有有氧运动对大鼠动脉粥样硬化发展过程中血浆的影响

王小艳

(南京审计学院体育教学部,江苏 南京 211815)

有有氧运动对大鼠动脉粥样硬化发展过程中血浆的影响

王小艳

(南京审计学院体育教学部,江苏 南京 211815)

目的:研究有氧运动对大鼠动脉粥样硬化(AS)发生发展中,血浆中一氧化碳(CO)和环磷酸鸟苷(cGMP)的变化,寻找CO发挥作用的机制,为有氧运动预防动脉粥样硬化发生发展提供理论依据。方法:选Sprague-Dawley健康雄性大鼠30只随机分为3组,正常对照组(CG);高脂肪膳食致动脉粥样硬化组(ASG);高脂肪膳食+60min分钟有氧运动组(EG),每组各10只,EG组有氧运动8周。检测8周前后各组血脂TC、TG、LDL、HDL、VLDL指标,及血浆中CO和环磷酸鸟苷cGMP含量,显微观察主动脉切片组织形态学变化。结果:EG组TC、TG、LDL、VLDL较ASG组明显降低(P＜0.05),HDL较ASG组明显升高(P＜0.05)。EG组可见内膜细胞增生、灶性脱落,中膜平滑肌细胞排列相比ASG组有规律,平整有光泽。平滑肌细胞增生、钙化范围及程度明显少于ASG组。ASG组血浆中CO和cGMP含量明显高于CG组(P＜0.05),而EG血浆中CO和cGMP含量明显低于ASG组。血浆中CO的变化和cGMP的变化成正相关(r=0.84)。结论:在高脂肪膳食致动脉粥样硬化发生发展中,血浆中CO和cGMP含量升高,有氧运动可降低升高的CO和cGMP含量;CO-cGMP结合途径可能是CO发挥效应的机制之一。

动脉粥样硬化;有氧运动;一氧化碳;环磷酸鸟苷

动脉粥样硬化(AS)是动脉硬化的血管疾病中常见的最重要的一种。主要病症是脂质沉积在动脉某些部位的内膜下,并伴有平滑肌细胞和纤维基质成分的增殖,从而逐步成为动脉粥样硬化性斑块。内源性一氧化碳(CO)是继一氧化氮(NO)之后发现的又一气体信号分子[1],它主要来源于血红素氧合酶(HO)所介导的血红素分解代谢,有学者研究认为,内源性CO参与了AS的发生发展[2]。AS是严重危害人类健康的常见多发病,特别是对于中老年人,加强对动脉粥样硬化的防治研究更具有重要的意义。运动是一种安全,有效的防范动脉粥样硬化的手段,已成为运动医学领域的研究热点,有着广阔的应用前景。诸多研究发现[3-5],有氧运动可以通过加强脂肪的氧化,降低血脂的沉积,并能增强机体抗氧化能力等方面,从而达到预防与延缓动脉粥样硬化的发生与发展,具有治疗动脉粥样硬化的重要作用。

本研究通过高脂肪膳食形成大鼠AS,在AS发展过程中施加实验组大鼠有氧运动,检测AS发展过程中血浆CO的变化,及有氧运动对血浆CO含量的影响,通过对比及相关分析,研究CO发挥其作用时对AS影响的机制,为运动预防AS发生及改善AS发展提供实验数据及理论支撑。

1 对象和方法

1.1 实验对象及AS模型复制

选Sprague-Dawley健康雄性大鼠30只,周龄8.0±1.2周,体重226±18g,中南大学湘雅附二医院提供,许可证号:SCXX(湘)2014-0128。随机分为3 ×10组,正常对照组(CG);高脂肪膳食致动脉粥样硬化组(ASG);高脂肪膳食+60min分钟有氧运动组(EG)。CG组按国家相关标准喂食饲料,ASG、EG两组喂食高脂肪膳食:标准饲料中混合1%胆固醇,5%的猪油,0.61%的丙基硫氧嘧啶,0.35%胆酸钠[6],此两组可自由取食、饮水。

1.2 实验方法

CG及ASG两组可自由活动,EG组则在150cm× 80cm×80cm的玻璃水池中进行每周6天,共持续8周的无负重游泳,水温(32±2)°C,每天定时于上午10:00开始进行游泳练习,每次运动时间从最初的10min/d开始,随后每天增加10min,一周内正好增至60 min/d,保持运动量,持续8周。

1.2.1 取材

最后一次运动后禁食12h,5%水合氯醛(8ml/ kg)腹腔注射麻醉,于腹主动脉弓下约1cm外取5mm主动脉甲醛固定,其余液氮中保存待测。

1.2.2 血浆CO测定

CO双波长定量测定法[7]。眼眶采血2ml,立即离心分离血浆(3 000r/min,离心5min),-70°C保存, 30d内测定。采用双波长分光光度法检测,在波长558nm、566nm处分别测吸光度,根据比尔定律求出碳氧血红蛋白(wcoHb)的量。

1.2.3 血浆cGMP的测定

取0.1ml EDTA抗凝的血浆,进行环磷酸茑苷(cGMP)的测定。cGMP试剂盒由上海史瑞可生物科技有限公司提供,所有操作严格按试剂盒说明进行。

1.2.4 主动脉组织形态学变化切片

取胸主动脉上段5mm放入3%戊二醛固定液中前固定、用磷酸盐缓冲液漂洗、加1%锇酸后分别进行组织固定、脱水、浸透、包埋、切片、电子染色后显微镜观察形态学变化。

1.2.5 血脂检测

采用美国雷杜RT-1904C半自动生化分析仪分别对大鼠血桨TC、TG、LDL、HDL、VLDL进行测试,试剂购于中生北控生物科技有限公司,严格按试剂盒说明书操作。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0对录入的数据进行统计分析。采用均数和标准差对各变量进行描述,采用配对样本t检验,比较各组前后组内数据的差异性;采用单因素方差分析比较组间处理后数据的差异性,采用Bivariate Partial进行Pearson相关分析,统计学意义水平的为P＜0.05。

2 研究结果

2.1 主动脉切片组织形态学变化

显微镜下观察,ASG组大鼠主动脉切片部分可见内皮脱落,皮内中膜平滑肌细胞明显增生,出现排列不规则,有斑块样结构。部分中膜组织呈现明显钙化状态,而且钙化区出现泡沫样细胞。有些组织出现血管壁完全钙化或斑块内变性、坏死;EG组大鼠可见部分内膜细胞增生、脱落,中膜平滑肌细胞排列比ASG组平整,规律,并有光泽。平滑肌细胞增生、钙化范围及程度明显少于ASG组。

2.2 血脂变化

ASG组大鼠的TC、LDL明显高于对照组(P＜0.05),但TG、HDL、VLDL与CG组无显著差异(P＞0.05);EG组大鼠TC、TG、LDL、VLDL显著性低于ASG组(P＜0.05),而HDL较ASG组明显升高(P＜0.05),见表1。

2.3 血浆CO和cGMP的变化

ASG组血浆CO含量显著高于CG组(P＜0.05), EG组血浆CO含量则显著低于ASG组(P＜0.05); ASG组血浆cGMP含量显著高于CG组(P＜0.05), EG组血浆cGMP含量显著低于ASG组(P＜0.05)。血浆CO的变化与cGMP的变化成正相关(相关系数r =0.84),见表2。

表1 血脂指标的变化情况(mmol/L)

表2 血浆CO和cGMP的变化

3 分析讨论

内源性CO是血红素在血红素氧合酶(HO)作用下分解而产生的小分子气体[8]。其主要作用是舒张血管,由血管壁释放的CO可抑制平滑肌细胞增殖和血小板凝集,并调节血流量,而HO已被大量研究证实几乎分布于机体内所有组织和器官[9]。

AS产生与发展过程中,内源性CO会产生相应的变化。有学者认为:AS产生与发展过程中血管HO-1表达会降低,从而导致CO减少[10],但大多数的研究表明:AS病变过程中,血管HO-1表达会增加,后者导致了CO增加[11-13]。遗憾的是,AS发生发展中,血浆CO如何变化的研究甚少。

主动脉弓组织切片显示,本研究成功建立动脉粥样硬化模型,检测实验各组与控制组CO和cGMP的含量,结果显示:AS发生发展过程中,大鼠血浆CO含量明显升高。原因在于,AS发展中容易造成血管内壁病理性增厚,使管腔变得狭小,迫使血流减慢,供血减少,从而造成机体缺氧,并会导致肾、肺、肝等器官的CO产生增加[14]。研究发现,在慢性阻塞性肺疾病患者缺氧时,血浆CO含量会升高,从而造成肺组织和肺动脉HO-1 mRNA的表达增多[15]。由此可见,机体血管变狭引起血流量减少时,会引起机体许多器官、组织产生更多的CO,使血浆中CO含量升高,这些可能是AS发生发展中血浆CO含量增加的原因。

本实验表明,EG组大鼠通过8周的有氧运动后,体内血浆CO含量比ASG组显著降低。有研究认为, AS发生发展中,血浆的血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)和降钙素基因相关肽(CGRP)均升高,而有氧运动可使CGRP升高,而使AngⅡ降低[16]。有氧运动还可以调节中枢神经系统的兴奋和抑制的平衡,特别能改善植物神经系统的功能,表现为抑制性作用加强[17]。除了对大脑皮质功能、呼吸及泌尿系统有调节功能外,更有利于对心血管系统的调节和改善,加强血管的舒张和收缩功能,从而加强血管的弹性和韧性[18]。本研究发现有氧运动能使AS大鼠的血浆CO含量降低,可能是机体对运动的一种适应性反应,通过改善中枢神经系统的调节功能使体内缩血管物质(AngⅡ等)和舒血管物质(CGRP、NO等)保持一定平衡,加强血管的弹性和韧性,共同维持血管的舒缩功能。

cGMP存在于人与动物各组织中,具有激活血管平滑肌细胞膜上钙激活钾通道(KCa通道)的作用,从而引起血管平滑肌细胞的舒张[19]。内源性CO舒张血管的机制之一是CO与sGC结合,将其激活,从而使GTP生成有生理活性的cGMP,cGMP依赖一系列的生理活动,如蛋白激酶A、G的活化,调节离子通道促进钾外流、钙内流、磷酸二酯酶的激活等,从而抑制血管平滑肌增殖,调控血小板的聚集,舒张血管[20]。本研究发现:大鼠AS的发生发展过程中,血浆CO含量在增多的同时,也伴随cGMP的含量的增加,施加有氧运动干预后,CO与cGMP含量降低,两者表现出高度相关性(r=0.84),与许多专家的实验研究结果和分析相同[21,22]。说明,AS发生发展中,有氧运动对AS的预防和改善作用中,CO-cGMP相结合途径是CO发挥效应的机制之一。

血脂异常会也会显著增加动脉粥样硬化的风险,诸多研究发现[23,24]血清HDL水平与之呈负相关,本文的研究发现运动干预组血清HDL显著低于对照组,再次证明运动能够改善血脂异常,也间接证明了有氧运动可能会通过降低血脂从而减小了动脉粥样硬化的风险。

4 小结

在高脂肪膳食致动脉粥样硬化发生发展中,由于血管壁的变化使血流量减少,血浆中CO和cGMP含量升高。有氧运动通过中枢神经系统调节血管的收缩和舒张,可降低血浆中升高的CO和cGMP含量。CO -cGMP结合途径可能是CO发挥效应的机制之一。

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Effects of Aerobic Exercise on Rats'Plasma in the Process of Atherosclerosis

WANG Xiaoyan
(Nanjing Audit University,Nanjing Jiangsu,211815)

Objective:the paper is to explore the effects of Aerobic-exercise(swimming)on CO(Carbon Monoxide)and cGMP(Cyclic Guanosine Monophosphate)of the rat's plasma during the development of atherosclerosis(AS) and to investigate the changes and correlations of CO and cGMP for looking for the possiblemechanisms that COworks so as to provide a theoretical basis for Aerobic-exercise Preventing atherosclerosis development.Methods:30 Sprague-Dawley healthymale rats are randomly divided into 3×10 groups for 8 weeks of experiment,the control group(CG), the atherosclerosis group(ASG)with high-fat diet and the Aerobic-exercise group(AEG)in which the rats swim 60min every day with high-fat diet.The contents of CO and cGMP of the plasma aremeasured after and before experiment.Results:The contents of CO and cGMP of the ASG are significantly increased(P＜0.05.The contents of CO and cGMP of the AEG are significantly lower than those in the ASG(P＜0.05.The changes of CO in the plasma are positively correlated with the changes of cGMP(r=0.84).Conclusion:the contents of CO and cGMP in plasma increase during the development of atherosclerosis.Aerobic-exercisemay reduce the contents of CO and cGMP in plasma.CO -cGMP pattern may be one of themechanisms that CO works.

atherosclerosis;aerobic exercise;CO;cGMP

G804

:A

:1001-9154(2014)12-0091-04

G804

:A

:1001-9154(2014)12-0091-04

王小艳(1977-),女,江苏赣榆人,讲师,硕士,研究方向:体育教育与科研。

2014-10-12