力竭运动对大鼠血浆PGI2、TXA2与心肌ACP、MDA和β-GLU的影响研究

崔荣荣

(温州医学院体育科学学院,浙江温州 325035)

力竭运动对大鼠血浆PGI2、TXA2与心肌ACP、MDA和β-GLU的影响研究

崔荣荣

(温州医学院体育科学学院,浙江温州 325035)

分析大鼠力竭运动后血浆TXB2、6-keto-PGF1a变化与心肌ACP、MDA和β-GLU变化的相关性并探讨其机制,为预防运动性心肌损伤提供理论依据。结果显示:力竭运动即刻,血浆TXB2显著升高(P＜0.01),心肌MDA、ACP、β-GLU变化与血浆TXB2、T/P显著正相关(P＜0.05)。结论:血浆TXA2、PGI2平衡失衡可能是导致大鼠力竭运动后心肌损伤的重要原因。

力竭运动;心肌缺血;心肌损伤

1 引言

TXA2-PGI2平衡失衡在心肌缺血再灌注损伤中起重要的作用已经被证实[1-2]。疲劳性运动损伤与缺血再灌注损伤一样,都存在缺氧一复氧的过程。本文希望通过对力竭运动即刻,即力竭运动后1h TXA2、PGI2变化,以其与心肌一些生化指标相关性研究,探讨运动性心肌损伤的可能机制。

2 研究对象与方法

2.1 实验对象

健康雄性SD大鼠24只,8周龄,由沈阳医学院提供,体重200g-220g,按体重大小排序,参照随机数字表法随机分为3组:安静对照组(N=8)、力竭即刻组(N=8)、力竭后一小时组(N=8)。分笼饲养,每笼4-5只,饲养温度(23±3)℃,相对湿度50%-60%,自由饮水进食,自然光照,室内通风良好。

2.2 运动方案

适应性饲养10天,正式试验前两天,运动组大鼠进行2天的适应性跑台运动,速度为10m/min,持续时间为10min,坡度为0°,每天一次。

运动方式采用递增负荷跑台训练,运用辛东[3]参照Bedford[4]所定标准所创五级递增负荷。第一级负荷:坡度50,速度6m/min,时间10分钟;第二级负荷:坡度50,速度15m/ min,时间15min;第三级负荷:坡度50,速度20m/min,时间15min,第四级负荷:坡度50,速度24m/min,15min;第五级负荷:坡度50,速度28m/min,运动至力竭。运动时使用声、光刺激或用毛刷刺激动物尾部,以保证运动强度。整个运动过程中未使用任何电刺激。

力竭标准为:第五级负荷运动中,动物未能坚持本级负荷运动跑速,先后滞留跑道后1/3处达三次以上,刺激驱赶无效。行为特征:呼吸急深,幅度大、俯卧位、刺激后无反应。

2.3 样品采集

血样采集:实验时用木棍猛击试验鼠头部,使其立即昏厥,即开胸暴露心脏,左心室取血,以EDTA—Na2抗凝,00-40℃贮存待测,离心(低温、3500转/min,10min),将血清分离后置低温冰箱-200℃保存,待测TXB2、6-KETO-PGF1a的结果。

心肌采集:取心肌0.2g,分别制成10%、1%组织匀浆,00 -40℃冰箱保存待测。

2.4 检测方法

TXB2测定试剂盒和6-keto-PGF1α测定试剂盒由解放军总医院放免研究所提供。TXB2采用放射免疫平衡法测定,6 -keto-PGF1α采用放射免疫非平衡法测定。在中国医科大学进行检测。

酸性磷酸酶(ACP)、β-葡萄糖醛酸苷酶(β-GLU)、丙二醛(MDA)、蛋白定量测试试剂盒分别购自南京建成生物工程有限公司。

MDA采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定,蛋白定量采用考马氏亮蓝法。β-GLU、ACP用比色法测定,检测过程严格按照试剂盒的要求进行。利用沈阳体育学院重点实验室生化室进行检测。

2.5 数据处理

试验结果用平均数±标准差表示。应用SPSS 11.0软件包对数据进行统计学分析,各组比较采用方差分析(Q检验),方差不齐时采用校正t检验。相关系数显著性检验用样本含量检验(r显著性检验)。显著性差异水平P＜0.05,非常显著性差异水平为P＜0.01。

3 结果

3.1 力竭运动后大鼠心肌MDA含量、ACP、β-GLU活性的变化

大鼠力竭性运动后即刻心肌MDA含量、ACP、β-GLU活性与安静对照组相比均显著性升高(P＜0.05)。恢复1 h后心肌MDA含量、ACP、B-GLU活性继续升高明显高于力竭即刻组(P＜0.05)(见表1)。

3.2 力竭运动后大鼠血浆6一酮一前列环素Fla(6-KPGFIa)和血栓素B2(TXB2)含量的变化

力竭运动即刻大鼠血浆TXB2与安静对照组相比显著性增加(P＜0.01),血浆6-KETO-PGF1a与安静对照组相比有下降趋势,但无统计学意义(P＞0.05)。T/P力竭即刻显著性升高(P＜0.01)。

1 h后,血浆TXB2显著下降(P＜0.05),且与安静组无显著性差异;6-KETO-PGF1a与运动即刻组相比显著性升高(P＜0.05),T/P比值显著性下降(P＜0.01),且与安静对照组无显著性差异(P＞0.05)(见表2)。

表1 力竭运动后大鼠心肌MDA含量、ACP、β-GLU活性的变化

表2 力竭运动后大鼠血浆TXB2、6-KETO-PGF1a含量的变化

3.3 力竭运动即刻大鼠血浆TXB2、6-KETO-PGF1a、T/P与心肌MDA、ACP、B-GLU的相关性

力竭运动后即刻心肌MDA含量与血浆TXB2含量显著正相关R=0.744(P＜0.05)、与血浆6-KETO-PGF1a负相关R=-0.703(P＞0.05)。与T/P显著正相关,相关性为R= 0.710(P＜0.05)。

心肌ACP活性与血浆TXB2含量显著正相关R=0.747 (P＜0.05)、与血浆6-KETO-PGF1a负相关R=-0.700(P＞0.05),与T/P显著正相关,相关性R=0.709(P＜0.05)。心肌β-GLU活性与血浆TXB2含量显著正相关R=0.711(P＜0.05)、与血浆6-KETO-PGF1a负相关R=-0.601(P＞0.05),与T/P显著正相关,相关性为R=0.711(P＜0.05)(见表3)。

表3 力竭即刻大鼠血浆TXB2、6-KETO-PGF1a、T/P与心肌MDA、ACP、β-GLU变化的相关性

3.4 力竭恢复1h后大鼠血浆TXB2、6-KETO-PGF1a、T/P与心肌MDA、ACP、β-GLU相关性

力竭恢复1h后大鼠心肌MDA含量与血浆TXB2含量相关性R=0.262(P＞0.05)、与血浆6-KETO-PGF1a相关性R =0.573(P＞0.05),与T/P相关性为R=-0.686(P＞0.05),均无显著相关性。

大鼠心肌ACP活性与血浆TXB2含量相关性R=0.216 (P＞0.05)、与血浆6-KETO-PGF1a相关性R=0.617(P＞0. 05),与T/P相关性为R=-0.651(P＞0.05),且均无显著相关性。

大鼠心肌β-GLU活性与血浆TXB2含量相关性R=-0.392(P＞0.05)、与血浆6-KETO-PGF1a相关性R=0.052 (P＞0.05),与T/P相关性为R=-0.396(P＞0.05),均无显著相关性(见表4)。

表4 力竭1h后大鼠血浆TXB2、6-KETO-PGF1a、T/P与心肌MDA、ACP、β-GLU相关性

4 讨论

4.1 力竭运动即刻对大鼠血浆PGI2、TXA2与大鼠心肌ACP、MDA、β-GLU的影响的分析

动物实验研究发现[5-6],不适宜的运动导致心肌受损,突然进行较大强度或衰竭运动导致心肌缺血而出现病理性变化。

常芸认为:“对无训练者而言,对运动训练的承受力较差,心肌易受到严重的较严重的缺血缺氧损伤,受损的心肌细胞凋亡检出率低,炎症反应较重,很大程度向坏死的方向发展,最终,往往会造成心肌不可逆性损伤。”[7]心脏在基础情况下的耗氧量为其它组织器官的2-3倍。对血中氧的摄取已达到最大值(高达70%左右)[8]。

进行高强度的运动时,心动过速,因心肌舒张期缩短,妨碍冠脉的灌注,加上心动过速,心肌摄氧量增加,因而可能出现心肌相对缺血的现象[9]。同时,急性衰竭性运动可引起心肌细胞的血管紧张素Ⅱ(Ang-Ⅱ)分泌增加,血管紧张素可与血管平滑肌及内皮细胞膜上的特异受体结合而激活磷酯酶C(PLC),促进细胞内储存Ca2+的释放,通过兴奋-收缩耦联,引起冠状动脉收缩,导致心肌毛细血管密度降低,心肌发生缺血缺氧,心肌细胞超氧化物歧化酶活性降低,线粒体钙超载,心肌细胞膜脂质过氧化损伤,胞内Ang-Ⅱ大量溢出,进一步加重心肌缺血[10]。

由于运动性缺氧复氧过程对心肌结构功能的影响与临床医学中的心肌缺血再灌注损伤症状十分相似,有资料将这种由于剧烈运动及运动后恢复期而引发心肌缺氧复氧过程,从而导致心肌结构的功能改变称之为运动性缺血再灌注损伤[11]。

血栓素A2(TXA2)和前列腺环素(PGI2)为同一前体物质化生四烯酸的代谢产物,分别在内皮细胞的前列环素合成酶和血小板中的血栓烷合成酶作用下合成TXA2和PGI2。TXA2生物半衰期约30s,而迅速代谢为无活性的TXB2。PGI2生物半衰期约3min,迅速代谢生成6-keto-PGFla。

在正常生理状态下血浆或组织中TXA2和PGI2的浓度比例处于相对平衡,以保持机体内环境的稳定。

当缺血一再灌注过程中PGI2合成相对大量产生的花生四烯酸显得不足时,白细胞便会在缺血一再灌注区域大量集聚、浸润。经还原型辅酶I作用,耗氧产生大量氧自由基、释放溶酶体酶、产生并释放花生四烯酸脂氧代谢产物进一步促进白细胞聚集、活化等等。同时花生四烯酸脂氧代谢产物可抑制PGI2生成,形成一恶性循环[2]。

本研究发现,力竭运动后即刻,血浆TXB2、T/P显著升高,且力竭即刻血浆6-KETO-PGF1a有下降趋势,但与安静对照组相比无统计学意义。

金其贯[12]认为,运动过程中,随着心输出量的增加,血流速度加快,必然增加血流对内皮细胞的切压力。已有研究发现血流速度加快,血流切应力加强对血管内皮产生损害[13,14]。当血管有损伤时,循环血液中的血小板就可粘附在损伤部位致使TXA2合成增加,PGI2合成减少从而导致平稳失调[15]。

还有研究已证实小儿喘息时血管内皮损伤,血小板粘附其中,环丙过氧化物即转变为TXA2,而内皮损伤时PGI2合成酶下降,导致T/P比值上升[16]。

此外,李晖[17]研究证明,递增负荷力竭运动即刻大鼠血液自由基相对于安静对照组显著性升高。过量的氧自由基可抑制PGI2合成,促进TXA2转换为TXB2[18]。O2-能使PGI2合成酶灭活,从而使TXA2持续升高[19]。

熊正英认为急性运动使机体交感神经兴奋刺激肾上腺分泌增加,血浆儿茶酚胺及血管紧张素浓度增加,从而刺激ET分泌增加[20]。且ET与PGI2呈负相关[21]等。

由此推测,由于运动中血液自由基的大量产生,儿茶酚胺类、内皮素等激素大量分泌,以及缺氧,血流切应力增加等诸多因素会造成血管内皮细胞损伤导致循环血液中的血小板功能亢进,因而力竭运动后使TXA2合成增加;同时由于自由基的大量产生,PGI2合成酶受到抑制,致使PGI2合成减少,力竭运动后6-KETO-PGF1a呈下降趋势,导致T/P升高。运动中导致的这些变化最终可能造成中性粒细胞(PMN)在缺血再灌注区域大量聚集[2]。

因此,当运动中心肌相对缺血缺氧,PMN便可能会在心肌聚集。目前,医学研究认为PMN可通过释放氧自由基: PMN被激活时耗氧量增加(呼吸爆发,respiratouy burst或氧爆发oxygen burst),所摄取的氧绝大部分经细胞的NADPH氧化酶和NADH氧化酶的作用生成氧自由基[22]。

MDA是自由基攻击生物膜中的多不饱和脂肪酸而引发的脂质过氧化作用的最终分解产物,其含量水平可反映机体内细胞脂质过氧化的程度。酸性磷酸酶(ACP)和β-葡醛酸苷酶(β-GLU)属于细胞内溶酶体水解酶。

正常时,心肌和骨骼肌细胞内ACP和β-GLU活性较低,当组织出现炎症、坏死或肿瘤等异常变化时,ACP和β-GLU活性可明显增高,一些研究者用以上两种水解酶作为骨骼肌和心肌组织损伤的指征[23-25]。

本实验观察到,运动力竭即刻,心肌MDA含量、ACP、β-GLU活性显著上升,表明力竭运动即刻,心肌出现损伤。张勇等曾以递增负荷力竭性运动为运动疲劳模型,以大鼠为实验对象,证实力竭运动中心肌自由基生成增多的途径不以线粒体呼吸为主[26-28]。

本实验中观察到力竭即刻大鼠心肌MDA含量与血浆TXB2、6-KETO-PGF1a显著正相关,提示:力竭运动即刻血浆TXB2、6-KETO-PGF1a平衡失衡可能是导致大鼠心肌自由基大量产生的重要原因。且大鼠心肌ACP、β-GLU活性与血浆TXB2、T/P显著正相关,提示:力竭运动即刻大鼠血浆TXB2、6-KETO-PGF1a平衡失衡是导致心肌ACP、β-GLU活性上升的重要原因。

可能的机制为:力竭运动后血浆T/P平衡失衡,同时心肌相对缺血、缺氧,促进中性粒细胞在在心肌大量聚集,自由基大量产生,溶酶体酶活性升高,导致大鼠心肌损伤。

4.2 力竭恢复1h后大鼠血浆PGI2、TXA2与心肌ACP、MDA、β-GLU变化的分析

陈英杰[29]观察到剧烈运动后3h、24h大鼠心肌溶酶体酶活性持续升高。本实验观察到,力竭后1h,大鼠心肌ACP、β -GLU活性与力竭即刻组有显著性差异,与其结果相似。同时大鼠心肌MDA含量也持续上升。说明运动后大鼠心肌出现了类似于缺血再灌注性质的损伤。大鼠血浆TXB2、T/P下降,6-KETO-PGF1a上升,且均与力竭即刻组相比有显著性差异。可能是由于运动后恢复氧气供应,血液流动减缓,血流切应力血管的损伤作用减小。

另外,李晖[17]研究证实递增负荷力竭运动30min后大鼠血液MDA含量与运动力竭即刻组相比下降。血液中MDA含量减少,必然会减少对血液中PGI2合成酶的抑制,PGI2合成增加,使TXA2合成受抑,致使TXA2含量下降,导致大鼠血液中T/P比值与力竭即刻组相比显著下降;且与心肌MDA、ACP、β-GU的变化无显著相关性,说明血液PGI2、TXA2并不参与运动后复氧过程中的大鼠心肌损伤。力竭1h后大鼠心肌损伤可能机制为运动中心脏相对缺血、缺氧时ATP生成减少,能量代谢障碍,ATP依次降解为ADP、AMP和次黄嘌呤,造成次黄嘌呤堆积。

同时由于细胞内钙离子升高激活蛋白水解酶,使黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶,运动后复氧时黄嘌呤氧化酶在大量氧分子的供应下催化次黄嘌呤转化为黄嘌呤进一步转化为尿酸,这两步反应均以分子氧为电子供体,从而产生大量的O-2和OH-这是运动后1h自由基产生的主要途径。

同时由于运动后自由基的大量产生,破坏心肌细胞结构,导致溶酶体膜破裂,促使溶酶体酶进一步释放,损伤心肌,使运动后1h大鼠心肌ACP、β-GLU活性进一步升高。

5 结论

力竭运动即刻大鼠血浆TXB2、TXB2-6-KETO-PGF1a比值显著升高,且与心肌ACP,β-GLU,MDA显著正相关。提示:运动后PGI2-TXA2平衡失衡可能是运动后大鼠心肌出现损伤的重要原因。

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The Study on Big Mouse Blood Plasma PGI2,TXA2 and Cardiac Muscle ACP,MDA,β-GLU after Sports Fatigue

Cui Rongrong
(Physical Education Department,Wenzhou Medical College,Wenzhou,325035,Zhejiang,China)

Studing correlation between the rat plasma TXB2,6-Keto-PGF1aand myocardial ACP,MDA andβ-Glu after exercise and discuss itsmechanisms,inorder to provide a theory for preventingmyocardial injury.The results:immediately,plasma TXB2was significantly increased(P＜0.01),whilemyocardialMDA,ACP,β-Glu and plasma TXB2,T/Pwere correlation(P＜0.05).Conclusion:Plasma TXA2,PGI2were imbalancemight be the important reason what caused rats cardiacmuscle damage after exercise.

sports fatigue;ischemiamyocardial;cardiacmuscle damage

G804.2

A

1672-1365(2011)01-0076-04

2010-06-07;

2010-09-13

崔荣荣(1981-),男,黑龙江齐齐哈尔人,硕士,助教,研究方向:运动人体科学。