高温环境下急性力竭运动对大鼠心肌HSP70及血浆心钠素的影响

李爱萍 崔书强 徐金成 高颀 赵杰修

1北京体育大学（北京 100084） 2国家体育总局体育科学研究所

许多研究证明，高温和运动均可以诱导心肌组织HSP70表达[1-3]。HSP70的高表达有利于机体组织对抗损伤，进而对机体组织的损伤进行一定的修复。心脏既是循环动力器官同时也是内分泌器官，其分泌的心钠素可以调节体液平衡维持内环境稳定。血浆心钠素的升高是机体的一种保护性代偿反应，可以改善组织中血液供应，防止血压过度升高。运动对血浆心钠素（ANP）的影响不仅和运动强度有关，还和训练程度及运动时间密切相关。因实验条件的不同，有关高温对血浆心钠素影响的研究结果也并不一致[4]。目前有关高温环境下急性力竭运动对机体HSP70和血浆心钠素影响的研究鲜有报道，因此本研究观察了在高温环境下进行急性力竭运动对大鼠心肌组织HSP70的表达和血浆心钠素的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物

Sprague-Dawley大鼠60只，8周鼠龄，体重230～250克，由北京维通利华实验动物技术有限公司提供，质量合格证号为SCXK（京）2007-0001，级别:清洁级。在动物房内分笼饲养，每笼5只。室温调节为23℃±1℃，相对湿度50%±5%，每日采用灯光照明，12小时昼夜节律变化。动物灭菌垫料和标准啮齿类动物维持期标准灭菌饲料购于北京科澳协力饲料有限公司，许可证号SCXK（京）2005-0007。灭菌水饲养，大鼠笼内自由饮食饮水，垫料酌情两天更换一次。

1.2 实验方法

1.2.1 适应训练和动物分组

60只大鼠适应性喂养1天后，根据文献[5]，均进行6天适应性递增负荷跑台训练。跑台起始速度为15米/分钟，训练30分钟，第2天速度增加到为20米/分钟，训练30分钟，第3天开始速度每日增加2米/分钟，训练时间每日增加5分钟，到第6天跑台速度逐渐增加到28米/分钟，训练时间增加到60分钟。

训练后经筛选，挑选符合运动条件的大鼠进行正式实验。将筛选后符合运动条件的48只大鼠随机分为6组:安静对照组（C组，294.3±11.5g）、运动后即刻组（E组，295.2±10.4g）、高温运动后即刻组（HE 组，292.6±9.9g）、高温暴露1小时后即刻组（H组，298.8±8.7g）、运动后24小时恢复组（E’组，287.8±14.9g）和高温运动后 24小时恢复组（HE’组，289.1±14.26g），每组 8只，各组大鼠体重之间无显著性差异（P>0.05）。

1.2.2 正式实验方案

第6天训练后，所有大鼠均休息24小时。于第8天开始进行一次性力竭运动。采用国家体育总局体育科学研究所的高温高湿低氧环境实验房控制实验环境温度和湿度。安静对照组大鼠于动物房中饲养。E组及E’组大鼠进行跑台运动，坡度为0，速度为28m/min，周围环境温度为23℃，相对湿度为50%。HE组及HE’组大鼠也进行跑台运动，坡度为0，速度为 28m/min，周围环境温度为33℃，相对湿度为50%。H组于周围环境温度33℃、相对湿度50%的条件下暴露1小时。力竭标准为大鼠跟不上跑台跑速，不能坚持原跑速，滞留、俯卧在跑道后格栅处30秒以上，木棍等轻微刺激驱赶无效。在运动中尽量减少人为以及外界光电等因素对大鼠的刺激。

1.2.3 取材与测试

安静组、运动后即刻组、高温运动后即刻组及高温暴露1小时组均在力竭运动后即刻宰杀。运动后24小时恢复组和高温运动后24小时恢复组均在室温下恢复24小时后宰杀。采用数字温度计（北京司南仪器厂）测量大鼠运动前后的肛温，以代表大鼠的核心体温。记录大鼠运动到力竭的时间。

2%戊巴比妥钠按照0.25ml/100g体重剂量进行腹腔麻醉，待大鼠麻醉后，固定好四肢，剖开腹腔，暴露内脏，选取腹主动脉取血，其中1ml放入事先放好抑肽酶和EDTA的离心管中，4℃、3800转/分进行离心，留取上清，置于－70℃保存待测心钠素。其余血液室温静置后37℃水浴20分钟，3000转/分离心25分钟后分离血清，分装后置于－70℃保存待测CK-MB。同时在冰盘上取出大鼠心脏，实验中由同一人分离左右心房与左右心室，锡纸包裹，液氮急冻，分装后－70℃保存，取左心室待测HSP70。

在每组8个样本中随机选取6个样本，采用Western blotting方法测试大鼠左心室肌 HSP70。一抗为[ABCAM Mouse monoclonal[BRM-22]（ab6535）]、HRP 二抗（ZB-2301，北京中杉）。心钠素放免试剂盒购自北京北方生物技术研究所，采用放免法测试大鼠血清心钠素含量。CK-MB购自北京科美东雅生物技术有限公司，采用速率法测试。

1.3 统计学分析

所有数据均采用SPSS13.0统计软件进行分析，各指标数值均以平均数±标准差（±s）表示。采用析因方差分析方法分析实验中因素的作用，对有显著性作用的因素，组间比较采用单因素方差分析，P<0.05时具有统计学意义。

2 结果

2.1 力竭运动时间

运动后即刻组大鼠力竭运动时间为148.6±25.5分钟，运动后24小时恢复组为130±24.1分钟，二者之间无显著性差异（P>0.05）；高温运动后即刻组为52±14.6分钟，高温运动后24小时恢复组为48±10.7分钟，二者之间无显著性差异（P>0.05）；运动后即刻组与高温运动后即刻组力竭时间有显著性差异（P<0.01）。运动后24小时恢复组与高温运动后24小时恢复组力竭时间有显著性差异（P<0.01）。

2.2 温度和运动对心肌组织HSP70、血浆ANP，血清CK-MB的影响

析因分析（表1）显示，温度对心肌组织HSP70表达有显著影响，运动时程对 HSP70、ANP、CK-MB表达均有显著影响，但上述两个因素对三指标的影响无交互作用。

表1 温度和运动对HSP70、ANP、CK-MB表达的影响

HSP70表达量如图1和表2所示:与C组相比，E组和 E’组 HSP70表达量显著升高（P<0.05，P<0.01）；HE’组显著高于H组（P<0.01）。HE组与H组、HE’组之间，E’组与E组之间均无显著性差异（P>0.05）。H组显著高于 C 组（P<0.01）。HE’组显著高于 E’组（P<0.01）。高温与运动的联合作用有使蛋白表达增加的趋势，但二者的协同作用无统计学意义。

表2 各组心肌组织HSP70表达比较

由析因分析可知，温度对不同组别大鼠血浆心钠素无显著影响。单因素方差分析结果如表3所示，与C组比，E组显著升高（P<0.01）；HE组显著高于 H组（P<0.01）；E’组和HE’组分别比 E组和HE组显著降低（P<0.01）。E’组与C组相比无显著性差别，HE’组与H组相比无显著性差别。

表3 各组血浆ANP及血清CK-MB的表达比较

与C组相比，E组血清 CK-MB显著升高（P<0.01），HE组显著高于H组（P<0.05）。而温度对CK-MB无显著性影响。E’组显著低于C组（P<0.05）和E组（P<0.01），HE’组显著低于 HE组（P<0.01）。

3 讨论

很多研究表明，诱导型HSP70（HSP72）仅分布在应激细胞中，受到应激时大量表达以对抗各种应激。HSP70是机体内源性保护机制，可以对抗多种应激对细胞造成的损伤，被认为是抗损伤蛋白，参与损伤修复过程，而且多种条件都可诱导HSP70[6]。有报道显示，只有在跑速大于等于24m/min的情况下心肌组织HSP70表达量才显著升高[1]。而且心肌组织中HSP70的基础表达与训练程度呈正相关[7]。本实验采用28m/min的跑速运动导致了E组和H组心肌HSP70表达显著高于C组，提示温度诱导了热休克蛋白大量增加，这与其它研究结果一致[8]。本实验结果显示，HE组HSP70表达虽比E组有所升高，但无显著差异，HE’组在24小时恢复后显著高于E’组，提示高温环境可能增强了力竭运动引起的HSP70高表达，从而对抗各种应激对细胞造成的损伤。

血浆心钠素可以调节和缓冲运动中血压的变化，维持机体内环境稳定，扩张血管以增加心肌和运动肌肉中血液供应，促进有氧耐力水平[9－11]，改善心肌功能。研究表明，一次性力竭运动大鼠和耐力训练后再进行力竭运动大鼠运动后血浆心钠素均显著升高，提示力竭运动造成了心肌组织缺血[12]。本实验未直接观察心肌组织形态变化，但血清CK-MB被认为是心肌损伤的标志。Ohba等的研究也表明，血浆心钠素含量过度增高提示有潜在性心肌受损的可能[13]。本实验中，E组CK-MB水平显著增加，E组和HE组心钠素水平分别显著高于C组和H组，提示运动造成心钠素水平显著增加，故推测这可能可以改善心肌血液供应，但同时也存在心肌受损的潜在可能[14]。HE组心钠素水平与E组无显著性差异，提示高温环境并未增强力竭运动所致的心钠素水平的增加，这可能和HE组运动时间较短有关。24小时后E’组和HE’组心钠素水平分别显著低于E组和HE组，推测可能随着24小时后HSP70表达水平的增加，HSP70参与了损伤修复，缓解了心肌组织受损程度，因而心钠素水平有所降低。

4 总结

高温和运动均会诱导心肌HSP70高表达且24小时后表达最高，高温环境增强了力竭运动引起的HSP70高表达，这可能对高温及运动后造成的心肌损伤有一定的修复作用。力竭运动即刻血浆心钠素升高，改善了心肌血液供应，但同时也提示心肌有潜在受损的可能，但高温环境并未加强力竭运动所致的心钠素水平的增加。

[1]Milne KJ and Noble EG.Exercise-induced elevation of HSP70 isintensitydependent.JApplPhysiol，2002，93（2）:561-568.

[2]扈盛，胡亚哲.热休克蛋白70在末端病中表达的研究.中国运动医学杂志，2002，21（3）:232-234.

[3]Naito H，Powers SK，Demirel HA，et al.Exercise training increasesheatshock protein in skeletalmusclesofold rats.Med Sci Sports Exerc，2001，33（5）:729-734.

[4]万为人，邱仞之，华序初，等.热应激兔血浆心钠素和血管紧张素Ⅱ含量的动态观察.工业卫生与职业病，1999，25（2）:91-94.

[5]Hasegawa H，Piacentini MF.Influence of brain catecholamines on the developmentof fatigue in exercising rats in the heat.J Physiol，2008，586（1）:141-149.

[6]Snoeckx LH，Cornelussen RN，Nieuwenhoven FAV，et al.Heat shock proteins and Cardiovascular Pathophysiology.Physiol Rev，2001，81:1461-1497.

[7]Montain SJ，Coyle EF.The influence of graded dehydration and hyperthemia on cardiovascular drift during exercise.J Appl Physiol，1992，73（4）:1340-1350.

[8]Taylor RP，Harris MB，Starnes JW.Acute exercise can improve cardioprotection without increasing heat shock protein content.Am J Physiol，1999，276:H1098-1102.

[9]彭彬，李鑫.大强度运动影响心脏功能研究进展.南京体育学院学报（自然科学版），2007，12（4）:19-21.

[10]陆爱云，潘珊珊.不同强度运动训练对心脏内分泌功能的影响. 中国运动医学杂志，2004，9（5）:507-509

[11]常芸.运动训练与心脏内分泌功能.中国运动医学杂志，1998，17（1）:62-65.

[12]刘霞，李伟.力竭性运动对大鼠血浆心钠素及心肌血供的影响.中国组织工程研究与临床康复 ，2007，11（38）:7606-7608.

[13]Ohba H，Takada H，Musha H，et al.Effects of prolongedstrenuous exercise on plasma levels of atrial natriureticpeptide and brain natriuretic peptide in healthy men.Am Heart J，2001，141（5）:751-75.

[14]陆爱云，潘珊珊.不同强度运动训练对心脏内分泌功能的影响. 中国运动医学杂志，2004，23（5）:507-509.