運動預處理對大負荷跑臺運動引起的大鼠心肌損傷干預作用及其機制探討

許思毛，上官若男，彭峰林，蘇全生

運動預處理對大負荷跑臺運動引起的大鼠心肌損傷干預作用及其機制探討

許思毛1，上官若男2，彭峰林1，蘇全生2

目的：明確大負荷運動引起的心肌損傷基本特征，探討運動預處理（EP）對其保護作用及作用機制。方法：成年雄性SD大鼠64只，隨機分為安靜對照組（AB組）、運動預處理對照組（AC組）、單純大負荷運動組（B組）、運動預處理＋大負荷運動組（C組）；根據(jù)大負荷運動后即刻、6h、24h3個時相，又分別隨機將B、C組依次分為B1、B2、B3與C1、C2、C3組。AC組與C組進行6周中等負荷跑臺運動；C組于末次中等負荷運動后48h與B組進行一次性大負荷跑臺運動。測定血清cTnI、CK-MB濃度；測定心肌SOD活性、MDA含量與Ca2＋濃度、ATP含量（高效液相色譜儀法測定）及心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性。結果：運動預處理可明顯減輕大負荷運動引起的大鼠血清cTnI、CK-MB濃度升高程度。運動預處理可明顯提高心肌SOD活性；明顯減輕大負荷運動后心肌SOD指標下降程度及MDA、Ca2＋指標的升高程度；明顯減輕大負荷運動后心肌ATP含量及心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性的下降程度。結論：EP對大負荷運動引起的心肌損傷具一定保護作用，這可能與EP提高的心肌SOD活性有關。

運動預處理；大負荷運動；心肌損傷；保護；鼠；動物實驗

1 前言

無論是人體實驗還是動物實驗，均發(fā)現(xiàn)長時間大強度運動可引起機體心肌損傷［21，28，29］，以往關于抗運動性心肌損傷方面的研究，主要是采用藥物干預來進行。但就現(xiàn)有文獻資料來看，用來干預運動性心肌損傷的藥物種類較多且相互之間缺乏系統(tǒng)性比較研究，此外，藥物對機體一些不可預測的效應也尚未明了，這些都給將藥物干預運用到運動實踐中帶來很大問題。大量運動訓練實踐及運動醫(yī)學研究表明，運動是一把“雙刃劍”，雖然過于劇烈的運動對機體結構與功能有害，但適宜的運動能使機體組織發(fā)生良性適應性變化。關于運動引起的心臟保護作用的認識始于流行病學研究，研究發(fā)現(xiàn)，運動能減少冠心病發(fā)生率和死亡率。1999年，Yamashita等［32］正式提出了運動預處理（Exercise Preconditioning，EP）概念。運動預處理（EP）是指運動鍛煉能增強心臟對缺血再灌注刺激的耐受性。動物在體心臟實驗發(fā)現(xiàn)，劇烈運動引起大鼠心電圖出現(xiàn)J點下移、T波、S波及R波幅值改變，ST-T弓背下壓等變化，心肌發(fā)生急性缺血［6］；通過電超速驅動模擬大運動負荷刺激離體心臟后，可直接觀察到心肌梗死的缺血性損傷表現(xiàn)［3］。目前，國內關于EP對運動性心肌損傷干預研究尚處于試探性階段。本研究通過反映心肌損傷的血液特異性敏感指標心肌肌鈣蛋白-I（Cardiac Troponin-I，cTnI）及心肌型肌酸激酶（Creatine Kinase Rsoenzyme，CK-MB）指標的檢測來反映大負荷運動引起的心肌損傷及觀察運動預處理（EP）對其的干預作用。病理生理學研究提出缺血再灌注損傷機制主要有自由基、鈣超載及能量代謝障礙等學說，運動醫(yī)學界在對大負荷運動引起的心肌損傷研究過程中也有類似發(fā)現(xiàn)。本研究同步檢測心肌超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）和反映心肌自由基水平的丙二醛（Malondialdehyde，MDA）指標、心肌內Ca2＋和三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）及心肌細胞膜鈉鉀泵（Na＋-K＋-ATPase）、鈣泵（Ca2＋-ATPase）指標，來探討EP對大負荷運動引起的心肌損傷干預作用的可能機制。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

成年雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠64只，體重227± 17g，由四川大學華西醫(yī)學院實驗動物中心提供。大鼠自購回后在標準嚙齒目動物飼養(yǎng)籠內分籠喂養(yǎng)，自由攝食飲水。保證通風條件良好，室溫控制在27℃～28℃，相對濕度40%～60%，自然光照。

2.2 研究方法

2.2.1 動物分組與運動方式

將64只大鼠適應性喂養(yǎng)1周后，隨機分為安靜對照組（AB組，n＝8）、運動預處理對照組（AC組，n＝8）、單純大負荷運動組（B組，n＝24）與運動預處理＋大負荷運動組（C組，n＝24）。B組與C組又根據(jù)大負荷運動后即刻、6h、24h3個時相，各隨機分為3組，分別依次記為單純大負荷運動后即刻組（B1組，n＝8）、單純大負荷運動后6h組（B2組，n＝8）、單純大負荷運動后24h組（B3組，n＝8）與運動預處理＋大負荷運動后即刻組（C1組，n＝8）、運動預處理＋大負荷運動后6h組（C2組，n＝8）、運動預處理＋大負荷運動后24h組（C3組，n＝8）。AB組不進行運動訓練；AC組與B組、C組進行跑臺運動（跑臺為天津產(chǎn)6跑道小動物跑臺），運動強度參考Bedford標準［15］制定。AC組運動方案：以坡度為＋5°、速度為15.2m／min的強度完成每天持續(xù)60min、為期6周（6天／周）的長期中等負荷跑臺運動。C組與B組運動方案：C組以坡度為＋5°、速度為15.2m／min的強度完成每天持續(xù)60min、為期6周（6天／周）的長期中等負荷跑臺運動，在末次運動48h后與B組一起，以坡度為＋10°、速度為20m／min的強度進行一次性大負荷跑臺運動，直至大鼠出現(xiàn)趴伏喘息，暫時對聲、電、機械刺激均無逃避反應，即終止運動。

2.2.2 測試樣品的制備

運動預處理對照組（AC組）在按中等運動負荷方案末次運動后48h時、B組與C組大負荷運動后的各時相小組B1、B2、B3與C1、C2、C3分別在相應時相，與安靜對照組（AB組）一道分別用2%戊巴比妥納腹腔麻醉，股動脈取血5ml后，立即處死取心臟（冰浴中進行）。所取血以3 000rpm離心10min，取血清，用于心肌肌鈣蛋白-I（cTnI）、肌酸激酶同工酶MB（CK-MB）指標的測定。取心室肌，用PBS液充分洗盡殘留血液，橫切為前、中、后3部分。其中前部分（約300mg）用于細胞膜的制備，中間部分（約150mg）用于SOD、MDA及Ca2＋指標測試樣本制備，后部分（約100mg）用于大鼠心肌ATP樣品的制備。

心肌SOD、MDA及Ca2＋指標測試樣本制備：將心室肌組織制成10%的組織勻漿，以4 000rpm離心30min，取上清液，用于Ca2＋、超氧化物歧化酶（SOD）活性及丙二醛（MDA）指標的測定。

心肌ATP測試樣品的制備：制備心肌ATP測試樣品時先對心肌組織稱重并做記錄，然后在沸水浴中剪碎并保持在沸水浴中煮20min，冷卻后勻漿，用緩沖液（50mmol／L甘氨酰甘氨酸，10mmol／l MgSO4，1mmol／L EDTA，pH7.6）定容至1ml，高速臺式離心機離心5min（4℃、4 000 rpm），取上清液，即為提取的心肌ATP樣本，冰箱中－70℃保存待測［9］。制備心肌ATP樣品所需甘氨酰甘氨酸、MgSO4、EDTA購自美國Sigma公司。

心肌細胞膜制備：按照南京建成生物有限公司的方法分級離心（10 000rpm，20min）制備。取心室前壁肌，去掉心內、外膜后稱重，加入9倍的試劑Ⅰ（蔗糖0.1M，EDTA 2 mM，咪唑1mM，pH7.4）用內切式勻漿機在冰浴中剪碎勻漿，制成10%勻漿濾液，兩層紗布過濾后，離心取沉淀加入到5ml試劑Ⅰ中，離心2次取沉淀加入到10ml試劑Ⅱ［尿素1.3M，咪唑12mM，EDTA 2mM，MgCl2·6H2O 0.1mM，（NH4）2SO47.6mM，pH 7.4］中混勻，0℃放置48h后，離心取沉淀加入到試劑Ⅲ（咪唑25mM，組氨基酸125mM，EDTA 13μM，pH6.8）中，離心2次取沉淀即心肌細胞膜懸于約10ml試劑Ⅳ（咪唑25mM，組氨基酸50 mM，EDTA 0.3μM，pH 6.8）中，置0℃中保存，48h內測ATP酶活性［7］。

2.2.3 血清指標與心肌SOD、MDA、Ca2＋及細胞膜指標檢測方法

血清cTnI濃度采用ELISA法測定，CK-MB濃度采用免疫抑制法測定。心肌SOD活性采用黃嘌呤氧化酶法測定，MDA含量采用TBA法測定，Ca2＋濃度采用偶氮胂Ⅲ法測定。心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性采用定磷法測定。cTnI試劑盒由美國LDI公司提供；CK-MB試劑盒由北京中生北控生物科技股份有限公式提供；SOD試劑盒及MDA試劑盒均由南京建成生物工程研究所提供；鈣（Ca）試劑盒由四川省邁克科技有限責任公司提供。

2.2.4 心肌ATP指標檢測方法

心肌ATP含量采用高效液相色譜儀法測定。取心肌ATP提取樣本100μl，加入濃度為1.6mol／L高氯酸（分析純）200μl，0℃靜置5min后，以20 000×g（0℃）離心10 min。取上清液200μl，加入濃度為1mol／L高氯酸100 μl，調節(jié)其pH值至6.5，20 000×g（0℃）離心10min，取上清液用于心肌ATP含量測試。測試儀器為美國Agilent1100高效液相色譜儀（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）。

高效液相色譜儀測試ATP含量的色譜條件：美國Agilent C18.Hypersil ODS色譜分析柱（5μm，250mm×4.0 mm），柱溫為20℃；流動相為97%的緩沖鹽溶液＋3%乙腈，緩沖鹽溶液的配置：取適量200mmol／L的溶液Ⅰ（NaH2PO4200mmol／L，四丁基氫氧化銨3mmol／L），用溶液Ⅱ（Na2HPO4200mmol／L，四丁基氫氧化銨3mmol／L）調至pH 6.0；流速1mL／min；紫外檢測波長為260nm；進樣體積為20μl。采用外標法定量［19］。將ATP標準品定量分析后獲得的回歸方程和相關系數(shù)：

對處理好的本研究中大鼠心肌ATP樣品溶液進行HPLC測定，記錄其ATP的峰面積，代入上述方程計算后，獲得各樣品液的ATP質量濃度。經(jīng)換算后，得到各組大鼠心肌組織中ATP的含量。ATP標準品的色譜圖如圖1所示，ATP的反應時間（RT）為12.722min。圖2為本研究中一只大鼠心肌ATP樣品色譜圖，ATP的反應時間（RT）為12.707min。

ATP標準品，四丁基氫氧化銨，磷酸二氫鈉，磷酸氫二鈉，氫氧化鈉，高氯酸（分析純），均購自美國Sigma公司。實驗所需超純水由美國Millipore超純水器制得。

圖1 本研究ATP標準品色譜圖（RT＝12.722min）Figure 1. Chromatogram of ATP Standard Sample

圖2 本研究大鼠心肌ATP樣品色譜圖（RT＝12.707min）Figure 2. Chromatogram of Myocardial ATP in Rat

2.2.5 統(tǒng)計學分析

3 研究結果

3.1 大鼠大負荷跑臺運動持續(xù)時間比較結果

如表1所示，單純大負荷運動組（B組）、運動預處理＋大負荷運動組（C組）大鼠以設定的運動強度完成一次性大負荷跑臺運動至最后不能再堅持運動時，兩組大鼠大負荷跑臺運動持續(xù)時間具顯著性差異，C組大鼠明顯長于B組。

表1 本研究大鼠大負荷運動持續(xù)時間比較一覽表（S）Table 1 List of Comparison of Heavy Load Training Time between Group B and C

表1 本研究大鼠大負荷運動持續(xù)時間比較一覽表（S）Table 1 List of Comparison of Heavy Load Training Time between Group B and C

注：與B組相比，■P＜0.05。

n 力竭運動持續(xù)時間（min）B組24 154±15 C組24 166±21■

3.2 各組大鼠血清心肌損傷指標CK-MB、cTnI濃度比較結果

與安靜對照組（AB組）相比，B組大鼠大負荷運動后即刻（B1）、6h（B2組）及24h（B3組）血清CK-MB、cTnI濃度均明顯升高，具非常顯著性差異；其中，B2組變化最為明顯，與其他2組有非常顯著性差異。雖然C組大鼠大負荷運動后3h相小組血清CK-MB、cTnI濃度也明顯升高，以運動后6h（C2組）最為明顯；但C組大鼠大負荷運動后各時相小組的升高幅度均不如B組大負荷運動后各時相小組，具顯著或非常顯著性差異（表2、圖3、圖4）。

表2 本研究各組大鼠血清指標比較一覽表（±S）Table 2 List of Comparison of Serumc Index in Each Group

表2 本研究各組大鼠血清指標比較一覽表（±S）Table 2 List of Comparison of Serumc Index in Each Group

注：與AB組相比，▲P＜0.05，▲▲P＜0.01；與AC組相比，▼P＜0.05，▼▼P＜0.01；與B2組相比，＃＃P＜0.01；與C2組相比，◆◆P＜0.01；與B1、B2、B3組同時相性相比，★P＜0.05，★★P＜0.01；下同。

圖3 本研究EP對大鼠大負荷運動后血清CK-MB濃度影響示意圖Figure 3. Effect of EP on Serumc CK-MB Index after Heavy Load Training in Rat

3.3 各組大鼠心肌SOD活性、MDA含量、Ca2＋濃度與ATP含量比較結果

圖4 本研究EP對大鼠大負荷運動后血清cTnI濃度影響示意圖Figure 4. Effect of EP on Serumc cTnI Indexafter Heavy Load Training in Rat

與安靜對照組（AB組）相比，運動預處理對照組（AC組）SOD活性明顯增高，具顯著性差異。B組與C組大鼠大負荷運動后各時相小組的心肌SOD活性均明顯降低、MDA含量均明顯升高，與運動前均具非常顯著性差異；其中，運動后6h時相組（B2組或C2組）比其他2個時相小組SOD活性更低、MDA含量更高，具非常顯著性差異。從大負荷運動后各時相小組的兩兩對應比較來看，運動預處理對大負荷運動引起的SOD活性下降、MDA含量升高具一定預防作用（表4、圖5、圖6）。

圖5 本研究EP對大鼠安靜及大負荷運動后心肌SOD活性影響示意圖Figure 5. Effect on Myocardial SOD Index of EP Quiet after Heavy Load Training in Rat

圖6 本研究EP對大鼠大負荷運動后心肌MDA含量影響示意圖Figure 6. Effect on EP Myocardial MDA Index after Heavy Load Training in Rat

B組與C組大鼠大負荷運動后心肌Ca2＋濃度明顯升高，運動后各時相小組與運動前相比，均具非常顯著性差異；其中，運動后6h時相組（B2組或C2組）比其他2個時相小組變化更為明顯，具非常顯著性差異；從大負荷運動后各時相小組的兩兩對應比較來看，運動預處理可明顯減輕大負荷運動后Ca2＋濃度的升高程度（表3、圖7）。B組與C組大鼠大負荷運動后即刻（B1組、C1組）心肌ATP含量明顯下降，與運動前相比具非常顯著性差異；運動后6h（B2組、C2組）、運動后24h（B3組、C3組）表現(xiàn)出逐漸恢復的勢態(tài)。從大負荷運動后各時相小組的兩兩對應比較來看，運動預處理對大負荷運動引起的ATP含量下降具一定預防作用（表3、圖8）。

3.4 各組大鼠心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性比較結果

B組與C組大鼠在大負荷運動后即刻（B1組、C1組）心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性明顯下降，與運動前相比具非常顯著性差異；在運動后6h（B2組或C2組）均進一步下降，與運動后即刻相比具非常顯著性差異；在運動后24h（B3組或C3組）有不同程度的恢復。從B組與C組運動后同時相小組的兩兩比較來看，運動預處理對大負荷運動引起的心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性下降具一定預防作用（表4）。

表3 本研究各組大鼠心肌SOD活性、MDA含量、Ca2＋濃度與ATP含量比較一覽表（±S）Table 3 List of Comparison of Cardiac SOD，MDA，Ca2＋and ATP Indicators in Each Group

表3 本研究各組大鼠心肌SOD活性、MDA含量、Ca2＋濃度與ATP含量比較一覽表（±S）Table 3 List of Comparison of Cardiac SOD，MDA，Ca2＋and ATP Indicators in Each Group

圖7 本研究EP對大鼠大負荷運動后心肌Ca2＋濃度影響示意圖Figure 7. Effect on EP Myocardial Ca2＋Index after Heavy Load Training in Rat

圖8 本研究EP對大鼠大負荷運動后心肌ATP含量影響示意圖Figure 8. Effect on EP Myocardial ATP Index after Heavy Load Training in Rat

表4 本研究各組大鼠心肌細胞膜指標比較一覽表Table 4 Comparison of Myocardial Plasmalemmal Norm in Each Group （±S，umolPi／mgprot／h）

表4 本研究各組大鼠心肌細胞膜指標比較一覽表Table 4 Comparison of Myocardial Plasmalemmal Norm in Each Group （±S，umolPi／mgprot／h）

4 討論

4.1 運動預處理方案的討論

臨床上發(fā)現(xiàn)，心肌缺血可造成心肌損傷，然而，心肌在恢復供血過程中損傷進一步加劇，這種現(xiàn)象被稱之為心肌缺血再灌注損傷。在對缺血性心肌病基礎實驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，心肌在經(jīng)過短暫缺血后能夠增加其對缺血的耐受現(xiàn)象，稱為缺血預處理（Rschemic Precondi-tioning，IPC）現(xiàn)象。然而，如何將IPC效應真正運用到臨床實踐上也是個不小的難題。隨著對IPC深入研究，發(fā)現(xiàn)運動有類似IPC心臟保護效應，運動預處理（EP）的概念也被正式提出。近年來，一系列動物實驗研究表明，耐力運動能抗心肌缺血再灌注損傷，而且各年齡段表現(xiàn)一致［16－18］。實際上，關于運動預處理的運動負荷尚沒有明確，間歇性大強度運動、中等強度的適量運動都能抗心肌缺血再灌注損傷。在國內，有關運動預處理的研究尚處于摸索階段。

動物在體、離體心臟實驗均發(fā)現(xiàn)，大負荷運動可引起心肌缺血［3，6］。與病理性心肌缺血不同的是：運動引起機體各器官系統(tǒng)缺血，是在機體保護性抑制系統(tǒng)監(jiān)控下發(fā)生的一個主動缺氧過程，當無法忍受缺氧刺激時，機體將通過降低運動強度或完全停止運動來減少缺血程度，從而避免因過度缺血缺氧導致結構功能的不可逆改變［4］。大量研究表明，大負荷運動引起的心肌損傷與病理性心肌缺血再灌注損傷極其相似。運動醫(yī)學界就如何提高心肌對大負荷運動刺激的耐受性做了一些相關研究。有文獻［10］指出，在高原或模擬高原環(huán)境進行運動訓練以及運動前的熱身（warm-up）等，很可能是因為心肌預缺血缺氧等因素所誘發(fā)的所謂EP現(xiàn)象，運動員便能持續(xù)進行較長時間、更劇烈的運動。本研究也發(fā)現(xiàn)，EP后大鼠進行大強度運動至不能再堅持運動時，運動所持續(xù)時間明顯延長。張鈞等［11］研究發(fā)現(xiàn)，8周中等負荷運動可降低大鼠心肌長時間劇烈運動后脂質過氧化水平，減少脂褐素的產(chǎn)生。鄭兵等［12］研究發(fā)現(xiàn)，間歇性大強度運動能改善長時間劇烈運動后大鼠心肌抗氧化能力的下降、降低脂質過氧化水平及減少血清肌酸激酶的出現(xiàn)。這些是都是對EP的另一種詮釋。

本研究在前人的研究基礎上進行運動預處理方案的探索，基于健身角度的思考選擇長期中等負荷運動作為EP方案。本實驗中大鼠運動強度依據(jù)Bedford標準制定［15］。根據(jù)Bedford標準推算，本研究中體重227±17g的SD大鼠，在坡度為＋10°、速度為20m／min的情況下進行跑臺運動，運動強度約為80%最大耗氧量強度，屬于大強度；B、C兩種組大鼠最后以此強度進行一次性大負荷跑臺運動，至不能再堅持運動時，分別持續(xù)了154±15min和166±21min，表明大鼠完成了大負荷運動。而本實驗中大鼠在坡度為＋5°、速度為15.2m／min的情況下進行EP跑臺運動，運動強度約為65%最大耗氧量強度，為中等強度。最終，本實驗中的長期中等負荷EP方案定為坡度為＋5°、速度為15.2m／min的中等運動強度，60min／天、6天／周，共6周。

4.2 大負荷運動后血清心肌損傷指標變化及運動預處理對其干預作用

心肌型肌酸激酶（CK-MB）是由M和B亞基構成的雜化型二聚體，主要存在于心肌細胞的外漿層，是心肌酶譜中的特異性酶，血液CK-MB是診斷心肌梗死的敏感指標［22］。CK-MB曾一度被認為是診斷心肌損傷尤其是急性心肌梗死（AMI）的“金指標”，其出現(xiàn)時間較傳統(tǒng)酶學時間要早，特異性和敏感度也相對較高。在我國，以往對人體的運動性心肌受損的檢測指標還是血清CK-MB，但由于在其檢測中會受到來自受損骨骼肌CK-MB的強烈干擾，以血清CK-MB濃度變化作為心肌受損的診斷依據(jù)受到一定程度的質疑。近年來，隨著對心肌肌鈣蛋白（Cardiac Troponin，cTn）的深入研究，發(fā)現(xiàn)cTn可以更敏感特異性的反應心肌損傷。心肌微小損傷時血清cTn濃度就明顯升高。cTn正逐步取代CK-MB成為心肌損傷特別是AMI診斷的“金標準”。心肌肌鈣蛋白（cTn）由心肌肌鈣蛋白-T（Cardiac Troponin-T，cTnT）、心肌肌鈣蛋白-I（Cardiac Troponin-I，cTnI）及心肌肌鈣蛋白-C（Cardiac Troponin-C，cTnC）3種亞單位組成。無論是cTnT還是cTnI，心肌微小損傷后，在血清中都可以檢測到明顯變化；相比較而言，cTnI更能及時特異地反映出心肌的微損傷。Rifai等［28］發(fā)現(xiàn)，鐵人三項運動能引起人體血液cTnT、cTnI濃度升高。佘軍標等［5］發(fā)現(xiàn)，田徑運動員其血液CK-MB濃度在長時間大強度運動后明顯升高。而在動物實驗方面，已有大量研究表明，運動引起機體心肌細胞超微結構損傷及血液cTnT與cTnI、CK-MB濃度升高等。有研究表明，大負荷運動后大鼠心肌cTnI濃度在運動后即刻明顯升高，在運動后最初一段時間內進一步升高，但在運動后24h已有明顯恢復［8］。Scharhag等［29］總結指出：運動，尤其是長時間大強度運動引起的血液cTnT、cTnI濃度升高已有很多文獻報道，但不論是人體實驗還是動物實驗，由運動引起的血液cTnT、cTnI濃度升高現(xiàn)象在運動后24～48h后消失。

本實驗結果發(fā)現(xiàn)，無論是單純力竭運動組（B組）、還是運動預處理＋力竭運動組（C組）大鼠，大負荷運動后即刻血清cTnI與CK-MB濃度明顯升高，且在運動后6h時進一步升高，而在運動后24h明顯得到恢復。這表明本實驗中的大負荷跑臺運動引起大鼠心肌損傷：在運動后即刻就已損傷，而在運動后最初一段時間內損傷加重，但在運動后24h時已處于恢復過程中。從B組、C組大鼠大負荷運動后即刻、6h、24h時的血清cTnI、CK-MB指標升高程度比較來看，C組升高程度明顯要低，表明運動預處理對大負荷運動引起的心肌損傷具有一定的保護作用。

4.3 運動預處理提高的心肌SOD活性與大負荷運動引起的心肌損傷保護

正常情況下，體內自由基水平取決于自由基生成與清除之間的動態(tài)平衡。清除自由基的酶促防御系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶等，能有效清除體內活性氧并終止自由基鏈式反應過程。SOD的主要功能是催化超氧陰離子的歧化反應，而超氧陰離子是體內活性氧生成過程中初始產(chǎn)物。因此，SOD被看作是活性氧防御的第一線屏障。丙二醛（MDA）是活性氧終極代謝產(chǎn)物，也是衡量自由基水平的敏感指標。

機體組織中SOD活性下降可導致自由基生成增多，過氧化反應加劇及其產(chǎn)物MDA含量增加。國內、外有關研究表明，運動性心肌損傷與SOD活性下降、自由基水平升高有關［8，33］。自由基具有極其活潑的化學性質，能與各種細胞成份（膜磷脂、蛋白質、核酸）發(fā)生反應，使心肌細胞發(fā)生致命性損傷［1，14，23］。自由基損傷生物膜，使膜的結構、流動性及通透性發(fā)生改變，致使細胞膜上酶（包括其他蛋白）的功能出現(xiàn)障礙。氧自由基和脂質過氧化物可攻擊蛋白質，引起蛋白質分子聚合與肽鏈斷裂、蛋白質變性和功能喪失及酶失活。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠大負荷運動也引起了心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性下降［7］。本實驗結果與其相一致。細胞膜通透性改變可使膜對Ca2＋的通透性增高，Ca2＋順濃度梯度流入增多；細胞膜Na＋-K＋-ATPase活性下降通過Na＋／Ca2＋交換機制使得Ca2＋大量進入細胞內［20，30］；細胞膜Ca2＋-ATPase活性下降，不能有效地將細胞漿內多余的鈣離子泵出細胞外。最終，細胞內Ca2＋濃度升高。Ca2＋濃度升高使Ca2＋和鈣調蛋白結合增多，由此激活多種鈣依賴性降解酶，如磷脂酶、蛋白水解酶、核酸內切酶等，引起生物膜、細胞骨架和核酸分解，導致細胞壞死［1］。鈣依賴性降解酶（蛋白水解酶）激活可降解心肌收縮蛋白，cTnI發(fā)生修飾，包括蛋白分解與降解、與其他肌鈣蛋白的交叉連接等［24，25，31］。大負荷運動引起的心肌cTnI升高與鈣超載有關［8］。此外，自由基通過直接損傷線粒體及參與形成鈣超載而損傷線粒體，致使線粒體合成ATP的能力下降，ATP生成不足。ATP缺乏可通過參與鈣超載形成而損傷心?。篈TP缺乏使不同階段心臟依賴能量的Ca2＋隔室化機制反應降低，使Ca2＋內流增加，細胞漿內Ca2＋增多激活膜磷酶，使膜磷脂降解為溶血磷脂，導致缺血性肌攣縮，并在此過程中產(chǎn)生自由基，進一步產(chǎn)生損害作用［2］；ATP缺乏引起的心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性下降加重了細胞內鈣超載，損傷心肌。最近有觀點認為，能量代謝障礙可造成心肌細胞基因結構及表達的異常，細胞內的ATP水平是決定細胞發(fā)生凋亡或壞死的主要因素［26］。

綜上所述，自由基對心肌的危害主要體現(xiàn)在三方面：一是，直接損傷心肌細胞各種成份；二是，參與形成鈣超載而損傷心肌；三是，導致ATP合成障礙。本實驗結果顯示，大負荷運動后即刻大鼠心肌就已損傷，此時心肌SOD活性明顯下降及MDA含量明顯升高、Ca2＋濃度明顯升高、ATP含量明顯下降，心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性明顯下降；運動后6h時心肌損傷較運動后即刻加重，此時心肌SOD活性及MDA含量、Ca2＋濃度的異常變化又較運動后即刻進一步加劇，ATP含量有所恢復但仍處于較低水平，心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性也進一步下降；運動后24h心肌損傷已有明顯恢復，此時心肌SOD活性與MDA含量、Ca2＋濃度及心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性的異常變化均有不同程度恢復，ATP含量也進一步得到恢復。根據(jù)本實驗結果，結合心肌缺血再灌注損傷的病理生理學研究觀點，可以認為：自由基、Ca2＋水平升高及ATP缺乏在大負荷運動引起的心肌損傷中起到重要作用，而在運動后最初一段時間內主要是由于自由基、Ca2＋水平進一步升高而加重了心肌損傷；抗氧化酶SOD活性下降是導致自由基水平升高的重要原因；自由基的損傷作用及ATP缺乏引起心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性下降，而在運動后最初一段時間內主要是由于自由基水平進一步升高而導致了細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性進一步下降；心肌細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase活性下降導致心肌鈣超載。病理生理學的觀點認為，組織在缺血再灌注過程中，自由基生成、鈣超載以及ATP缺乏相互促進［1］。改善自由基代謝、鈣代謝及能量代謝中的任一環(huán)節(jié)，都有可能保護大負荷運動引起的心肌損傷。Powers等［27］研究發(fā)現(xiàn)，運動訓練使大鼠Mn-SOD和Cu，Zn-SOD活性顯著增加，指出運動引起SOD活性升高是解釋運動訓練引起心臟保護作用的一個可能機制。張敏等［13］研究表明，運動預處理能提高大鼠心肌Cu，Zn-SOD基因的表達。本實驗中運動預處理提高了心肌SOD活性。從本實驗中B組、C組大鼠大負荷運動后各時相心肌MDA、Ca2＋、ATP及細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase指標變化的對應比較情況來看，運動預處理改善了大負荷運動引起的這些指標異常變化。這可能是由于提高的SOD活性減少了大負荷運動后自由基的生成；通過減少自由基生成，繼而改善了能量代謝、減少細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase損傷，并以此減輕了鈣超載程度。通過上述連鎖效應，運動預處理提高的SOD活性發(fā)揮抗大負荷運動引起心肌損傷的作用。

5 結論

1.根據(jù)反映心肌損傷的血清cTnI、CK-MB指標變化來看，大負荷跑臺運動引起大鼠心肌損傷，表現(xiàn)為運動后即刻就已損傷，在運動后恢復期反而加重，但在運動后24 h時已處于恢復過程中。

2.運動預處理能減輕大鼠大負荷跑臺運動引起的血清cTnI、CK-MB濃度升高程度，表明運動預處理對大負荷運動引起的心肌損傷具保護作用。

3.心肌自由基、Ca2＋水平升高及ATP缺乏在大負荷運動引起的心肌損傷中起到重要作用，而在運動后最初一段時間內主要是由于自由基、Ca2＋水平進一步升高加重了心肌損傷。心肌抗氧化酶SOD活性下降是導致心肌自由基水平升高的重要原因，運動預處理提高了心肌SOD活性，從而減少了大負荷運動后自由基的生成；通過減少自由基生成，繼而改善了能量代謝、減少細胞膜Na＋-K＋-ATPase、Ca2＋-ATPase損傷，并以此減輕鈣超載程度。通過上述連鎖效應，運動預處理提高的SOD活性發(fā)揮抗大負荷運動引起心肌損傷的作用。

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Protection Effect and Its Mechanism of Exercise Preconditioning on Myocardial Iniury-Induced by Heavy Load Treadmill Training in Rat

XU Si-mao1，SHANG Guan Ruo-nan2，PENG Feng-lin1，SU Quan-sheng2

Objective：To make clear the basic characteristics of myocardial iniury-induced by heavy load training，and explore the protective effect and its mechanism of exercise preconditioning（EP）on it.Methods：Sixty-four grown male SD rats were randomly divided into control group（group AB），exercise preconditioning control group（group AC），heavy load training group，heavy load training after exercise preconditioning group（group C）.According to instantly，6hour and 24hour after heavy load training，group B were randomly divided into group B1，group B2，group B3and group C were randomly divided into group C1，group C2，group C3.Rats in group AC，group C had took part in medium load treadmill training for 6 weeks.Rats in group C took part in a heavy load treadmill training at 48hour after medium load treadmill training with group B.All groups index of serum cardiac troponin-I（cTnI），creatine kinase rsoenzyme（CK-MB），and cardiac superoxide dismutase（SOD），malondialdehyde（MDA）and Ca2＋were be test.High performance liquid chromatography（HPLC）text adenosine triphosphate（ATP）.Myocardial cellular membrane Na＋-K＋-ATPase，Ca2＋-ATPase activity were also be test.Results：Heavy load training caused serum cTnI and CK-MB concentration were significant higher，and caused cardiac SOD activity was significant lower，cardiac MDA quantitative，Ca2＋concentration were significant higher，ATP quantitative was significant higher，myocardial cellular membrane Na＋-K＋-ATPase，Ca2＋-ATPase activity were significant lower.Conclusion：EP has protective effect on myocardial iniury induced by heavy load training.Higher SOD activity induced by EP causes chain reaction after heavy load training，therefore play against myocardial iniury.

exercisepreconditioning；heavyloadtraining；myocardialiniury；protection；rat；animalexperiment

G804.2

A

1000-677X（2012）07-0045-08

2012-04-16；

2012-06-23

國家自然科學基金資助項目（C31060146／C1106）；四川省科技廳項目（2009J00001）。

許思毛（1978-），男，安徽蕪湖人，講師，碩士，主要研究方向為運動生理學和體育保健學，Tel：（0773）5845941，E-mail：xusimao666＠163.com。

1.廣西師范大學體育學院，廣西桂林541004；2.成都體育學院，四川成都610041 1.Department of Physical Education，Guangxi Normal University，Guilin 541004，China；2.Chengdu Sport University，Chengdu 610041，China.