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目的:本研究拟设计大鼠不同运动预适应(exercise preconditioning,EP)的方案,寻找最佳EP方案。通过观察血清学、心电图、心功能、心肌线粒体呼吸功能、心肌蛋白等指标,探讨不同运动强度的EP跑台方案保护作用规律,量化EP强度,寻找强度-保护效应关系,建立EP跑台模型,为防治急性心脏损伤的基础研究领域填补模型空白。方法:1建立动物模型所有幼龄(2个月)大鼠被强迫2周的适应性跑台预训练。设置坡度为0°、5°、10°,从初始速度7m/min起,按照每10分钟增加5m/min逐渐增加至26m/min,每天训练20min。2周后,纳入能完成26m/min、坡度10°的大鼠,剔除未完成训练、受跑台机械辗轧的大鼠,进行随机分组。2随机分组分为对照组(control,C组)、力竭组(exhaustive exercise,EE组)、不同训练速度(velocity,V)+力竭组(V组)。运动组根据Bedford量化的训练-摄氧量(consumption of O2 volume,VO2)关系表设计方案。通过间歇跑台运动,以训练速度作为训练方案变量,建立EP动物模型。每日行一次性训练,训练时间40min不变,按照训练速度,分为V10组(V10m/min,坡度5°,相当于VO2max 45-50%)、V15组(V15m/min,坡度5°,相当于VO2max 55-60%)、V20组(V20m/min,坡度5°,相当于VO2max 65-70%)、V26组(V26m/min,坡度5°,相当于VO2max70-75%)、V30组(V26m/min,坡度10°,相当于VO2max 80-85%),每组8只。每天训练40分钟,每运动15min,休息5min,重复1次,累积运动时间30min,每周运动6天,休息1天,共运动3周。实验组完成模型后,以19-26m/min不间断训练,直至力竭。力竭判断原则:大鼠停止跑步,多次摩擦辗轧刺激无法令其坚持训练。3描记心电图采用Power Lab电脑系统,描记至少5min动态性心电图,获得心电图多组参考数据,包括:心率(HR)、P波时限(P)、P-R间期(PR)、R波振幅(R)、QRS时限(QRS)、QT间期(QT)、ST段(ST),观察心电图的改变。4 ELISA测定血清c Tn I、NT-pro BNP的含量应用ELISA法检测大鼠血清中c Tn I、NT-pro BNP的含量,记录心肌损伤、心力衰竭程度。5称重测得体重(BW)、心脏净重(HW),左心室净重(LVW),记录大鼠基线资料心指数(心脏净重/体重,HW/BW)、左心室指数(左心室质量/体重,LVW/BW)。6测定线粒体呼吸链复合物呼吸速率采用原位法应用高分辨呼吸仪测定心肌线粒体呼吸链复合物(mitochondrial respiratory complex,MRC)Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的态3呼吸速率及I的态4呼吸速率,记录线粒体呼吸速率差异。7应用Millar压力-容积导管记录心功能(1)心脏收缩功能参数:心输出量(CO)、搏出量(SV)、射血分数(EF)、收缩末期容积(Ves)、收缩末期压力(Pes)、压力上升最大速率(dp/dt max)、收缩末期压力容积关系(ESPVR)。(2)心脏舒张功能参数:舒张末期容积(Ved)、舒张末期压力(Ped)、压力下降最大速率(-dp/dt min)、舒张末期压力容积关系(EDPVR)、左室时间松弛常数(Tau)。(3)心脏能量参数:搏出功(SW)、潜在能量(PE)、心脏效率(CE)、血管弹性(Ea)。8蛋白质印迹法测定左室心肌中BCL2、LC3II蛋白的含量,观察蛋白水平的变化。结果:1.各组大鼠基线资料比较(1)与C组相比,V15组、V20组、V26组、V30组HW、HW/BW明显增加(P<0.05)。与EE组相比,结果同上(P<0.05)。与V15组、V20组相比,V26组、V30组HW、HW/BW较大(P<0.05)。(2)与C组相比,V20组、V26组、V30组LVW、LVW/BW增长(P<0.05)。与EE组相比,V20组、V26组、V30组LVW、LVW/BW增长(P<0.05)。与V20组相比,V26组、V30组LVW、LVW/BW增加(P<0.05)。2.血清标志物结果比较(1)血清c Tn I含量与C组相比,各V组c Tn I血清含量升高(P<0.05)。与EE组相比,各V组大鼠c Tn I血清含量降低(P<0.05)。与V10组、V15组相比,V20组、V26组、V30组大鼠c Tn I血清含量较低(P<0.05),但组间无明显区别(P>0.05)。(2)血清NT-pro BNP含量与C组相比,各V组大鼠NT-pro BNP血清含量升高(P<0.05)。与EE组相比,各V组大鼠NT-pro BNP血清含量降低(P<0.05)。与V10组、V15组相比,V26组、V30组大鼠NT-pro BNP血清含量明显降低(P<0.05)。3.各组心电图指标比较(1)各组大鼠ST段抬高水平比较与C组相比,各V组大鼠ST段明显抬高(P<0.05)。与EE组相比,各V组大鼠ST段明显压低(P<0.05)。与V10组、V15组相比,V20组、V26组、V30组大鼠ST段压低(P<0.05)。(2)各组大鼠QT间期比较与C组相比,各V组大鼠QT变宽(P<0.05)。与EE组相比,各V组大鼠QT明显缩短(P<0.05)。与V10组相比,V15组、V20组、V26组大鼠QT降低(P<0.05)。4.各组大鼠MRC的呼吸速率指标的比较(1)呼吸复合物I的态4呼吸速率与C组相比,各V组MRCI态4呼吸速率(MRCI4)均降低(P<0.05)。与EE组相比,各V组大鼠MRCI4均升高(P<0.05)。(2)呼吸复合物I的态3呼吸速率与C组相比,各V组MRCI态3呼吸速率(MRCI3)均降低(P<0.05)。与EE组相比,V20组、V26组、V30组MRCI3均升高,(P<0.05)。与V26组相比,V20组、V30组MRCI3减低(P<0.05)。(3)RCR与C组相比,各V大鼠RCR均变小(P<0.05)。与EE组相比,V26组、V30组RCR明显升高,V10组、V15组大鼠RCR均明显降低(P<0.05)。(4)呼吸复合物II的态3呼吸速率与C组比拟,各V组MRCII态3呼吸速率(MRCII3)均降低(P<0.05)。与EE组比拟,V15组、V20组、V26组、V30组MRCII3均升高(P<0.05)。与V26组相比,V15组、V20组、V30组MRCII3均减低(P<0.05)。(5)呼吸复合物IV的态3呼吸速率与C组比拟,各V组MRCIV态3呼吸速率(MRCIV3)均降低(P<0.05)。与EE组比拟,V20组、V26组MRCIV3(P<0.05)。与V26组相比,V10组、V15组、V30组MRCIV3减低(P<0.05)。5.各组大鼠心功能比较(1)心肌收缩性能与C组相比,各V组SV均明显缩小(P<0.05)。与C组相比,V10组、V30组CO均明显变小(P<0.05)。与EE组相比,V15组、V20组、V26组大鼠CO明显升高(P<0.05)。与C组比拟,各V组EF均明显变小(P<0.05)。与EE组比拟,V20组、V26组大鼠EF明显升高(P<0.05)。(2)心肌舒张性能与C相比,各V组大鼠Tau、-dp/dtmin、EDPVR无统计学变化(P>0.05)。(3)心脏机械能与C组相比,各V组大鼠PE明显升高(P<0.05)。与EE组相比,各V组大鼠PE减低(P<0.05)。与C组相比,V10组、V15组SW均显著变小(P<0.05)。与EE组相比,V20组、V26组、V30组大鼠SW明显升高(P<0.05)。Ea、CE指标各组无统计学显著性(P>0.05)。6.蛋白免疫法测心肌BCL2、LC3II蛋白(1)BCL2蛋白与C组相比,V15组、V20组、V26组、V30组大鼠心肌BCL2蛋白相对表达量增加(P<0.05)。与V15组相比,V20组、V26组、V30组BCL2蛋白相对表达量增大(P<0.05)。与V26组相比,V20组、V30组BCL2蛋白相对表达量较少(P<0.05)。(2)LC3II蛋白与C组相比,各V组心肌LC3II蛋白相对表达量增加(P<0.05)。与EE组相比,V15组、V20组、V26组、V30组LC3II蛋白相对表达量增长(P<0.05)。与V15组相比,V20组、V26组、V30组LC3II蛋白相对表达量较大(P<0.05)。7.相关性分析:各组大鼠BCL2、LC3II之间存在正相关性(P<0.01)。结论:1急性力竭从三个层面损害大鼠心肌。(1)心电紊乱:大鼠急性心肌缺血,左心室电活动受阻滞。(2)血清学:促进心肌坏死,释放c Tn I。(3)损害正常泵活动,抑制收缩、舒张潜能;(4)能量代谢机制失衡:降低线粒体呼吸复合物I、II、IV的活性,减少心肌“能量工厂”线粒体的产能,破坏能量代谢稳态,诱使心肌走向衰亡。2大鼠经适当周期的低、中、高强度运动预适应,对急性力竭性心脏损伤产生适应性抵抗。跑台运动中,斜度为5°,速度为26m/min,持续30min/天,周期为3周的中等强度跑步训练,对力竭心肌保护效果最佳。低强度运动预适应方案对急性力竭导致的心功能不全无有效保护作用。高强度的运动预适应增加心电不稳定性,提高猝死风险,降低线粒体呼吸速率,保护力竭心肌效果较未达到最佳。3中等强度运动预适应通过以下6个方面保护力竭心肌。(1)心脏结构:左心室适应性肥厚;(2)血清学:减少心肌坏死,提高对室壁压力的抵抗性;(3)心电活动:增强自主神经稳态,稳定心室内心电传导,提高抗缺血能力,减少猝死风险;(4)心功能:提高心脏泵功能;(5)能量代谢机制:提高心肌线粒体呼吸复合物呼吸速率,改善线粒体供能效率;(6)分子生物机制:增加心肌抗凋亡蛋白BCL2、线粒体自噬标志蛋白LC3II的表达,提高心肌细胞抗凋亡、线粒体自噬能力,改善心肌能量代谢。4在对抗力竭心肌时,运动预适应通过抗凋亡蛋白BCL2、线粒体自噬标志蛋白LC3II协同表达增加,来发挥心肌保护效应。两者有明显正相关性。