大鼠力竭运动及恢复过程中心血管调节因子和心肌微血管密度变化

朱磊 刘洪珍 冯连世

1 上海体育学院（上海200438） 2 曲阜师范大学

3 国家体育总局体育科学研究所

长时间运动时，心肌和骨骼肌代谢活动增强，耗氧量增大，机体通过体液中的心血管调节因子维持正常的血管张力、血流动力和心血管舒缩状态[1]。近年来有关运动对心血管体液调节影响的研究中，对单一因子或少数因子及单时段或少时段的报道较多，对多种心血管调节因子的综合效应报道较少。而多种心血管调节因子在效应细胞中相互作用、相互制约，共同精细调节血管舒缩状态[2]，更能客观说明心血管供血能力。目前对有氧运动力竭及恢复过程中多时段、多因子的系统性研究较少，更未见有关此过程中心肌微血管密度（microvessel density，MVD）动态变化的实验研究。因此，本研究通过观察大鼠有氧运动力竭及恢复过程中心血管调节因子的动态变化，结合心肌MVD，探讨多种心血管调节因子对心血管调节的综合效应。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本实验选取10周龄雄性Wistar大鼠60只，体重200±10 g。大鼠由鲁抗集团动物饲养中心提供，实验动物生产许可证：SCXK（鲁）2005-0017，动物使用许可证号：SYXK（鲁）2005-0026，在曲阜师范大学体育科学学院动物房进行相关实验。将大鼠随机分成对照组、运动1 h组、运动3 h组、力竭组、力竭恢复2 h组、力竭恢复12 h组（每组10只）。常规分笼饲养，动物房内保持安静、干燥、通风，室温保持20±2℃，湿度35%～50%，自然光照，自由进食饮水。

1.2 运动训练方案

首先对大鼠进行为期1周的适应性跑台训练（跑速5～15 m/min，运动时间15 min，每天1次）。待大鼠适应后，再进行共8周的训练：跑速16 m/min、坡度为0，每天训练1次，每次训练持续时间分别为：第1～2周30 min、第3～4周40 min、第5～6周50 min、第7～8周60 min，每周训练6天，周日休息。整个训练过程中不使用电刺激，每次实验后均检查动物是否受伤，如有损伤则进行及时治疗和休息调整。8周训练结束后，于次日对运动组所有大鼠进行一次性运动，方案见表1。力竭判断标准：大鼠臀部压在跑台后壁，后肢随转动皮带后拖达30秒以上，刺激驱赶无效，并具有呼吸幅度大，神态倦怠，腹卧位、垂头等行为特征[3]。

1.3 血液及标本采集

各组大鼠于相应时间点断头处死（乙醚麻醉，20ml/kg体重）。取大鼠血浆5 ml，沿管壁轻注入内涂抗凝剂肝素钠的离心管中，混合均匀后以4000 r/min离心10分钟，取上层清液（即血浆）待测。于大鼠心尖处取1～1.5 mm3组织块，用戊二醛进行固定，30%～100%梯度丙酮脱水后置于醋酸异戊酯浸透，冰冻切片机切片，采用内源性过氧化物酶（Epox）细胞化学示踪微血管，并用联苯胺进行增强染色，通过显微图像分析系统（B5-223IEPL，Motic公司，中国）对心肌微血管密度（microvessel density，MVD）进行体视学分析。

表1 大鼠一次性运动方案及处死时间

1.4 指标测定

1.4.1 血浆中一氧化氮（NO）、内皮素（ET）、心钠素（ANP）和血栓素 B2（TXB2）含量测定

NO测定采用硝酸还原酶的生化比色法，利用721分光光度计（凯奥科技发展有限公司，中国）对样品进行测定。ET、ANP和TXB2均采用碘125标记放射免疫法（RIA），通过FJ-2008PS全自动γ免疫计数器（西安二六二厂医用核仪器公司）对样品进行测定。所有试剂盒购自解放军总医院科技开发中心放免研究所。

1.4.2 心肌MVD的测定

心尖组织经DAB—NiCl显色后，微动脉被染成黑色，高倍镜（15×40倍）下观察微动脉并保留图像，利用B5-223IEPL显微图像分析系统进行彩色/灰度图像分割和处理，计算出心肌MVD。

1.5 统计学分析

本研究中所有数据采用平均数±标准差表示。统计学分析应用SPSS13.0软件进行，方法使用LSD-t检验。P<0.05表示差异显著，P<0.01表示差异极显著。

2 结果（表2）

行为学观察结果发现：运动1小时后大鼠仍表现出较强的运动能力，可视为运动的初始阶段，而运动3小时后，大鼠运动能力均有较大下降，可视为运动疲劳阶段。

2.1 大鼠力竭运动及恢复过程中血浆NO/ET的动态变化

运动1 h组大鼠血浆NO/ET比值出现极显著性升高（P＜0.01）；运动3 h组大鼠血浆中NO/ET浓度与对照组相比显著性下降（P＜0.05）；力竭组血浆中NO/ET浓度与对照组相比亦显著降低（P＜0.05）；力竭恢复2 h组和力竭恢复12 h组NO/ET值虽然均高于对照组，但差异不显著。

2.2 大鼠力竭运动及恢复过程中ANP的动态变化

运动3 h组和力竭恢复2 h组大鼠血浆中ANP含量极显著高于对照组（P＜0.01），力竭组显著高于对照组（P＜0.05）；而运动1 h组和力竭恢复12 h组与对照组相比无显著差异。

2.3 大鼠力竭运动及恢复过程中TXB 2的动态变化

运动3 h组、力竭组和力竭恢复2 h组血浆TXB2浓度显著高于对照组（P＜0.05），运动1 h组和力竭恢复12 h组与对照组相比无显著差异。

2.4 大鼠有氧运动力竭及恢复过程中心肌MVD的动态变化

运动1 h组与对照组相比，心肌MVD有极显著性提高（P＜0.01）；运动3 h组心肌MVD与对照组相比差异不显著；而力竭组心肌MVD显著低于对照组（P＜0.05）；力竭恢复2 h组与力竭恢复12 h组心肌MVD均大于对照组，但无统计学意义。

表2 大鼠力竭运动及恢复过程中心血管调节因子和心肌微血管密度的动态变化

3 讨论

3.1 大鼠力竭运动及恢复过程中血浆NO/ET的动态变化分析

本实验结果表明，大鼠跑台有氧运动1 h组血浆NO/ET比值极显著高于对照组（P＜0.01）。目前绝大多数研究结果证明在运动的起始阶段，血液中NO浓度升高，而ET浓度下降[4]，即NO/ET比值升高。金其贯等[5,6]对大鼠进行为期8周的游泳训练，发现1 h游泳训练组NO/ET比值极显著性增高（P＜0.01），这与本实验结果一致。运动初期，NO/ET比值极显著性升高可以起到扩张冠状微动脉的作用，增强冠状动脉供血/供氧，为心肌功能增强提供营养保障，而心肌功能的增强又可为工作肌细胞提供更多氧气，保障运动强度增加导致的需氧量增加，显著提高有氧代谢能力，使机体此时不会出现运动性疲劳。

本实验中，大鼠进行3 h有氧运动后出现疲劳特征，随着运动时间的延长，大鼠相继出现运动力竭。实验结果显示：运动3 h组和力竭组大鼠血浆NO/ET显著性低于对照组（P＜0.05），金其贯[5,6]、刘凤云等[7]的研究也得出相似结果。NO/ET比值的下降使冠脉收缩，加重心肌缺血，进而诱发运动性疲劳[8]。

本实验力竭恢复2 h组NO/ET略高于对照组，但差异不显著，可能是疲劳和力竭时心肌持久缺血损伤的“瀑布效应”所致。其次，缺血再灌注后的一段时间内，随着血流恢复，NO会维持在较高水平，也可导致NO/ET比值较高。力竭恢复12 h组NO/ET高于对照组，可能是超量恢复机制所致，有关恢复阶段心血管调节因子的变化未见相关报道，有待进一步系统研究。

3.2 大鼠力竭运动及恢复过程中血浆ANP含量动态变化分析

本实验中运动1 h组大鼠血浆ANP含量与对照组相比无显著性差异，提示运动初始阶段，ANP对血管的舒缩状态并无明显影响。陆爱云等[9]报道不同强度运动训练初期，血浆ANP无显著性变化，与本实验结果一致。研究认为，运动使血浆心钠素含量升高，并且随着运动强度和运动时间的增加，血浆ANP增加[10,11]。本实验中运动3 h组ANP含量极显著高于对照组（P＜0.01），这可能会改善心肌血液供应，但同时也存在心肌受损的潜在可能[12]。Ohba[13]和刘霞等[12]研究表明力竭运动造成心肌组织缺血。潘珊珊等[14]检测大鼠心脏ANP的表达和含量，结果显示力竭运动训练对大鼠心肌组织学结构和心钠素分泌功能具有严重损伤性影响。

本实验结果显示，力竭恢复2 h组大鼠血浆ANP含量再次升高，且极显著性高于对照组（P＜0.01），可能是由于运动停止后，心肌缺血再灌注造成的结果。力竭恢复12 h组大鼠血浆ANP含量与对照组无显著性差异，说明经过12 h的恢复期，机体基本恢复至运动前水平。李昭波等[15]研究发现：正常大鼠运动后即刻，ANP基因表达明显增强，运动后24 h基本恢复到正常水平。

3.3 大鼠力竭运动及恢复过程中血浆TXB2含量动态变化分析

本实验结果显示，运动1 h组大鼠血浆TXB2含量与对照组无显著性差异，提示TXB2不是运动初期调节血管舒缩状态的主要因子。本实验中运动3 h组和力竭组血浆TXB2含量均显著性高于对照组（P＜0.05），TXB2含量的增加，可能会收缩冠状微动脉，导致大鼠在运动疲劳和力竭时心肌供血/供氧不足，进而引起运动疲劳。周玉峰等[16]研究表明，缺氧一旦发生，氧自由基和脂质过氧化物大量产生，氧自由基加速TXA2生成，因此血浆中TXB2水平也相应升高。本实验中，大鼠有氧运动力竭后恢复12 h，血浆中TXB2含量与对照组无显著性差异，提示力竭引起的TXB2含量变化在12 h内即可消除。

3.4 大鼠力竭运动及恢复过程中心肌MVD动态变化分析

心脏自身的供血能力除了与NO、ET、ANP和TXB2浓度变化调节血管缩舒状态有关外，还和心肌微循环有着密切关系。心肌MVD是维持心肌纤维正常功能状态的关键，且对心肌的供血供氧极为重要。研究心肌MVD对于判定心肌是否缺血/缺氧具有重要的生理学意义[17]。

国内外有关运动训练与心肌MVD变化的研究较少。常芸等[18]综述目前的相关研究，认为适宜负荷强度的运动训练可以引起心肌毛细血管良好的适应性增加，心肌利用氧的能力增强，而大强度训练和力竭运动造成的结果则恰恰相反。本实验结果提示运动1 h组大鼠心肌MVD极显著性增加（P＜0.01），与NO/ET比值升高的变化趋势相一致。MVD的增加可以缩短氧从毛细血管向心肌细胞弥散的距离，增加心肌细胞氧的供应，改善整个机体各器官和组织的供氧状态[19]。田振军等[8]研究结果表明，过度负荷或运动后，心肌毛细血管密度下降，心肌发生缺血缺氧损伤。本实验大鼠运动至力竭时，心肌MVD显著性低于对照组（P＜0.05），这也与NO/ET的变化趋势一致。这可能是过度负荷或运动后，心肌细胞发生纤维化，间质成分增加，成纤维细胞增加，MVD下降，心肌发生缺血、缺氧损伤[20]。本实验中力竭恢复2 h组和力竭恢复1 2h组心肌MVD与对照组无有显著性差异，与此相适应，两组大鼠血浆NO/ET与对照组亦无显著性差异，说明心脏自身供血基本恢复正常。

4 小结

大鼠力竭运动及恢复过程中心血管调节因子和心肌微血管密度随着运动时间延长发生变化，运动初期血管舒张和心肌MVD增加使心肌自身供血/供氧更充分，可以满足运动初期心功能增强对高耗氧的需求。但是运动疲劳和运动力竭时心血管调节因子的分泌导致心肌血管收缩和MVD减小，进而导致心脏供血/供氧不足，这可能是运动性疲劳和运动力竭产生的原因。

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