于鵬高儒(.河南大學(xué) 河南開(kāi)封 475000;.武漢體育學(xué)院 湖北武漢 430079)
力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠心肌收縮能力影響的研究
于鵬1高儒2
(1.河南大學(xué)河南開(kāi)封475000;2.武漢體育學(xué)院湖北武漢430079)
摘 要:為了探討力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠心肌收縮能力的影響,通過(guò)概括力竭運(yùn)動(dòng)的研究進(jìn)展,并觀察力竭運(yùn)動(dòng)后大鼠心肌肌鈣蛋白I(cTnI)、第一心音(S1)幅值、心肌細(xì)胞收縮幅度等因素的評(píng)定,了解力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌收縮力變化的影響因素。通過(guò)力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌收縮力中cTnI、大鼠心力信號(hào)的監(jiān)測(cè)以及心肌收縮能力的物理測(cè)定等對(duì)各方面進(jìn)行概括,進(jìn)而探討力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠心肌收縮能力影響,為動(dòng)物力竭運(yùn)動(dòng)后心肌收縮能力的恢復(fù)研究提供參考。
關(guān)鍵詞:力竭運(yùn)動(dòng)心肌收縮能力心肌肌鈣蛋白影響因素
力竭性運(yùn)動(dòng)是指動(dòng)物或人在運(yùn)動(dòng)工程中肌肉無(wú)法完成完整動(dòng)作以及無(wú)法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)為止。在此狀態(tài)下,機(jī)體全身血液循環(huán)重新分布,心臟血流急劇減少,導(dǎo)致心臟運(yùn)動(dòng)性缺血缺氧。先進(jìn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中對(duì)SD大鼠力竭運(yùn)動(dòng)的模型大多根據(jù)Thomas模型,包括力竭跑臺(tái)和力竭游泳;力竭跑臺(tái)是指對(duì)在自定義坡度,或是無(wú)坡度的跑臺(tái)上進(jìn)行持續(xù)的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)使用聲、電、光刺激或用毛刷刺激動(dòng)物尾部,使動(dòng)物始終在跑臺(tái)上保持運(yùn)動(dòng),以保證運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。直至大鼠疲勞到不能堅(jiān)持跑臺(tái)。力竭標(biāo)準(zhǔn):跑臺(tái)電刺激大鼠尾部或后肢,仍不能保持事先預(yù)定的強(qiáng)度和速度,臀部壓在跑臺(tái)電刺激后壁,持續(xù)電刺激仍無(wú)力運(yùn)動(dòng),后肢隨轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶后拖達(dá)30 s,取出放在平臺(tái)上無(wú)力走動(dòng),該狀態(tài)即為力竭狀態(tài)。在平臺(tái)上對(duì)大鼠進(jìn)行聲、光和機(jī)械刺激,若無(wú)明顯反應(yīng)也可視為力竭。關(guān)于大鼠力竭跑臺(tái)運(yùn)動(dòng),由Bedfoed等人提出的漸進(jìn)式力竭運(yùn)動(dòng)方式也是當(dāng)今較為流行的力竭模型,Bedfoed等人得訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)為:體重203g±12g的成年SD大鼠,坡度為0或10,速度為19~21 m/min,強(qiáng)度為:80Vo2max。
力竭負(fù)重游泳是指在大鼠尾部負(fù)重體重3%左右的重物進(jìn)行游泳運(yùn)動(dòng)直至力竭,力竭的標(biāo)準(zhǔn)即連續(xù)沉入水中10 s撈出,撈出后擺置平面,大鼠不能進(jìn)行翻正反射,若大鼠心跳停止應(yīng)及時(shí)進(jìn)行大鼠心肺復(fù)蘇。然而,最那些在短時(shí)間就出現(xiàn)力竭的大鼠,應(yīng)當(dāng)撈出休息5 min,休息完畢后繼續(xù)進(jìn)行游泳運(yùn)動(dòng),每次力竭游泳時(shí)間不少于2 h。
心肌收縮能力是指心肌不依賴于前負(fù)荷和后負(fù)荷而能改變其收縮的強(qiáng)度和速度的內(nèi)在特點(diǎn),又可稱為心肌的變力狀態(tài)。心肌收縮能力是心血管系統(tǒng)的重要指標(biāo)。心肌收縮能力的變化可影響心室功能曲線,使得沒(méi)博功增加,心臟的泵血功能增加。
心肌收縮力的大小受很多因素的影響,特別是心肌細(xì)胞興奮-收縮耦聯(lián),凡是能影響心肌細(xì)胞興奮-收縮耦聯(lián)過(guò)程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的因素都能影響心肌收縮能力,不過(guò),其中活化的橫橋數(shù)目和肌球蛋白頭部肌凝蛋白ATP酶的活性是影響心肌收縮能力的主要因素。心肌在一定的初長(zhǎng)度下,粗肌絲、細(xì)肌絲的重疊程度是兩者結(jié)合形成橫橋數(shù)量的先決條件,但并非所有這些橫橋都能被激活為活化的橫橋。因此,在同一初長(zhǎng)度的條件下,心肌可通過(guò)增加活化的橫橋數(shù)目來(lái)增加心肌收縮能力。
在對(duì)心肌收縮能力的研究領(lǐng)域Tibbits等人研究成果較多,Tibbits等對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心理收縮功能的研究指出:運(yùn)動(dòng)時(shí)心搏量減少是由于心肌收縮能力下降和心臟靜脈回流量減少導(dǎo)致。以及在大鼠60%Vo2max持續(xù)跑臺(tái)致力竭,將導(dǎo)致心肌組織等長(zhǎng)能力下降。許思毛等人通過(guò)心肌自由基、鈣離子水平與力竭運(yùn)動(dòng)大鼠心肌收縮能力的影響認(rèn)為:大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)引起大鼠心肌收縮力下降,以運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期最明顯但為可逆性;心肌收縮力下降可能與心肌自由基增多、鈣超載有關(guān)。蘇全生等人觀察大鼠反復(fù)力竭性跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)后不同時(shí)相心電圖、心肌梗死面積和超微結(jié)構(gòu)等指標(biāo)的變化情況認(rèn)為:反復(fù)力竭能誘發(fā)大鼠心臟心肌頓抑,心肌線粒體大面積損傷,從而影響心肌收縮能力。劉濤波等認(rèn)為:大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí),體內(nèi)的能量需求會(huì)隨著強(qiáng)度的增加而增加,代謝需求量增加引起心臟血流減少,導(dǎo)致心臟運(yùn)動(dòng)性缺氧缺血。大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)持續(xù)一段時(shí)間致力竭后,體內(nèi)會(huì)引起一系列不可逆的結(jié)構(gòu)和功能的變化,這種變化與臨床上的缺血再灌注癥狀相似。蘇全生通過(guò)研究大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)引起的大鼠心肌收縮力變化及其與心肌自由基、鈣離子水平的關(guān)系中認(rèn)為:運(yùn)動(dòng)引起的體內(nèi)各器官系統(tǒng)的缺血是機(jī)體保護(hù)性抑制系統(tǒng)產(chǎn)生的主動(dòng)缺氧的過(guò)程,從而避免因過(guò)多缺血缺氧導(dǎo)致結(jié)構(gòu)功能的不可逆變化。薄冰等通過(guò)大鼠力竭游泳研究心肌Ca、K、Na離子通道認(rèn)為:通道If電流密度減少,ATP電流密度增加,從而影響心肌收縮能力。鄭兵等發(fā)現(xiàn),力竭后3個(gè)時(shí)相點(diǎn)與安靜時(shí)相比,Ca2+水平均非常顯著地升現(xiàn)象高,說(shuō)明力竭運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)鈣超載現(xiàn)象,進(jìn)而影響心肌收縮能力。
2.1力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠心肌肌鈣蛋白I(cTnI)的影響
自由基引起心肌收縮能力障礙的機(jī)制通過(guò)多種實(shí)驗(yàn)已經(jīng)被證實(shí)。自由基通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能導(dǎo)致興奮-收縮耦聯(lián)障礙,導(dǎo)致心肌收縮功能障礙而引起心肌收縮力下降。自由基改變心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)引起鈣超載,鈣超載導(dǎo)致心肌收縮力障礙。Macfarlane等人認(rèn)為:自由基的作用可直接損傷肌纖維蛋白而影響到心肌收縮。心肌肌鈣蛋白是反映心肌損傷的一項(xiàng)生物標(biāo)志物。在研究cTnI時(shí)常常與抗氧化酶結(jié)合一起考慮,從而心肌收縮力變化的可能機(jī)制。肌鈣蛋白T與原肌球蛋白有高度親和力,肌鈣蛋白C特異的與鈣結(jié)合,肌鈣蛋白I抑制肌球蛋白的ATP酶活性。已知,肌球蛋白頭部ATP酶的活性是影響心肌收縮能力主要因素,所以cTnI是影響心肌收縮能力的一個(gè)重要標(biāo)。測(cè)定血清cTnI濃度的方法主要有RIA、ELISA、CLIA、FIA以及金標(biāo)免疫分析法等。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,常用測(cè)得cTnI來(lái)作為評(píng)定心肌收縮能力的指標(biāo)之一。鄧樹(shù)勛等人通過(guò)對(duì)大鼠進(jìn)行大強(qiáng)度負(fù)重游泳認(rèn)為:大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致cTnI降解、抗氧化酶活性下降和過(guò)氧化物堆積。李梁等通過(guò)對(duì)大鼠一次和反復(fù)力竭游泳不同時(shí)相的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):一次力竭運(yùn)動(dòng)后心肌cTnT含量在24 h內(nèi)呈先上升后下降的時(shí)相性變化規(guī)律,反復(fù)力竭運(yùn)動(dòng)后心肌cTnT含量呈逐漸上升的時(shí)相性變化規(guī)律。
2.2大鼠心力信號(hào)的監(jiān)測(cè)
劇烈運(yùn)動(dòng)可引起運(yùn)動(dòng)員心率及心電圖發(fā)生嚴(yán)重可逆性異常變化,目前,心電圖是檢查心臟變傳導(dǎo)性和變時(shí)性的最佳監(jiān)測(cè)方法,但不能監(jiān)測(cè)心臟變力性。其他還包括心導(dǎo)管檢查、超聲心電圖、同位素示蹤法等。正常心臟在一次搏動(dòng)過(guò)程中可產(chǎn)生4個(gè)心因,即第一、第二、第三和第四心音?,F(xiàn)已公認(rèn),第一心音(S1)幅值是反映心肌收縮力的客觀量度。近年來(lái)者發(fā)明的運(yùn)動(dòng)心力監(jiān)測(cè)儀(ECCM)和心音圖試驗(yàn)(BHPCGT)可以對(duì)S1幅度進(jìn)行量化測(cè)量。運(yùn)動(dòng)心力監(jiān)測(cè)
儀由重慶博精醫(yī)學(xué)與信息工程研究所研制。第一心音幅值(S1)的大小受很多因素的影響,所以在測(cè)量S1時(shí)應(yīng)盡量在安靜獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室完成,應(yīng)盡量避免外界噪音對(duì)S1的影響。另外。在做對(duì)第一心音的測(cè)量時(shí),應(yīng)做到操作熟練、溫柔,避免因測(cè)量對(duì)大鼠造成緊張而引起的呼吸和心率加快,導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。許思毛、蘇全生、劉濤波通過(guò)對(duì)大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)引起的大鼠心肌收縮力變化及其與心肌自由基、鈣離子水平的關(guān)系現(xiàn):運(yùn)動(dòng)后即刻S1幅值已有下降,但與運(yùn)動(dòng)前相比無(wú)顯著性差異,表明在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心肌收縮力已開(kāi)始下降,但不明顯;在運(yùn)動(dòng)后時(shí)間的不斷推進(jìn),S1幅值又低于運(yùn)動(dòng)后即刻,且顯著低于運(yùn)動(dòng)前水平,表明在運(yùn)動(dòng)后的最初一段時(shí)間內(nèi)心肌收縮力下降變得更為嚴(yán)重;在運(yùn)動(dòng)后6h時(shí),S1幅值已與運(yùn)動(dòng)前水平無(wú)顯著性差異,且至24 h時(shí)已完全恢復(fù)正常,表明運(yùn)動(dòng)引起的心肌收縮力下降為可逆性。
2.3心肌收縮能力的物理測(cè)定
計(jì)算心肌細(xì)胞收縮幅度(%)=(最大舒張值一最小收縮值)/心肌細(xì)胞靜息長(zhǎng)度×100%、收縮時(shí)間和舒張95%時(shí)間反映心肌收縮能力。利用BI-2000醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)測(cè)定細(xì)胞收縮頻率及細(xì)胞面積,以心肌細(xì)胞收縮面積比率,來(lái)反映心肌細(xì)胞收縮幅度的影響。此方法多通過(guò)大鼠心肌細(xì)胞的分離與培養(yǎng),進(jìn)而測(cè)量數(shù)值,求得心肌細(xì)胞收縮幅度。高麗平等通過(guò)培養(yǎng)的心肌細(xì)胞計(jì)算心肌細(xì)胞收縮幅度(%)發(fā)現(xiàn):力竭運(yùn)動(dòng)后心肌細(xì)胞收縮功能減弱,導(dǎo)致心肌收縮功能障礙。成敏等通過(guò)培養(yǎng)的心肌細(xì)胞計(jì)算心肌細(xì)胞收縮面積比率發(fā)現(xiàn):神經(jīng)肽類物質(zhì)使心肌細(xì)胞的收縮幅度增強(qiáng),其作用是由速激膚受體介導(dǎo)的。
力竭運(yùn)動(dòng)可在不同時(shí)相影響大鼠心肌收縮力,但總體上力竭運(yùn)動(dòng)引起大鼠心肌收縮能力下降。力竭運(yùn)動(dòng)造成的心肌收縮力的下降可能與運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心肌自由基增多、鈣離子代謝紊亂等因素有關(guān),但具體的機(jī)制仍有待于進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)
[1]朱大年.醫(yī)學(xué)生理學(xué)[M].人民衛(wèi)生出版社,2012:78-83.
[2]任綺,鄧樹(shù)勛,陳健文.大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌肌鈣蛋白I及其降解酶μCalpain的影響.南京體育學(xué)院學(xué)報(bào)[J].2011(10):24-7.
[3]許思毛,劉濤波,蘇全生.大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)引起的大鼠心肌收縮力變化及其與心肌自由基、鈣離子水平的關(guān)系[J].體育科學(xué),2011 (31):73-78.
[4]薄冰,常蕓.力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠竇房結(jié)ATP-敏感型鉀離子通道的影響[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2012(10):861-867.
[5] Robert J Talmadge,Jeffrey S Otis,Matthew R Rittler,et al.Calcineurin activation influences muscle phenotype in amusclespecific fashion[J].Cell,2004(5):2121-2125.
中圖分類號(hào):G80-32
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):2095-2813(2015)03(b)-0255-02