唐湘宇,洪華山,林曉紅,譚華清
運(yùn)動(dòng)療法是心臟康復(fù)中最重要的部分,心肌梗死前運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有益于大鼠改善心肌梗死后的左心室重構(gòu),而心肌梗死后的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠的左心室容積、形態(tài)及其預(yù)后的研究有矛盾的結(jié)果。Libonati 等[1]報(bào)道大鼠心肌梗死后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可增加左心室的順應(yīng)性,改善左心室舒張功能。也有報(bào)道心肌梗死后運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可加劇心肌梗死的擴(kuò)大,從而惡化左心室重構(gòu)[2]。目前,在國(guó)內(nèi)外較為少見大鼠心肌梗死前后聯(lián)合運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)左心室重構(gòu)和血流動(dòng)力學(xué)變化的文獻(xiàn)報(bào)道。因此,本研究觀察了心肌梗死前、后及心肌梗死前后聯(lián)合運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌梗死后晚期大鼠左心室重構(gòu)及血流動(dòng)力學(xué)變化的影響。
選取清潔級(jí)健康雄性SD 大鼠96 只,體重241~278 g,由上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供(許可證號(hào):SCXK 滬2007-2005)。置于清潔、恒溫環(huán)境中,采用人工照明,每天白天與夜間各12 h。分籠飼養(yǎng),予標(biāo)準(zhǔn)飼料,自由取食及取水。
96 只大鼠按數(shù)字表法隨機(jī)分為6組,每組16只,假手術(shù)不運(yùn)動(dòng)組(Sed-Sh組):假手術(shù)前后均不運(yùn)動(dòng);假手術(shù)前運(yùn)動(dòng)組(PreE-Sh組):假手術(shù)前運(yùn)動(dòng)5 w,5 d/w,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為21 m/min,60 min/d,假手術(shù)后不再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練;心肌梗死不運(yùn)動(dòng)組(Sed-MI組):心肌梗死前后均不運(yùn)動(dòng);心肌梗死前運(yùn)動(dòng)組(PreE-MI組):心肌梗死前運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練5 w,5 d/w,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為21 m/min,60 min/d,心肌梗死后不再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練;心肌梗死后運(yùn)動(dòng)組(PostE-MI組):心肌梗死前不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,心肌梗死4 w 后開始運(yùn)動(dòng)8 w,5 d/w,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為21 m/min,60 min/d;心肌梗死前后聯(lián)合運(yùn)動(dòng)組(ComE-MI組):心肌梗死前運(yùn)動(dòng)5 w,5 d/w,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為21 m/min,60 min/d,心肌梗死4 w 后開始運(yùn)動(dòng)8 w,5 d/w,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為21 m/min,60 min/d。
運(yùn)動(dòng)方式及強(qiáng)度參照文獻(xiàn)[3],正式運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)以前,運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練大鼠先在跑臺(tái)上適應(yīng)性訓(xùn)練,跑臺(tái)后部有溫和的電刺激以促使大鼠向前跑動(dòng)。然后,運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練大鼠接受正式跑步訓(xùn)練,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為21 m/w,60 min/d,5 d/w,共訓(xùn)練5 w。而不運(yùn)動(dòng)組大鼠整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。在第5 w 時(shí),最后一次訓(xùn)練24 h 后,所有的大鼠接受急性心肌梗死手術(shù)或假手術(shù)。在休息康復(fù)4 w 后,PostE-MI組和ComE-MI組進(jìn)行5 d 適應(yīng)訓(xùn)練后,跑步速度和時(shí)間逐漸增加,直到熟練跑60 min/d。然后共運(yùn)動(dòng)8 w,5 d/w,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為21 m/min,60 min/d。
參照文獻(xiàn)[3],采用10%水合氯醛(3 ml/kg)腹腔麻醉大鼠后,將其固定于手術(shù)臺(tái)上,常規(guī)消毒、鋪巾,行氣管插管并連接江西特力麻醉呼吸設(shè)備公司產(chǎn)TKR-200C 型小動(dòng)物呼吸機(jī)輔助呼吸,開胸后暴露心臟。用8-0 號(hào)絲線結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支,保證心肌梗死范圍盡量一致,術(shù)中選取的結(jié)扎位點(diǎn)應(yīng)相對(duì)固定。結(jié)扎后心電圖ST 段顯著抬高,灌注區(qū)域心肌呈現(xiàn)為紫紅色,室壁運(yùn)動(dòng)減弱,則提示建模成功,證實(shí)結(jié)扎成功后逐層關(guān)胸。假手術(shù)大鼠過程同上,但只穿線,不結(jié)扎。大鼠恢復(fù)自主呼吸后,拔除氣管插管。術(shù)后予抗感染藥物治療3 d。
至實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)時(shí),存活大鼠稱重后用10%水合氯醛(3 ml/kg)腹腔注射麻醉大鼠后固定于手術(shù)臺(tái)上,常規(guī)手術(shù)區(qū)消毒、鋪巾,行氣管插管并連接小動(dòng)物呼吸機(jī)輔助呼吸。頸部腹側(cè)偏右縱向切開皮膚,在胸鎖乳突肌內(nèi)側(cè)分離右頸總動(dòng)脈1.5 cm,經(jīng)右頸總動(dòng)脈插入1%肝素化的心導(dǎo)管,由壓力傳感器連于多功能生理記錄儀(BL-420E,成都泰盟儀器廠),緩慢推進(jìn)同時(shí)觀測(cè)動(dòng)脈壓,記錄血壓曲線。再繼續(xù)插入,使其通過主動(dòng)脈瓣進(jìn)入左心室。測(cè)量每只大鼠的心率、左心室收縮壓(LVSP)、左心室舒張末壓(LVEDP)及左心室內(nèi)壓最大上升速率(LV+dp/dtmax)、左心室內(nèi)壓最大下降速率(LV-dp/dtmax)。連續(xù)測(cè)取3 次數(shù)據(jù),每次間隔3 min,取平均值作為測(cè)定結(jié)果。
大鼠處死前當(dāng)天稱體重,下腔靜脈取血后,注射10%氯化鉀2~3 ml 處死存活大鼠,使心臟處于舒張期,之后迅速開胸摘除心臟。先剪去周圍大血管,用冰生理鹽水清洗心臟殘血,吸干血液,剪去心房和右心室游離壁,用電子天平稱取心臟重量、右心室重量、左心室重量。計(jì)算心臟重量/體重值,得到心臟的相對(duì)重量;以了解整個(gè)心臟、左右心室肥厚情況及程度[4]。
所有心臟從心尖部起,垂直左心室長(zhǎng)軸連續(xù)將心臟切為均勻4 塊,分別行常規(guī)石蠟包埋、液氮保存。將結(jié)扎線以下沿心尖到心底垂直方向橫切,取2 部分用10%中性福爾馬林固定、包埋,制作厚為4 μm 的連續(xù)切片,用于組織學(xué)檢測(cè)。
取出雙肺,剪除大氣管及周圍組織,用電子天平稱取濕重后,置入80℃烤箱烘烤,連續(xù)烘烤72 h后,取出稱干重,并計(jì)算肺濕/干重量值[4]。
取乳頭肌段心室肌,10%中性福爾馬林固定。常規(guī)石蠟包埋,石蠟包埋標(biāo)本按4 μm 厚度系列切片,每個(gè)標(biāo)本均勻沿左心室長(zhǎng)軸不同切面切4 張,每個(gè)切面分別測(cè)量記數(shù)。切片行蘇木素伊紅(HE)染色、Masson 染色觀察左心室形態(tài)、室間隔厚度、左心室游離壁厚度、心肌梗死范圍、疤痕厚度[5],Image-Pro 計(jì)算機(jī)成像系統(tǒng)測(cè)定。
經(jīng)典的膠原纖維染色方法,具體步驟是:(1)石蠟切片,常規(guī)脫蠟至水;(2)Masson 復(fù)合染色液染色5 min;(3)0.25%醋酸水溶液稍洗;(4)5%磷鎢酸染色5~10 min;(5)0.25%醋酸水溶液浸洗2 次;(6)苯胺藍(lán)染色液染色5 min;(7)0.25%醋酸水洗2 次;(8)無(wú)水乙醇脫水,二甲苯透明,中性樹膠封固。
結(jié)果判定:膠原纖維呈藍(lán)色,心肌細(xì)胞呈紅色。心肌梗死范圍的測(cè)定參照文獻(xiàn)[3-4],用數(shù)碼相機(jī)將整個(gè)心室截面拍下。用計(jì)算機(jī)輔助圖像分析系統(tǒng)分別測(cè)量梗死疤痕的內(nèi)膜面、外膜面弧長(zhǎng)及左心室的內(nèi)膜面、外膜面弧長(zhǎng),疤痕長(zhǎng)度為疤痕的內(nèi)膜面、外膜面弧長(zhǎng)之和,每個(gè)切面心肌梗死范圍=疤痕長(zhǎng)度/左心室周徑(左心室的內(nèi)膜面、外膜面弧長(zhǎng)之和)×100%。左心室的梗死范圍則為4 個(gè)切面梗死范圍的均值。圖像分析系統(tǒng)分別測(cè)量每張切片的室間隔厚度、左心室游離壁厚度、心肌梗死疤痕厚度。分別計(jì)算得到心肌梗死疤痕厚度(%)=疤痕厚度/室間隔厚度×100%。前壁厚度(%)=左心室游離壁厚度/室間隔厚度×100%,最后取4 張切片的平均值。
采用SPSS12.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,應(yīng)用ANOVA 檢驗(yàn)多個(gè)樣本均數(shù)間差異性,當(dāng)組間存在顯著性差異時(shí)用post hoc t 檢驗(yàn)。兩組比較選用LSDt檢驗(yàn)分析,P<0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
大鼠死亡多集中在術(shù)后7 d 內(nèi),尸檢發(fā)現(xiàn)雙肺淤血、胸腔血性積液,大鼠可能死于心肌梗死后心力衰竭、心原性猝死,運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練期間未發(fā)生大鼠死亡現(xiàn)象。
如表1 所示,存活大鼠Sed-Sh組和PreE-Sh組之間體重差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與Sed-MI組比,PreE-MI組大鼠體重更低,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。然而,與Sed-MI組比,PostE-MI組和ComE-MI組大鼠體重顯著下降(P<0.05)。與Sed-Sh組比,PreE-Sh組大鼠的左心室重量和右心室重量增加不顯著(P>0.05),心臟重量/體重值增加也不顯著(P>0.05)。Sed-MI組和PreE-Sh組大鼠的左心室重量、右心室重量和心臟重量/體重值是類似的。與Sed-MI組大鼠比,PostE-MI組大鼠的左心室重量和右心室重量輕微增加(P>0.05),但是心臟重量/體重值顯著增加(P<0.05),而ComE-MI組大鼠的左心室重量、右心室重量和心臟重量/體重值均顯著增加(P均<0.05)。與Sed-Sh組比,Sed-MI組大鼠的肺濕/干重量值明顯增加(P<0.05);與Sed-MI組比,PostE-MI組和ComE-MI組均減輕了肺濕/干重量值(P均<0.05);與PreE-MI組比,ComE-MI組減輕了肺濕/干重量值(P<0.05)。
如圖1 所示,PreE-Sh組大鼠的靜息心率在停止訓(xùn)練后4 w 后顯著低于Sed-Sh組(P<0.05),在停止訓(xùn)練后8 w 后靜息心率與Sed-Sh組大鼠的差別消失。PreE-MI組大鼠的靜息心率在心肌梗死后4 d、2 w 時(shí)顯著低于Sed-Sh組(P<0.05),在停止訓(xùn)練后4 w 后靜息心率與Sed-Sh組大鼠的差別消失。此外,與Sed-MI組大鼠比,PostE-MI組和ComE-MI組在心肌梗死后8 w、12 w 時(shí)造成了更低的靜息心率(P均<0.05);而且,與PostE-MI組比,ComE-MI組大鼠進(jìn)一步減少了靜息心率(P均<0.05)。
表1 各實(shí)驗(yàn)組大鼠體重、心臟重量、肺濕/干重量值情況比較()
表1 各實(shí)驗(yàn)組大鼠體重、心臟重量、肺濕/干重量值情況比較()
注:Sed-Sh組:假手術(shù)不運(yùn)動(dòng)組;PreE-Sh組:假手術(shù)前運(yùn)動(dòng)組;Sed-MI組:心肌梗死不運(yùn)動(dòng)組;PreE-MI組:心肌梗死前運(yùn)動(dòng)組;PostE-MI組:心肌梗死后運(yùn)動(dòng)組;ComE-MI組:心肌梗死前后聯(lián)合運(yùn)動(dòng)組。與Sed-Sh組比*P<0.01;與Sed-MI組比△P<0.05;與PreE-MI組比▲P<0.05
圖1 各組大鼠心肌梗死后不同時(shí)期的靜息心率比較()
如圖2 所示,與Sed-Sh組比,PreE-Sh組大鼠LVSP、LV+dp/dtmax 和 LV-dp/dtmax 均沒有顯著改善(P均>0.05);Sed-MI組大鼠的LVSP、LV+dp/dtmax和 LV-dp/dtmax 分別減少34.3%、19.1%、20.7%(P均<0.01),LVEDP 顯著增加(P<0.01)。與Sed-MI組比,PreE-MI組大鼠的心功能沒有顯著的改善(P均>0.05)。然而,與Sed-MI組比,PostE-MI組和ComE-MI組大鼠心肌梗死誘導(dǎo)的心功能紊亂顯著改善(P均<0.05)。PostE-MI組大鼠LVSP、LV+dp/dtmax和LV-dp/dtmax 分別增加11.9%、6.4%、5.8%(P均<0.05)。與PreE-MI組比,ComE-MI組大鼠進(jìn)一步改善了心肌梗死誘導(dǎo)的心功能紊亂,ComE-MI組大鼠的LVSP、LV+dp/dtmax 和 LV-dp/dtmax 分別增加11.1%、7.1%、6.9%(P均<0.05)。但 是,與PostE-MI組比,ComE-MI組大鼠只有LVSP 和LV+dp/dtmax 指標(biāo)的改善達(dá)到了統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。PreE-MI組和PostE-MI組之間,血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。
圖2 各組大鼠血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)LVSP(2A)、LVEDP(2B)、LV+dp/dtmax(2C)、LV-dp/dtmax(2D) 測(cè)定結(jié)果比較()
Masson 染色結(jié)果顯示各組大鼠心肌梗死后左心室形態(tài)改變,具體見圖3。
圖3 各組大鼠左心室橫切面Masson 染色圖
如圖4顯示,Sed-Sh組 和PreE-Sh組沒有心肌梗死的跡象,Sed-MI組大鼠的心肌梗死范圍是(44.2±2.1)%。與Sed-MI組比,PostE-MI組大鼠的心肌梗死范圍沒有顯著減少(P>0.05);然而,PreE-MI組和ComE-MI組大鼠的心肌梗死范圍分別顯著減少到(36.6±2.6)% 和(35.2±1.9)%(P均<0.05),PreE-MI組和ComE-MI組大鼠的心肌梗死范圍差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P> 0.05)。Sed-Sh組和PreE-Sh組大鼠的左心室游離壁厚度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與Sed-MI組比,PostE-M組大鼠的疤痕厚度增加,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與Sed-MI組比,PreE-MI組和ComE-MI組大鼠的疤痕厚度分別顯著增加到30.1%和31.1%。然而,PostE-MI組和ComE-MI組大鼠的疤痕厚度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
圖4 各組大鼠心肌梗死范圍(4A) 和左心室游離壁厚度或疤痕厚度(4B) 比較()
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)心血管病患病率持續(xù)上升,心血管病死亡率仍居首位[6]。因此,加強(qiáng)冠心病的預(yù)防和康復(fù)治療顯得十分迫切和必要。運(yùn)動(dòng)對(duì)心血管疾病有積極的預(yù)防和治療作用,減少了冠狀動(dòng)脈事件的發(fā)病率和致死性心肌梗死的發(fā)生[7-8],規(guī)律運(yùn)動(dòng)與冠心病的發(fā)病率和死亡率呈負(fù)相關(guān)[9]??祻?fù)運(yùn)動(dòng)日益成為病情穩(wěn)定的冠心病患者常規(guī)治療之一[10],多方面的因素造成了運(yùn)動(dòng)維系心血管系統(tǒng)健康的有益效應(yīng)。
心肌梗死后康復(fù)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度在40%~70%最大耗氧量為宜,Tang 等[3]探討了不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠心肌梗死后左心室心肌梗死范圍、疤痕厚度、左心室功能和微血管密度的影響,認(rèn)為中強(qiáng)度訓(xùn)練較為合適。低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可能對(duì)心血管系統(tǒng)沒有足夠的影響,而高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)反而增加心血管疾病患者的風(fēng)險(xiǎn),本實(shí)驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)方案參照以往方案設(shè)計(jì)為中強(qiáng)度訓(xùn)練,對(duì)心肌梗死后運(yùn)動(dòng)是適宜的。
已經(jīng)明確肥胖是心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素,本實(shí)驗(yàn)中,與Sed-MI組比,PreE-MI組的大鼠體重低一些,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而且,PostE-MI組和ComE-MI組大鼠的體重顯著的低于不運(yùn)動(dòng)大鼠Sed-MI組,表明運(yùn)動(dòng)有益于控制體重,減少肥胖的發(fā)生。同時(shí),體重的減輕也可能提示運(yùn)動(dòng)改善了心功能,減少了鈉水潴留。
研究表明運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能有益地改變心臟自律性調(diào)節(jié)[11],這種改變可能有益于預(yù)防致死性室性心律失常。在本實(shí)驗(yàn)中,與不運(yùn)動(dòng)大鼠Sed-MI組比,PostE-MI組和ComE-MI組跑步訓(xùn)練顯著減少了靜息心率。可能提示運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)大鼠產(chǎn)生了更高的副交感神經(jīng)張力和更低的交感神經(jīng)張力,加強(qiáng)了心臟的電穩(wěn)定性,因此可能有利于改善心肌梗死后惡性心律失常的發(fā)生。在本實(shí)驗(yàn)中,我們也觀察到PostE-MI組和ComE-MI組大鼠的心臟重量更大一些,這提示運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能造成了心肌肥厚。另外,心肌梗死誘導(dǎo)的左心室心肌肥厚和重構(gòu)可能也和心臟重量增加有關(guān)。
血流動(dòng)力學(xué)中LVSP 和LV+dp/dtmax 反映左心室收縮功能,LVEDP 和LV-dp/dtmax 反映左心室舒張功能。研究報(bào)道,心肌梗死造成了顯著的左心室功能紊亂[4,12-13]。我們也觀察到Sed-MI組大鼠出現(xiàn)了顯著的更低水平的LVSP、LV+dp/dtmax 和LV-dp/dtmax,表明其收縮舒張功能惡化。與Sed-Sh組比,Sed-MI組大鼠出現(xiàn)了顯著的更高水平的肺濕/干重量值,提示左心室功能紊亂造成了肺淤血。與Sed-MI組比,PostE-MI組和ComE-MI組改善了LVSP、LVEDP、LV+dp/dtmax 和LV-dp/dtmax,減輕了肺濕/干重量值,表明運(yùn)動(dòng)改善了左心室收縮舒張功能,減輕了肺淤血,與我們前期研究相符[14]。
左心室血流動(dòng)力學(xué)等心功能指標(biāo)的惡化意味著心臟泵功能紊亂。而心肌梗死后左心室擴(kuò)張、功能紊亂是左心室重構(gòu)的標(biāo)志[15]。本實(shí)驗(yàn)中,Sed-MI組大鼠出現(xiàn)了LV+dp/dtmax 和 LV-dp/dtmax 等心功能指標(biāo)的惡化,這提示其已經(jīng)形成了不良的左心室重構(gòu),Masson 染色形態(tài)觀察也證實(shí)了這一點(diǎn)。相比Sed-MI組而言,PreE-MI組和ComE-MI組大鼠的心肌梗死范圍顯著減少,左心室游離壁厚度顯著增加,表明心肌梗死前運(yùn)動(dòng)和聯(lián)合運(yùn)動(dòng)有益于改善左心室重構(gòu)。PostE-MI組大鼠心肌梗死后運(yùn)動(dòng)對(duì)左心室重構(gòu)沒有明顯影響,但是卻改善了血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo),減輕了左心室功能紊亂。
本實(shí)驗(yàn)證實(shí),心肌梗死前運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練減少了大鼠心肌梗死范圍,增加了心臟疤痕厚度,但是對(duì)于心肌梗死后晚期血流動(dòng)力學(xué)的改善沒有顯著影響。而心肌梗死后運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌梗死范圍無(wú)影響,但是改善了心肌梗死后大鼠的血流動(dòng)力學(xué)。聯(lián)合運(yùn)動(dòng)既減少了其心肌梗死范圍,改善了左心室重構(gòu),又改善了心肌梗死后大鼠的血流動(dòng)力學(xué)。王書鵬等[16]研究及本實(shí)驗(yàn)表明,堅(jiān)持適當(dāng)運(yùn)動(dòng)鍛煉等健康生活方式,可能更有利于冠心病的預(yù)防和康復(fù)。
利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突