耐力性运动对高脂饮食小鼠主动脉壁结构的影响＊

刘善云,何玉秀,张洪侠

(1.天津体育学院运动人体科学系,天津 300381;2.河北师范大学体育学院,石家庄 050016;3.天津中医药大学临床实训教学部,天津 300193)

动脉壁内皮损伤和中膜平滑肌细胞增生与动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)的发生发展密切相关。各种致AS危险因素使内皮细胞形态结构受损及功能改变,促使血液中的脂质进入动脉壁并沉积在内膜下,引发中膜平滑肌细胞向内膜迁移并大量增殖,最终促使AS斑块的形成。目前认为,内皮细胞功能障碍是AS病变发生的始动环节[1]。因此,对动脉血管内皮细胞具有保护作用的各种干预手段在AS的防治中有着重要的意义。运动疗法是AS综合防治中的重要干预手段之一,在以往关于运动防治AS的研究中证实,有氧运动通过改善血脂代谢以及控制致AS的危险因素而发挥抗AS的作用[2]。但运动干预对动脉壁结构影响的病理学研究报道较少,尤其缺乏关于运动对已经形成的AS的干预效果的相关报道。本研究在采用高脂饮食诱发实验动物AS的基础上,深入观察实验动物AS形成和病变进程中主动脉超微结构的变化及耐力性运动对其影响的干预效果,为运动防治AS提供实验与理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组

选取48只8周龄C57BL/6J小鼠,雄性,体重16～20g。将实验动物随机分为4组(n=12):正常对照组(N组)、12周高脂饮食致AS组(H组)、12周高脂饮食致AS后继续10周高脂饮食并结合运动组(H+E组)、持续22周高脂饮食不运动组(HS组)。12 w实验组(H组)用于复制AS模型;22周实验组(H+E组、HS组)用于观察运动对实验动物已经形成的AS的干预作用。

正常对照组(N组)饲以标准动物饲料,其他各组动物均饲以高脂饲料。高脂饲料配方为:在标准动物饲料中添加10%猪油、1.25%胆固醇、0.5%胆酸钠。各组动物均自由饮食、饮水。

1.2 运动方案

运动方式采用无负重游泳运动,H+E组于高脂膳食12周后进行为期10周的耐力性运动,每周5 d。第1周运动时间为30min,第2周为60min,从第3周开始为90min。水深40cm,水温(30±1)℃。

1.3 取材及标本制作

实验持续12周,将N组和H组小鼠处死,实验持续22周,将HS组和H+E组小鼠处死,并取血液和主动脉等组织。运动组小鼠于最后1 d训练后,停止训练24h,禁食过夜。各组小鼠摘眼球取血后,选取主动脉约1 cm,迅速剔除周围组织并浸入生理盐水中洗去血污,立即投入2.5%的戊二醛固定液中,经1%四氧化锇后固定、乙醇逐级脱水和 E-pon812环氧树脂包埋后,采用LK B-V型超薄切片机(瑞典)制作超薄切片,切片厚度50nm,醋酸铀及柠檬酸盐染色,在JEOL-100CX型(日本)透射电镜下观察主动脉超微结构及其病理变化。

2 结果

2.1 正常饮食小鼠主动脉超微结构观察

N组小鼠主动脉超微病理学观察显示(2例,图1):主动脉内皮细胞表面光滑,细胞膜结构清晰,内皮细胞及平滑肌细胞内均未见脂质沉积和泡沫细胞等。结果提示,正常饮食的C57BL/6J小鼠主动脉壁结构完全正常,未出现任何AS病变。

Fig.1 Utrastructure of aorta in N group mice

2.2 高脂饮食致AS小鼠主动脉超微病理学观察

H组小鼠主动脉超微病理学观察所见(4例,图2):(1)内皮细胞破裂、崩解,细胞残屑及细胞内容物释出;内皮下胶原大面积裸露,可见单核细胞及血小板向裸露的胶原处粘附;(2)单核细胞迁移至内皮下,细胞内可见大量脂质形成单核细胞源性泡沫细胞;(3)平滑肌细胞脂质沉积严重,并穿过弹力膜向内皮下迁移;(4)脱落变性的内皮细胞与血小板、纤维素等聚集形成血栓。结果显示,H组主动脉内皮细胞损伤严重,平滑肌细胞出现脂质沉积及向内皮下迁移等。将以上结果与正常对照组比较,提示在本实验中高脂饮食有明显的致AS作用。

Fig.2 Ultrastructure of aorta in H group mice

2.3 持续22周高脂饮食小鼠主动脉超微病理学观察

HS组小鼠主动脉超微病理学观察所见(6例,图3):(1)大部分内皮细胞坏死,膜溶解,细胞器变性,形成大量碎片并脱落到血管腔中;内皮细胞内有大量脂泡,内皮下严重水肿;(2)可见大量坏死内皮细胞脱落而暴露基底板和胶原纤维以及微血栓;(3)多数平滑肌细胞核呈不规则形,内部结构不清晰,线粒体较小而暗,肌丝结构模糊,胞质内可见大量脂泡;(4)极少数内皮细胞损伤较轻,但有大量脂泡。结果提示,与H组比较,持续22 w高脂饮食(HS组)小鼠主动脉病变加重,内皮细胞的坏死、平滑肌细胞的损伤以及血栓的形成等都较其他各组严重。

Fig.3 Ultrastructure of aorta in HS group mice

2.4 高脂饮食致AS后继续高脂饮食并结合耐力运动小鼠主动脉超微病理学观察

H+E组小鼠主动脉超微病理学观察所见(6例,图4):(1)部分内皮细胞表面膜溶解,细胞器暴露于血管腔,但损伤程度较 H组稍轻微,尚见部分内皮细胞结构完整、核及细胞器结构完好;(2)内皮细胞内脂质沉着较显著,但未见明显的坏死内皮细胞脱落现象;(3)平滑肌细胞内有大量脂泡,细胞周围有水肿现象;(4)血管腔中有2/5例可见微血栓形成。结果提示,H+E组小鼠主动脉内皮细胞和平滑肌细胞的损伤较严重,脂质浸润较为普遍,但整体病变程度较H组有所改善,并较HS组明显减轻。

Fig.4 Ultrastructure of aorta in H+E group mice

3 讨论

3.1 高脂饮食诱发C57BL/6J小鼠AS的形成

脂质代谢异常特别是胆固醇酯在动脉壁沉积是诱发AS的重要起始因素。已有研究表明,应用C57BL/6J小鼠可成功地复制食饵性AS模型[3-5]。杨小毅等对C57BL/6J小鼠饲喂2%胆固醇饮食16周后,血清脂质(TC、TG)水平显著升高,并与人类高脂血症接近,形态学观察显示,在主动脉、冠状动脉处均有明显斑块形成,表明已成功地建立实验性AS纯系小鼠整体动物模型[5]。本实验采用高脂饮食诱发实验动物AS的发生,并应用电镜观察主动脉超微结构变化,结果显示,与正常饮食对照组(N组)比较,高脂饮食导致实验动物发生明显AS病变,高脂饮食组(H组)各样本中均可见多种AS病变,如:内皮细胞损伤严重,内皮下纤维组织大面积裸露,平滑肌细胞迁移及形成丰富泡沫细胞等现象。提示内皮细胞正常屏障功能及其抗粘附作用等已受到较为严重损伤。此外,血栓的形成表明病变已涉及体内凝血、纤溶等多个系统,是AS已发展至较为严重阶段的另一重要标志。结果表明,在本实验中,采用12周高脂饮食成功地诱发C57BL/6J小鼠AS发生。

AS“损伤反应”学说认为,内皮细胞功能障碍是AS发生的始动环节。内皮层是血液与组织之间的重要屏障,各种致AS的危险因素(如长期高脂饮食)可使内皮细胞形态结构及功能改变,导致血管正常屏障功能受损,使血液中的脂质和单核细胞等成分更易于侵入动脉壁,并刺激平滑肌细胞增殖和向内膜迁移,平滑肌细胞和吞噬细胞吞噬脂质后进一步成为泡沫细胞,最终促使AS斑块的形成。表明内皮细胞结构受损和功能改变与AS发生发展密切相关,内皮细胞功能障碍可促进血管壁的脂质沉积,并引发一系列复杂的连锁反应和恶性循环而促成AS的发生。

3.2 耐力性运动对C57BL/6J小鼠已经形成的AS病变的干预作用

以往研究已表明,长期有氧运动能有效地抵抗或阻抑AS的形成,从而起到预防或延缓AS病变发生的作用[6-7],并证实运动通过改善主动脉结构而发挥其抗AS的作用[8-9]。但目前关于运动对已经形成的AS病变的治疗或改善效果的研究报道甚少。陈近利等研究证实,有氧运动和低脂膳食对Apo E基因敲除小鼠已经形成的动脉粥样硬化具有减少AS斑块的作用[10]。本实验在采用高脂饮食诱发C57BL/6J小鼠AS的基础上,进一步观察了耐力运动对已形成AS的实验动物主动脉壁结构的干预作用及其病理发展变化的影响。结果显示,持续22周高脂饮食(HS组)实验小鼠主动脉病变程度较H组明显加重,而实施10周运动干预的实验小鼠(H+E组)主动脉整体病变程度较HS组轻微,并较H组有所改善。从 H组、HS组、H+E组等各组主动脉电镜观察结果比较提示,耐力性运动延缓了实验动物AS的病变进程,对于已经形成的AS病变具有一定的改善作用。提示耐力性运动对血管内皮细胞的保护作用在AS的预防和稳定中有着十分重要的意义。

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