力竭運(yùn)動對大鼠心肌收縮能力影響的研究

于鵬高儒（.河南大學(xué)　河南開封　475000；.武漢體育學(xué)院　湖北武漢　430079）

力竭運(yùn)動對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)動對大鼠心肌收縮能力的影響，通過概括力竭運(yùn)動的研究進(jìn)展，并觀察力竭運(yùn)動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定，了解力竭運(yùn)動對心肌收縮力變化的影響因素。通過力竭運(yùn)動對心肌收縮力中cTnI、大鼠心力信號的監(jiān)測以及心肌收縮能力的物理測定等對各方面進(jìn)行概括，進(jìn)而探討力竭運(yùn)動對大鼠心肌收縮能力影響，為動物力竭運(yùn)動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)動心肌收縮能力心肌肌鈣蛋白影響因素

1　關(guān)于力竭運(yùn)動的研究

力竭性運(yùn)動是指動物或人在運(yùn)動工程中肌肉無法完成完整動作以及無法進(jìn)行運(yùn)動為止。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)動性缺血缺氧。先進(jìn)動物實驗中對SD大鼠力竭運(yùn)動的模型大多根據(jù)Thomas模型，包括力竭跑臺和力竭游泳；力竭跑臺是指對在自定義坡度，或是無坡度的跑臺上進(jìn)行持續(xù)的跑臺運(yùn)動，運(yùn)動時使用聲、電、光刺激或用毛刷刺激動物尾部，使動物始終在跑臺上保持運(yùn)動，以保證運(yùn)動強(qiáng)度。直至大鼠疲勞到不能堅持跑臺。力竭標(biāo)準(zhǔn)：跑臺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，臀部壓在跑臺電刺激后壁，持續(xù)電刺激仍無力運(yùn)動，后肢隨轉(zhuǎn)動皮帶后拖達(dá)30 s，取出放在平臺上無力走動，該狀態(tài)即為力竭狀態(tài)。在平臺上對大鼠進(jìn)行聲、光和機(jī)械刺激，若無明顯反應(yīng)也可視為力竭。關(guān)于大鼠力竭跑臺運(yùn)動，由Bedfoed等人提出的漸進(jìn)式力竭運(yùn)動方式也是當(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)及時進(jìn)行大鼠心肺復(fù)蘇。然而，最那些在短時間就出現(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，每次力竭游泳時間不少于2 h。

2　關(guān)于心肌收縮能力的研究

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，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)過程中任何一個環(huán)節(jié)的因素都能影響心肌收縮能力，不過，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，在同一初長度的條件下，心肌可通過增加活化的橫橋數(shù)目來增加心肌收縮能力。

在對心肌收縮能力的研究領(lǐng)域Tibbits等人研究成果較多，Tibbits等對長時間運(yùn)動過程中心理收縮功能的研究指出：運(yùn)動時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)跑臺致力竭，將導(dǎo)致心肌組織等長能力下降。許思毛等人通過心肌自由基、鈣離子水平與力竭運(yùn)動大鼠心肌收縮能力的影響認(rèn)為：大負(fù)荷運(yùn)動引起大鼠心肌收縮力下降，以運(yùn)動后恢復(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)力竭性跑臺運(yùn)動后不同時相心電圖、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)動時，體內(nèi)的能量需求會隨著強(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)動性缺氧缺血。大強(qiáng)度運(yùn)動持續(xù)一段時間致力竭后，體內(nèi)會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。蘇全生通過研究大負(fù)荷運(yùn)動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)生的主動缺氧的過程，從而避免因過多缺血缺氧導(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個時相點與安靜時相比，Ca2+水平均非常顯著地升現(xiàn)象高，說明力竭運(yùn)動出現(xiàn)鈣超載現(xiàn)象，進(jìn)而影響心肌收縮能力。

2.1力竭運(yùn)動對大鼠心肌肌鈣蛋白I（cTnI）的影響

自由基引起心肌收縮能力障礙的機(jī)制通過多種實驗已經(jīng)被證實。自由基通過內(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生物標(biāo)志物。在研究cTnI時常常與抗氧化酶結(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重要標(biāo)。測定血清cTnI濃度的方法主要有RIA、ELISA、CLIA、FIA以及金標(biāo)免疫分析法等。在動物實驗中，常用測得cTnI來作為評定心肌收縮能力的指標(biāo)之一。鄧樹勛等人通過對大鼠進(jìn)行大強(qiáng)度負(fù)重游泳認(rèn)為：大強(qiáng)度運(yùn)動可以導(dǎo)致cTnI降解、抗氧化酶活性下降和過氧化物堆積。李梁等通過對大鼠一次和反復(fù)力竭游泳不同時相的實驗發(fā)現(xiàn)：一次力竭運(yùn)動后心肌cTnT含量在24 h內(nèi)呈先上升后下降的時相性變化規(guī)律，反復(fù)力竭運(yùn)動后心肌cTnT含量呈逐漸上升的時相性變化規(guī)律。

2.2大鼠心力信號的監(jiān)測

劇烈運(yùn)動可引起運(yùn)動員心率及心電圖發(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)性和變時性的最佳監(jiān)測方法，但不能監(jiān)測心臟變力性。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過程中可產(chǎn)生4個心因，即第一、第二、第三和第四心音。現(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。近年來者發(fā)明的運(yùn)動心力監(jiān)測儀（ECCM）和心音圖試驗（BHPCGT）可以對S1幅度進(jìn)行量化測量。運(yùn)動心力監(jiān)測

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，所以在測量S1時應(yīng)盡量在安靜獨立的實驗室完成，應(yīng)盡量避免外界噪音對S1的影響。另外。在做對第一心音的測量時，應(yīng)做到操作熟練、溫柔，避免因測量對大鼠造成緊張而引起的呼吸和心率加快，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。許思毛、蘇全生、劉濤波通過對大負(fù)荷運(yùn)動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)動后即刻S1幅值已有下降，但與運(yùn)動前相比無顯著性差異，表明在運(yùn)動過程中心肌收縮力已開始下降，但不明顯；在運(yùn)動后時間的不斷推進(jìn)，S1幅值又低于運(yùn)動后即刻，且顯著低于運(yùn)動前水平，表明在運(yùn)動后的最初一段時間內(nèi)心肌收縮力下降變得更為嚴(yán)重；在運(yùn)動后6h時，S1幅值已與運(yùn)動前水平無顯著性差異，且至24 h時已完全恢復(fù)正常，表明運(yùn)動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定

計算心肌細(xì)胞收縮幅度（％）=（最大舒張值一最小收縮值）/心肌細(xì)胞靜息長度×100％、收縮時間和舒張95％時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，來反映心肌細(xì)胞收縮幅度的影響。此方法多通過大鼠心肌細(xì)胞的分離與培養(yǎng)，進(jìn)而測量數(shù)值，求得心肌細(xì)胞收縮幅度。高麗平等通過培養(yǎng)的心肌細(xì)胞計算心肌細(xì)胞收縮幅度（％）發(fā)現(xiàn)：力竭運(yùn)動后心肌細(xì)胞收縮功能減弱，導(dǎo)致心肌收縮功能障礙。成敏等通過培養(yǎng)的心肌細(xì)胞計算心肌細(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。

3　結(jié)語

力竭運(yùn)動可在不同時相影響大鼠心肌收縮力，但總體上力竭運(yùn)動引起大鼠心肌收縮能力下降。力竭運(yùn)動造成的心肌收縮力的下降可能與運(yùn)動過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。

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中圖分類號：G80-32

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-2813（2015）03（b）-0255-02