umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Unique expression of cytoskeletal proteins in human soft palate muscles
Umeå University, Faculty of Medicine, Department of Integrative Medical Biology (IMB).
Umeå University, Faculty of Medicine, Department of Clinical Sciences, Otorhinolaryngology.
Umeå University, Faculty of Medicine, Department of Clinical Sciences, Otorhinolaryngology.
Umeå University, Faculty of Medicine, Department of Odontology.ORCID iD: 0000-0001-8807-3500
Show others and affiliations
2016 (English)In: Journal of Anatomy, ISSN 0021-8782, E-ISSN 1469-7580, Vol. 228, no 3, p. 487-494Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

The human oropharyngeal muscles have a unique anatomy with diverse and intricate functions. To investigate if this specialization is also reflected in the cytoarchitecture of muscle fibers, intermediate filament proteins and the dystrophin-associated protein complex have been analyzed in two human palate muscles, musculus uvula (UV) and musculus palatopharyngeus (PP), with immunohistochenmical and morphological techniques. Human limb muscles were used as reference. The findings show that the soft palate muscle fibers have a cytoskeletal architecture that differs from the limb muscles. While all limb muscles showed immunoreaction for a panel of antibodies directed against different domains of cytoskeletal proteins desmin and dystrophin, a subpopulation of palate muscle fibers lacked or had a faint immunoreaction for desmin (UV 11.7% and PP 9.8%) and the C-terminal of the dystrophin molecule (UV 4.2% and PP 6.4%). The vast majority of these fibers expressed slow contractile protein myosin heavy chain I. Furthermore, an unusual staining pattern was also observed in these fibers for β-dystroglycan, caveolin-3 and neuronal nitric oxide synthase nNOS, which are all membrane-linking proteins associated with the dystrophin C-terminus. While the immunoreaction for nNOS was generally weak or absent, β-dystroglycan and caveolin-3 showed a stronger immunostaining. The absence or a low expression of cytoskeletal proteins otherwise considered ubiquitous and important for integration and contraction of muscle cells indicate a unique cytoarchitecture designed to meet the intricate demands of the upper airway muscles. It can be concluded that a subgroup of muscle fibers in the human soft palate appears to have special biomechanical properties, and their unique cytoarchitecture must be taken into account while assessing function and pathology in oropharyngeal muscles.

Place, publisher, year, edition, pages
Wiley-Blackwell, 2016. Vol. 228, no 3, p. 487-494
Keywords [en]
cytoskeleton, desmin, dystrophin, muscle fiber, palatopharyngeus, sleep apnea, soft palate, uvula
National Category
Otorhinolaryngology Physiology
Research subject
Human Anatomy
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-115780DOI: 10.1111/joa.12417ISI: 000373121100011PubMedID: 26597319OAI: oai:DiVA.org:umu-115780DiVA, id: diva2:900462
Funder
Swedish Heart Lung FoundationAvailable from: 2016-02-04 Created: 2016-02-04 Last updated: 2018-06-07Bibliographically approved
In thesis
1. Evaluation of surgical methods for sleep apnea and snoring
Open this publication in new window or tab >>Evaluation of surgical methods for sleep apnea and snoring
2016 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Background: Snoring and obstructive sleep apnea (OSA) are both common disorders with a number of negative health effects. The safety and efficacy of treating snoring and OSA surgically have been questioned and there has been a lack of studies in the field. Aims: 1) To investigate the frequency of serious complications, including death, after surgery for the treatment of snoring and sleep apnea; 2) to evaluate the effect on daytime sleepiness after radiofrequency surgery of the soft palate in snoring men with mild or no OSA; 3) to evaluate the effect of tonsillectomy on sleep apnea in adults with OSA and tonsillar hypertrophy; 4) to investigate the morphology and cytoarchitecture of muscle fibers in human soft palatal muscles with immunohistochemical and morphological techniques. Methods and results: In paper 1, a retrospective database study. All Swedish adults who were treated surgically because of snoring or OSA from January 1997 to December 2005 were identified in the National Patient Register. None of the surgically treated patients died in the peri- and postoperative period. Severe complications were recorded in 37.1 of 1,000 patients treated with uvulopalatopharyngoplasty (UPPP), in 5.6 of 1,000 patients after uvulopalatoplasty (UPP) and in 8.8 of 1,000 patients after nasal surgery. In paper 2, the study was designed as a randomized, controlled trial. 35 snoring men with mild or no OSA were randomized to either radiofrequency or sham surgery of the soft palate. Radiofrequency surgery was not found to be effective since there was no significant difference between the two groups in relation to the Epworth Sleepiness Scale (ESS) or apnea-hypopnea index (AHI) at follow-up. Paper 3 was a prospective study, including 28 patients with an AHI of >10 and with large tonsils. In these patients, tonsillectomy was an effective treatment for OSA; the mean AHI was reduced from 40 units/h to 7 units/h (p<0.001), and the mean ESS was reduced from 10.1 to 6.0 (p<0.001) at the six-month follow-up after surgery. Minor and moderate swallowing dysfunction was found in seven of eight patients investigated before surgery and the swallowing function improved in 5 of them after surgery, while no one deteriorated. In paper 4, we investigated the morphology and cytoarchitecture in normal soft palate muscles. Human limb muscles were used as reference. The findings showed that the soft palate muscle fibers have a cytoskeletal architecture and cellmembrane complex that differs from that of the limb muscles. Conclusions No case of death related to surgery was found among 4,876 patients treated with UPPP, UPP or nasal surgery for snoring or OSA in Sweden between 1997 and 2005. Radiofrequency surgery of the soft palate has no effect on daytime sleepiness, snoring or apnea frequency in snoring men with mild or no OSA. Tonsillectomy can be an effective treatment for OSA in adults with large tonsils. A subgroup of muscle fibers in the human soft palate appears to have special biomechanical properties and their unique cytoarchitecture must be taken into account while assessing function and pathology in oropharyngeal muscles.

Abstract [sv]

Snarkning och obstruktiv sömnapné (OSA) är idag en global folksjukdom. Snarkning är det ”oljud” som uppstår när luftvägen under sömn förminskas och vävnaden börjar vibrera under andning. Vid obstruktiv sömnapné faller vävnaden samman och blockerar luftflödet till lungorna. Ett andningsuppehåll, en s.k. apné inträffar. Ett andningsuppehåll kan pågå allt ifrån några sekunder till mer än en minut och kan uppstå hundratals gånger per natt. För att klassificeras som en patologisk apné enligt internationell standard måste andningsuppehållet vara längre än 10 sek. Snarksjukdomen förvärras sannolikt över tid och övergår succesivt i obstruktiv sömnapné med ökande antal andningsuppehåll under sömn. Detta leder till ett stresspåslag för kroppen med oftast uttalad dagtrötthet och en mängd negativa hälsoeffekter. Snarksjukdom och sömnapné ökar risken för bl.a. högt blodtryck och hjärt-kärlsjukdom samt också för att den drabbade ska orsaka trafikolyckor på grund av försämrad koncentrationsförmåga och trötthet. En del av den negativa utvecklingen från snarkning till sömnapné anses bero på att snarkvibrationer kan ge neuromuskulära skador i gom och svalg. Dessa vävnadsskador anses också vara orsaken till att personer som snarkat länge ofta uppvisar störd sväljningsfunktion i form av felsväljning, där maten i uttalade fall hamnar i luftstrupen istället för i matstrupen. I dagsläget är förstahandsbehandling vid sömnapné CPAP, en mask som placeras över näsa och mun och som skapar ett övertryck i luftvägen vilket förhindrar att luftvägen faller samman och att andningsstopp uppstår. CPAP har enligt flera studier den bästa effekten mot andningsuppehåll. En annan vanlig behandling är en bettskena som för underkäken nedåt och framåt så att luftvägen bli mer öppen. Bettskenan är en vanlig och effektiv behandlingsmetod för personer utan kraftig övervikt vid vanemässig snarkning eller måttlig sömnapné. För ett tjugotal år sedan var kirurgi förstahandsmetoden vid behandling av snarkning och måttlig sömnapné. Man utförde då ofta operationer i svalg och gomm, s.k. gomplastiker. Bruket av kirurgisk behandling har dock minskat med tiden, dels p.g.a. biverkningar men också för att det saknades vetenskapliga studier som bevisade att kirurgin gav önskad och långsiktig effekt. Kirurgi utgör dock fortfarande ett komplement till behandling av snarkning och sömnapné när CPAP eller bettskena av olika skäl inte fungerar eller kan tolereras av patienten. 8 Även barn kan lida av snarkning och sömnapné men behandlingsprinciperna för barn skiljer sig från dem hos vuxna och berörs inte i avhandlingen. I denna avhandling studeras: i) biverkningsfrekvenser efter olika typer av snarkkirurgi, ii) effekten av radiovågsbehandling i mjuka gommen på vuxna män med snarkning, iii) effekten av att operera bort halsmandlarna på vuxna med sömnapné och stora halsmandlar, iv) muskelvävnadens struktur och molekylära uppbyggnad i mjuka gommen hos friska personer som inte snarkar. Avhandlingen består av fyra delstudier: 1. En registerstudie med kartläggning av svåra biverkningar efter kirurgi i form av uvulopalatopharyngoplastik, uvulupalatoplastik samt näskirurgi för behandling av sömnapné och snarkning och utfört i Sverige mellan åren 1997-2005. Studien omfattade 4 876 patienter. Inga dödsfall noterades. Komplikationsrisken var störst vid operationer där man tog bort delar av mjuka gommen samt halsmandlarna, där i snitt 37 av 1000 opererade fick biverkningar, framförallt p.g.a. infektioner eller blödningar. 2. I en prospektiv, randomiserad placebostudie utvärderades effekten av radiovågsbehandling i mjuka gommen vid snarkning och lindrig sömnapne. Trettiotvå patienter lottades till att få radiovågsbehandling eller placebo behandling. Patienterna visste inte vilken grupp de tillhörde. Vid uppföljning efter 12 månader var det inga statistiska belägg för att radiovågsbehandling minskade vare sig antal andningsuppehåll eller dagtrötthet. 3. Effekten av att ta bort halsmandlarna på patienter med stora halsmandlar och olika grad av sömnapné utvärderades i denna studie. Totalt deltog 28 patienter. Vid uppföljning 6 månader efter operationen hade antalet andningsuppehåll sjunkit drastiskt, från i snitt 40 till 7 andningsuppehåll per timme nattsömn. Inga allvarliga biverkningar uppstod. Dessa fynd talar för att man som förstahandsmetod ska erbjuda patienter med sömnapné och stora halsmandlar att ta bort halsmandlarna. 4. I detta projekt undersökte vi utseendet och uppbyggnaden av cellskelettet i två normala muskler i mjuka gommen hos friska personer utan känd snarkning och sömnapné. Muskler från armar och ben användes som referens. Fynden i studien visar att de normala muskelfibrernas uppbyggnad i mjuka gomen skiljer sig från jämförade muskler i armar och ben. Detta kan vara ett uttryck för en evolutionär utveckling för att möjligöra de komplexa funktioner som krävs av svalgets muskulatur. 9 Sammanfattningsvis kan vi konstatera: Att inga dödsfall har skett i Sverige efter operationer i gom, svalg eller näsa, utförda för att behandla snarkning och sömnapné under åren 1997 till 2005. Att radiovågsbehandling av mjuka gommen hos snarkande män med lindrig sömnapné inte har någon effekt på dagtrötthet, snarkning eller andningsuppehåll vid uppföljning efter 12 månader. Metoden kan därför inte rekommenderas. Att när man opererar bort stora halsmandlar på personer med andningsuppehåll så leder detta ofta till att andningsuppehållen minskar drastiskt. Metoden kan därför oftast rekommenderas som en förstahandsbehandling för denna patientgrupp. Att mjuka gommens muskelfibrer är uppbyggda på ett unikt sätt indikerar att deras specifika biomekaniska egenskaper skiljer sig från referens muskler i armar och ben.

Place, publisher, year, edition, pages
Umeå: Umeå universitet, 2016. p. 63
Series
Umeå University medical dissertations, ISSN 0346-6612 ; 1801
Keywords
Sleep apnea syndromes, adverse effects, mortality, radiofrequency, sham surgery, randomized controlled trial, daytime sleepiness, snoring, tonsillar hypertrophy, tonsillectomy, cytoskeleton, desmin, dystrophin, muscle fiber, palatopharyngeus, soft palate, uvula.
National Category
Otorhinolaryngology
Research subject
Oto-Rhino-Laryngology
Identifiers
urn:nbn:se:umu:diva-118944 (URN)978-91-7601-461-5 (ISBN)
Public defence
2016-04-29, Föreläsningssalen ÖNH, byggnad 1B, plan 3, Norrlands universitetssjukhus, 901 87 Umeå, 09:00 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2016-04-08 Created: 2016-04-07 Last updated: 2018-06-07Bibliographically approved
2. Neuromuscular injuries and pharyngeal dysfunction in snorers and sleep apnea patients: a study on pathological changes in the human soft palate and its relationship with swallowing dysfunction
Open this publication in new window or tab >>Neuromuscular injuries and pharyngeal dysfunction in snorers and sleep apnea patients: a study on pathological changes in the human soft palate and its relationship with swallowing dysfunction
2018 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Obstructive sleep apnea (OSA) is a prevalent progressive sleep disorder with serious negative health consequences. Although several risk factors such as obesity can make an individual vulnerable to develop OSA, the pathophysiological mechanism for the collapse of the upper airway is unclear. Moreover, the etiology of the commonly occurring swallowing dysfunction in snorers and sleep apnea patients is not understood. In the light of this, we aimed to investigate whether muscle and nerve changes in upper airway contributes to pharyngeal dysfunction in snorers and sleep apnea patients.

Twenty-two patients (1 female, 21 males, mean age 45 years) undergoing soft palate surgery because of snoring and sleep apnea were included in the study. Ten healthy non-snoring males, mean age 38 years, were recruited as controls. Biopsies from the uvula were obtained from both patients and voluntary controls. Control autopsies from both uvula and palatopharyngeus muscles were taken post mortem from 6 previously healthy adult subjects (3 males, 3 females, mean age 52 years) and two male infants (age 4 months and 1.4 years). Overnight sleep registration and videoradiographic examinations of pharyngeal swallowing function were performed in both patients and voluntary controls.

Enzyme and immunohistochemistry and morphometric techniques were used to investigate cytoskeletal and membrane proteins desmin and dystrophin and two neurotrophins, brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and nerve growth factor (NGF). The nerve fascicles in the soft palate were explored for changes in axon and Schwann cell density and for signs of axon regeneration. 

All patients were snores, and 14 patients had OSA with a mean apnea-hypopnea index 24, range 5-84. Sixteen of the 22 patients had swallowing dysfunction. None of the 10 voluntary controls had sleep apnea or swallowing dysfunction. In both controls and patients, a subgroup of muscle fibers in the soft palate lacked immunoreaction for desmin and the C-terminus of dystrophin, and these fibers were more common in patients than in controls (p<0.001). Moreover, muscle fibers with disorganized desmin were commonly observed in patients, but not in controls (p<0.001). Thus, overall, desmin abnormalities were significantly more frequent in patients (46 vs. 15%, p<0.001), and some of these fibers showed upregulation of BDNF. In addition, nerve fascicles from the soft palate of patients displayed lower density of axons (p<0.02) and a smaller area occupied by Schwann cells (p=0.001) compared to controls. The axon density within nerve fascicles as well as the cytoskeletal abnormalities in muscles correlated significantly with swallowing dysfunction (rs=0.50 and 0.76, respectively, p≤0.03).

To conclude, human soft palate muscles seem to be of a unique allotype. In the soft palate of snorers and sleep apnea patients, cytoskeletal myopathy and neuropathy were frequently observed, and these changes correlate significantly with pharyngeal swallowing dysfunction. The upregulation of BDNF in muscle fibers of patients may relate to a regenerative attempt after injury. Consequently, a disturbed sensorimotor function and muscle weakness may contribute to development and progression of swallowing dysfunction and OSA. Traumatic snoring vibrations and muscle overload are plausible causes of the neuromuscular injuries. 

Place, publisher, year, edition, pages
Umeå: Umeå University, 2018. p. 48
Series
Umeå University medical dissertations, ISSN 0346-6612 ; 1948
Keywords
Axons, BDNF, desmin, dystrophin, obstructive sleep apnea, OSA, pharyngeal function, muscle, myopathy, neuropathy, Schwann cells, swallowing dysfunction, upper airway
National Category
Cell and Molecular Biology
Research subject
Medical Cell Biology; Oto-Rhino-Laryngology; Pathology; Molecular Cellbiology
Identifiers
urn:nbn:se:umu:diva-146920 (URN)978-91-7601-844-6 (ISBN)
Public defence
2018-05-18, Bio. A-206, Integrativ Medicinsk Biologi, Biologihuset, Umeå, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2018-04-27 Created: 2018-04-24 Last updated: 2018-06-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full textPubMed

Authority records BETA

Shah, FarhanBerggren, DianaHolmlund, ThorbjörnLevring Jäghagen, EvaStål, Per

Search in DiVA

By author/editor
Shah, FarhanBerggren, DianaHolmlund, ThorbjörnLevring Jäghagen, EvaStål, Per
By organisation
Department of Integrative Medical Biology (IMB)OtorhinolaryngologyDepartment of Odontology
In the same journal
Journal of Anatomy
OtorhinolaryngologyPhysiology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetric score

doi
pubmed
urn-nbn
Total: 261 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf