高碳酸血症引起清醒大鼠横膈神经运动控制和呼吸时间参数的变化

横膈肌（DIAm）是哺乳动物主要的吸气肌。在基线状态下，呼气是被动的；然而，随着二氧化碳（CO2）的增加，呼气变为主动，涉及抑制呼气后DIAm的活动。DIAm的神经运动控制涉及DIAm运动单位（MU）的招募和频率编码，目前尚不清楚在高碳酸血症暴露情况下，这两个方面中哪个发挥了更大的作用。DIAm运动单位的活动可以分为三个阶段：招募、持续活动和去招募。本研究的目的是评估高碳酸血症对清醒斯普拉奎-道利（Sprague-Dawley）大鼠DIAm神经运动控制的影响。我们假设高碳酸血症会导致呼吸驱动增强，估计标准差均方根（RMS）肌电图（EMG）振幅在招募阶段结束时增加。因此，我们在10只（5只雌性，5只雄性）麻醉大鼠的右侧中肋区嵌入了慢性细线EMG电极。在手术恢复后三天，我们记录了清醒大鼠在常规二氧化碳和高碳酸血症（7% CO2，21% O2，余量为N2）期间的DIAm EMG。我们通过评估DIAm EMG活动的平稳性来估算运动单位邀请、持续活动和去邀请的持续时间，并利用这些持续时间来确定招募结束时的RMS EMG振幅、峰值和在去招募前立即的振幅（相对于每只动物在常规二氧化碳期间的平均峰值RMS EMG振幅进行标准化）。我们发现，在招募结束时的RMS EMG振幅从~75%提高到85%。在高碳酸血症期间，峰值RMS EMG振幅从100%提高到~120%，而在去招募开始时的振幅从~50%增加到95%。这些数据表明，整体RMS EMG峰值振幅约70%主要归因于运动单位的招募，剩余的约30%归因于高碳酸血症期间的频率调制。重要的是，从开始到结束的振幅差在常规二氧化碳期间约为25%，而在高碳酸血症期间约为15%，这表明DIAm运动单位在高碳酸血症下以更高的排放频率去招募，可能是由于抑制。我们还发现，与常规二氧化碳相比，呼吸频率从~85次/分钟增加到125次/分钟，而高碳酸血症期间的爆发持续时间从~600毫秒减少到~400毫秒。两者的占空比保持在约80%，但是持续活动期间（即运动单位保持激活的时间段）的占空比从~56%降至~28%。综上所述，我们的数据表明清醒大鼠的高碳酸血症导致招募的运动单位数量和排放频率增加，以及DIAm运动单位活动阶段的变化，表明主动呼气。研究由美国国立卫生研究院（NIH HL-146114）资助。这是2024年美国生理学峰会的完整摘要，仅提供HTML格式。此摘要没有其他版本或额外内容。生理学未参与同行评审过程。