力竭運(yùn)動(dòng)后不同時(shí)相大鼠心電圖、心功能變化及Nrf2的作用*

徐　鵬,康　亭，劉海燕，孫衛(wèi)衛(wèi)，解亞楠，曹雪濱△

(1.解放軍第252醫(yī)院心內(nèi)科，河北 保定 071000；2.保定市第二醫(yī)院急診科，河北 保定 071000)

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力竭運(yùn)動(dòng)后不同時(shí)相大鼠心電圖、心功能變化及Nrf2的作用*

徐鵬1,康亭2，劉海燕1，孫衛(wèi)衛(wèi)1，解亞楠1，曹雪濱1△

(1.解放軍第252醫(yī)院心內(nèi)科，河北 保定 071000；2.保定市第二醫(yī)院急診科，河北 保定 071000)

目的：研究大鼠力竭運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)結(jié)束后心電圖、心功能的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子(Nrf2)相關(guān)的氧化應(yīng)激變化，為運(yùn)動(dòng)性心臟損傷防治提供依據(jù)。方法：SD大鼠隨機(jī)分為5組(n=6)：對(duì)照組(Con)組、力竭組(EE)、力竭恢復(fù)6 h，12 h，24 h組(EER6、EER12、EER24組)。急性力竭游泳建立損傷模型。分別對(duì)各組動(dòng)物進(jìn)行心電圖描記，壓力容積導(dǎo)管檢測(cè)心功能改變，ELISA法觀測(cè)血清ROS，Nrf2，GPX及CAT變化。結(jié)果：① EE組心率(HR)，收縮末期壓力(Pes)，發(fā)展壓，動(dòng)脈彈性，壓力上升，下降最大速率(dP/dtmax、-dP/dtmin)降至最低。舒張末期壓力容積、收縮末期容積、搏出量、Tau值增大。EER6、EER12、EER24組HR、Pes、dP/dtmax、-dP/dtmin與EE組相比均差異顯著。②EE組、EER6、EER12、EER24組與Con組相比心率加快，QT間期延長(zhǎng)，P波R波ST段數(shù)值增高，但恢復(fù)各組與EE組相比無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。③EE組大鼠血清ROS、Nrf2含量升高，GPX含量降低，CAT在EER6組降至最低。④血清Nrf2水平與ROS，-dP/dtmin呈正相關(guān),與HR、Ea呈負(fù)相關(guān)。血清ROS水平與EF，-dP/dtmin呈正相關(guān)，與HR、Ea、dP/dtmax呈負(fù)相關(guān)。結(jié)論：力竭運(yùn)動(dòng)后心臟生物電改變，舒縮功能均受損，以舒張功能減退突出，隨力竭恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)，心臟舒縮功能逐步恢復(fù)，這與Nrf2調(diào)節(jié)GPX，CAT降低氧化應(yīng)激有關(guān)。

心功能；力竭運(yùn)動(dòng)；氧化應(yīng)激；轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子；大鼠

力竭運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大，在運(yùn)動(dòng)員和部隊(duì)官兵軍事訓(xùn)練及執(zhí)行任務(wù)時(shí)時(shí)有發(fā)生，力竭運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致心臟損傷的問(wèn)題已成為關(guān)注點(diǎn)。力竭運(yùn)動(dòng)作為一種強(qiáng)烈的刺激因素，在超負(fù)荷訓(xùn)練應(yīng)激狀態(tài)下，心肌細(xì)胞缺血缺氧，產(chǎn)生損害因子，增加心肌細(xì)胞自由基數(shù)量和脂質(zhì)過(guò)氧化水平，氧化應(yīng)激使細(xì)胞膜完整性、穩(wěn)定性受到不同程度影響和損傷，心肌超微結(jié)構(gòu)、心電活動(dòng)、生化指標(biāo)、心功能，能量代謝改變等引起運(yùn)動(dòng)型心臟損傷。

轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子(nuclear factor erythroid-2-related factor2,Nrf2)作為細(xì)胞抗氧化反應(yīng)的中樞調(diào)節(jié)者，與抗氧化應(yīng)答元件(antioxidant responsive element,ARE)相互作用調(diào)節(jié)抗氧化蛋白的表達(dá)，通過(guò)抑制氧化應(yīng)激，對(duì)心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)起關(guān)鍵的調(diào)控作用，在心肌缺血缺氧損傷中發(fā)揮重要作用。力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)變化主要表現(xiàn)為缺血缺氧改變。對(duì)于缺血缺氧是如何通過(guò)Nrf2 來(lái)影響心肌組織、心電、心功能、細(xì)胞能量供應(yīng)情況鮮有報(bào)道，特別是關(guān)于力竭運(yùn)動(dòng)后Nrf2蛋白含量在不同時(shí)相的變化尚無(wú)研究報(bào)道。

因此，本研究通過(guò)一次力竭游泳運(yùn)動(dòng)建立大鼠運(yùn)動(dòng)性心肌損傷的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，觀察心電圖、心功能、血清Nrf2及其下游抗氧化酶含量在力竭運(yùn)動(dòng)后的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，探討力竭運(yùn)動(dòng)氧化應(yīng)激情況在運(yùn)動(dòng)性心肌損傷發(fā)生中的調(diào)節(jié)作用，對(duì)力竭運(yùn)動(dòng)結(jié)束后心肌損傷的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其氧化應(yīng)激機(jī)制進(jìn)行研究，以期對(duì)了解心臟對(duì)運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)規(guī)律，這對(duì)預(yù)防運(yùn)動(dòng)性猝死的發(fā)生以及指導(dǎo)其臨床治療具有重要意義。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

雄性SD大鼠30只(471±36)g，由河北醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK(冀)2013-1-003。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒動(dòng)物干燥飼料喂養(yǎng)，自由飲食，動(dòng)物室內(nèi)溫度18℃～22℃，相對(duì)濕度40%～55%。

1.2藥品與試劑

大鼠過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)酶聯(lián)免疫檢測(cè)試劑盒，大鼠谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)酶聯(lián)免疫檢測(cè)試劑盒，Nrf2酶聯(lián)免疫檢測(cè)試劑盒，均為美國(guó)BD公司分裝。大鼠活性氧(reactive oxygen species,ROS)酶聯(lián)免疫檢測(cè)試劑盒(美國(guó)RD公司)

1.3主要儀器及設(shè)備

壓力容積導(dǎo)管SPR-838(美國(guó)Millar公司)，MutiscanGO 酶標(biāo)儀(美國(guó)Thermo公司)，PowerLab數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)(澳大利亞ADInstruments)，生物電放大器(澳大利亞ADInstruments)，針電極(ADInstruments,澳大利亞)，鼠籠(code，美國(guó))，SIGMA 3K15高速冷凍離心機(jī)(美國(guó)Sigma公司)，醫(yī)用離心機(jī)TL80-2型(中國(guó)天力醫(yī)療器械有限公司)，實(shí)驗(yàn)室超純水機(jī)Master-s UF(上海和泰儀器有限公司)，微型旋渦混勻器(德國(guó)IKA)，37℃恒溫培養(yǎng)箱(湖北黃石醫(yī)療器械廠)。

1.4動(dòng)物模型建立及分組

健康SD大鼠隨機(jī)分為5組(n=6)：對(duì)照組(Con組)、力竭組(EE組)、力竭恢復(fù)6 h組(EER6組)，力竭恢復(fù)12 h組(EER12組)、力竭恢復(fù)24 h組(EER24組)。對(duì)照組不運(yùn)動(dòng)，各力竭組大鼠進(jìn)行2 d適應(yīng)性游泳運(yùn)動(dòng)(每次20 min)，吹干皮毛進(jìn)行適應(yīng)性心電描記訓(xùn)練。正式實(shí)驗(yàn)時(shí)，依據(jù)經(jīng)典Thomas實(shí)驗(yàn)方案，參照其標(biāo)準(zhǔn)[1]，各力竭組大鼠尾部負(fù)體重3%錫絲，通過(guò)一次力竭游泳運(yùn)動(dòng)建立不同時(shí)相的運(yùn)動(dòng)心肌損傷實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。對(duì)照組在安靜時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，EE組在一次性力竭運(yùn)動(dòng)后立刻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，恢復(fù)組(EER6、EER12、EER24)分別于力竭運(yùn)動(dòng)后6 h、12 h、24 h進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)照組在與恢復(fù)組相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)無(wú)差異，故選取24 h作為統(tǒng)計(jì)表中對(duì)照組。

1.5心功能參數(shù)測(cè)定[2]

大鼠稱體質(zhì)量，3%戊巴比妥鈉(40 mg/kg ip)麻醉，仰臥位固定于手術(shù)臺(tái)。頸部備皮消毒，行頸正中切口，分離氣管插管。分離右側(cè)頸總動(dòng)脈，從頸總動(dòng)脈下穿兩條4-0絲線，取其中一條線結(jié)扎頭端。動(dòng)脈夾夾閉頸動(dòng)脈的近心端。于結(jié)扎處近心端剪一切口，經(jīng)此切口沿頸動(dòng)脈逆血流方向向左室內(nèi)插入壓力容積導(dǎo)管，用Chart7軟件實(shí)時(shí)記錄麻醉大鼠左心室壓力容積波形，根據(jù)生理記錄儀壓力波形變化判斷導(dǎo)管位置,用另一條絲線將血管與導(dǎo)管固定。記錄基礎(chǔ)曲線15 min。腹部備皮消毒，行腹正中切口，快速壓閉下腔靜脈，記錄心臟前負(fù)荷改變的波形的變化。自頸前靜脈快速注射30%NaCl溶液20 μl，記錄注射高滲鹽水后壓力-容積波形變化。肝素抗凝抽血，注滿定標(biāo)套件定標(biāo)腔后 行手動(dòng)定標(biāo)。應(yīng)用Chart7軟件P-V模塊測(cè)定：心率(heart rate,HR)、左室收縮末期壓力(end-systolic pressure,Pes)、左室舒張末期壓力(end-diastolic pressure,Ped)、左室發(fā)展壓(developed pressure,Pdev)、左室收縮末期容積(end-systolic volume,Ves)、左室舒張末期容積(end-diastolic volume,Ved)、搏出量(stroke volume,SV)、動(dòng)脈彈性(arterial elastance,Ea)、射血分?jǐn)?shù)(ejection fraction,EF)、左室壓力上升最大速率(peak rate of pressure rise,dP/dtmax)、左室壓力下降最大速率(peak rate of pressure decline,-dP/dtmin)、左室收縮末期壓力容積關(guān)系曲線斜率(end systolic pressure volume relationship,ESPVR)、Tau值(relaxation time constant)、舒張末期壓力容積關(guān)系(end diastolic pressure volume relationship,EDPVR)，以壓力為Y軸，容積為X軸繪制出壓力容積環(huán)(PV Loop)。

1.6心電圖的描記

將清醒狀態(tài)大鼠置于鼠籠，雙下肢及右前肢備皮，常規(guī)消毒。按照要求將電極針刺入大鼠四肢皮下(左后肢-“+”，右前肢- “-”，右后肢-接地)，并將電極針固定防治脫出。利用PowerLab數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)，記錄大鼠的動(dòng)態(tài)心電圖。應(yīng)用chart7軟件心電圖模塊得到心電圖各參數(shù)：心率(heart rate)、P-R間期(PR interval)、QRS間期(QRS interval)、QT間期(QT interval)、P波(P amplitude)、R波(R amplitude)、ST段(ST height)、T波(T amplitude)。

1.7酶聯(lián)免疫檢測(cè)血清ROS、Nrf2、GPX、CAT

各組動(dòng)物3%戊巴比妥鈉(40 mg/kg)腹腔麻醉，下腔靜脈真空促凝管取血3 ml，3 000 r/min ,20 min離心，吸取上清，-80℃保存?zhèn)溆?。各組血清物質(zhì)含量測(cè)定用酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)，按照試劑盒操作步驟要求進(jìn)行。用酶標(biāo)儀測(cè)定450 nm處各孔的OD值。同時(shí)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)品OD值，以O(shè)D值為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。從坐標(biāo)曲線獲得各樣本濃度。

1.8統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2　結(jié)果

2.1力竭運(yùn)動(dòng)及力竭運(yùn)動(dòng)恢復(fù)期大鼠心功能變化

與Con組相比，EE組HR，Pes、Pdev、Ea、dP/dtmax、-dP/dtmin、ESPVR在力竭組降至最低，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Ped、Ved、Ves、SV、Tau值增大。EF、EDPVR各組相比均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表1)。

EER6、EER12，EER24組HR、Pes、dP/dtmax、-dP/dtmin，與EE組相比差異顯著，但與Con組無(wú)差異(P>0.05)。表明在恢復(fù)6 h已至正常水平。Ves、Ved、ESPVR與Con組相比差異顯著，但與EE組相比無(wú)差異(P>0.05)，表明上述指標(biāo)并未隨時(shí)間延長(zhǎng)得以恢復(fù)。EER24組Ped與EE組比較明顯降低，恢復(fù)至正常水平。EER12、EER24組Pdev相比EE組明顯升高，Pdev在恢復(fù)12 h達(dá)到正常水平。EER6組Ea仍低于Con組，但EER12，EER24組與Con組無(wú)差異且明顯低于EE組，表明Ea于力竭12 h恢復(fù)?；謴?fù)組Tau值與Con組、EE組均有明顯差異(表1)。

2.2力竭運(yùn)動(dòng)及力竭運(yùn)動(dòng)恢復(fù)期大鼠心電圖參數(shù)變化

心率(heart rate)力竭組及恢復(fù)6 h、12 h、24 h組與對(duì)照組相比明顯加快，有顯著差異(P<0.05)。QT間期(QT Interval)力竭組、恢復(fù)6 h、12 h、24 h組與對(duì)照組相比明顯延長(zhǎng)，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。P波(P amplitude)、R波(R amplitude)力竭組、恢復(fù)6 h、12 h、24 h組與對(duì)照組相比明顯增高，有顯著差異(P<0.05)。ST段(ST height)力竭組與恢復(fù)各組對(duì)照組數(shù)值增大，即與對(duì)照組相比明顯抬高(P<0.05)。以上各項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)各組與力竭組相比無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表2)。

2.3急性力竭運(yùn)動(dòng)不同時(shí)相大鼠血清ROS、Nrf2、GPX、CAT含量變化

與Con組相比，EE、EER6組血清ROS含量明顯升高(P<0.05)。各個(gè)恢復(fù)組血清ROS含量與EE組相比顯著降低(P<0.01)，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表明一次力竭游泳運(yùn)動(dòng)致使機(jī)體應(yīng)激水平明顯增高，去除力竭運(yùn)動(dòng)刺激后血清ROS含量逐步降低，在力竭運(yùn)動(dòng)結(jié)束12 h后恢復(fù)至安靜水平。EE組大鼠血清Nrf2含量顯著高于Con組(P<0.05)，同時(shí)EER12組明顯低于EE組，有顯著性差異(P<0.05)。EER24組含量進(jìn)一步降低，明顯低于EE組(P<0.05)。呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后即刻升高，恢復(fù)期穩(wěn)步下降的趨勢(shì)。GPX急性力竭運(yùn)動(dòng)后血清含量比正常水平呈明顯下降趨勢(shì)(P<0.01)，在恢復(fù)期進(jìn)一步降低，甚至低于EE組(P<0.05)，在EER12組含量達(dá)到最低水平，至EER24組略出現(xiàn)升高趨勢(shì)。CAT力竭組降低，但與Con組相比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，EER6組降至最低，明顯低于其他各組(P<0.05，表3)。

Tab.1　Hemodynamic parameter changes of systolic

HR:Heart rate;Pes:End-systolic pressure;Ped:End-diastolic pressure;Pdep:Developed pressure;Ves:End-systolic volume;Ved:End-diastolic volume;SV:Stroke volume;Ea:Arterial elastance(measure of ventricular after load);EF:Ejection fraction;dP/dtmax:Peak rate of pressure rise;ESPVR:End systolic pressure volume relationship;-dP/dtmin:Peak rate of pressure decline;Tau:Relaxation time constant;EDPVR:End diastolic pressure volume relationship;Con:Control group;EE:Acute exhaustive swimming group;EER6:6 h recovery from exhaustive swimming group;EER12:12 h recovery from exhaustive swimming group;EER24:24 h recovery from exhaustive swimming group

*P<0.05,**P<0.01 vs Con group;#P<0.05,##P<0.01 vs EE group

Tab.2　The parameter changes of ECG in different time cases after exhausted exercise in ±s,n=6)

*P<0.05 vs Con group

2.4血清Nrf2、 ROS與壓力容積參數(shù)相關(guān)分析

血清Nrf2水平與ROS，-dP/dtmin呈正相關(guān)，r值分別為0.576(P<0.01)、0.388(P<0.05),與HR、Ea呈負(fù)相關(guān)，r值分別為-0.500(P<0.01)，-0.430(P<0.05)，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。血清ROS水平與HR、Ea、dP/dtmax呈負(fù)相關(guān)，r值分別為-0.645，-0.792，-0.633有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.01)。

GroupROS(ng/ml)Nrf2(ng/ml)GPX(U/ml)CAT(ng/ml)Con44.75±2.243.55±0.44203.79±10.2826.03±1.77EE58.14±3.46*4.51±0.50*164.13±15.59**24.06±1.13EER648.41±2.04*##4.18±0.44128.36±22.30**#22.45±2.28*EER1243.86±3.11##3.80±0.31#114.64±18.51**#26.40±1.53EER2442.75±1.20##3.43±0.36##123.14±23.98**#26.10±2.25

ROS:Reactive oxygen species;Nrf2:Nuclear factor erythroid-2-related factor2;GPX:Glutathione peroxidase;CAT:Catalase

*P<0.05,**P<0.01 vs Con group;#P<0.05,##P<0.01 vs EE group

3　討論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，力竭運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量ROS，力竭即刻達(dá)到峰值，機(jī)體氧化應(yīng)激水平明顯升高。力竭運(yùn)動(dòng)可造成大鼠紅細(xì)胞嚴(yán)重氧化應(yīng)激損傷,紅細(xì)胞內(nèi)抗氧化能力、變形能力顯著下降，在微循環(huán)的轉(zhuǎn)運(yùn)受到限制,導(dǎo)致組織缺血缺氧進(jìn)而引起休克、死亡等運(yùn)動(dòng)性疾病[3]。心肌細(xì)胞缺血缺氧、氧化應(yīng)激損傷使得心臟發(fā)生病理性或器質(zhì)性的變化，導(dǎo)致心功能降低。力竭運(yùn)動(dòng)致使大鼠心肌細(xì)胞對(duì)去甲腎上腺素的反應(yīng)性減弱,β-腎上腺素能受體介導(dǎo)的心肌細(xì)胞收縮功能減弱，導(dǎo)致心肌收縮功能障礙[4]。Seals等人通過(guò)對(duì)血流動(dòng)力學(xué)變量在各個(gè)時(shí)相內(nèi)的分析和測(cè)量證實(shí)力竭運(yùn)動(dòng)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)降低左心室的功能[5]。力竭運(yùn)動(dòng)高循環(huán)狀態(tài)下回心血量增多，心室舒張期和收縮期的負(fù)荷明顯增加，為Ved、Ves均增大，心室容積擴(kuò)大，壓力-容積環(huán)右移的主要原因。SV明顯增加，以提高單位時(shí)間內(nèi)心臟輸出血量來(lái)滿足全身各組織臟器的需要。在恢復(fù)初期SV仍高于對(duì)照表明仍存在一定的代償現(xiàn)象。力竭運(yùn)動(dòng)即刻HR下降，這與游泳后體溫降低或心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)受損，細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程改變，引發(fā)竇房結(jié)自律活動(dòng)減少有關(guān)[6]。力竭組Pes、Pdev、dP/dtmax均明顯減小，壓力-容積環(huán)向下方移位，恢復(fù)組恢復(fù)至正常水平，說(shuō)明心室收縮功能受損后有恢復(fù)趨勢(shì)，但ESPVR力竭運(yùn)動(dòng)即刻及恢復(fù)期明顯降低未恢復(fù)，顯示心肌固有收縮力降低。EF各組無(wú)差異，SV始終與Ved相適應(yīng)，Ved增大SV也相應(yīng)增加，EF保持基本不變。Alexiou應(yīng)用超聲心動(dòng)圖和心電圖報(bào)道20精英男泳員進(jìn)行急性25 km里海上游泳后左心室功能降低，認(rèn)為力竭游泳主要通過(guò)增加后負(fù)荷使左心室縮短分?jǐn)?shù)大幅度減少，搏出量、射血分?jǐn)?shù)降低[7]，與本實(shí)驗(yàn)測(cè)得搏出量增加、射血分?jǐn)?shù)未降低不同，考慮可能與運(yùn)動(dòng)方式、強(qiáng)度及測(cè)量方法不同有關(guān)。血液供應(yīng)不足會(huì)導(dǎo)致心肌纖維腫脹，彈性降低，引起舒張充盈障礙，舒張障礙嚴(yán)重會(huì)進(jìn)一步降低運(yùn)動(dòng)耐量[8]。-dP/dtmin力竭即刻明顯降低，但在去除刺激后恢復(fù)至對(duì)照水平。此外，反映左室主動(dòng)舒張功能的參數(shù)Tau，在力竭運(yùn)動(dòng)即刻明顯延長(zhǎng)，Tau值大小與左室主動(dòng)舒張功能成反比，提示左室主動(dòng)舒張功能損傷。且從本實(shí)驗(yàn)來(lái)看此值為評(píng)價(jià)左室舒張功能的敏感指標(biāo)。力竭運(yùn)動(dòng)還導(dǎo)致動(dòng)脈血管的順應(yīng)性降低，動(dòng)脈血管彈性降低，但在后期可恢復(fù)。

力竭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)，心肌細(xì)胞的興奮和傳導(dǎo)能力提高，同時(shí)血液和氧氣的供應(yīng)嚴(yán)重不足，導(dǎo)致力竭運(yùn)動(dòng)缺血性心電圖改變。心電圖檢查是臨床檢查中發(fā)現(xiàn)心臟損害最常用的手段之一。趙敬國(guó)等人研究發(fā)現(xiàn)：大鼠心電圖在力竭運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)了不同程度的血供減少導(dǎo)致的ST-T變化、心律不齊等情況。力竭運(yùn)動(dòng)之后的1～24 h內(nèi)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的變化會(huì)再次發(fā)生，然后逐漸恢復(fù)到正常狀態(tài)。恢復(fù)期表現(xiàn)為ST-T抬高幅度逐漸下降，無(wú)竇性心動(dòng)過(guò)速和心律不齊癥狀[9]。本研究中，力竭運(yùn)動(dòng)造成的心電改變?cè)?4 h內(nèi)未恢復(fù)。在力竭組和恢復(fù)組，心率明顯加快，提示力竭組大鼠在機(jī)體大量耗能的情況下，出現(xiàn)代償性心率加快，以彌補(bǔ)身體各組織、器官缺血，缺氧。恢復(fù)組大鼠心率仍保持一定增長(zhǎng)，體現(xiàn)機(jī)體進(jìn)一步代償。P波，R波和代表心室除極過(guò)程的QRS波群中S波的電壓增高考慮由于心室容積擴(kuò)大，心室體積增加使心肌除極所產(chǎn)生的電偶數(shù)目增多，而心肌細(xì)胞的數(shù)目未增加，致細(xì)胞除極向量增大。在恢復(fù)期機(jī)體缺血缺氧狀況未得到完全改善，在心率加快的前提下，仍需要保持足夠的心室容積以保證搏出量代償機(jī)體。代表心室整體活動(dòng)過(guò)程的QT間期力竭運(yùn)動(dòng)后延長(zhǎng)，表明心肌缺血，也間接反映心肌電不穩(wěn)定和心肌除極的不均一程度增加。ST段抬高也主要是由于力竭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心肌缺血所致。

Nrf2在心血管系統(tǒng)具有穩(wěn)定的表達(dá)，作為細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的中樞調(diào)節(jié)者，在無(wú)任何刺激的狀況下，通過(guò)與胞漿伴侶蛋白Keap1(kelch-like ECH-associated protein 1)結(jié)合，被鉚釘在胞漿中泛素化降解，以保證具有細(xì)胞保護(hù)功能的酶類和抗氧化物質(zhì)處于穩(wěn)定的水平。當(dāng)處于氧化應(yīng)激條件時(shí)，Nrf2將與Keap1解偶聯(lián)并進(jìn)入細(xì)胞核與Maf蛋白結(jié)合成異源二聚體后與核內(nèi)的抗氧化應(yīng)答元件(antioxidant responsive element,ARE)結(jié)合，啟動(dòng)抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄及II相解毒酶(phase 2 detoxifation enzymes)，如GPX、CAT等的表達(dá)[10]，這些酶能夠保護(hù)機(jī)體免受毒性物質(zhì)及一些活性物質(zhì)(如ROS)的侵害。

力竭運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的ROS在力竭即刻達(dá)到峰值，Nrf2在力竭運(yùn)動(dòng)后即刻血清濃度亦最高，這是力竭運(yùn)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生大量ROS對(duì)Nrf2進(jìn)行攻擊，促使其血清濃度明顯增高。哮喘豚鼠肺中也存在氧化應(yīng)激,氧化應(yīng)激能上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Nrf2的表達(dá)[11]。激活穩(wěn)定狀態(tài)的Nrf2是細(xì)胞抗擊應(yīng)激的關(guān)鍵步驟。力竭運(yùn)動(dòng)終止后，機(jī)體進(jìn)入恢復(fù)期，在恢復(fù)期隨時(shí)間延長(zhǎng)ROS血清濃度呈下降趨勢(shì)，其產(chǎn)生速度與數(shù)量下降。隨著ROS的降低，Nrf2的激活減少，在恢復(fù)期亦呈下降的趨勢(shì)。CAT、GPX作為Nrf2下游內(nèi)源性抗氧化酶，代表機(jī)體抗氧化水平。GPX在保護(hù)心臟重塑和心功能失調(diào)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[12]。GPX于力竭運(yùn)動(dòng)后含量降低是由于GPX對(duì)大量產(chǎn)生的ROS的抵抗作用，消耗造成其血清值降低，以減少ROS對(duì)組織、細(xì)胞的損傷。隨著ROS血清濃度的下降，24 h恢復(fù)組GPX血清濃度出現(xiàn)上升趨勢(shì)。 血清ROS、Nrf2是影響HR、Ea、dP/dtmax、-dP/dtmin的因素。Nrf2- Keap1/ARE信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是機(jī)體介導(dǎo)抗氧化反應(yīng)的關(guān)鍵信號(hào)途徑，通過(guò)增多抗氧化物質(zhì)，提高機(jī)體抗氧化能力，對(duì)抗ROS的作用，抑制氧化應(yīng)激，減少組織細(xì)胞的損傷，起到保護(hù)心臟的效應(yīng)[13]。

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The effect of nuclear factor erythroid-2-related factor2 on the changes of cardiac function and electrocardiogram in rats after exhausted exercise

XU Peng1,KANG Ting2，LIU Hai-yan1,SUN Wei-wei1,XIE Ya-nan1,CAO Xue-bin1△

(1.Department of Cardiology,No.252 Hospital of PLA,Baoding 071000; 2.Emergency Department,the 2ndHospital of Baoding,Baoding 071000,China)

Objective:In order to provide the experimental basis for the prevention of exercise-induced cardiac injury,we evaluated the effects of nuclear factor erythroid-2-related factor2(Nrf2)on the changes of cardiac function and electrocardiogram in rats after exhaustive exercise.Methods:SD rats were randomly divided into 5 groups(n=6):control group(Con),exhaustied exercise group(EE),6h,12 h,24 h recovery from exhaustied exercise group(EER6 EER12 EER24).The animal models of exercise-induced myocardial injury were established according to Thomas’ method．Rats were forced to swim until they were exhausted．The electrocardiograms were recorded in conscious rats.Cardiac function of rats was recorded and analyzed by Millar pressure-volume system.The changes of catalase(CAT),glutathione peroxidase(GPX),Nrf2 and reactive oxygen speies(ROS)were detected by ELISA,respectively.Results:①Compared with the control group and recovery groups(EER6,EER12,and EER24),the heart rate(HR),left ventricular end systolic pressure(Pes),arterial elasticity(Ea),the maximum rate of left ventricular pressure rise(dP/dtmax),peak rate of left ventricular pressure decline(-dP/dtmin)and left ventricular end diastolic pressure volume relationship curve slope(ESPVR)in the EE group decreased significantly,while left ventricular end diastolic volume(Ved),Pes,left ventricular end systolic volume(Ves),stroke volume,and Tau value increased significantly.Besides,HR,Pes,dP/dtmax,-dP/dtminin recovery groups were significantly different with those in EE group,but there had no difference with those in the Con group.②Compared with the control group,heart rate was increased,QT intervals were prolonged P wave,R wave and ST segments were increased in EE and recovery groups,but the changes of above-mentioned indexes in recovery groups had no statistical significant difference with those in EE group.③ Compared with the control group ,the contents of ROS,Nrf2 were increased in EE group,while the content of GPX was decreased.Moreover,the content of CAT in EER6 group was the lowest in all groups.④ The level of Nrf2 in serum was positively correlated with ROS and -dP/dtmin,and negatively correlated with HR,Ea.The level of ROS in Serum was positively correlated with EF,-dP/dtmin,and was negatively correlated with HR,Ea,dP/dtmax.Conclusion:Exhausted exercise caused changes of cardiac bioelectricity,impaired both the cardiac systolic and diastolic function,especially the diastolic disfunction.However,with recovery time after exhausted exercise prolonged,cardiac systolic and diastolic function recovered gradually,which was related to the reduced oxidative stress levels modulated by the increased Nrf2-induced changes of GPX and CAT.

cardiac function;acute exhaustive exercise;oxidative stress;Nrf2;rats

全軍醫(yī)學(xué)科技“十二五”重點(diǎn)項(xiàng)目(13WS11J058)；全軍醫(yī)學(xué)科研“十二五”面上項(xiàng)目(CWS12J064)；后勤科研面上項(xiàng)目(CBJ13J006)

2015-06-03

2016-02-18

△E-mail:caoxb252 @163.com;Tel:0312-2058548

R-332；R331.3；R34；R365；R825.4；R873.1

A

1000-6834(2016)02-146-06

10.13459/j.cnki.cjap.2016.02.013