有氧運(yùn)動對心肌缺血作用及機(jī)制研究.pdf

1、研究背景：
　　心肌缺血是一組由各種原因?qū)е鹿跔顒用}血流量減少的疾病，發(fā)病率和致死率均較高，常見于冠狀動脈粥樣硬化性心臟病。雖然臨床應(yīng)用抗心絞痛藥物和冠脈介入、搭橋等技術(shù)的推廣大大提高了冠心病患者的生存率，但是心肌缺血的發(fā)生率仍然居高不下。心臟康復(fù)近年來日益被社會關(guān)注，逐漸成為臨床及科研的研究熱點(diǎn)。運(yùn)動訓(xùn)練在心臟康復(fù)中占有重要地位。研究表明，運(yùn)動訓(xùn)練可以通過提高急性心肌損傷早期線粒體生物合成的適應(yīng)性變化改善能量代謝來發(fā)揮心臟的保護(hù)

2、作用。運(yùn)動訓(xùn)練還能改善心肌梗死后的左心室重構(gòu)穩(wěn)定患者的病情。但大強(qiáng)度運(yùn)動易致心肌缺血發(fā)作，有潛在的心血管臨床風(fēng)險(xiǎn)。有氧運(yùn)動是一種較低強(qiáng)度的運(yùn)動方式，可增強(qiáng)健康人的心肺功能，提高運(yùn)動耐力。研究表明，有氧運(yùn)動能提高心肌梗死患者的心功能、改善冠脈灌注及運(yùn)動耐力，并且早期適當(dāng)運(yùn)動訓(xùn)練可有效提升心肌梗死患者心功能，其分子機(jī)制目前尚不完全清楚。已有研究發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動可以改善心肌組織結(jié)構(gòu)、影響血小板活化、調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮功能、促進(jìn)血管新生等作用。有研究表明

3、運(yùn)動和缺血促進(jìn)了冠脈側(cè)支循環(huán)形成，伴有血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的顯著增加。人類出生后有兩種形式的血管生長：血管生成（angiogenesis）和動脈生成（arteriogenesis）。血管生成是指毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)的形成。動脈生成是指預(yù)先存在的固有側(cè)支動脈隨著血管血流量及剪切力的增加，引起血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，引起血管重塑，逐步形成大的有功能的側(cè)支傳導(dǎo)動脈的過程，所形成的

4、動脈能夠有效地恢復(fù)因血管阻塞所致的缺血區(qū)的血液供應(yīng)，可以代償因堵塞而失去功能的傳導(dǎo)動脈血管。有氧運(yùn)動對缺血心肌血管舒縮方面作用改善血運(yùn)方面的作用機(jī)制研究尚未見報(bào)道。降鈣素基因相關(guān)肽（Calcitonin gene-related peptide，CGRP）是一種由37個氨基酸組成的神經(jīng)多肽，在神經(jīng)系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)中廣泛分布，具有很強(qiáng)的擴(kuò)血管活性，能擴(kuò)張冠脈血管具有心臟保護(hù)作用。背根神經(jīng)節(jié)是CGRP主要的合成部位，在背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)含有大量的

5、神經(jīng)元胞體，其周圍神經(jīng)分布在心血管組織中。人類和鼠的CGRP有兩種分子異構(gòu)體：α-和β-CGRP，二者分子結(jié)構(gòu)相似，具有相似的生物活性。除了強(qiáng)大的擴(kuò)血管活性外，CGRP還具有保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞、促進(jìn)血管新生活性，即促進(jìn)血管生成。有研究發(fā)現(xiàn)，等長收縮運(yùn)動后骨骼肌中CGRP有顯著增加。還有研究發(fā)現(xiàn)低氧條件下血漿CGRP降低，而運(yùn)動可使血漿中CGRP升高，提示運(yùn)動有可能通過CGRP途徑保護(hù)缺血心肌減輕損傷。研究還發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性CGRP因其強(qiáng)大的擴(kuò)血管活

6、性和促血管生成活性促進(jìn)了血管再形成，可以改善小鼠缺血后肢血供，其具體機(jī)制之一可能是CGRP與其受體結(jié)合激活了cAMP信號通路，增強(qiáng)了VEGF表達(dá)。本實(shí)驗(yàn)通過采用腹腔注射鹽酸異丙腎上腺素制作大鼠心肌缺血模型，在4周長期游泳有氧運(yùn)動后，觀察心肌、血液中CGRP、背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)CGRP mRNA（α-CGRP和β-CGRP）表達(dá)情況、缺血心肌側(cè)支血管形成情況以及心功能情況，觀察有氧運(yùn)動在改善心肌缺血方面作用以及降鈣素基因相關(guān)肽在此過程中的變化，

7、進(jìn)一步明確有氧運(yùn)動在改善心肌缺血方面應(yīng)用價(jià)值，并探討機(jī)制，為臨床冠心病患者運(yùn)動康復(fù)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　目的：
　　利用大鼠心肌缺血模型，明確有氧運(yùn)動對心肌缺血的作用及初步探討其可能的分子機(jī)制：（1）觀察有氧運(yùn)動對心肌缺血的保護(hù)作用；（2）觀察心肌缺血有氧運(yùn)動后CGRP的變化；（3）探討CGRP在有氧運(yùn)動改善心肌缺血中的作用機(jī)制。
　　方法：
　　健康雄性 Wistar大鼠180-220 g約21只，隨機(jī)分為對照組

8、（Control）、心肌缺血組（MI）、心肌缺血有氧運(yùn)動組（MI+AE）3組，每組7只。心肌缺血組和心肌缺血有氧運(yùn)動組采取腹腔一次性注射2 mg/kg鹽酸異丙腎上腺素注射液（Iso）制作心肌缺血模型。在注射24小時(shí)后2組大鼠于麻醉下四肢針刺電極連接于心電圖機(jī)做II導(dǎo)聯(lián)心電圖，篩選出心肌缺血大鼠。對照組腹腔注射等量生理鹽水。對照組與心肌缺血組不進(jìn)行有氧運(yùn)動，常規(guī)安靜籠內(nèi)飼養(yǎng)4周。心肌缺血有氧運(yùn)動組采用游泳有氧運(yùn)動訓(xùn)練4周，每周5天，每天4

9、0分鐘，其中第一周每天游泳時(shí)間從10分鐘開始逐漸延長至40分鐘，之后3周每天游泳40分鐘。實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)時(shí)，所有動物麻醉下完成心臟超聲檢測心功能：測量左心室收縮期末內(nèi)徑（left ventricular internal end-systolic diameter，LVIDs）、左心室舒張末期內(nèi)徑（left ventricular internal end-diastolic diameter，LVIDd）、射血分?jǐn)?shù)（ejection fra

10、ction，EF）、短軸縮短率（fractional shortening，F(xiàn)S）等指標(biāo)，所有檢測指標(biāo)均取5個心動周期的平均值。之后動物處死取材，標(biāo)本包括血清、缺血心肌和背根神經(jīng)節(jié)。三組標(biāo)本進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室檢測并將觀測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：酶聯(lián)免疫吸附測定法（ELISA）檢測外周血、缺血心肌CGRP蛋白含量，逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（RT-PCR）法檢測背根神經(jīng)節(jié)中CGRP mRNA（α-CGRP和β-CGRP）表達(dá)，心肌HE染色鏡下觀察心肌缺血損

11、傷情況，CD34因子免疫組化法標(biāo)記血管內(nèi)皮細(xì)胞鏡下檢測缺血心肌毛細(xì)血管密度。
　　結(jié)果：
　　1.注射鹽酸異丙腎上腺素的大鼠均成功復(fù)制出心肌缺血模型。在4周游泳有氧運(yùn)動訓(xùn)練后，MI+AE組體重（447.1±53.5 g）較MI組體重（420.0±43.2 g）有增加趨勢（P=0.24），兩組與Control組（451.43±24.103）比較，差異均未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.85，P=0.18）。
　　2.實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)時(shí)，

12、背根神經(jīng)節(jié)MI組α-CGRP mRNA（0.358±0.031）、β-CGRP mRNA（0.345±0.022）和 MI+AE組α-CGRP mRNA（0.504±0.038）、β-CGRP mRNA（0.41±0.019）表達(dá)水平均顯著低于Control組（0.573±0.038，0.46±0.03，P＜0.01）；MI+AE組α-CGRP mRNA、β-CGRP mRNA表達(dá)水平均顯著高于MI組（P＜0.01）。
　　3.外

13、周血清CGRP蛋白表達(dá)水平在MI+AE組（14.488±2.951 ng/ml，P＜0.01）、MI組（10.319±3.414 ng/ml，P＜0.01）均顯著低于Control組（20.509±3.463 ng/ml）；且MI+AE組顯著高于MI組（P＜0.05）。
　　心肌CGRP蛋白表達(dá)水平在MI+AE組（189.46±61.81 pg/ml，P＜0.01）、MI組（99.87±32.3 pg/ml，P＜0.05）顯著低于

14、Control組（255.04±66.83 pg/ml）；且MI+AE組顯著高于MI組（P＜0.01）。
　　4.實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)時(shí)，左心室心肌毛細(xì)血管（CD34因子染色陽性）密度MI+AE組（71.7±11.7 capillaries/mm2）顯著高于MI組（50.1±5.7 capillaries/mm2，P＜0.01）。MI組和MI+AE組心肌毛細(xì)血管密度顯著低于Control組（139±19.6 capillaries/mm2，P

15、＜0.01）。
　　5.左心室心肌HE染色后400倍高倍鏡下觀察，鹽酸異丙腎上腺素注射后MI組心肌細(xì)胞損傷壞死改變較明顯，而4周游泳有氧運(yùn)動后MI＋AE組心肌細(xì)胞損傷改變較輕。
　　6.實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)時(shí)各組超聲心動圖檢測結(jié)果顯示：
　?。?） MI組左室收縮期內(nèi)徑 LVIDs（6.18±1.2）、左室舒張期內(nèi)徑 LVIDd（7.72±1.17）較Control組（3.55±0.86，4.85±1.31）均顯著增加（P＜0.0

16、1）；
　?。?）MI組左室射血分?jǐn)?shù)LVEF（48.29±6.09）、短軸縮短率FS（20.93±3.15）較Control組（71.39±6.46，34.23±3.97）均明顯減?。≒＜0.01）；
　?。?）MI+AE組左室收縮期內(nèi)徑LVIDs（4.6±0.47）、左室舒張期內(nèi)徑LVIDd（6.21±0.72）較Control組均顯著增加（P＜0.05）；
　　（4）MI+AE組左室射血分?jǐn)?shù)LVEF（64.19±3

17、.83）、短軸縮短率FS（30.11±2.16）較Control組均明顯減?。≒＜0.05）；
　?。?）MI+AE組的EF、FS較MI組均顯著增加（P＜0.01），MI+AE組的LVIDs（P＜0.01）及 LVIDd（P＜0.05）較MI組顯著降低。
　　7.三組CGRP蛋白與心肌毛細(xì)血管密度及EF相關(guān)分析：Control組、MI組、MI+AE組三組心肌CGRP蛋白含量與心肌毛細(xì)血管密度呈顯著正相關(guān)（r=0.904，P＜

18、0.01；r=0.839，P＜0.05；r=0.855，P＜0.05）。
　　Control組、MI組、MI+AE組三組心肌CGRP蛋白含量與左心室射血分?jǐn)?shù)EF成顯著正相關(guān)（r=0.929，P＜0.01；r=0.923，P＜0.01；r=0.931，P＜0.01）。
　　上述結(jié)果表明，大鼠腹腔注射鹽酸異丙腎上腺素后導(dǎo)致心肌缺血，外周血及心肌CGRP蛋白及背根神經(jīng)節(jié)CGRP mRNA（α-CGRP mRNA和β-CGRP mR

19、NA）均顯著降低，心肌毛細(xì)血管密度及心功能也顯著降低。4周游泳有氧運(yùn)動可使CGRP蛋白及其mRNA水平顯著提高、毛細(xì)血管密度和心功能均顯著提高。CGRP的合成和分泌增加與心肌毛細(xì)血管密度增加、心功能改善具有顯著相關(guān)性。
　　結(jié)論：
　　本實(shí)驗(yàn)在鹽酸異丙腎上腺素誘導(dǎo)的大鼠心肌缺血模型上，4周游泳有氧運(yùn)動可以改善心肌缺血，提高心功能，其機(jī)制可能通過CGRP介導(dǎo)的擴(kuò)血管作用和血管生成途徑，促進(jìn)心肌側(cè)支循環(huán)形成，保護(hù)了缺血心肌。CG