施曼莉　李曉霞

摘 要：探討有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)慢性心力衰竭大鼠病理性心臟肥大的影響及可能機(jī)制，為心衰的運(yùn)動(dòng)康復(fù)提供理論依據(jù)。將雄性Wistar大鼠結(jié)扎冠狀動(dòng)脈建立心梗后慢性心衰模型，術(shù)后隨機(jī)分為假手術(shù)對(duì)照組（SC組）、假手術(shù)運(yùn)動(dòng)組（SE組）、心衰對(duì)照組（HC組）和心衰運(yùn)動(dòng)組（HE組）。假手術(shù)運(yùn)動(dòng)組和心衰運(yùn)動(dòng)組進(jìn)行10周跑臺(tái)訓(xùn)練，假手術(shù)對(duì)照組和心衰對(duì)照組保持安靜狀態(tài)。利用跑臺(tái)遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定大鼠的運(yùn)動(dòng)耐力（最大跑速和力竭時(shí)間）；心臟超聲檢測(cè)心臟結(jié)構(gòu)與功能參數(shù)（包括左室舒張期內(nèi)徑、左室收縮期內(nèi)徑、左室舒張期前壁厚度、左室收縮期前壁厚度、左室舒張期后壁厚度、左室收縮期后壁厚度、左室縮短分?jǐn)?shù)和左室射血分?jǐn)?shù)）；左室導(dǎo)管法測(cè)定血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)（包括左室收縮期壓力、左室舒張末期壓力、左心室壓力最大上升速率和左室壓力最大下降速率）；稱量體重后取心臟并測(cè)定左室重量、右室重量，計(jì)算左室質(zhì)量指數(shù)；利用HE和Masson染色法進(jìn)行組織病理學(xué)觀察并獲得心肌細(xì)胞橫截面積和膠原容積分?jǐn)?shù)；實(shí)時(shí)熒光定量PCR 檢測(cè)心肌α-肌球蛋白重鏈、β-肌球蛋白重鏈、心納素、肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶、I型膠原和III型膠原mRNA表達(dá)量；Western Blot法檢測(cè)心肌半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶3、鈣調(diào)磷酸酶催化亞基Aβ、活化T細(xì)胞核因子3、磷脂酰肌醇-3激酶催化亞基p110α和磷酸化Akt蛋白表達(dá)量。結(jié)果顯示：（1）與假手術(shù)對(duì)照組比較，假手術(shù)運(yùn)動(dòng)組BW和LVEDP降低（P<0.05），最大跑速、力竭時(shí)間、LVW、LVMI、LVIDd、LVFS、LVEF、LVSP、±dp/dtmax、CSA，α-MHC、SERCA2a mRNA以及PI3K（p110α）和p-Akt蛋白表達(dá)量升高（P<0.05），心衰對(duì)照組最大跑速、力竭時(shí)間、BW、LVIDd、LVFS、LVEF、LVSP、±dp/dtmax以及α-MHC和SERCA2a mRNA表達(dá)水平降低（P<0.05），LVW、LVMI、LVAWDd、LVAWDs、LVPWDd、LVPWDs、LVEDP、CSA、CVF、ANF、β-MHC、Col-I和Col-III mRNA以及CaNAβ、NFAT3和Caspase-3蛋白表達(dá)量升高（P<0.05）；（2）與心衰對(duì)照組比較，心衰運(yùn)動(dòng)組最大跑速、力竭時(shí)間、LVW、LVMI、LVIDd、LVFS、LVEF、LVSP、±dp/dtmax、CSA，α-MHC、SERCA2a mRNA以及PI3K（p110α）和p-Akt蛋白表達(dá)水平升高（P<0.05），LVEDP、CVF，ANF、β-MHC、Col-I和Col-III mRNA以及CaNAβ、NFAT3和Caspase-3蛋白表達(dá)量降低（P<0.05）。結(jié)果表明：長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)促使心衰大鼠心臟由病理性肥大向生理性肥大轉(zhuǎn)變，左室重塑得到抑制，心功能和運(yùn)動(dòng)耐力改善，其機(jī)制與運(yùn)動(dòng)抑制CaN-NFAT信號(hào)通路并激活PI3K-Akt信號(hào)途徑進(jìn)而下調(diào)胚胎基因表達(dá)、上調(diào)收縮蛋白表達(dá)、減輕心肌纖維化和抑制心肌細(xì)胞凋亡有關(guān)。

關(guān) 鍵 詞：運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)；有氧運(yùn)動(dòng)；慢性心力衰竭；心臟肥大；大鼠

中圖分類號(hào)：G804.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-7116（2015）03-0127-08

Abstract： In order to probe into the effects of aerobic exercise on the pathological cardiac hypertrophy of rats suffering chronic heart failure and the possible mechanism， and to provide a theoretical criterion for exercise recovery from heart failure， the authors established a chronic heart failure model by ligating the coronary artery of Wistar rats， randomly divided the rats into a sham operation control group （SC）， a sham operation exercise group （SE）， a heart failure control group （HC） and a heart failure exercise group （HE） after operation， let the rats in groups SE and HE carry out 10-week treadmill training， let the rats in groups SC and HC maintain a calm condition， measured the rats exercise endurance （maximum running speed and time to exhaustion） by utilizing the experiment of exercise whose load was gradually increased via the treadmill， by means of echocardiogram， measured cardiac structure and function parameters， which included left ventricular internal diameter during diastole （LVIDd）， left ventricular internal diameter during systole （LVIDs）， left ventricular anterior wall diameter during diastole （LVAWDd）， left ventricular anterior wall diameter during systole （LVAWDs）， left ventricular posterior wall diameter during diastole （LVPWDd）， left ventricular posterior wall diameter during systole （LVPWDs）， left ventricular fractional shortening （LVFS） and left ventricular ejection fraction （LVEF）， by means of pressure transducer inserted retrograde in left ventricle， measured hemodynamic parameters， which included left ventricular systolic pressure （LVSP）， left ventricular end-diastolic pressure （LVEDP）， maximal developing rate of left ventricular pressure （+dp/dtmax） and maximal descending rate of left ventricular pressure （-dp/dtmax）， weighed the rats， then took out their heat， measured left ventricular weight （LVW） and right ventricular weight （RVW）， calculated left ventricular mass index （LVMI）， by means of histopathological detection （HE） and Masson staining， carried out histopathological observation and acquired myocardial cross-sectional area （CSA） and collagen volume fraction （CVF）， by means of real-time fluorescent quantitation PCR technique， measured mRNA expression level of myocardial α-myosin heavy chain （α-MHC）， β-myosin heavy chain （β-MHC）， atrial natriuretic factor （ANF）， sarcoplasmic endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase （SERCA2a）， collagen type I （Col-I） and collagen type III （Col-III）， by means of Western Blot technique， measured protein expression level of myocardial cysteine aspartate protease-3 （Caspase-3）， calcineurin （CaN） Aβ catalytic subunit （CaNAβ）， nuclear factor of activation T cell 3 （NFAT3）， phosphatidylinositol 3-kinase （PI3K） p110α catalytic subunit [PI3K（p110α）] and phospho-Akt （p-Akt）. Results： （1） as compared with the rats in group SC， the BW and LVEDP of the rats in group SE decreased （P<0.05）， their maximum running speed， time to exhaustion， LVW， LVMI， LVIDd， LVFS， LVEF， LVSP， ±dp/dtmax， CSA， mRNA of α-MHC and SERCA2a， protein of PI3K（p110α） and p-Akt increased （P<0.05）； the maximum running speed， time ot exhaustion， BW， LVIDd， LVFS， LVEF， LVSP， ±dp/dtmax， mRNA of α-MHC and SERCA2a of the rats in group HC decreased （P<0.05）， their LVW， LVMI， LVAWDd， LVAWDs， LVPWDd， LVPWDs， LVEDP， CSA， CVF， mRNA of ANF， β-MHC， Col-I and Col-III， protein of CaNAβ， NFAT3 and Caspase-3 increased （P<0.05）； （2） as compared with the rats in group HC， the maximum running speed， time to exhaustion， LVW， LVMI， LVIDd， LVFS， LVEF， LVSP， ±dp/dtmax， CSA， mRNA of α-MHC and SERCA2a of the rats in group HE increased （P<0.05）， their LVEDP， CVF， mRNA of ANF， β-MHC， Col-I and Col-III， protein of CaNAβ， NFAT3 and Caspase-3 decreased （P<0.05）. The said results indicated the followings： long-term aerobic exercise promoted the changing of the heart of the rats suffering heart failure from pathological hypertrophy to physiological hypertrophy， restrained left ventricle remodeling， and improved cardiac functions and exercise endurance， whose mechanism was related to that exercise restrained CaN-NFAT signal pathway and activated PI3K-Akt signal pathway， and then down-regulated fetal gene expression， up-regulated contractile protein， alleviated myocardial fibrosis and restrained cardiomyocyte apoptosis.

Key words： sports medicine；aerobic exercise；chronic heart failure；cardiac hypertrophy；rat

隨著生活方式的改變和人口老年化加劇，慢性心力衰竭（簡(jiǎn)稱心衰）的發(fā)病率不斷增高，已成為目前全球高罹患率和高死亡率的主要臨床綜合征[1]。研究證實(shí)，規(guī)律的體力活動(dòng)具有心血管保護(hù)效應(yīng)，可顯著降低心血管疾病的危險(xiǎn)因素（如高血壓、肥胖、胰島素抵抗等）[2]。臨床實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，堅(jiān)持長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)可延緩心衰，改善心功能和運(yùn)動(dòng)能力，提高生活質(zhì)量，降低死亡率和住院率[3]，因此運(yùn)動(dòng)對(duì)于穩(wěn)定期心衰患者是一種安全有效的康復(fù)治療手段[2]。

心梗、高血壓等作為應(yīng)激源可誘導(dǎo)病理性心臟肥大，臨床證實(shí)，心臟肥大是重要的心血管危險(xiǎn)因素，同時(shí)也是心衰預(yù)后不良的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[4]。長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練亦可造成心臟肥大，雖然形態(tài)學(xué)上與病理性心臟肥大相似，但心功能提高、運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，是心臟對(duì)于運(yùn)動(dòng)應(yīng)激的良性適應(yīng)，稱為生理性心臟肥大（運(yùn)動(dòng)性心臟肥大或運(yùn)動(dòng)員心臟）[5]。有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)心衰時(shí)病理性心臟肥大的影響以及運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的生理性心臟肥大在心衰運(yùn)動(dòng)康復(fù)中的作用及機(jī)制鮮有關(guān)注，因此，本研究以Wistar大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)結(jié)扎冠狀動(dòng)脈前降支建立心梗后心衰模型，觀察10周跑臺(tái)訓(xùn)練對(duì)病理性心臟肥大的影響，為心衰的機(jī)制研究及康復(fù)治療提供依據(jù)。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

8周齡健康雄性SPF級(jí)Wistar大鼠48只（體重250～280 g），由山東魯抗醫(yī)藥股份有限公司提供（實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK[魯]2008-0003）。

1.2 心衰造模與動(dòng)物分組

大鼠適應(yīng)環(huán)境1周后，隨機(jī)選取28只進(jìn)行心梗后心衰模型制備：動(dòng)物以質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%戊巴比妥鈉麻醉后仰臥固定在手術(shù)臺(tái)上，術(shù)區(qū)備皮。氣管插管，縫線固定。連接小動(dòng)物呼吸機(jī)，調(diào)整參數(shù)為潮氣量10 mL/kg、呼吸頻率65 次/min、呼吸比1.5︰1。術(shù)區(qū)消毒后于胸骨左側(cè)第3—4肋間開(kāi)胸暴露心臟，在左心耳下方2～3 mm處用0號(hào)絲線結(jié)扎左冠狀動(dòng)脈前降支。結(jié)扎后肉眼可見(jiàn)結(jié)扎區(qū)域變白、收縮力降低，心電記錄儀見(jiàn)Ⅰ、Ⅱ?qū)?lián)ST 段明顯抬高，證明結(jié)扎成功。然后迅速放回心臟縫合胸壁。另外20只大鼠作為對(duì)照進(jìn)行假手術(shù)，即開(kāi)胸后只栓線不結(jié)扎，其他操作同心衰組。術(shù)后連續(xù)1周肌注抗生素預(yù)防感染。術(shù)后4周行心臟超聲檢查（方法見(jiàn)1.4節(jié)），以左室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）≤45%作為心衰造模成功的標(biāo)志。

心衰造模中，2只動(dòng)物失敗，1只死亡，假手術(shù)組則全部存活。將心梗造模成功的大鼠（n=25只）隨機(jī)分為心衰對(duì)照組（HC組，n=12只）和心衰運(yùn)動(dòng)組（HE組，n=13只），假手術(shù)的大鼠（n=20只）隨機(jī)分為假手術(shù)對(duì)照組（SC組，n=10只）和假手術(shù)運(yùn)動(dòng)組（SE組，n=10只）。其中SE和HE組進(jìn)行10周跑臺(tái)訓(xùn)練，SC組和HC組保持安靜狀態(tài)。

1.3 運(yùn)動(dòng)耐力測(cè)試與跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)方案

首先參照本課題組已建立的遞增負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)定大鼠的運(yùn)動(dòng)耐力[6]。HC組和HE組進(jìn)行15 min熱身（速度5 m/min，坡度0°）后休息5 min再進(jìn)行遞增負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，起始負(fù)荷為7 m/min，每3 min遞增5 m/min（坡度0°），直至力竭，記錄最大跑速和力竭時(shí)間。SC組和SE組除起始負(fù)荷定為10 m/min外，其他步驟相同。

SE組HE組大鼠進(jìn)行10周跑臺(tái)訓(xùn)練。具體方案如下：跑速（前2周為最大跑速的50%，后8周為最大跑速的60%）、時(shí)間（第1天30 min，以后每天遞增10 min，直至60 min）；頻率（5 d/周）。

1.4 心臟超聲和血流動(dòng)力學(xué)測(cè)定

動(dòng)物腹腔麻醉后仰臥固定，用小動(dòng)物超聲儀（visualsonics vevo770，加拿大）檢測(cè)心臟結(jié)構(gòu)與功能（取胸骨旁左室短軸切面進(jìn)行測(cè)量），參數(shù)包括左室舒張期內(nèi)徑（left ventricular internal diameter at diastole，LVIDd）、左室收縮期內(nèi)徑（left ventricular internal diameter at systole，LVIDs）、左室舒張期前壁厚度（left ventricular anterior wall diameter at diastole，LVAWDd）、左室收縮期前壁厚度（left ventricular anterior wall diameter at systole，LVAWDs）、左室舒張期后壁厚度（left ventricular posterior wall diameter at diastole，LVPWDd）、左室收縮期后壁厚度（left ventricular posterior wall diameter at systole，LVPWDs）、左室縮短分?jǐn)?shù)（left ventricular fractional shortening，LVFS）和LVEF（左室射血分?jǐn)?shù)）。

心臟超聲檢查后，分離右側(cè)頸總動(dòng)脈，插入連接壓力換能器的聚乙烯心導(dǎo)管，通過(guò)生物信號(hào)處理和分析系統(tǒng)進(jìn)行血流動(dòng)力學(xué)測(cè)定。心導(dǎo)管在頸動(dòng)脈中記錄動(dòng)脈收縮壓（systolic arterial pressure，SAP）、動(dòng)脈舒張壓（diastolic arterial pressure，DAP）和心率（heart rate，HR）；穩(wěn)定10 min后，將心導(dǎo)管進(jìn)一步插入左心室，記錄左室收縮期壓力（left ventricular systolic pressure，LVSP）、左室舒張末期壓力（left ventricular end-diastolic pressure，LVEDP）、左室壓力最大上升速率（maximal developing rate of left ventricular pressure，+dp/dtmax）和左室壓力最大下降速率（maximal descending rate of left ventricular pressure，-dp/dtmax）。

1.5 動(dòng)物取材

大鼠稱體重（body weight，BW）后麻醉開(kāi)胸迅速取出心臟，用冷PBS沖洗殘血，紗布吸干表面液體，分離左右心室，分別稱量左室重量（left ventricular weight，LVW）、右室重量（right ventricular weight，RVW）并計(jì)算左室質(zhì)量指數(shù)（left ventricular mass index，LVMI）（LVMI=LVW/BW）。切取左室非梗死區(qū)的心肌，分成兩份，每份約100 mg，一份進(jìn)行心臟組織病理學(xué)觀察，另一份用于實(shí)時(shí)定量熒光PCR和Western Blot檢測(cè)。迅速將組織置于液氮中并轉(zhuǎn)移至-80 ℃冰箱凍存待測(cè)。

1.6 心肌細(xì)胞橫截面積和膠原容積分?jǐn)?shù)測(cè)定

將左室心肌組織固定于質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的福爾馬林中，經(jīng)脫水、透明、包埋、切片（5 μm）等操作后分別進(jìn)行蘇木精-伊紅（he）染色和Masson染色。he染色的切片，每張隨機(jī)選取10個(gè)視野，每個(gè)視野選10個(gè)細(xì)胞（要求盡量呈圓形），采用圖像分析軟件測(cè)量心肌細(xì)胞橫截面積（cross-sectional area，CSA）并計(jì)算平均值。Masson染色的切片，每張隨機(jī)選取5個(gè)視野，用圖像分析軟件測(cè)量膠原組織面積，膠原組織面積占所測(cè)視野面積的百分比即為膠原容積分?jǐn)?shù)（collagen volume fraction，CVF）。

1.7 實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)mRNA表達(dá)水平

將心室肌組織勻漿后，用Trizol法抽提心肌總RNA。逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)獲得cDNA，實(shí)時(shí)熒光定量PCR（ABI 7900型熒光定量PCR儀，美國(guó)）測(cè)定心肌胚胎基因——心納素（atrial natriuretic factor，ANF）和β-肌球蛋白重鏈（β-myosin heavy chain，β-MHC），收縮蛋白基因——α-肌球蛋白重鏈（α-myosin heavy chain，α-MHC）和肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶（sarcoplasmic endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，SERCA2a）以及膠原基因——I型膠原（collagen type I，Col-I）和III型膠原（collagen type III，Col-III）mRNA表達(dá)量。擴(kuò)增條件為：預(yù)變性95 ℃/1 min，95 ℃/15 s，55 ℃/15 s，72 ℃/15 s，共40個(gè)循環(huán)。以β-actin作為內(nèi)參，計(jì)算目的基因的相對(duì)表達(dá)量（SC組的倍數(shù)）。引物序列與產(chǎn)物大小見(jiàn)表1。

1.8 Western blot檢測(cè)蛋白表達(dá)水平

檢測(cè)蛋白包括半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶3（cysteine aspartate protease-3，Caspase-3）、鈣調(diào)磷酸酶（calcineurin，CaN）催化亞基Aβ（CaNAβ）、活化T細(xì)胞核因子3（nuclear factor of activation T cell 3，NFAT3）、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）催化亞基p110α[PI3K（p110α）]和磷酸化Akt（p-Akt）：取100 mg心肌組織，加入裂解液，冰上裂解1 h，提取細(xì)胞內(nèi)蛋白，用BCA法進(jìn)行蛋白定量。取各組蛋白樣品進(jìn)行SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE），轉(zhuǎn)膜后用牛血清蛋白封閉，經(jīng)一抗結(jié)合后洗膜，二抗結(jié)合，洗膜后采用增強(qiáng)型ECL化學(xué)發(fā)光法顯色。以β-actin為內(nèi)參蛋白，對(duì)目的蛋白進(jìn)行光密度分析并計(jì)算相對(duì)表達(dá)量（SC組的倍數(shù)）。

1.9 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，組間比較使用單因素方差分析，兩兩比較使用LSD檢驗(yàn)。顯著性水平定為P<0.05。統(tǒng)計(jì)軟件使用SPSS15.0。

2 結(jié)果及分析

2.1 最終樣本量

造模過(guò)程中，2只動(dòng)物造模失敗，1只死亡；10周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，SC組拒跑大鼠1只，HC組死亡2只、拒跑1只，HE組死亡3只、拒跑2只。剔除上述大鼠后，最終樣本量36只，其中SC組9只，SE組10只，HC組9只，HE組8只。

2.2 運(yùn)動(dòng)耐力的變化

與SC組比較，SE組最大跑速和力竭時(shí)間升高（P<0.05），HC組運(yùn)動(dòng)耐力下降（P<0.05）；與HC組比較，HE組最大跑速和力竭時(shí)間增加（P<0.05）（見(jiàn)表2）。

1）與SC組比較，P<0.05；2）與HC組比較，P<0.05

2.3 心臟結(jié)構(gòu)與功能變化

與SC組比較，SE組BW降低（P<0.05），LVW、LVMI、LVIDd、LVFS和LVEF增加（P<0.05），而HC組BW、LVIDd、LVFS和LVEF降低（P<0.05），LVW、LVMI、LVAWDd、LVAWDs、LVPWDd和LVPWDs增加（P<0.05）；與HC組比較，HE組LVW、LVMI、LVIDd、LVFS和LVEF升高（P<0.05）（見(jiàn)表3）。

2.4 血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)

與SC組比較，SE組LVSP和±dp/dtmax升高（P<0.05），LVEDP降低（P<0.05），HC組LVEDP升高（P<0.05），LVSP和±dp/dtmax降低（P<0.05）；與HC組比較，HE組LVSP和±dp/dtmax升高（P<0.05），LVEDP降低（P<0.05）（見(jiàn)表4）。

2.5 心臟組織病理學(xué)改變

心肌he染色顯示：SC和SE組心肌細(xì)胞染色清楚，胞漿呈紅色、胞核呈藍(lán)色，細(xì)胞排列整齊、形態(tài)正常、邊界清楚，細(xì)胞間無(wú)纖維細(xì)胞聚集增生現(xiàn)象。HC組心肌組織可見(jiàn)典型心梗病理改變，心肌細(xì)胞損傷、組織著色不均勻、心肌細(xì)胞腫脹、細(xì)胞核固縮或碎裂，部分心肌細(xì)胞壞死、肌漿溶解、橫紋消失、細(xì)胞數(shù)目減少。HE組心肌梗死病變嚴(yán)重程度低于HC組，肌纖維排列輕度紊亂、著色較好、著色稍深，但較為均一。與SC組比較，SE組、HC組和HE組心肌均出現(xiàn)明顯肥厚，心肌細(xì)胞橫截面積（CSA）增加（P<0.05）；HE組CSA高于HC組（P<0.05）。心肌Masson染色顯示：膠原纖維呈藍(lán)色，心肌細(xì)胞呈紅色。SC組和SE心肌纖維著色均勻，無(wú)膠原成分；HC組心肌細(xì)胞減少，膠原成分顯著增多，纖維化程度明顯，膠源纖維溶積分?jǐn)?shù)（CVF）高于SC組（P<0.05）；HE組較HC組心肌細(xì)胞增多且排列較為整齊，膠原纖維（CVF）明顯減少（P<0.05）。心肌HE染色見(jiàn)圖1，Masson染色見(jiàn)圖2，各組CSA和CVF變化見(jiàn)圖3。

2.6 mRNA表達(dá)水平的變化

與SC組比較，SE組α-MHC和SERCA2a升高（P<0.05），HC組α-MHC和SERCA2a降低，ANF、β-MHC、Col-I和Col-III升高（P<0.05）；與HC組比較，HE組α-MHC和SERCA2a升高，ANF、β-MHC、Col-I和Col-III降低（P<0.05）（見(jiàn)圖4）。

2.7 蛋白表達(dá)水平的變化

與SC組比較，SE組PI3K（p110α）和p-Akt升高（P<0.05），HC組CaNAβ、NFAT3和Caspase-3升高（P<0.05）；與HC組比較，HE組PI3K（p110α）和p-Akt升高（P<0.05），CaNAβ、NFAT3和Caspase-3降低（P<0.05）。（見(jiàn)圖5、圖6）。

3 討論

結(jié)扎冠狀動(dòng)脈前降支造成心梗是心衰造模最常用的方法，一般認(rèn)為手術(shù)后2～4周可獲得慢性心衰模型并廣泛應(yīng)用于心衰病因、發(fā)病機(jī)制與療效評(píng)價(jià)等研究。

心衰時(shí)心泵功能受損，血流動(dòng)力學(xué)出現(xiàn)異常[8]。LVSP、+dp/dtmax、LVFS和LVEF反映心室收縮功能，LVEDP、-dp/dtmax則反映心室舒張功能和室壁順應(yīng)性。本研究中，與SC組比較，HC組LVEDP升高，LVSP、±dp/dtmax、LVFS和LVEF顯著性降低，說(shuō)明心衰時(shí)心肌順應(yīng)性下降，左室舒縮功能明顯降低，最終導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力低下（最大跑速和力竭時(shí)間下降）。研究證實(shí)，運(yùn)動(dòng)耐力下降是影響心衰患者生活質(zhì)量的主要原因，也是心衰患者預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因子[9]。長(zhǎng)期中低強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)可延緩心衰進(jìn)程，有效改善心衰患者生活質(zhì)量，降低住院率與死亡率，并已成為防治心衰的重要康復(fù)手段之一[2]。這在本研究得到進(jìn)一步證實(shí)，即HE組較HC組心功能和血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)明顯改善、運(yùn)動(dòng)耐力增強(qiáng)，但運(yùn)動(dòng)良性效應(yīng)的具體機(jī)制尚未明確。

近年來(lái)的研究認(rèn)為，心臟重塑是心衰發(fā)生發(fā)展的基本病理生理學(xué)機(jī)制，是心衰發(fā)生率和死亡率的決定因素，而心肌細(xì)胞肥大則是心臟重塑的主要特征[10]。心肌的損傷（如心肌梗死）或負(fù)荷增加均可導(dǎo)致心肌細(xì)胞反應(yīng)性肥大。本研究利用心梗造成病理性心臟肥大模型，利用10周運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練造成生理性心臟肥大模型，結(jié)果顯示，病理性心臟肥大形態(tài)與結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為心臟重量增加、心腔縮小、心壁增厚，即向心性肥大；在基因水平上表現(xiàn)為胚胎基因重新激活、膠原基因表達(dá)上調(diào)、收縮蛋白基因表達(dá)下調(diào)；在細(xì)胞水平上則出現(xiàn)心肌細(xì)胞肥大、細(xì)胞凋亡和心肌纖維化，最終導(dǎo)致心功能下降。而生理性心臟肥大則表現(xiàn)為左室離心性肥大，收縮蛋白基因表達(dá)上調(diào)，心功能增強(qiáng)，不存在細(xì)胞凋亡與心肌纖維化。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)（如長(zhǎng)跑或游泳等耐力型運(yùn)動(dòng)員）通過(guò)增加回心血量（即心臟前負(fù)荷或容量負(fù)荷）造成心室壁應(yīng)力增大，引起心肌細(xì)胞肌節(jié)串聯(lián)排列為主，心臟擴(kuò)大以適應(yīng)增加的容量負(fù)荷[11]。有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)心衰時(shí)病理性心臟肥大的影響以及運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的生理性心臟肥大在心衰運(yùn)動(dòng)康復(fù)中的作用鮮有關(guān)注。在本研究中，與HC組比較，HE組心肌細(xì)胞肥大、左室重量增加、心腔內(nèi)徑增大，室壁厚度無(wú)明顯改變，即左室由運(yùn)動(dòng)康復(fù)前的“向心性肥大”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半x心性肥大”。同時(shí)膠原基因表達(dá)下調(diào)伴CVF明顯減少說(shuō)明心肌纖維化程度減輕，心肌順應(yīng)性增加，而胚胎基因表達(dá)下調(diào)、收縮蛋白基因表達(dá)上調(diào)則提示胚胎基因異常激活得到抑制，心肌收縮力提高，提示有氧運(yùn)動(dòng)促使心衰大鼠由病理性心臟肥大向生理性肥大轉(zhuǎn)變。

病理性與生理性心臟肥大的形成是不同的刺激因素激活不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑并導(dǎo)致不同基因表達(dá)的結(jié)果[12]。目前的研究顯示，胰島素樣生長(zhǎng)因子1（insulin like growth factor-1，IGF1）通過(guò)與IGF1受體結(jié)合介導(dǎo)的PI3K-Akt信號(hào)途徑是生理性心臟肥大形成的主要機(jī)制[13]，而血管緊張素II（angiotensin II，AngII）通過(guò)與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合（G protein-coupled receptor，GPCR）介導(dǎo)的CaN-NFAT信號(hào)通路則在病理性心臟肥大形成中起關(guān)鍵作用[14]。CaN是一種Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性絲氨酸-蘇氨酸磷酸酶，通過(guò)使轉(zhuǎn)錄因子NFAT3去磷酸化而調(diào)節(jié)肥大基因的轉(zhuǎn)錄[15]。NFAT3活性在壓力過(guò)負(fù)荷小鼠模型中升高，但在生理性心臟肥大模型中則無(wú)顯著性變化，過(guò)表達(dá)CaNAβ小鼠在壓力過(guò)負(fù)荷下更易發(fā)生心臟肥大[16]，提示CaN是誘導(dǎo)病理性心臟肥大的關(guān)鍵因子。PI3K-Akt則在心臟正常生長(zhǎng)發(fā)育以及運(yùn)動(dòng)應(yīng)激過(guò)程中起重要作用，該信號(hào)通路具有促進(jìn)細(xì)胞存活以及抗凋亡等效應(yīng)[17]。小鼠PI3K（p110α）基因持續(xù)激活后可形成生理性心臟肥大[18]；PI3K（p110α）基因失活小鼠心臟指數(shù)明顯減小[19]，且對(duì)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的反應(yīng)鈍化，在壓力過(guò)負(fù)荷下易造成心臟肥大和心衰[20]，說(shuō)明PI3K（p110α）在病理狀態(tài)下對(duì)心臟起保護(hù)作用。Akt屬于絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，被PI3K磷酸化而激活，通過(guò)調(diào)控蛋白合成與細(xì)胞凋亡發(fā)揮心臟保護(hù)作用[21]。Akt可抑制下游的效應(yīng)分子哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）進(jìn)而抑制心肌蛋白合成[22]，抑制mTOR信號(hào)途徑能顯著改善病理性心臟肥大[23]。運(yùn)動(dòng)促使心衰大鼠心臟由病理性肥大向生理性肥大轉(zhuǎn)變的信號(hào)機(jī)制尚不清楚，本研究對(duì)此進(jìn)行了初探，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與HC組比較，HE組CaNAβ和NFAT3表達(dá)下調(diào)而PI3K（p110α）和p-Akt表達(dá)上調(diào)，提示有氧運(yùn)動(dòng)可抑制心衰時(shí)CaN-NFAT介導(dǎo)的病理性肥大信號(hào)并激活PI3K-Akt介導(dǎo)的生理性肥大信號(hào)途徑。此外，PI3K-Akt激活還可通過(guò)下調(diào)GPCR下游效應(yīng)分子如蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（extracelluar signal-regulated protein kinase 1/2，ERK1/2）表達(dá)和活性從而對(duì)病理性心臟肥大信號(hào)產(chǎn)生抑制作用[24]。結(jié)合上述心臟形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能與基因表達(dá)等結(jié)果，我們推測(cè)，有氧運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的左室生理性重塑與病理性重塑在心衰大鼠運(yùn)動(dòng)康復(fù)過(guò)程中同時(shí)存在并相互抗衡，最終前者的良性作用逆轉(zhuǎn)了后者的負(fù)面效應(yīng)，表現(xiàn)為左室由病理性肥大向生理性肥大轉(zhuǎn)變，心功能改善、運(yùn)動(dòng)能力提高。因此，激活心臟PI3K-Akt并抑制CaN-NFAT信號(hào)通路是治療心衰的嶄新思路，同時(shí)也是運(yùn)動(dòng)防治心衰的干預(yù)靶點(diǎn)。

綜上討論，可得到如下結(jié)論：

1）心衰時(shí)心臟出現(xiàn)病理性肥大，心功能和運(yùn)動(dòng)耐力降低，其機(jī)制與CaN-NFAT信號(hào)通路活化引起胚胎基因重新激活、收縮蛋白表達(dá)下調(diào)、心肌纖維化和細(xì)胞凋亡，進(jìn)而造成左室重塑有關(guān)。

2）長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)促使心衰大鼠心臟由病理性肥大向生理性肥大轉(zhuǎn)變，左室重塑得到逆轉(zhuǎn)，心功能和運(yùn)動(dòng)耐力改善，其機(jī)制與運(yùn)動(dòng)抑制CaN-NFAT信號(hào)通路并激活PI3K-Akt信號(hào)途徑進(jìn)而下調(diào)胚胎基因表達(dá)、上調(diào)收縮蛋白表達(dá)、減輕心肌纖維化和抑制細(xì)胞凋亡有關(guān)。

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