許思毛，周 勇，王 軍

一次力竭運動后大鼠心電異常變化與能量代謝障礙

許思毛1，周 勇2，王 軍1

目的：探討一次力竭性運動誘發(fā)的大鼠運動后可逆性缺血損傷樣心電變化與能量代謝障礙的關聯(lián)性。方法：健康雄性SD大鼠30只，隨機分為對照組（A組）與運動組（B組），B組又隨機分為運動后2 h組（B1組）和運動后24 h組（B2組）。B組大鼠進行一次力竭性跑臺運動，并記錄運動前、0 min（運動后即刻）、10 min、20 min、30 min、1 h、1.5 h、2 h、3 h、6 h、12 h、24 h時心電圖。高效液相色譜儀法觀察大鼠心肌ATP含量變化，觀察細胞膜Na+-K+-ATPase與Ca2+-ATPase活性變化，觀察各組大鼠左室前壁心肌細胞超微結構變化。結果：運動結束一段時間后，大鼠心電圖出現(xiàn)J點上抬或下移，T波高聳或低平，ST-T段弓背上抬及病理性Q波、J點、T波值變化幅度在運動后30 min～3 h內顯著加大，但均為可逆性。運動后2 h時，心肌ATP含量及細胞膜Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase活性明顯下降，心肌細胞超微結構主要表現(xiàn)為線粒體大面積損傷；運動后24 h時，上述異常變化均有不同程度恢復。結論：一次力竭性運動可誘發(fā)大鼠運動后出現(xiàn)可逆性缺血損傷樣心電變化，可能與能量代謝障礙有關。

力竭性運動；心電圖；能量代謝

在運動訓練中，運動員為了挑戰(zhàn)運動極限并提高運動成績，時常要完成長時間劇烈運動。大量研究表明，當機體完成劇烈運動時，體內代謝需求增加會引起心肌需氧量明顯增加，心肌相對缺血缺氧，如果運動持續(xù)時間過長，則可引發(fā)心肌結構與功能變化。無論是動物實驗還是人體實驗均發(fā)現(xiàn)，長時間劇烈運動可引起機體心肌損傷[1-2]，引起心肌功能障礙及心電異常[3-4]。甚至有動物實驗發(fā)現(xiàn)，連續(xù)1周的反復力竭性運動后，動物心電圖可出現(xiàn)不可逆性異常改變直至動物死亡[3]。

心電圖是反映心肌缺血及缺血損傷的常用手段。目前，關于劇烈運動引起機體心電異常變化的文獻報道并不少見，但缺乏探討運動性心電異常變化機制的研究報道。因此，本研究試圖以運動性心肌缺血缺氧為切入點，期望通過心電圖探索一次力竭性運動后心肌損傷變化規(guī)律，再結合通過心肌超微結構及三磷酸腺苷（ATP）與心肌細胞膜鈉鉀泵（Na+-K+-ATPase）、鈣泵（Ca2+-ATPase）指標的檢測，探討一次力竭性運動后心電異常與能量代謝的關聯(lián)性。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

成年健康雄性SD大鼠30只，體重（205±14）g，在標準嚙齒目動物飼養(yǎng)籠內分籠喂養(yǎng)，通風條件良好，自由飲食，室溫控制在26～29℃。

1.2 研究方法

1.2.1 動物分組及運動方式 大鼠隨機分為對照組（A組，n=10）和運動組（B組，n=20）。B組又隨機分為B1組（運動后2 h組，n=10）與B2組（運動后24 h組，n=10）。B組大鼠以坡度為+10°、速度為21 m/min的強度進行一次性力竭跑臺運動。運動至力竭的標準：大鼠經電、機械等刺激方法驅趕后，不能堅持跑動，下跑臺后四肢趴伏，暫無逃避反應。

1.2.2 大鼠心電圖的記錄 采用成都泰盟BL-420E生物機能實驗系統(tǒng)記錄B組大鼠運動前、0min（運動后即刻）、10min、20min、30 min、1 h、1.5 h、2 h、3 h、6 h、12 h、24 h時標準Ⅱ導聯(lián)心電圖，但B1組在運動后2 h時終止記錄，處死取樣。

1.2.3 測試樣品的制備 大鼠取材前禁食12 h，但不限制飲水，后行烏拉坦腹腔麻醉（1.2 g/kg）處死取心臟，其中B1組與B2組分別在運動后2 h、運動后24 h進行。

每組隨機取8只大鼠的心室肌，用于制備細胞膜和提取ATP。心肌細胞膜按南京建成提供的方法分級離心制備，于0℃中保存，48 h內完成ATP酶活性檢測。部分心室肌組織在沸水浴中煮20 min，冷卻后勻漿，離心，取上清，即為提取ATP測試樣本[5]，冰箱中-70℃保存待測。每組另2只取心臟左室前壁肌，逐級固定，脫水，包埋，半薄切片光學定位，然后制成超薄切片，醋酸鈾及枸櫞酸鉛雙重染色，用于超微結構觀察。

1.2.4 心肌細胞膜指標及超微結構指標檢測方法 定磷法測定心肌細胞膜Na+-K+-ATPase與Ca2+-ATPase活性，雙縮脲法測定總蛋白含量，所用試劑均由南京建成生物公司提供；心肌細胞超微結構采用日立H-600IV型透視電鏡觀察拍照。

1.2.5 心肌ATP指標檢測方法 取心肌ATP樣本100 uL，加入濃度為1.6 mol/L高氯酸200 μL，0℃靜置5 min后，以20 000×g（0℃）離心10 min。取上清液200 μL，加入濃度為1 mol/L高氯酸100 μL，調節(jié)其PH值至6.5，20 000×g（0 ℃）離心10 min，取上清液，用于心肌ATP含量測定，外標法定量[6]。ATP測定方法為高效液相色譜儀法，所選儀器為美國Agilent1100高效液相色譜儀（High Performance Liquid Chromatography，簡稱HPLC）。

1.2.6 統(tǒng)計學分析 實驗數(shù)據均用“均數(shù)±標準差”（Mean±SD）表示，用SPSS17.0軟件進行分析。B1與B2組大鼠運動持續(xù)時間采用相關樣本T檢驗，B1與B2組大鼠運動后不同時項心電圖指標水平分別與運動前水平兩兩進行獨立樣本T檢驗。其余數(shù)據均采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）檢驗。顯著性水平為P＜0.05，非常顯著性水平為P＜0.01。

2 結果

2.1 大鼠運動至力竭的持續(xù)時間

B1與B2組大鼠運動至力竭的持續(xù)時間分別為（185±31）min和（190±30）min，差異不具有統(tǒng)計學意義。

2.2 大鼠運動后心電圖變化情況

2.2.1 大鼠運動后心電圖總體變化情況 大鼠運動后，心電圖異常陽性率為100%，運動后恢復一段時間后出現(xiàn)J點上抬或下移，T波低平或高聳，ST-T段弓背上抬，甚至一過性病理性Q波，上述異常變化獨立或聯(lián)合出現(xiàn)，而在運動后24 h時均已恢復正常（見圖1、圖2）。B2組中，1只大鼠心電圖在運動后30 min時開始出現(xiàn)T波高聳，運動后1 h開始出現(xiàn)J點上抬、伴T波高聳，運動后3 h時開始出現(xiàn)J點下移與T波低平，運動后24 h時心電圖波形已恢復正常（見圖3、圖4）。

圖1 運動大鼠發(fā)生的病理性Q波心電圖Figure1 Pathological Q wave of electrocardiogram in rat

圖2 運動大鼠發(fā)生的ST-T段弓背上抬心電圖Figure2 Arched ST-T segment elevation of electrocardiogram in rat

圖3 運動大鼠發(fā)生的J點抬高、T波高聳心電圖Figure3 J point shifted upward and T waves shifted up of electrocardiogram in rat

2.2.2 大鼠運動后不同時相心電圖J點、T波變化幅度比較 本研究中，不同個體大鼠運動后同時項J點或上抬，或下移；T波或低平，或高聳。因此，將運動前及運動后各時相J點、T波值分別減去運動前的J點值、T波值，使其標準化，分別記為△J、△T；再取其絕對值，則可反映它們的變化幅度，記為|△J|、|△T|。B2組大鼠運動后30 min、1 h、1.5 h、2 h、3 h，|△J|、|△T|水平顯著高于運動前，但在運動后24 h時已恢復至運動前水平（見表1、圖5、圖6）。B1組|△J|、|△T|只能測量到運動后2 h，其變化特征與 B2組相同，B1與 B2組運動前|△J|、|△T|水平及運動后同時項|△J|、|△T|水平兩兩比較均無統(tǒng)計學意義（見表1）。

圖4 運動大鼠發(fā)生的J點下移、T波低平心電圖msFigure4 J point shifted downward and T waves inversion partially of electrocardiogram in rat

表1 大鼠運動后心電圖J點、T波值變化幅度（Mean±SD，n＝10）Table1 List of Changes about Electrocardiograms|△J|and|△T|in Rats after Exercise（Mean±SD，n＝10）

圖5 大鼠運動后J點值變化幅度變化曲線圖Figure5 Curve of changes about|△J|after exercise in rrats

圖6 大鼠運動后T波值變化幅度變化曲線圖Figure6 Curve of changes about|△T|after exercise in rats

2.3 各組大鼠心肌組織ATP含量比較結果

ATP是機體的能量來源，在細胞的代謝活動中占有重要地位。與對照組相比，2 h組（B1組）大鼠心肌ATP含量明顯降低，差異有統(tǒng)計學意義，在運動后24 h（B2組）已基本恢復（見圖7、圖8）。

圖7 ATP標準品色譜圖（RT=12.521 min）Figure7 Chromatogram of ATP standard sample

圖8 大鼠心肌ATP樣品色譜圖（RT=12.488min）Figure8 Chromatogram of myocardial ATP in rat

表2 各組大鼠心肌ATP含量比較一覽表（Mean±SD，n=8）Table2 Li st of compari son of cardiac ATP index in each group（Mean±SD，n=8）

2.4 各組大鼠心肌細胞膜ATP酶活性比較結果

與A組相比，B1組大鼠心室肌細胞膜Na+-K+-ATPase活性與Ca2+-ATPase活性明顯下降，均具有統(tǒng)計學意義；B2組大鼠心肌細胞膜Na+-K+-ATPase活性與A組相比，差異無統(tǒng)計學意義。與B1組相比，B2組明顯升高，差異具有統(tǒng)計學意義。與A組相比，B2組大鼠心室肌細胞膜Ca2+-ATPase活性尚未恢復正常，具有統(tǒng)計學意義；但B2組與B1組相比，活性明顯升高，具有統(tǒng)計學意義（見表3）。

表3 各組大鼠心肌細胞膜指標比較一覽表（Mean±SD，n=8，umolPi／mgprot/h）Table3 List of comparison of myocardial plasmalemmal indexs in each group（Mean±SD，n=8）

注：與A組相比，▲▲表示P＜0.01；與B1相比，★表示P＜0.05，★★表示P＜0.01。

2.5 各組大鼠心肌組織電鏡觀察結果

A組，超微結構均正常（見圖10）；B1組，主要表現(xiàn)為肌原纖維排列較整齊，線粒體腫脹，嵴斷裂或消失，出現(xiàn)空泡變性（見圖11）；B2組，主要表現(xiàn)為肌細胞腫脹，肌原纖維排列較整齊，但Z線、M線模糊不清，少數(shù)出現(xiàn)溶解，胞核內染色質積聚，呈團快狀，線粒體結構基本正常（見圖12）。

圖10 A組大鼠心肌超微結構電鏡圖（×8 000）Figure10 Myocardial cell ultrastructure of group A（×8 000）

圖11 B1組大鼠心肌超微結構電鏡圖（×8 000）Figure11 Myocardial cell ultrastructure of group B1（×8 000）

圖12 B2組大鼠心肌超微結構電鏡圖（×8 000）Figure12 Myocardial cell ultrastructure of group B2（×8 000）

3 討 論

本研究中，依據BEDFORD等[7]標準推算，大鼠正式運動強度為大強度運動（約為80%最大攝氧量強度）致力竭。由于大強度運動下，機體代謝水平明顯增加，致使受試鼠心肌耗氧量增加而發(fā)生相對缺血及缺血損傷。心電圖J點變化（抬高或降低）對判斷心肌缺血具有重要意義[8]，T波高聳、低平（或倒置）也是缺血指針之一；而ST-T段改變及病理行Q波表明缺血性損傷。急性力竭運動后，心電圖可有J點、T波及ST-T段異常，甚至一過性病理性Q波[9]。本研究中，受試鼠心電圖出現(xiàn)上述多樣性異常變化，陽性率100%。本研究中，為避免J點、T波變化的“假陰性”結果，而比較其變化幅度，結果顯示運動后30 min～3 h內J點、T波顯著變化，但在運動后24 h時恢復正常；運動后受試鼠心電圖出現(xiàn)ST-T段弓背上抬，一過性病理性Q波及結構微損傷，上述異常變化均為可逆性。提示，一次力竭運動后恢復期心肌發(fā)生了可逆性缺血及缺血損傷。

細胞膜Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase對維護細胞內離子代謝平衡及膜電位正常起到重要作用，其功能正常發(fā)揮依賴ATP。ATP是主要在線粒體中合成的高能磷酸化合物，是能量的直接來源。因此，本研究以ATP及細胞膜Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase來反映運動后心肌能量代謝的變化，并探討其與心電變化之間的關聯(lián)性。本研究中，當運動后大鼠心電圖出現(xiàn)缺血損傷樣變化時，心肌線粒體大面積損傷，ATP量及細胞膜Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase活性明顯下降。分析認為，由于機體劇烈運動后仍處于高代謝水平，引起所謂的運動后過量氧耗，心肌發(fā)生相對缺血及缺血性損傷，其中線粒體損傷致ATP量減少而細胞膜Na+-K+-ATPase與Ca2+-ATPase活性下降，其活性下降可致離子代謝紊亂及膜電位異常，外部心電出現(xiàn)異常[10]。本研究中，當心電恢復正常時，除對缺血相對不敏感的肌原纖維、細胞核仍處于恢復中外，心肌線粒體結構損傷已基本得到修復，ATP量及細胞膜Na+-K+-ATPase與Ca2+-ATPase活性恢復。上述結果表明，一次力竭運動后心電圖缺血損傷樣變化與能量代謝障礙有關，然而其確切機制還需大量深入研究。

4 結論

一次力竭性運動后大鼠出現(xiàn)可逆性缺血損傷樣心電變化。當心電異常時，心肌線粒體大面積缺血性損傷，導致ATP量及細胞膜Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase活性下降，反映出能量代謝障礙，而能量代謝障礙得到恢復時，心電也隨之恢復正常。表明，一次力竭運動后可逆性缺血損傷樣心電變化與能量代謝障礙有關。

[1]蘇全生，鄭兵，熊若虹，等.VC、VE和硒聯(lián)合抗氧化劑對大鼠力竭游泳后心肌缺血再灌注損傷的保護[J].成都體育學院學報，2005，31（6）：34-37.

[2]RIFAI N，DOUGLAS P S.Cardiac troponin T and I，echocardiographic correction of electrocardiographic wall motion analyses，and ejection fractions in athletes participating in the hawaii ironman triathlon[J]．Am J Cardiol，1999，83（7）：1085-1089.

[3]王福文，趙敬國，王純雨，等.反復力竭性運動后不同時相大鼠心電圖的動態(tài)改變[J].中國康復醫(yī)學雜志，2010，25（11）：1030-1034.

[4]陶小平，蘇全生，鄒斌，等.運動誘發(fā)大鼠在體心臟心肌頓抑現(xiàn)象的研究[J].成都體育學院學報，2011，37（8）：83-87.

[5]朱衛(wèi)中.間歇性高原低氧抗心肌缺血再灌注損傷的線粒體機制研究[D].北京：中國科學院，2005.

[6]HARRRS A L.Hpoxia-A key regulatory factor in tumor growth[J].Nat Rev Cancer，2002，2（1）：38-47.

[7]BEADFORD T G，TIPTON C M，WILSON N C.Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimental procedures[J].J Appl Physiol：Respirat environ exercise physiol，1979，47（6）：1278-1283．

[8]PATER A，GETSOS J P，MOUSSA G，et al.The Osborn wave of hypothermia in normothermic patients[J].Clin Cardiol，1994，17：273-276．

[9]李順昌，段意梅，蘇全生.力竭性跑臺運動致大鼠心肌頓抑現(xiàn)象研究[J].體育科學，2012，32（8）：49-54.

[10]AUKIRAN M，MARBER M S.H+/Na+exchanger inhibitors for cardioprotective：therapy.progress，problems and prospects[J].J Am coll cardiol，2002，39：347-353.

AbnormalECGChangesandEnergyMetabolicDisturbanceafteranExhaustiveExerciseinRats

XU Simao1，ZHOU Yong2，WANG Jun1
（1.Dept.of PE，Guangxi Normal University，Guilin 541004，China；2.Institute of Information Technology，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，China）

Objective：To explore the relationship between abnormal ECG of ischemic and hypoxia injury and energy metabolism after once exhaustive exer?cise on treadmill.Methods：30 grown male SD rats，stochastic divides into group A（blank contrapositive group）and group B（exercise group）.Stochastic di?vides group B into group B1（group of 2 hours after exercise）and group B2（group of 24 hours after exercise）.Records the ECG changes in the before exercise and 0 min，10 min，20 min，30 min，1 h，1.5 h，2 h，3 h，6 h，12 h，24 h after exercise in rats.Comparison myocardial ATP quantitative，the cell mem?brane Na+-K+-ATPase and Ca2+-ATPase activity in each group.Electron microscope to observe the changes of left ventricular antetheca cardiac muscle cell ultrastructure in some rats of group A，B1 and B2.Results：Rats cardiogram is obvious abnormal after a period of time after ending exercise，and the abnor?mal ECG did not at the same changes in each rats.These changes included that J points had upward shift or downward shift，T waves appeared shifted up or in?version partially，and arched ST-T segment elevation of electrocardiogram and pathological Q waves of Electrocardiogram were showed in Rats.The changes of J point，T waves varied amplitude were appeared increased during 30 min-3h in convalescence after exercise.But，these changes of ECG have returned to normal at 24 hours after exercise.At two hours after exercise，the ATP quantitative of cardiac muscle reduced obviously，the activity of cardiac muscle cell membrane Na+-K+-ATPase and Ca2+-ATPase were obvious lower，and mitochondria large acreage injures.At 24 hours after exercise，these abnormal changes had different degree recoverysd.Conclusions：Once exhaustive exercise causes rats abnormal ECG of ischemic and hypoxia injury after a period of time after ending exercise，but it was diversity and reversible.It hints that there might be some certain relationship between abnormal ECG of ischemic and hypoxia inju?ry and energy metabolism obstacle after heavy load training.

exhaustive exercise；electrocardiogram；energy metabolism

G 804.2

A

1005-0000（2014）02-132-04

2013-12-15；

2014-03-09；錄用日期：2014-03-10

廣西自然科學基金項目（項目編號：2013GXNSFBA019146）；廣西師范大學第一批青年骨干教師成長支持計劃項目

許思毛（1978-），男，安徽蕪湖人，副教授，研究方向為運動醫(yī)學。

1.廣西師范大學體育學院，廣西桂林541004；2.桂林電子科技大學信息科技學院，廣西桂林541004。