膈肌形態與功能研究進展

吳學東，嚴文靜

（大理學院附屬醫院，云南大理 671000）

膈肌形態與功能研究進展

吳學東，嚴文靜

（大理學院附屬醫院，云南大理 671000）

目的：總結近25年間膈肌形態與功能的研究進展。方法：檢索、收集和分析PubMed、CNKI中國學術期刊全文數據庫等關于膈肌形態與功能研究的文獻。結果：膈肌是重要的呼吸肌，但膈肌形態與功能的深入研究多通過動物實驗闡述。結論：膈肌作為呼吸系統一些病理因素的靶器官，在病理因素存在時將發生形態和功能的改變。

膈??；形態；功能；文獻綜述

膈?。╠iaphragm）又被譯為橫膈，是機體重要的呼吸肌，占所有呼吸肌功能的60%～80%，同時還參與咳嗽、嘔吐、吞咽、排便、分娩等功能。由于膈肌位于胸腹聯合部，不僅參與胸腹部的功能，也受到胸腹部疾病的影響。已發現膈肌在某些疾病的發生發展過程中，其形態和功能也發生了相應的變化，為了闡明膈肌與相應疾病發生的機制，膈肌被認為是這些疾病的靶器官，在相應疾病發生發展中的作用已受到重視，為此，本文就膈肌形態與功能的研究進展作一綜述。

1 膈肌的發生

人體原始橫膈的發生：由于胚體兩側和頭尾兩端向腹側卷曲的結果，心包與腹膜腔互相接近，兩腔之間的一層間充質組織成為原始橫膈。原始橫膈從腹側體壁向背側延伸，但此膈尚不完整，在其背側有左右胸膜腔管穿行。在胚胎第四周初，肝臟侵入原始橫膈的尾側，并在該處增生發育。當肝逐漸發育分化增大時，便與原始橫膈分離，突向腹膜腔，但在兩者之間仍有一薄膜相互連接，即為以后的肝冠狀韌帶。卵黃靜脈、臍靜脈和總主靜脈的根段都穿行原始橫膈入心。

胸膜腔與腹膜腔的分隔：胚胎第四周時，當胸膜腔與心包腔分隔后，胸膜腔尾端仍與腹膜腔相通。到第四周末，在原始橫膈的背側緣左右各發生一片膜性組織，稱之胸腹腔膜。胸腹腔膜起初不甚明顯，后因肺不斷擴張，胸膜腔不斷增大，胸腹腔膜也隨之加寬。到第七周，胸膜腔與腹膜腔的通口因胸腹腔膜的擴展而大為縮小，不久則完全封閉，胸膜腔與腹膜腔即彼此分開。

人體橫膈的形成：成人的橫膈不完全是從胚胎期的原始橫膈發育而來，橫膈來源分為4部分：①腹側中央部分，由原始橫膈發育形成，將來形成中心腱。②背側中央部分，由食管系膜形成。③左右背外側部分，由胸腹腔膜形成。④左右外側部分，為胸壁皺褶形成。最初的橫膈主要是間充質組織，到胚胎第三個月，頸部第3、4對生肌節伸入其內，逐漸分化成為膈的肌肉部分。因此橫膈的神經分布是從膈神經到C3、C4和C5分支〔1〕。

2 膈肌的形態

膈肌位于胸腹腔之間，封閉胸廓下口，是中央部較平坦、兩側向上隆凸的穹窿形薄肌，膈穹窿左低右高。

膈肌中央部稱中心腱（central tendon），為腱膜，呈三葉狀，周圍部為肌纖維。中心腱占膈肌表面積的15.2%，其余為肌性部分。根據肌纖維起始部位不同分為胸骨部、肋部和腰部。膈肌各部起點不同，胸骨部起自劍突后面，肋骨部起自下6肋，腰部的內側肌束以左腳和右腳起自上2-3個腰椎體，外側肌束起自內側弓狀韌帶和外側弓狀韌帶。最低處為腰部中間份纖維，起自第2腰椎體側面（約左腎下極、右腎中下極水平），各肌束止于中心鍵〔2〕。各部起點間缺乏肌纖維，形成肌間裂隙。裂隙上、下面僅覆以筋膜和胸膜或腹膜，成為膈肌的薄弱區。有人根據膈肌的肌間筋膜裂隙及肌纖維走行，在人體標本上分別測出膈肌胸骨部、肋部和腰部的表面積占整個膈的1.8%、57.4%、25.6%〔3〕。

膈肌是一塊薄的放射狀肌肉，它的力學機制類似于腱膜。膈肌的張力是通過肌肉厚度和平行于肌束的壓力產生的。Troyer等〔4〕在1981年研究狗膈構筑時，提出膈肌不是單一的功能實體，可分為功能不同的肋膈肌（Costal Diaphragm，Dlcos）和腳膈?。–rural Diaphragm，Dlcru），它們在發育、解剖和功能上均有很大差別，應認為是兩塊不同的肌肉。肋膈肌和腳膈肌在呼吸運動中的作用不同，肋膈肌收縮時胸廓下部擴張，起吸氣作用，而腳膈肌相反，收縮時胸廓下部縮小，起呼氣作用。肋部膈肌和膈腳及其他吸氣肌的作用完全相反，互為拮抗〔5〕。王東林等〔6〕用大鼠膈肌纖維分類，采用肌球蛋白ATP酶（MATP酶）組化方法將肌纖維分為I型慢氧化纖維、IIA型快氧化纖維和IIB型快酵解纖維三種類型，并對肋膈肌和腳膈肌進行觀察。肋膈肌的IIA型纖維比例高于腳膈肌，而腳膈肌的IIB纖維高于肋膈肌，肋膈肌含較高比例氧化型纖維，而腳膈肌酵解型纖維比例較高。說明肋膈肌的氧化能力高于腳膈肌，有更高的氧化酶活性，兩者功能不同決定了其結構和代謝的能力不同。通過實驗發現人體膈肌具有長、短兩種纖維束，其中以活動幅度最大的肋中部的肌束最長，并推測肋膈肌是發揮膈呼吸肌吸氣功能的主要部分〔3〕。這結構似乎與上述所說肋膈肌的高氧化酶活性功能相適應。

3 前胸壁畸形時膈肌大體形態的變化

前胸壁畸形中約有80%表現為不同程度的漏斗胸?；陔跫〉母街课患捌湓诤粑\動中強大的舒縮功能，早在1953年Brodkin就提出與膈肌有關的漏斗胸病因學假說：部分前方膈肌肌肉纖維化，并向后牽拉胸骨和下位肋軟骨是造成漏斗胸的原因。在以后對膈肌形態學的研究證實，前方膈肌即為膈肌的胸骨部與大部分肋骨部，起自于胸骨體劍突結合處和第六肋軟骨的后方，向中央匯入膈肌中心腱。如果此處肌纖維較少而膈肌腰部纖維正常，吸氣時側方和后方的膈肌腰部肌纖維收縮，而前方肌肉收縮力量不足，不能對抗膈肌腰部的收縮，則膈肌腰部肌肉向后牽拉胸骨和第6肋軟骨，長時間就會造成漏斗胸畸形。

前方膈肌纖維化的部位和程度決定畸形的部位和程度。有少數患兒隨年齡增長畸形逐漸減輕，其原因可能是部分不完全纖維化的肌纖維修復的結果。手術中可證實前方膈肌有纖維化改變。隨后，Chin〔7〕對漏斗胸患兒的膈肌組織進行了組織學病理切片觀察，結果表明漏斗胸患兒前方膈肌肌纖維有纖維化表現，嚴重者前方膈肌幾乎全部被纖維組織所取代。這支持了Broblson氏提出關于胸骨前部膈肌發育不良，膈肌肌力平衡失調，活動力薄弱，使胸骨內陷的推測。但目前治療漏斗胸的臨床手術，較為成熟的是畸形肋軟骨切除術、胸骨翻轉手術、胸骨楔形截骨手術、Nuss手術等，且復發率低，并沒有報道通過單獨松解前方膈肌纖維的方法來治療漏斗胸而獲得成功的。這一事實可能與患者年齡、膈肌及肋骨發育階段、胸廓塑型過程等有關〔8〕。因此部分前方膈肌肌肉纖維化可能只是形成漏斗胸的部分原因，不能解釋所有漏斗胸的形成〔9〕。吳學東等〔10〕提出的漏斗胸可作為某些綜合征臨床表現的一部分，如Marfan綜合征、Prune-belly綜合征、Pierre-Robin綜合征等的觀點，提供了一些病因學的佐證。漏斗胸可能是一種全身性的結締組織疾病，其發生與纖維結締組織發育異常有關。然而，畢竟胸內負壓和膈肌的牽拉作用客觀存在，由此假設，可能通過呼吸道梗阻及胸內負壓和膈肌的牽拉作用這個生理因素，用幼年動物建立了漏斗胸動物模型〔11-12〕。

4 COPD時膈肌的組織形態和細微結構的變化

近十多年來，慢性缺氧、慢性阻塞性肺部疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）與膈肌病理生理改變關系的研究日漸廣泛，包括對膈肌光鏡、電鏡超微結構及分子生物學亞微結構變化的動物實驗研究及臨床研究等。

膈肌超微結構的觀察：王東林等〔13〕慢性缺氧實驗結果顯示，膈肌在慢性缺氧狀態下，毛細血管密度有不同程度增加，肌纖維橫截面積（cross sectional area，CSA）縮小。膈肌CSA縮小使毛細血管相對密度增加，有利于氧運輸和彌散，膈肌氧化能力增強。線粒體是供應細胞能量的細胞器，它的結構完整是正常供應能量的保證，膈肌線粒體在慢性缺氧時，一部分發生漸進性損害，腫脹、空泡樣變、嵴斷裂、萎縮，這使細胞能量供應障礙。通過測定慢性缺氧大鼠線粒體密度，發現線粒體大小和數量發生適應性變化，膈肌有氧氧化能力增加〔14〕。

呼吸肌能量供應是影響呼吸肌收縮力的重要因素，COPD病程中，由于氣道阻力增加和肺過度充氣，呼吸肌做功明顯增加，能量物質消耗，肌肉蛋白分解供能，致使膈肌萎縮，膈肌肌力下降〔15〕。

膈肌氧化特性：膈肌氧化特性研究較普遍的是，與膈肌纖維有氧代謝關系密切的琥鉑酸脫氫酶（SDH）和與膈肌纖維無氧代謝關系密切的乳酸脫氫酶（LDH）活性測定。研究發現，正常大鼠的SDH活性很強，能量供應以有氧氧化為主，而慢性缺氧時SDH的活性較正常大鼠明顯減弱，但LDH的活性無明顯變化，這說明大鼠慢性缺氧后以SDH的活性減弱為主，而LDH的代償甚微〔16-17〕。

膈肌亞微結構的觀察：在白沖等〔18〕慢性阻塞性肺病患者膈肌肌凝蛋白重鏈（myosin heavy chain，MHC）表型的變化實驗結果表明，隨著COPD患者肺功能惡化的加劇，這種MHC的轉變也有增加的趨勢，COPD患者慢肌凝蛋白比例增加，而快肌凝蛋白比例減少。說明肌凝蛋白由快向慢的轉變程度隨肺充氣和氣道阻塞程度的增加而增加，較高的氣道阻塞和肺過度充氣，導致了慢肌凝蛋白比例升高。在此之前Ribera等〔19〕也發現COPD患者在呼吸阻力和工作負荷增加時，吸氣肌群的氧化酶增加、結構蛋白發生改變。近年來，通過Wistar大鼠建立COPD模型，提出重組的人胰島素樣生長因子1（rhIGF-1）可能通過干預Fas/FasL途徑減少膈肌凋亡，在一定程度上改善COPD大鼠的分鐘呼氣量和深吸氣量，對COPD大鼠膈肌凋亡有一定的保護作用，這從另一方面證實動物COPD模型中膈肌凋亡與rhIGF-1可能的相互關系〔20〕。

5 膈肌疲勞時膈肌的組織形態和細微結構的變化

膈肌是功能最強大的呼吸肌，自20世紀70年代證實慢性阻塞性肺疾病患者存在膈肌疲勞（di aphragm fatigue）以來，對膈肌疲勞的研究日益受到關注〔21〕。隔肌疲勞的定義是膈肌通過疲勞而限制肌肉的功能，從而保護肌肉免受過度刺激的傷害〔22〕。膈肌疲勞是COPD發生高碳酸血癥性呼吸衰竭的重要環節〔23〕，由于呼吸道阻力增加，膈肌需要增加收縮力以保證肺泡通氣，就很容易出現膈肌疲勞。近年來，國內外針對膈肌的收縮與疲勞特性進行了較為深入地研究。

膈肌的常規循環如膈肌的收縮周期加快，將會令膈肌的疲勞速度加快，能量的供需平衡決定膈肌的耐受力，能量供需的不平衡將會導致膈肌疲勞的發生和發展〔24〕。從離子交換方面的研究，膈肌疲勞發生的機制還包括Na+-K+交換的紊亂，由此降低了肌肉的功能，抑制了Ca2+從肌漿網的釋放，并且增加了與細胞能量有關的氧自由基〔25〕。

Andrade等〔26〕對膈肌谷胱甘肽氧化還原系統的研究證實，膈肌疲勞的發生與激活氧的產量有關，防御活化氧的方法包括谷胱甘肽氧化還原系統，谷胱甘肽過氧化酶是此系統的重要成員。膈肌谷胱甘肽過氧化酶保護膈肌免受負荷阻力，膈肌的質量下降可引起膈肌力-頻率曲線明顯右移，膈肌的易疲勞性的提高，但其對松弛時間沒有影響〔27〕。

肌肉毛細血管密度（CD）的改變反映膈肌功能的改變，評價毛細血管密度有兩個指標，即每根肌纖維周圍毛細血管數目（C/F）和單位肌纖維橫截面積毛細血管數目（C/A）。慢性缺氧時，用mATP酶組化染色測得大鼠（C/F，C/A）膈肌單位面積內毛細血管的數目增加，每根毛細血管供應的肌纖維橫截面積縮小〔28〕。膈肌疲勞時，膈肌單位面積內毛細血管的數目、每根毛細血管供應的肌纖維橫截面積也有一定程度的變化，說明膈肌的疲勞耐力，至少一部分是與毛細血管的密度和氧含量有關的〔29〕。同時，膈肌的功能還被認為是依賴于膈肌血流與代謝需要的平衡。如果血流不足，肌肉疲勞將繼之發生。實驗證明，膈肌動脈血壓的每次增高都將引起各膈動脈血流的增加和膈肌張力的增大，使得力-頻率曲線上移〔30〕。在大鼠慢性缺氧和肺氣腫模型研究中發現，肺氣腫大鼠膈肌疲勞繼發收縮特性下降，極限強度下降，膈肌肌肉僵硬度常數下降，初始彈性系數升高，單個膈肌細胞的粘彈系數下降，膈肌titin和nebulin兩種細胞骨架蛋白表達下降〔31〕。

綜上所述，膈肌各部的發生、影響因子、各部功能及作用的研究，多以動物實驗的角度為主并輔助以尸體解剖等方法，而有關人類膈肌與相關疾病病因學的發展相對滯后，尚沒有較系統的闡釋膈肌形態功能變化與相關疾病發生的因果關系，此問題尚需進一步研究并加以完善。

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Advances on the feature and function of diaphragm

WU Xuedong，YAN Wenjing
（Affiliated Hospital of Dali University,Dali，Yunnan 671000，China）

Objective：To review the advances of diaphragm on the study of its feature and function in last 25 years.Methods：The files dealing with the feature and function of diaphragm has been searched and collected from PubMed and CNKI database and then analized.Results：The diaphragm is the most important breathing muscle，but the study about the feature and function of diaphragm is common in animal experiment mostly.Conclusions：As the target organ，the change of diaphragmatic structure and function will take place under the influence of some pathological factors in breath system.

diaphragm；feature；Function；literature review

R655.6［文獻標志碼］A［文章編號］1672-2345（2010）02-0091-04

云南省自然科學基金資助項目（2006C0090M）

2009-12-30

吳學東，教授，主要從事小兒外科研究.

（責任編輯 張 煥）