心肌梗死前、后及前后联合运动对大鼠心肌梗死后晚期左心室重构及血流动力学的影响

唐湘宇，洪华山，林晓红，谭华清

运动疗法是心脏康复中最重要的部分，心肌梗死前运动训练有益于大鼠改善心肌梗死后的左心室重构，而心肌梗死后的运动训练对大鼠的左心室容积、形态及其预后的研究有矛盾的结果。Libonati 等[1]报道大鼠心肌梗死后进行运动训练可增加左心室的顺应性，改善左心室舒张功能。也有报道心肌梗死后运动训练可加剧心肌梗死的扩大，从而恶化左心室重构[2]。目前，在国内外较为少见大鼠心肌梗死前后联合运动训练对左心室重构和血流动力学变化的文献报道。因此，本研究观察了心肌梗死前、后及心肌梗死前后联合运动对心肌梗死后晚期大鼠左心室重构及血流动力学变化的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物

选取清洁级健康雄性SD 大鼠96 只，体重241～278 g，由上海斯莱克实验动物中心提供（许可证号：SCXK 沪2007-2005）。置于清洁、恒温环境中，采用人工照明，每天白天与夜间各12 h。分笼饲养，予标准饲料，自由取食及取水。

1.2 分组及运动程序

96 只大鼠按数字表法随机分为6组，每组16只，假手术不运动组（Sed-Sh组）：假手术前后均不运动；假手术前运动组（PreE-Sh组）：假手术前运动5 w，5 d/w，运动强度为21 m/min，60 min/d，假手术后不再进行运动训练；心肌梗死不运动组（Sed-MI组）：心肌梗死前后均不运动；心肌梗死前运动组（PreE-MI组）：心肌梗死前运动训练5 w，5 d/w，运动强度为21 m/min，60 min/d，心肌梗死后不再进行运动训练；心肌梗死后运动组（PostE-MI组）：心肌梗死前不进行运动训练，心肌梗死4 w 后开始运动8 w，5 d/w，运动强度为21 m/min，60 min/d；心肌梗死前后联合运动组（ComE-MI组）：心肌梗死前运动5 w，5 d/w，运动强度为21 m/min，60 min/d，心肌梗死4 w 后开始运动8 w，5 d/w，运动强度为21 m/min，60 min/d。

运动方式及强度参照文献[3]，正式运动实验以前，运动训练大鼠先在跑台上适应性训练，跑台后部有温和的电刺激以促使大鼠向前跑动。然后，运动训练大鼠接受正式跑步训练，运动强度为21 m/w，60 min/d，5 d/w，共训练5 w。而不运动组大鼠整个实验过程中不进行运动训练。在第5 w 时，最后一次训练24 h 后，所有的大鼠接受急性心肌梗死手术或假手术。在休息康复4 w 后，PostE-MI组和ComE-MI组进行5 d 适应训练后，跑步速度和时间逐渐增加，直到熟练跑60 min/d。然后共运动8 w，5 d/w，运动强度为21 m/min，60 min/d。

1.3 大鼠急性心肌梗死模型的手术操作

参照文献[3]，采用10%水合氯醛（3 ml/kg）腹腔麻醉大鼠后，将其固定于手术台上，常规消毒、铺巾，行气管插管并连接江西特力麻醉呼吸设备公司产TKR-200C 型小动物呼吸机辅助呼吸，开胸后暴露心脏。用8-0 号丝线结扎冠状动脉左前降支，保证心肌梗死范围尽量一致，术中选取的结扎位点应相对固定。结扎后心电图ST 段显著抬高，灌注区域心肌呈现为紫红色，室壁运动减弱，则提示建模成功，证实结扎成功后逐层关胸。假手术大鼠过程同上，但只穿线，不结扎。大鼠恢复自主呼吸后，拔除气管插管。术后予抗感染药物治疗3 d。

1.4 血流动力学指标检测

至实验终点时，存活大鼠称重后用10%水合氯醛（3 ml/kg）腹腔注射麻醉大鼠后固定于手术台上，常规手术区消毒、铺巾，行气管插管并连接小动物呼吸机辅助呼吸。颈部腹侧偏右纵向切开皮肤，在胸锁乳突肌内侧分离右颈总动脉1.5 cm，经右颈总动脉插入1%肝素化的心导管，由压力传感器连于多功能生理记录仪（BL-420E，成都泰盟仪器厂），缓慢推进同时观测动脉压，记录血压曲线。再继续插入，使其通过主动脉瓣进入左心室。测量每只大鼠的心率、左心室收缩压（LVSP）、左心室舒张末压（LVEDP）及左心室内压最大上升速率（LV+dp/dtmax）、左心室内压最大下降速率（LV-dp/dtmax）。连续测取3 次数据，每次间隔3 min，取平均值作为测定结果。

1.5 大鼠组织标本采集、保存及检测

大鼠处死前当天称体重，下腔静脉取血后，注射10%氯化钾2～3 ml 处死存活大鼠，使心脏处于舒张期，之后迅速开胸摘除心脏。先剪去周围大血管,用冰生理盐水清洗心脏残血，吸干血液，剪去心房和右心室游离壁，用电子天平称取心脏重量、右心室重量、左心室重量。计算心脏重量/体重值，得到心脏的相对重量；以了解整个心脏、左右心室肥厚情况及程度[4]。

所有心脏从心尖部起，垂直左心室长轴连续将心脏切为均匀4 块，分别行常规石蜡包埋、液氮保存。将结扎线以下沿心尖到心底垂直方向横切，取2 部分用10%中性福尔马林固定、包埋，制作厚为4 μm 的连续切片，用于组织学检测。

取出双肺，剪除大气管及周围组织，用电子天平称取湿重后，置入80℃烤箱烘烤，连续烘烤72 h后，取出称干重，并计算肺湿/干重量值[4]。

1.6 染色观察左心室形态和心肌梗死范围

取乳头肌段心室肌，10%中性福尔马林固定。常规石蜡包埋，石蜡包埋标本按4 μm 厚度系列切片，每个标本均匀沿左心室长轴不同切面切4 张，每个切面分别测量记数。切片行苏木素伊红（HE）染色、Masson 染色观察左心室形态、室间隔厚度、左心室游离壁厚度、心肌梗死范围、疤痕厚度[5]，Image-Pro 计算机成像系统测定。

经典的胶原纤维染色方法，具体步骤是：（1）石蜡切片，常规脱蜡至水；（2）Masson 复合染色液染色5 min；（3）0.25%醋酸水溶液稍洗；（4）5%磷钨酸染色5～10 min；（5）0.25%醋酸水溶液浸洗2 次；（6）苯胺蓝染色液染色5 min；（7）0.25%醋酸水洗2 次；（8）无水乙醇脱水，二甲苯透明，中性树胶封固。

结果判定：胶原纤维呈蓝色，心肌细胞呈红色。心肌梗死范围的测定参照文献[3-4]，用数码相机将整个心室截面拍下。用计算机辅助图像分析系统分别测量梗死疤痕的内膜面、外膜面弧长及左心室的内膜面、外膜面弧长，疤痕长度为疤痕的内膜面、外膜面弧长之和，每个切面心肌梗死范围=疤痕长度/左心室周径（左心室的内膜面、外膜面弧长之和）×100%。左心室的梗死范围则为4 个切面梗死范围的均值。图像分析系统分别测量每张切片的室间隔厚度、左心室游离壁厚度、心肌梗死疤痕厚度。分别计算得到心肌梗死疤痕厚度（%）=疤痕厚度/室间隔厚度×100%。前壁厚度（%）=左心室游离壁厚度/室间隔厚度×100%，最后取4 张切片的平均值。

1.7 统计学分析方法

采用SPSS12.0 统计软件进行分析。结果以均数±标准差表示，应用ANOVA 检验多个样本均数间差异性，当组间存在显著性差异时用post hoc t 检验。两组比较选用LSDt检验分析，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 存活大鼠体重和心脏重量

大鼠死亡多集中在术后7 d 内，尸检发现双肺淤血、胸腔血性积液，大鼠可能死于心肌梗死后心力衰竭、心原性猝死，运动训练期间未发生大鼠死亡现象。

如表1 所示，存活大鼠Sed-Sh组和PreE-Sh组之间体重差异无统计学意义（P＞0.05）。与Sed-MI组比，PreE-MI组大鼠体重更低，但差异无统计学意义（P＞0.05）。然而，与Sed-MI组比，PostE-MI组和ComE-MI组大鼠体重显著下降（P＜0.05）。与Sed-Sh组比，PreE-Sh组大鼠的左心室重量和右心室重量增加不显著（P＞0.05），心脏重量/体重值增加也不显著（P＞0.05）。Sed-MI组和PreE-Sh组大鼠的左心室重量、右心室重量和心脏重量/体重值是类似的。与Sed-MI组大鼠比，PostE-MI组大鼠的左心室重量和右心室重量轻微增加（P＞0.05）,但是心脏重量/体重值显著增加（P＜0.05），而ComE-MI组大鼠的左心室重量、右心室重量和心脏重量/体重值均显著增加（P均＜0.05）。与Sed-Sh组比，Sed-MI组大鼠的肺湿/干重量值明显增加（P＜0.05）；与Sed-MI组比，PostE-MI组和ComE-MI组均减轻了肺湿/干重量值（P均＜0.05）；与PreE-MI组比，ComE-MI组减轻了肺湿/干重量值（P＜0.05）。

2.2 心率及血流动力学

如图1 所示，PreE-Sh组大鼠的静息心率在停止训练后4 w 后显著低于Sed-Sh组（P＜0.05），在停止训练后8 w 后静息心率与Sed-Sh组大鼠的差别消失。PreE-MI组大鼠的静息心率在心肌梗死后4 d、2 w 时显著低于Sed-Sh组（P＜0.05），在停止训练后4 w 后静息心率与Sed-Sh组大鼠的差别消失。此外，与Sed-MI组大鼠比，PostE-MI组和ComE-MI组在心肌梗死后8 w、12 w 时造成了更低的静息心率（P均＜0.05）；而且，与PostE-MI组比，ComE-MI组大鼠进一步减少了静息心率（P均＜0.05）。

表1 各实验组大鼠体重、心脏重量、肺湿/干重量值情况比较（）

表1 各实验组大鼠体重、心脏重量、肺湿/干重量值情况比较（）

注：Sed-Sh组：假手术不运动组；PreE-Sh组：假手术前运动组；Sed-MI组：心肌梗死不运动组；PreE-MI组：心肌梗死前运动组；PostE-MI组：心肌梗死后运动组；ComE-MI组：心肌梗死前后联合运动组。与Sed-Sh组比*P＜0.01；与Sed-MI组比△P＜0.05；与PreE-MI组比▲P＜0.05

图1 各组大鼠心肌梗死后不同时期的静息心率比较（）

如图2 所示，与Sed-Sh组比，PreE-Sh组大鼠LVSP、LV+dp/dtmax 和 LV-dp/dtmax 均没有显著改善（P均＞0.05）；Sed-MI组大鼠的LVSP、LV+dp/dtmax和 LV-dp/dtmax 分别减少34.3%、19.1%、20.7%（P均＜0.01），LVEDP 显著增加（P＜0.01）。与Sed-MI组比，PreE-MI组大鼠的心功能没有显著的改善（P均＞0.05）。然而，与Sed-MI组比，PostE-MI组和ComE-MI组大鼠心肌梗死诱导的心功能紊乱显著改善（P均＜0.05）。PostE-MI组大鼠LVSP、LV+dp/dtmax和LV-dp/dtmax 分别增加11.9%、6.4%、5.8%（P均＜0.05）。与PreE-MI组比，ComE-MI组大鼠进一步改善了心肌梗死诱导的心功能紊乱，ComE-MI组大鼠的LVSP、LV+dp/dtmax 和 LV-dp/dtmax 分别增加11.1%、7.1%、6.9%（P均＜0.05）。但 是，与PostE-MI组比，ComE-MI组大鼠只有LVSP 和LV+dp/dtmax 指标的改善达到了统计学意义（P均＜0.05）。PreE-MI组和PostE-MI组之间，血流动力学参数差异均无统计学意义（P均＞0.05）。

图2 各组大鼠血流动力学指标LVSP（2A）、LVEDP（2B）、LV+dp/dtmax（2C）、LV-dp/dtmax（2D） 测定结果比较（）

2.3 各组大鼠心肌梗死范围和左心室游离壁厚度或疤痕厚度比较

Masson 染色结果显示各组大鼠心肌梗死后左心室形态改变，具体见图3。

图3 各组大鼠左心室横切面Masson 染色图

如图4显示，Sed-Sh组 和PreE-Sh组没有心肌梗死的迹象，Sed-MI组大鼠的心肌梗死范围是（44.2±2.1）%。与Sed-MI组比，PostE-MI组大鼠的心肌梗死范围没有显著减少（P＞0.05）；然而，PreE-MI组和ComE-MI组大鼠的心肌梗死范围分别显著减少到（36.6±2.6）% 和（35.2±1.9）%（P均＜0.05），PreE-MI组和ComE-MI组大鼠的心肌梗死范围差异无统计学意义（P＞ 0.05）。Sed-Sh组和PreE-Sh组大鼠的左心室游离壁厚度差异无统计学意义（P＞0.05）。与Sed-MI组比，PostE-M组大鼠的疤痕厚度增加，但差异无统计学意义（P＞0.05）。与Sed-MI组比，PreE-MI组和ComE-MI组大鼠的疤痕厚度分别显著增加到30.1%和31.1%。然而，PostE-MI组和ComE-MI组大鼠的疤痕厚度差异无统计学意义（P＞0.05）。

图4 各组大鼠心肌梗死范围（4A） 和左心室游离壁厚度或疤痕厚度（4B） 比较（）

3 讨论

据统计,我国心血管病患病率持续上升，心血管病死亡率仍居首位[6]。因此，加强冠心病的预防和康复治疗显得十分迫切和必要。运动对心血管疾病有积极的预防和治疗作用,减少了冠状动脉事件的发病率和致死性心肌梗死的发生[7-8]，规律运动与冠心病的发病率和死亡率呈负相关[9]。康复运动日益成为病情稳定的冠心病患者常规治疗之一[10]，多方面的因素造成了运动维系心血管系统健康的有益效应。

心肌梗死后康复运动强度在40%～70%最大耗氧量为宜，Tang 等[3]探讨了不同强度运动训练对大鼠心肌梗死后左心室心肌梗死范围、疤痕厚度、左心室功能和微血管密度的影响，认为中强度训练较为合适。低强度运动可能对心血管系统没有足够的影响，而高强度运动反而增加心血管疾病患者的风险，本实验的运动方案参照以往方案设计为中强度训练，对心肌梗死后运动是适宜的。

已经明确肥胖是心血管疾病的重要危险因素，本实验中，与Sed-MI组比，PreE-MI组的大鼠体重低一些，但差异无统计学意义。而且，PostE-MI组和ComE-MI组大鼠的体重显著的低于不运动大鼠Sed-MI组，表明运动有益于控制体重，减少肥胖的发生。同时，体重的减轻也可能提示运动改善了心功能，减少了钠水潴留。

研究表明运动训练能有益地改变心脏自律性调节[11]，这种改变可能有益于预防致死性室性心律失常。在本实验中，与不运动大鼠Sed-MI组比，PostE-MI组和ComE-MI组跑步训练显著减少了静息心率。可能提示运动诱导大鼠产生了更高的副交感神经张力和更低的交感神经张力，加强了心脏的电稳定性，因此可能有利于改善心肌梗死后恶性心律失常的发生。在本实验中，我们也观察到PostE-MI组和ComE-MI组大鼠的心脏重量更大一些，这提示运动训练可能造成了心肌肥厚。另外，心肌梗死诱导的左心室心肌肥厚和重构可能也和心脏重量增加有关。

血流动力学中LVSP 和LV+dp/dtmax 反映左心室收缩功能，LVEDP 和LV-dp/dtmax 反映左心室舒张功能。研究报道，心肌梗死造成了显著的左心室功能紊乱[4,12-13]。我们也观察到Sed-MI组大鼠出现了显著的更低水平的LVSP、LV+dp/dtmax 和LV-dp/dtmax,表明其收缩舒张功能恶化。与Sed-Sh组比，Sed-MI组大鼠出现了显著的更高水平的肺湿/干重量值，提示左心室功能紊乱造成了肺淤血。与Sed-MI组比，PostE-MI组和ComE-MI组改善了LVSP、LVEDP、LV+dp/dtmax 和LV-dp/dtmax，减轻了肺湿/干重量值，表明运动改善了左心室收缩舒张功能，减轻了肺淤血，与我们前期研究相符[14]。

左心室血流动力学等心功能指标的恶化意味着心脏泵功能紊乱。而心肌梗死后左心室扩张、功能紊乱是左心室重构的标志[15]。本实验中，Sed-MI组大鼠出现了LV+dp/dtmax 和 LV-dp/dtmax 等心功能指标的恶化，这提示其已经形成了不良的左心室重构，Masson 染色形态观察也证实了这一点。相比Sed-MI组而言，PreE-MI组和ComE-MI组大鼠的心肌梗死范围显著减少，左心室游离壁厚度显著增加，表明心肌梗死前运动和联合运动有益于改善左心室重构。PostE-MI组大鼠心肌梗死后运动对左心室重构没有明显影响，但是却改善了血流动力学指标，减轻了左心室功能紊乱。

本实验证实，心肌梗死前运动训练减少了大鼠心肌梗死范围，增加了心脏疤痕厚度，但是对于心肌梗死后晚期血流动力学的改善没有显著影响。而心肌梗死后运动对心肌梗死范围无影响，但是改善了心肌梗死后大鼠的血流动力学。联合运动既减少了其心肌梗死范围，改善了左心室重构，又改善了心肌梗死后大鼠的血流动力学。王书鹏等[16]研究及本实验表明，坚持适当运动锻炼等健康生活方式，可能更有利于冠心病的预防和康复。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突