平滑肌和哮喘培训课件

1、平滑肌和哮喘平滑肌和哮喘第一节 气道平滑肌生理 气道平滑肌细胞呈长梭形，两端有树状突起。肌细胞平行排列组成肌束，肌束之间被含有胶原和弹性纤维的空隙分隔。平滑肌和哮喘2平滑肌和哮喘2气道平滑肌细胞没有明显的横纹，主要因为其肌原纤维的肌小节排列不整齐。组成肌小节的收缩成分为粗肌丝和细肌丝。平滑肌和哮喘3气道平滑肌细胞没有明显的横纹，主要因为其肌原纤维的肌小节排列粗肌丝由肌球蛋白（myosin）每个肌球蛋白 2个高分子量亚单位（重链，分子量为 200kD） 两个不同类型的低分子量亚单位（轻链， 分子量分别为20kD和17kD） HHL1L2组成方式。平滑肌和哮喘4粗肌丝由肌球蛋白（myosin）平滑

2、肌和哮喘4平滑肌和哮喘5平滑肌和哮喘52条重键的尾部相互缠绕形成粗肌丝的主干，头部伸出粗肌丝主干形成横桥。头部含有与细肌丝结合的位点及ATP酶活性位点。平滑肌和哮喘62条重键的尾部相互缠绕形成粗肌丝的主干，头部伸出粗肌丝主干形细肌丝的成分为肌纤蛋白，当胞浆Ca2+浓度升高到一定水平时，呈游离状态的球形肌纤蛋白单体聚合成纤维状的细肌丝。平滑肌和哮喘7细肌丝的成分为肌纤蛋白，当胞浆Ca2+浓度升高到一定水平时，气道平滑肌收缩的启动机制： 肌细胞膜电位去极化或膜受体激活，钙通道开放，引起外钙内流或胞内钙库释放，使胞浆Ca2+浓度增高，平滑肌和哮喘8气道平滑肌收缩的启动机制：平滑肌和哮喘8 Ca2+

3、钙调素（CaM） 形成Ca2+ - CaM复合物 （ Ca2+ )4- CaM - MLCK三元复合物 + 肌球蛋白轻链激酶（MLCK）肌球蛋白轻链激酶（MLCK）平滑肌和哮喘9 Ca2+ 肌球蛋白轻链磷酸化 粗、细肌丝结合，水解ATP释放能量使横桥摆动,启动平滑肌的横桥循环，肌细胞产生机械收缩。平滑肌和哮喘10 平滑肌和哮喘10平滑肌和哮喘11平滑肌和哮喘11第二节 气道平滑肌与哮喘 哮喘是一种常见的累及各年龄组的慢性阻塞性肺疾病，以气道高反应性和可逆性气道阻塞为主要临床特征。随着对哮喘发病机制的深入研究，气道平滑肌（airway smooth muscle，ASM）在哮喘气道高反应性产生中

4、的作用日益受到重视。它的增生和肥大可引起气道结构重建，直接影响哮喘患者气道高反应性的产生。平滑肌和哮喘12第二节 气道平滑肌与哮喘平滑肌和哮喘12l ASM在气道高反应性产生中的作用1） 单单位（Single-Unit）及多单位（Multi-Unit）型平滑肌 气道平滑肌可以分为单单位及多单位两种类型，单单位平滑肌肌细胞之间神经分布稀疏，具有明显的自发性节律运动；多单位平滑肌神经分布密集，不具有自发的节律运动。有人认为正常人ASM是多单位型，而哮喘患者则变为单单位型。平滑肌和哮喘13l ASM在气道高反应性产生中的作用平滑肌和哮喘13平滑肌和哮喘14平滑肌和哮喘14Kroeger等研究氯化四乙

5、铵对ASM的影响时发现，在哮喘的发病过程中，ASM由多单位型向单单位型转化。单单位状态兴奋性增加，易发生哮喘；平滑肌和哮喘15Kroeger等研究氯化四乙铵对ASM的影响时发现，在哮喘的Newman等认为，正常人ASM具有单单位型特征，但表现形式较弱，哮喘时则以较强的形式表现出来。认为ASM由多单位型向单单位型转变，可能与气道高反应性的产生有关。因为在ASM内任何一点受刺激，都导致整个气管-支气管树的电扩散。平滑肌和哮喘16Newman等认为，正常人ASM具有单单位型特征，但表现形式2） ASM体积增加 严重、慢性哮喘患者ASM数量增多，可产生较大的肌张力，气道壁厚度增厚，使气道阻力变大，均可

6、使其气道反应性进一步亢进。然而，用狗所作实验结果表明，支气管对组胺的敏感性与其平滑肌的厚度无任何关系。平滑肌和哮喘172） ASM体积增加平滑肌和哮喘173） ASM舒缩运动反应性增强 理化或药物因素，甚至运动和吸入冷空气所致哮喘发作的症状和体征，均在应用-肾上腺素能受体兴奋剂后迅速消失，从而提示气道反应性亢进主要是平滑肌过度收缩，而非呼吸道粘膜水肿、粘液栓塞等原因所致。还有人发现哮喘患者吸入支气管活性药物后，气道阻力的剂量-效应斜率增大。反映气道平滑肌舒缩反应性增强。平滑肌和哮喘183） ASM舒缩运动反应性增强 平滑肌和哮喘18Mccaig应用玻璃微电极研究豚鼠ASM的电生理特性，发现反复

7、吸入卵蛋白气溶胶后，豚鼠ASM电位显著降低，对组胺、异丙肾上腺素的反应性亦发生变化。平滑肌和哮喘19平滑肌和哮喘19Benson认为在药物刺激和平滑肌收缩之间存在着“S”型曲线关系。起初，当刺激增加时平滑肌几乎没有反应，但其“活性状态”在增高；随着刺激增强，由于平滑肌对药物的敏感性增高，反应骤然增加。因而推测，哮喘患者的某些体液和神经性因素可促使支气管平滑肌的静息“活性状态”增高 ，以致在接受刺激前平滑肌就处于“S”型曲线较陡直部分，从而对低浓度的药物刺激显示急剧增强的反应。平滑肌和哮喘20平滑肌和哮喘204）气道管腔狭窄对ASM收缩效应的影响 某些情况下，气道几何形状改变可以增加ASM的收缩

8、效应。哮喘患者气道炎症细胞渗出，基底膜增厚、粘液腺及杯状细胞增生、肌层增厚，使气道管壁增厚，管腔部分阻塞，横截面积明显减小，气道阻力加大。此时轻度的肌肉收缩就可能造成管腔的严重阻塞。以往研究也已表明，在气道壁增厚的情况下，轻度的肌肉缩短可引起较显著气道狭窄。平滑肌和哮喘214）气道管腔狭窄对ASM收缩效应的影响平滑肌和哮喘21Moreno等曾描述气道壁面积与肌内缩短引起的气道阻力变化之间的关系。非哮喘患者ASM缩短40，气道阻力增加约15倍，而哮喘患者ASM同等程度缩短，气道阻力增加290倍。平滑肌和哮喘22Moreno等曾描述气道壁面积与肌内缩短引起的气道阻力变化之5）平滑肌细胞内Ca+2浓

9、度升高 细胞膜上存在两种主要的钙通道，一种是电压依赖性钙通道（VOC），对膜电位的改变非常敏感；另一种是受体依赖性钙通道（ROC），对膜电位的改变不敏感。平滑肌和哮喘235）平滑肌细胞内Ca+2浓度升高 平滑肌和哮喘23可以设想，气道高反应性可能与细胞膜上钙通道的异常（引起钙流入增多）有关，但至今尚无实验直接证明。另外，许多实验表明Ca2+有如下作用：促进肥大细胞介质释放，增加粘膜下腺体分泌和炎性细胞的趋化作用降低非肾上腺素非胆碱能（NANC）抑制性神经系统的效应。平滑肌和哮喘24可以设想，气道高反应性可能与细胞膜上钙通道的异常（引起钙流入2 ASM的增殖l） ASM的增殖 多年前人们已观察到

10、哮喘患者ASM增厚，并试图测量其厚度：纤毛功能缺陷或丧失的患者，ASM的蠕动有利于清除气道内的分泌物，并认为ASM增厚是由肌细胞肥大所致，而非增生引起。平滑肌和哮喘252 ASM的增殖平滑肌和哮喘25Messer等研究发现，一组生前诊断为哮喘并死于哮喘持续状态的患者中34存在严重的支气管平滑肌肥大；另一组死于哮喘并发症者，只有16的患者存在严重平滑肌肥大。他们同时还发现末梢呼吸性细支气管也存在平滑肌的增生。平滑肌和哮喘26Messer等研究发现，一组生前诊断为哮喘并死于哮喘持续状态Dunnill等利用位点计数方法（Point-count method）对哮喘持续状态患者及正常人的支气管进行研究

11、，发现前者的ASM的百分体积显著增加（11.93.36），约为正常人（4.62.2）的3倍；同时对平滑肌细胞核计数表明上述变化是由于肌细胞数增加，即平滑肌增生引起。平滑肌和哮喘27Dunnill等利用位点计数方法（Point-count m 2） ASM增殖的的信号通路 (1) 气道平滑肌增殖的调节因子许多炎症因子在哮喘病人的支气管肺泡灌洗液中升高，有些已经证实在体外可又诱导气道平滑肌增殖。促有丝分裂原包括生长因子：如内皮生长因子（EGF）、胰岛素样生长因子、血小板源生长因子（PDGF）的BB和AB亚型和纤维生长因子。致痉剂：内皮素-1、组胺、P物质、5-HT和白三烯D4。总体上，致痉剂（并非

12、全部）激活G蛋白耦联受体促进人类ASM增殖。平滑肌和哮喘28 2） ASM增殖的的信号通路平滑肌和哮喘28(2)体外调节气道平滑肌增殖的信号通路生长因子诱导有丝分裂通过激活酪氨酸激酶（RTK）炎细胞释放的致痉剂通过激活G蛋白耦联受体细胞因子通过细胞膜表面的糖蛋白受体耦联到Src家族酪氨酸激酶。 平滑肌和哮喘29(2)体外调节气道平滑肌增殖的信号通路平滑肌和哮喘29Figure 1. signal transduction mechanisms that regulate ASM proliferation.ASM mitogens act via RTKs, cytokine receptor

13、s, or GPCRs, to activate the small GTPase p21ras. The ERK and PI3K pathways are considered to be two major independent signaling pathways regulating ASM cell growth. 平滑肌和哮喘30Figure 1. signal transduction 3 ASM增殖的近期研究近期研究已发现多种能促进ASM堵殖的生长因子，它们分别来源于炎症细胞、气道上皮、血源性因子和生长因子。平滑肌和哮喘313 ASM增殖的近期研究平滑肌和哮喘31Panet

14、tieri用组胺、血清和血小板源生长因子（PDGF）刺激狗ASM细胞，发现组胺等不仅诱导ASM细胞增殖，同时刺激平滑肌细胞内原癌基因c-fos表达。提示这种原癌基因可能参与对这些分裂素的早期反应。表皮生长因子（EGF）也能刺激狗ASM增殖，但作用较弱。平滑肌和哮喘32Panettieri用组胺、血清和血小板源生长因子（PDGFDelamere等用血小板源生长因子(PDGF)，表皮生长因子（EGF）和血清刺激牛ASM细胞，发现这些分裂素经激活蛋白酪氨酸激酶促进平滑肌细胞的增殖。Stewart等用内皮素-1和表皮生长因子（EGF）刺激豚鼠ASM，发现引起平滑肌细胞增殖的机制与前者类似。另外，PDG

15、F-AB、内皮素和血栓烷素A2可引起兔ASM增殖。平滑肌和哮喘33Delamere等用血小板源生长因子(PDGF)，表皮生长因最新研究发现，溶酶体水解酶和- 氨基糖苷脂酶能促进牛ASM细胞的有丝分裂；白介素一l、血小板源生长因子(PDGF) 、凝血酶能促进豚鼠ASM细胞的有丝分裂。目前对人ASM增殖的研究较少，仅发现表皮生长因子（EGF）有促有丝分裂作用。平滑肌和哮喘34最新研究发现，溶酶体水解酶和- 氨基糖苷脂酶能促进牛ASM1） cAMP和cGMP cAMP是ASM细胞内一种重要的信号传导媒介，内源性儿茶酚胺和2-肾上腺素能兴奋剂可使其增加，它是哮喘时最常用的支气管扩张剂。Panettie

16、ri等用培养的人ASM细胞研究2 肾上腺素能受体腺苷酸激酶系统对细胞增殖的影响。平滑肌和哮喘351） cAMP和cGMP平滑肌和哮喘35用lumolL、10umolL和100umolL异丙肾上腺素分别预处理细胞，然后用佛波醇酯（Phorbol 12-Myristate 13 Acetate， PMA，能刺激蛋白激酶C引起细胞DNA合成）或EGF（能活化酪氨酸激酶，刺激细胞增殖）刺激，其结果与应用单一分裂素产生的影响比较，发现异丙肾上腺素以剂量依赖方式完全抑制佛波醇酯PMA诱导的DNA合成（P0.01），对表皮生长因子（EGF）诱导的DNA合成也抑制143.5。平滑肌和哮喘36用lumolL、1

17、0umolL和100umolL异丙肾用异丙肾上腺素和心得安（ 受体阻滞剂）同时处理ASM细胞，发现异丙肾上腺素对佛波醇酯PMA诱导DNA合成的抑制作用消失。同样，用可透入细胞的cAMP处理细胞，其增殖亦受到抑制。最近还发现，经微量注射cAMP被催化的亚单位，可抑制猪ASM的增殖。在牛ASM中，发现cAMP具有双重功能，在短时间内有促进有丝分裂作用，长时间后对细胞则起抑制作用。平滑肌和哮喘37用异丙肾上腺素和心得安（ 受体阻滞剂）同时处理ASM细胞硝基类血管扩张剂和心钠素能引起ASM中cGMP增加。尽管已发现这些因素能抑制血管平滑肌增殖，但是否能影响ASM的增殖，目前尚未见报道。另外，最近发现肝

18、素能抑制豚鼠ASM的增殖，其机制尚不清。平滑肌和哮喘38硝基类血管扩张剂和心钠素能引起ASM中cGMP增加。尽管已发2） 气道上皮的调节 收缩因子（如：内皮素）和舒张因子（如：NO、PGE2）均来源于气道上皮。研究表明，内皮素-1能促进兔ASM有丝分裂，而PGE2经cGMP对ASM的增殖起抑制作用。平滑肌和哮喘39平滑肌和哮喘39当哮喘患者气道上皮脱落时，PGE2的增殖抑制作用和内皮素1的促有丝分裂作用均消失。此时对ASM的影响应取决于此两种因子和气道上皮上的其它因子的平衡情况。平滑肌和哮喘40当哮喘患者气道上皮脱落时，PGE2的增殖抑制作用和内皮素1 4 结 论ASM的增生和肥大导致气道壁增

19、厚，气道几何形状改变；另外也引起平滑肌自身紧张性和收缩性增强，从而使哮喘患者气道高反应性增加。ASM细胞数目少量增加即可对气道高反应性产生显著影响。因此，ASM不仅参与哮喘的发病，而且还是决定气道高反应性大小的最重要因素。平滑肌和哮喘41 4 结 论平滑肌和哮喘41在哮喘发病过程中，ASM的增生和肥大受到多种因素的调节，故在临床上对哮喘患者既要治疗气道的炎症反应，又要防治气道的结构变化（如ASM增生）。平滑肌和哮喘42平滑肌和哮喘42而广泛应用的支气管扩张剂，-肾上腺素能受体激动剂，则能抑制某些因素对ASM的增殖性反应，但对经激活酪氨酸激酶起作用的生长因子所诱导的有丝分裂作用相对较弱。平滑肌和

20、哮喘43平滑肌和哮喘43第三节 研究气道平滑肌的实验技术、气道平滑肌肌条制备气道平滑肌离体肌条的制备广泛应用于收缩力学、电学的生理或药理研究。根据实验条件不同，可制作螺旋形肌条和单气管环肌条。平滑肌和哮喘44第三节 研究气道平滑肌的实验技术平滑肌和哮喘44螺旋形肌条制备：动物处死后，从甲状软骨至支气管分叉全程分离气管，仔细清除附着之结缔组织。用小木棒在气管腔内反复摩擦，以去除气管粘膜上皮。用剪刀将气管螺旋形剪开，即成肌条。将两端结扎固定于肌浴槽内。肌浴槽外槽37恒温，内槽置K-H平衡液，通以95%的02和5CO2混合气。平滑肌和哮喘45螺旋形肌条制备：动物处死后，从甲状软骨至支气管分叉全程分离

21、平滑肌和哮喘46平滑肌和哮喘46平滑肌和哮喘47平滑肌和哮喘47平滑肌和哮喘48平滑肌和哮喘48平滑肌和哮喘49平滑肌和哮喘49平滑肌和哮喘培训课件单气管环肌条制备：取出气管、清除结缔组织后，根据实验动物大小及实验需要，可横行切取气管段，每段长可含1个或数个气管环。将一段环从气管软骨的中间纵行剪开，则成为气管环肌条，两端固定于肌槽内，搔刮腔面去除支气管上皮，可用于微电极记录或张力记录实验。平滑肌和哮喘51单气管环肌条制备：平滑肌和哮喘51二、气道平滑肌细胞分离、培养气道平滑肌细胞培养主要用于测定细胞的增殖、分泌及蛋白质合成等。移植块法分离牛、猪等大动物的34级支气管，清除结缔组织及支气管上皮。

22、将平滑肌剪碎成小于lmm的组织块，种植于用胶原蛋白包被的培养瓶中。平滑肌和哮喘52二、气道平滑肌细胞分离、培养平滑肌和哮喘52F12或RPMI1640培养液，内含胰岛素、生长因子（如 PDGF）、抗生素等。在37、5%CO2饱和湿度空气中培养，每23天更换一次培养液。待细胞从组织块向四周生长并铺满整个瓶底时（7天左右），可进行实验或传代。平滑肌和哮喘53F12或RPMI1640培养液，内含胰岛素、生长因子（如 P酶消化法雄性SD大鼠（10-12W）引颈处死，无菌取出气管置于4摄氏度HBSS剥离出结缔组织等附属组织，把平滑肌剪成1MM3 的小块HBSS洗2-3次，加入1ml消化液（胶原酶四2mg/ml,木瓜蛋白酶1mg/ml）培养箱内孵育37摄氏度，5%CO2，消化30min，其间吹打继续消化30min或者4摄氏度过夜，消化10 min左右平滑肌和哮喘54酶消化法平滑肌和哮喘54待瓶内液体变