一次大负荷跑台运动后大鼠心脏力－电变化和组织病理学观察

陶小平

宁波大学体育学院（浙江宁波315211）

心肌短时性缺血尚未导致心肌坏死，再灌注血流恢复正常之后，心肌功能障碍需一定时间恢复且有延迟，我们把这种现象称为心肌顿抑（Myocardial Stunning，MS）。心肌收缩功能短时性、可逆性障碍是MS最为重要的特征之一［1、2］。陶小平［3］研究表明：心肌顿抑内在本质特征是心肌短时、可逆性功能障碍以及顿抑心肌组织结构上无坏死现象发生，其外在表现为心肌顿抑发生时心电图出现异常。也有研究表明，运动也可诱发冠心病患者产生心肌顿抑现象［4，5］。陶小平、苏全生等［6］研究表明，剧烈运动造成供血不足会导致心电异常，这种心电异常与临床顿抑心肌的心电有相似之处，提出剧烈运动可能诱发正常大鼠心脏心肌顿抑的假说。从现有研究看，虽然电刺激超速驱动心脏运动可致大鼠离体心脏左心室收舒功能降低［7］，但运动诱发健康大鼠在体心脏力－电变化的研究报道甚少。本实验通过研究大鼠运动后心脏恢复期力－电变化特点，为进一步研究运动性心脏的发生机制提供参考。

1 材料与方法

1.1 动物及分组

成年雄性SD大鼠，购自中国四川华西医院动物房（许可证编号：川SCXK2010-05），体重（237.15± 6.93）g，其心电图 （ECG）T波、ST-T段、J点等均正常，排除有心脏疾病。大鼠进行3天适应跑台运动后随机分为对照组（n=8）和运动组（n=14），根据运动后的ECG表现，运动组又分心电异常组（n=8）和心电无异常组（n=6）。所有测试均在四川大学华西医院麻醉与重病监护实验室完成。

对照组常规喂养，运动组进行3天适应跑台运动后，于次日进行大负荷运动。

1.2 大负荷运动方案

运动组大鼠分批进行一次性大负荷运动。依照Bedford据大鼠体重/摄氧量回归方程建立的运动模式：坡度5%，跑速25 m/min，时间90 min，相当于75% VO2max［8］。大鼠在运动过程中经驱赶不能再坚持运动时，使其休息2 min，继续按上述要求进行运动，如此反复，直到运动时间累计达90 min，停止运动。

1.3 心电图、左室收缩功能测定

运动组运动前，用2%戊巴比妥钠在安静状态下麻醉对照组，仰卧位固定于解剖台上，用BL-420E+型四道生理记录仪（成都泰盟科技有限公司）记录大鼠心电图和左心室收缩曲线。运动组运动后即刻用2%戊巴比妥钠麻醉，连续记录运动后0、5、10、20、30、50、70、90、110 min的心电图和心肌收缩压力曲线。获取心电图T波值、J点值和左心室心肌收缩压（LVESP）、最大上升速率（+dp/dtmax）。运动组运动后110 min处死，对照组麻醉后110 min处死，取左室心肌进行HE染色。对照组结果作为运动组运动前的参照值；在心电图处理方面需要说明：J点值指J点上升的距离，负值表示下移距离、T波值变化表示T波下压幅度。

1.4 HE染色的测定与评分

将大鼠心肌切成小块，迅速放入10%甲醛中固定24～48 h，在全自动染色机上进行常规HE染色，封片，OLYMPUS荧光倒置显微镜IX71拍照。

HE染色病理评分：参照Horwitz等［9］和王茂华［10］的评分方法，对光镜下大鼠心肌病理学表现进行评分。在放大10倍的物镜下，随机选取左心室三个视野观察，从心肌细胞浊肿、间质水肿、充血、透明变性、脂肪变性以及炎性浸润、累及范围等几方面观察心肌变化并计分。按损害程度：未见损害记0分，轻度损伤记1分，中度损伤记2分，严重损伤记3分；按累及范围：未见损害记0分，累及1/4视野记1分，累及1/4～2/4视野记2分，累及2/4～3/4视野记3分，大于3/4视野记4分。每个视野总分=程度分×累积范围分。采用盲法，由一位不参与本实验的病理学老师评分。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 大负荷运动后大鼠左室收缩功能的时相变化

表1显示，与运动前（对照组）比较，心电异常组大负荷跑台运动后即刻LVESP显著升高（P<0.01）；运动后20 min与运动后即刻比较显著下降（P<0.01），运动后50 min较运动后20 min显著升高（P<0.05），运动后70 min较运动后50 min显著下降 （P<0.05），运动后110 min与运动前比较差异无统计学意义。心电无异常组运动后即刻LVESP较运动前升高（P<0.05），运动后5 min较运动后即刻下降 （P<0.05），之后LVESP较平稳，各时间组比较无显著性差异。心电异常组和心电无异常组两组间比较，运动后15 min、20 min、30 min、70 min的LVESP有显著性差异（P<0.01）。

心电异常组+dp/dtmax值运动后15 min较运动后即刻显著下降（P<0.01），运动后30 min、50 min较运动后15 min显著上升 （P<0.01），运动后90 min较运动后50 min显著下降（P<0.05），之后有上升趋势，运动后110 min与运动前比较显著上升（P <0.05）。心电无异常组+dp/dtmax值运动后即刻和运动后110 min较运动前均显著升高 （P<0.01，P< 0.05），其他各时间组间比较无显著性差异。心电异常组和心电无异常组两组比较，运动后0 min、5 min、10 min、15 min、20 min、50 min、90 min均有显著性差异（P<0.05，P<0.01）。

心电异常组运动后20 min、70 min时，LVESP出现阶段性低值，而运动后15 min、90 min时，+dp/dtmax出现阶段性低值，运动后110 minLVESP值恢复正常，而+dp/dtmax与运动前比较显著升高（P<0.05）。

表1 大鼠大负荷运动后左室LVESP和+dp/dtmax变化

2.2 大负荷运动后大鼠心电图J点、T波变化

表2显示，心电异常组运动后心电图J点值出现两次升降，即运动后即刻，J点值下降；运动后15 min，J点值到达低值，与运动前比较显著下降 （P< 0.01），与运动后15min比较，J点值运动后30min显著性升高（P<0.01）；运动后30min的J点值转为下降趋势，J点值运动后50min降至最低，其显著性低于运动前，随后J点值逐渐上升，J点值最后趋势接近于运动后即刻。

心电异常组运动后心电图T波值也出现两次升降，即运动后即刻，T波值下降；与运动前比较，运动后15 min，T波值显著下降（P<0.01），随后转为上升趋势，与运动后15min比较，运动后30min T波值显著性上升（P<0.01），运动后30min的T波值转为下降趋势，运动后50min低于运动前（P<0.01），随后T波值逐渐上升，T波值最后趋势接近于运动前。

心电无异常组J点值和T波值在运动后各时相变化不明显，各时相组间比较无显著性差异；心电异常组和心电无异常组运动后110min的J点值、T点值无显著性差异。

2.3 心肌HE染色及其评分结果

2.3.1 心肌HE染色评分

大鼠心肌病理学评分结果为：对照组 1.07± 0.29，心电异常组2.86±1.14，心电无异常组1.61± 0.73，两两比较均无显著性差异（P>0.05）。

2.3.2 心肌HE染色光镜观察

表2 大负荷运动后大鼠心电图J点值、T波值变化

对照组心肌可见规则的细胞形态、明显的横纹和清晰的轮廓、完整的肌纤维（图1）。心电异常组可见肌纤维间水潴留、血管充盈、透明变性、脂肪变性，并可见明显出血灶及较多的中性粒细胞浸润；并且还可见不规则的心肌纤维排列、紊乱的结构、局部横纹消失（图2）。心电无异常组可见清晰的心肌细胞细胞轮廓、规则的形态、整齐排列的肌纤维，心肌细胞轻微水肿，肌纤维间水潴留、血管充盈、透明变性、脂肪变性，无病理改变（图3）。

图1 对照组HE染色（400×）

图2 心电异常组HE染色（400×，箭头所示为不规则心肌纤维）

图3 心电无异常组HE染色（400×，箭头所示为水肿、透明变性心肌）

3 讨论

3.1 大负荷运动后大鼠左室收缩功能的时相分析

LVESP表示左心室前负荷，反映心肌的收缩力，不受其他因素的影响。+dp/dtmax表示左室收缩功能，两者都是反映心功能的指标［11］。本实验结果显示：与运动前比较，心电异常组和心电无异常组大负荷跑台运动后即刻LVESP和+dp/dtmax均显著升高，这与大负荷运动后即刻机体处在高心率高代谢状态有关。心电异常组LVESP两次低点出现在运动后20 min和70 min，而+dp/dtmax两次低点出现在运动后15 min和70 min；运动后110 min均恢复，表明一次定量大负荷运动可能导致大鼠运动后10～20分钟和70～90分钟出现心功能暂时可逆性下降。心电异常和无异常两组比较，运动后15 min、20 min的LVESP、+dp/dtmax均有显著性差异。这表明运动后即刻机体在由高心率向低心率恢复的过程中，心动周期延长，心功能发生相应变化，随着各器官系统恢复正常，机体对血液需求量减少，进而心脏相对缺血的状态得到改善。运动后大鼠LVESP、+dp/dtmax的时相变化不同步，但运动后70 min时，LVESP和+ dp/dtmax均出现低值，且在运动后110 min均恢复正常，说明这种收缩机械功能障碍是短时和可逆的。

3.2 大负荷运动后大鼠心电图J点和T波时相分析

心肌缺血时，心电图通常有特异表现，如ST段和T波幅值与形态变化、心率及其变异性的变化［12］。ST段下压是心肌急性缺血在心电图的表现，早期恢复灌注，该变化是可逆的［13］。本实验结果发现：大负荷运动后心电异常组大鼠心电图J点值下移、T波下压，提示ST段下移，说明大负荷运动导致大鼠心肌急性缺血发生。

J点是从QRS波末突然转为ST段的连接点，J点变化间接反映ST段改变［14］。某些因素如急性心肌缺血、急性心肌炎、低温高钙血症等会出现J点向上偏移基线，具有振幅和周期，进而形成J波［15，16］。动物实验中，缺血性J波是心肌缺血严重时的ECG急性改变表现［17］。运动所致急性心肌缺血也会伴有J点出现。本实验结果显示：心电异常组运动后J点值两次升降，即运动后即刻下降，随后上升，后又下降，再逐渐上升，两次低点分别在运动后15 min和70 min；运动后110 min，心电异常组和心电无异常组J点值无显著性差异。这提示：大强度运动后15 min和70 min，大鼠心肌出现明显短暂性缺血，运动后110 min基本恢复。

以往研究认为，左心室收缩舒张程度与T波幅值有密切关系［18］，T波电交替改变往往意味着严重心肌缺血［19］；如果T波是一过性变化，极可能是心肌缺血［20］。本实验结果显示：运动组运动后T波值出现两次升降，运动后即刻降低，运动后15 min显著下降，随后转为上升趋势，运动后30 min又呈下降趋势，随后逐渐上升，最后接近运动前水平，两次低谷分别出现在运动后15 min和50 min。心电异常组和心电无异常组运动后110 min时的T点值无显著性差异。这提示大强度运动后15 min和50 min大鼠心肌出现明显短暂性的缺血，且在运动后110 min恢复正常。

3.3 大负荷运动后大鼠心肌HE染色评分结果分析

HE染色是判断缺血心肌组织损伤程度的金标准［21］，心肌损伤程度的评分可以用来反映心肌损伤的不同程度。本实验结果显示：心电异常组肌纤维间可见水潴留、血管充盈、透明变性、脂肪变性，有明显出血灶及较多的中性粒细胞浸润；心肌纤维排列不规则、紊乱，局部横纹消失。这可能是心肌被心包膜包裹，要通过加快心率满足机体需要，并且其无氧代谢酶活性较低，耐受无氧条件的做功能力较差，因此易造成心肌微损伤。运动后心肌HE染色评分略高于对照组，其确切原因还有待进一步研究。而对照组、心电异常组和心电无异常组三组心肌HE评分无明显差异，表明大负荷跑台运动如果导致心肌组织微损伤，可能也无统计学意义。

4 总结

大负荷运动后，大鼠心肌组织染色未见病理性改变，心肌LVESP和+dp/dtmax变化时相不一致，恢复期心脏力－电变化表现为短时可逆性心肌收缩功能障碍和心电异常变化。

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