼肌萎缩的电生理及其生物学和组 织学变化Ul中国临床康复,20059(451:16—7[wwwzglckfcoml 摘要 目的:探讨失神经骨骼肌萎缩在电生理,组织病理学,生物化学和分子 生物学方面的进展. 资料来源:应用计算机检索Pubmed1990一叭/2005一O1的文章,检索词 为"denervation,denervationmuscle.denervationmuscleatrophy.denervated muscle,nerveinjury,denervatedskeletalmuscle,skeletalmuscle,denervation atrophy",限定文章语言种类为English.同时计算机检索万方数据库 1995—01/2005-01期间的相关文献,并进行手工检索. 资料选择:对资料进行初审,选取有关失神经支配骨骼肌方面的研究. 纳入:?研究失神经支配后骨骼肌的病理生理等的改变方面.?失 神经支配骨骼肌的基础研究和临床研究.排除标准:防治失神经肌萎 缩的研究.?重复研究. 资料提炼:共收集到300篇关于骨骼肌失神经支配后的生理,病理,生 化,分子生物学等方面的文章,人选40篇. 资料综合:失神经骨骼肌在肌电图上呈正尖波.其达上调的蛋白则可能 与肌萎缩的发生过程有关.骨骼肌失神经支配时,三磷酸腺苷酶活性增 高.骨骼肌失神经支配后神经终板肿胀,线粒体破坏及突触数量减少.失 神经比目鱼肌出现细胞皱缩,核固缩,核周池扩大,染色质浓缩等细胞凋 亡的形态学改变,但未发现明显核碎片.在失神经肌萎缩细胞凋亡的基因 调控方面,?型肌纤维的凋亡与Fas基因的表达有关,与Bcb2基因无关. 结论:骨骼肌失神经支配后发生一系列的复杂的变化,通过此研究可形 成防治失神经支配骨骼肌萎缩的有效措施. 主词:肌萎缩;去神经支配;综述文献 O引言 精细的显微外科技术的应用,大大提高了周围神经 损伤的修复水平,但其临床疗效和术后功能恢复并不理 想『1J.周围神经损伤的研究主要包括三个方面,即保护神 经元,提高神经再生速度和防治失神经骨骼肌萎缩.其中 任何一个环节延缓或发生了不可逆性损害均将影响肢体 功能的康复,从而最终影响疗效.本文检索了IMmltxt 1990-01/2005-0l和万方数据库l995—0l/2005—0l与 失神经支配骨骼肌萎缩的相关文章,对近几年国内外 的相关研究进行总结. 1肌肉湿重,肌纤维直径和截面积的变化 Sunderland[21发现肌细胞正常形态结构维持需靠 一 些神经营养因子的作用,失神经支配后最大变化便 是这些神经营养因子丢失导致的肌肉形态结构,生理 生化及新陈代谢等方面改变.而失神经支配肌肉在形 态学上首先表现为肌细胞浆丢失及直径减小.徐建广 等l31发现肌细胞直径及截面积下降在失神经支配2周 时即达正常值的40%,以后随失神经支配时间延长呈 进行性下降,这与肌肉湿重变化有所不同,失神经支 配2周时肌肉湿重下降近50%,而以后一直保持在正 常值的30%左右,这可能与肌间结缔组织增生及组织 间水份增多有关. 2骨骼肌失神经支配后胶原纤维的变化 骨骼肌失神经支配后间质结缔组织积聚,毛细血 管及其它小血管被多层的致密胶原围绕,使其与相邻 肌纤维分离,潜在地影响血管床和肌纤维间的物质交 换,也影响了再支配过程中神经轴突的长入和延伸[41, 肌肉获得神经再支配后,其功能不能完全恢复【5,61.胶原 是肌肉结缔组织中最主要的蛋白因此控制失神经骨 ISSN1671—5926CN21—1470/R —.z#~comkf23385083C~inacom张辉,等.失神经支配骨骼肌萎缩的电生理及其生 物学和组织学变化 骼肌内胶原等结缔组织增生是维护失神经肌肉功能 的重要方面17]. 骨骼肌失神经后,胶原合成酶活性成倍上升,肌内 膜,肌束膜及基底膜增厚,染色反应增强181.姜广良等用 也观察到I型,IV型胶原随失神经时间的延长而增加. 3骨骼肌失神经支配后蛋白的变化 孙华林等发现失神经后表达下调的蛋白可能与 而表达上调的蛋白则可能与 维持肌肉正常功能相关, 肌萎缩的发生过程相关. 徐雷等发现细胞内蛋白质合成,防止自由基团的 攻击,蛋白质错误折叠的修复以及细胞中蛋白质分选 均与人类臂丛损伤后失神经骨骼肌萎缩的病程相关. Ohirat"I研究表明失神经后肌肉总蛋白下降趋势 同肌湿质量下降趋势.Wing等『l2认为失神经后蛋白质 的迅速减少是由于非溶酶体三磷酸腺苷依赖性蛋白 水解过程加快造成的,蛋白降解与泛素降解通路有 关.Bockowskit"I发现失神经后肌肉氧化和糖酵解活动 减弱,蛋白质和嘌呤降解加快,肌肉对胰岛素抵抗作用 增加.Steint"I等发现肌肉萎缩时大量蛋白质包括组织 蛋白和酶蛋白随之降解褪变. 4骨骼肌失神经支配后酶学的变化 骨骼肌纤维急性失神经支配时,肌纤维形态,琥珀 酸脱氢酶和乳酸脱氢酶活性无变化,三磷酸腺苷酶活 性增高,检测三磷酸腺苷酶活性可为颈髓损伤提供诊断 依据.失神经后随着时间的延长肌细胞内Na,K-ATP酶, Ca-ATP酶活性逐渐下降并稳定于正常的30%--40%和 60%一70%t.Ca—ATP酶的活性直接关系到细胞摄取 Ca2+的能力,对肌细胞兴奋性与收缩性具有重要意义ll71. 失神经支配后运动终板处的乙酰胆碱酯酶含量 保持一定时问的稳定.乙酰胆碱酯酶含量对失神经支 配的敏感性与肌肉种属和肌纤维类型不同有关ll8I. 5骨骼肌失神经支配后超微结构的改变 骨骼肌失神经支配后超微结构必然发生一系列的 变化121.胡韶楠等9l研究发现失神经支配后2个月,骨骼 肌细胞的超微结构基本正常,肌纤维周围无明显增生的 胶原纤维,可见到运动终板,肌卫星细胞数量增多;6个 月,肌丝断裂,排列紊乱现象明显增多,细胞核体积变 小,染色加深,细胞核固缩,肌纤维周边出现较多的成纤 维细胞和脂肪细胞及增生的胶原纤维;12个月后,未见 类似运动终板的结构,肌卫星细胞体积缩小,数量减少. 6失神经骨骼肌萎缩后基因表达及细胞凋亡 Schmalbrucht2~l在电镜下观察到新生大鼠比目鱼肌 出现核周池扩大,染色质浓缩,肌纤维减少的现象,在 电镜和原位缺口末端标记中还发现了少量有凋亡改变 的细胞核,并观察到肌萎缩时有自然杀伤细胞和巨噬 细胞的聚集,故认为凋亡现象伴随自然杀伤细胞而发 生,凋亡与自然杀伤细胞有密切关系.Tews等【211发现失 17 去神经支配后大鼠面肌细胞出现DNA碎片,Tews认为 肌肉细胞失神经支配后存在凋亡现象.田涛和胡韶 楠等[231研究发现失神经骨骼肌肌萎缩的肌细胞存在细 胞凋亡现象,并指出细胞凋亡导致的肌细胞核数量减 少可能是影响神经修复手术疗效的主要原因之一. 在基因调控方面,Bcl一2的表达有助于维持大鼠面 肌细胞的存活,同时对抗bax促细胞凋亡的作用『2】1. Yamada等研究发现II型肌纤维的凋亡与Fas基因 的表达有关,与Bcl一2基因无关.田涛等[221发现在臂丛 神经损伤引起的骨骼肌萎缩中也有Fas表达增高,同 时伴有Bcl一2基因的表达减少,而C—myc和P53变化 不明显.萎缩的骨骼肌细胞Fas基因mRNA表达增 高,Bcl一2基因mRNA表达减少. 利用调控凋亡相关基因表达干预凋亡,达到治疗 失神经支配性肌萎缩的目的.一些与线粒体相关的 基因表达的改变提示萎缩肌肉中线粒体的功能发生异 常,糖,蛋白质和脂肪代谢关键酶基因表达的下调导 致肌细胞内能量代谢严重障碍[263. 7参考文献 1WongBJ.CrumleyRLNervewoundhealing.Anoverview.OtolarvngolClinNorth Am1995Oct;28(5):881-95 2SunderlandS.Factorsinfluencingthedevelopmentandseverityofthdchanges indenervatedmu~le.Nerveinjuryandtheir~pair[M].London:Sunderlands1991. 241—63' 3徐建广,顾玉东,李继峰.大鼠失神经支配骨骼肌退变的实验研究【J1上海医科 大学,1999,26(4):265-68 4LuDX.HuangSK.CarlsonBMElectronmicroscopicstudyofloag-termdenervated ratskeletalmuscle/tatReE"1997:248f31:355—65 5Savolainen^MyllylaV.MyllylaReta1.Efiectsofdenervationandimmobilization oncollagensynthesisinratskeletalmuscleandtendonAmJPhysiol1988;254(6 Pt21:R897-902 6SalonenV,LehtoM,KalimoM,eto1.Changesinintramuscularcollagenand fibronectinindenervationatrophy.MuscleNee1985;8(2):125-31 7姜广良,顾玉东,张丽银.氨哮素对失神经骨骼肌内胶原代谢的影响【J1.中国修 复重建外科杂志,1998,12(1):48—51 8Pehonen1,31yllylalonenU.eta1.Changesincollagenmetabolismindiseased mu~le.I1.ImmunohistochemicalstudiesrchNeurol1982;39f12):756--9 9孙华林,梅晓云,王晓冬,等.双向电泳失神经支配大鼠腓肠肌蛋白的表达 变化【JJ.中国交通医学杂志.2005 1O徐雷,顾玉东,徐建光,等.人体失神经萎缩骨骼肌蛋白质组学的初步研究【JJ. 中华手外科杂志.2005.21(4):236-40 11OhiraY.Effectsofdenervationanddeafferentationonmassandenzyme activityinratskeletalmuscles.nJPhysiol1989;39(1):21—31 12WingSS,HaasALGoldbergAL.Inc~aseinubiquitin.proteinconiugates concomitantwiththeincreaseinproteolysisinratskeletalmu?ledu—ring starvationandatrophydenervation.B/ochemJ1995;307(Pt3):639--45 13BockowskiLGorskiJ【Metabolicchangesindenervatedskeletalmuscles1 PostepyJI=,igMedDosw1996;50(2):191—204 14SteinTP,WadeCE.Proteinturnoverinatrophyingmuscle:fromnutritional interventiontomicmarrayexpressionanalysis.CurrOpinClinNutrMetabCare 2003;6f11:95—1O2 15田青业,许晨光,郭爱华,等.颈髓损伤胫骨前肌形态与酶组织化学变化【J1_潍 坊医学院,2003,25(1):32-4 16徐建光,顾玉东,李继峰.失神经支配骨骼肌超微结构及Na,K.ATP酶,Ca.ATP 酶变化『J1_上海医科大学,1999,26(6):439 17MadsenK,FranchJ.ClausenTEffectsofintensifiedendurancetrainingonthe concentr~ionofNa.K—ATPaseandCa—ATPaseinhumanskeletalmusclecta PhysiofScand1994;150(3):251—8 18惠莲,姜学钧,杨柠,等.去神经支配后运动终板区域超微结构及乙酰胆碱酯 酶含量变化与面肌功能恢复神经损伤不同程度及损伤后不同时间的差异【J1. ? 中国临床康复,2005,9(211:71—3 19胡韶楠,徐建光,顾玉东,等.不同部位骨骼肌失神经支配后超微结构变化的 实验研究【J1_中国修复重建外科杂志,2002,16(1):44—7 2OSchmalbruchHNaturalkillercellsandmacrophagesinimmaturedenervated ratmuscles.JNeuropatholExpNeurol1996;55(3):310-9 21TewsDS.GoebelHH.Schneider.I.eta1.DNA.fragmentationandexpressionof apeptosis—relatedproteinsinexperimentallydene—rvatedandreinnrvatedrat facialmu~le,Neuropatho2APP2Neurob/o2l997:23f21:14l一9 22田涛,吴朝晖,金惠铭,等,大鼠臂丛神经损伤后骨骼肌萎缩时肌细胞凋亡的研 究【J1.中华医学杂志,2000,80(7):530—3, 23胡韶楠,顾玉东,徐建光,等.臂丛神经损伤后不同部位肌肉萎缩的检测和机 制探讨【JJl中华创伤杂志,2002,18(9):526—9 24YamadaH,NakagawaM.HiguchiI.et.TypeIImusclefibersarestainedby anti—Fasantibody.JNeurolSci1995;134(1_21:l15—8 25惠莲,魏宏权,李笑天,等.不同程度失神经支配面肌细胞凋亡及其相关基因 表达的实验研究阴冲华耳鼻咽喉科杂志,2005,4o(2):l19—23 26吴朝晖,金惠铭,顾玉东.大鼠臂丛神经损伤后萎缩骨骼肌基因表达谱的变化 【J】.中华创伤杂志,2002,l8(6):357-60