耐力运动及维生素E 对大鼠心血管系统若干指标影响的实验研究(可编辑)

耐力运动及维生素E 对大鼠心血管系统若干指标影响的实验研究(可编辑) 耐力运动及维生素E 对大鼠心血管系统若干指标影响 的实验研究 2010 年4 月第17 卷第4 期 ?论著? 耐力运动及维生素E 对大鼠心血管系统 若干指标影响的实验研究 任绮 邓树勋 华南师范大学体育科学学院 广东广州 510631 摘要 目的 耐力运动具有促进心血管系统健康和增强抗氧化系统的重要作用 本研究探讨耐力训练和抗氧化剂干预对大 鼠心血管系统若干指标的影响 只 大鼠随机分为六组 安静对照组 安静对照组 安静补 48 SD I A n,8 II B n,8 对照组 安静补 对照组 耐力 训练不补 组 耐力训练补 组 进行 VE I C n,8 VE II D n,8 VE E n,8 VE F n,8 4 周耐力运动每周六天 分钟 天 负重游泳 采 用透射电镜观察心肌组织的超微结构 同时检测血 清中的肿瘤坏死因子 浓度 60 , ,α 和一氧化氮合成酶的活性 结果 急性力竭运动的应 激可引起大鼠心肌细胞形态特征结构变化 耐力运动及补充VE 对大 鼠血清 NOS 活性 TNF,α 浓度的影响有差异 研究表明运动与抗氧 化剂干预可以有效增强机体应激能力 可能与血液中 TNF,α 以 及 活性的调节有关 结论 耐力运动和维生素 干预对 一次性大强度运动引起的心肌损伤具有保护作用 NOS E 关键词 耐力运动 抗氧化剂 心血管系统 中图分类号 文献标识码 R5404 7 A doi103936jissn1674-4659201004014 The Experimental Study on Effect of Endurance Training and Vitamin E on Selected Parameters of the Cardiovascular System in Rats REN Qi DENG Shuxun School of Physical Education And Sports Science South China Normal University Guangzhou 510631 China Abstract Objective Physical exercise is considered to be beneficial for cardiovascular health and is known to increase the synthe- sis of antioxidations The paper aimed to investigate the effects of endurance training and antioxidant intervention on the cardiovascular sys- tem and the relationship between these indices in rats Methods Forty-eight male Sprague Dawley rats were randomly divided into six groups sedentary Control group I A n 8 sedentary control group II B n 8 control group I with VE supplementation C n 8 control group II with VE supplementation D n 8 train group train with oral placebo E n 8 group with VE supplementation F n 8 Swim- ming with loads for 60 minutes per week 6 days for 4 weeks was used as an exercise protocol Transmission electron microscope was used to analyze the structure of myocardium In addition the inflammatory mediator TNF-α and nitric oxide synthase NOS in the blood serum of the rats were measured Results The present study suggested that exhausted exercise can induce morphological changes of myocardiac cells endurance exercise training and VE supplementation can provide antioxidant protection which was related to the adjustment of the concen- tration of TNF-α and the NOS activity Conclusions These datas suggest that endurance training and prior vitamin E supplementation may exert a protective effect against exhaust exercise-induced damage Key words Endurance exercise Antioxidant Cardiovascular system 解 清除自由基 保护细胞膜结构和功能 维生素 具有保护 1 研究目的 E 运动训练可以影响心脏血流动力学 心功能 的变化 使心 细胞膜免受运动应激所产生的自由基侵害的优点 本实验通过 中等耐力运动及补充抗氧化剂维生素 干预 探讨运动和抗氧 脏产生适应性反应 规律的运动可以通过提高心脏的抗 氧化防 E 御能力 改变心血管功能预防心脏缺血诱导的损伤 有助于降 化剂对心肌超微结构组织变化和一氧化氮合酶 Nitrous Oxide 活性 肿瘤坏死因子 低心血管疾病的发病率和死亡率 由于运动员的 心血管系统在 Systems NOS α Tumor Necrosis Factor, 运动训练中会产生变化 研究证实细胞凋亡参与运动机体心血 α TNF,α 水平的影响 管系统组织细胞重塑过程的重要生理机制 运动时心脏代谢的 过程中 会产生大量脂质过氧化物 它对细胞膜有破坏作用 2 研究对象与方法 动物分组 随机挑选健康雄性 级 大鼠 只 由广 而抗氧化剂可使过氧化物还原为无害的物质 使过氧化物分 2(1 SPF SD 48 东省中医药大学提供 12 周龄 体重 210 , 244 g 个 体差异 收稿日期 2010,01,08 修回日期 2010,02,28 不显著 动物自由饮水进食 混合脱水饲料 将 只大鼠随 48 作者简介 任绮 1974, 河北人 讲师 博士 研究方向 运动与 机分为 组 每组 只 训练前 后用电子 称测体重 随机分 6 8 心血管功能 E,mail renqi1974,163(com 为 组 组 安静对照组 组 安静对照组 组 安 6 A I B II C 通讯作者 邓树勋1935, 广东人 教授 博士生导师 研 究方向 静补 对照组 组 安静补 对照组 组 耐力训 VE I D VE II E 运动与心血管功能 E,mail dengshx,scnu(edu(cn 练不补VE 组 F 组 耐力训练补VE 组 ? ? 14 2010 年4 月第17 卷第4 期 训练 组大鼠均进行适应性游泳 天 每次 训练初期与安静组大鼠相比 训练组大鼠显现疲态 笼内 2(2 E F 3 15 随后逐渐增加游泳时间至 水温 活动程度较弱 进食量减少 补充维生素 的安静对照组和耐 min 60 min 32 ?C , 34 ?C E 水深 超过大鼠身体和尾巴总长度的 倍 组 力训练组的大鼠毛色光泽细腻 纤维密度均匀平整 安静组大 60 cm 2 C D F 〔1〕 以 维生素 的剂量灌胃 大鼠游泳采用尾部 负重 鼠的体形偏宽 运动组体形瘦长 训练 后期训练组大鼠笼内活 50 mg , kg E 的形式 加重量为身体体重 的物体 根据文献力 竭为 力增强 食量比安静组增加 组 组两组所承受的是相同 3, E F 当大鼠游至连续 次沉入水中 每次超过 秒时判定为力竭 的运动训练强度和时间 组和 组都未参加训练 随 3 10 A B C D 用风筒吹干大鼠后放回笼中 运动训练后期对于运动 时间不足 训练时间增加 训练组增加的体重与安静组大鼠对比差距逐渐 小时就发生力竭的大鼠 捞起用毛巾擦干后休息 分钟 再 加大 安静组大鼠的体重持续增加 而训练组大鼠体重增加缓 1 10 放入水中游泳 尽量使之训练时间达到规定的时间 慢 本实验补充抗氧化剂对大鼠的生长发育情况没有显现积极 组 不运动不补维生素 自由进食 每天灌胃同等剂 作用 但也没有表现出负面影响 A E 量的安慰剂 蒸馏水 4 周后不运动直接宰杀 B 组 不运动 3(2 耐力运动及抗氧化剂VE 对大鼠心脏细胞凋亡形态学与超 不补维生素 自由进食 每天灌胃同等剂量的安慰剂 蒸馏 微结构变化的影响 E 水 周后进行一次性力竭运动后 小时宰杀 组 不运 心脏外形观察 组 组 组 组心脏 外观呈现的 4 24 C 3(2(1 A B C D 动但补充维生素 周后不运动直接宰杀 组 不运动但 色泽比耐力运动组较浅 补充维生素组和不补充维生素 组大鼠 E 4 D 补充维生素 周后与 组一起进行一次性力竭运 动 心脏没有明显的色泽差异 组 组心 脏色泽呈现暗红色 E 4 B E F E F 后 小时宰杀 组 不补充维生素 每天灌胃同等剂量 的 表面冠状动脉血管突出明显 表明供血充足 与各安静组大鼠 24 E E 安慰剂 蒸馏水 每天进行 分钟中等强度游泳训练 负重 心脏对比 麻醉状态下每分钟心率缓慢 耐力训练组大鼠心 脏 60 为身体体重的 开始第一天游 后每天增加 心室明显肥大 心房壁增厚 左右心室壁增厚 心室腔扩 大 3, 15 min 15 60 共训练 周 每周 天 休息一天 最后进行一次 力竭 具有耐力运动心脏肥大的典型特征 即 表现为心肌的心室壁 min 4 6 性游泳后 小时宰杀 组 每天补充维生素 心房壁增厚和心腔增大 经过 周耐力训练后 组 组大 24 F E 50 mg , kg 4 E F 后进行 分钟中等强度游泳训练 负重为身体体重 的 开 鼠心脏外观色泽暗红色 与安静对照组和安静对 照补 组比 60 3, VE 始第一天游 后每天增加 共训练 周 每 较颜色较深 而且表面血管充盈 耐力训练组心脏外观体积较 15 min 15 60 min 4 周 天 休息一天 最后进行一次力竭性游泳后 小时宰杀 安静组比有增大现象 6 24 在实验过程中 每周一称量大鼠体重 次 按照大鼠体重 电子显微镜观察结果 电镜下区别凋亡与坏死细胞通常是 1 3(2(2 随时调整补充维生素 的量以及游泳负重 在每 次训练结束后 以细胞核的变化为依据的 本研 究电镜图片 图 显示 正 E 1 马上用毛巾擦干 风筒吹干大鼠 放入鼠笼中休息 B D 组 常喂养大鼠心肌细胞染色质疏松 肌纤维完 整 肌节各带清 大鼠在进行一次性力竭训练前适应性负重游泳三天 每次 晰 肌节之间线粒体被膜完整 嵴密集 当 组在经过一次 性 15 B 分钟 实验第 周末 在末次游泳训练后 小时用乙醚麻醉 力竭运动后出现肌原纤维间间隙增大 线粒体内外膜崩解破 4 24 后开腹腔从腹主动脉取血 5 , 7 ml 离心取血清置于 ,20 ?冰 裂 出现空泡状 细胞膜及核膜结构不清等现 象 核变小 异 箱保存 各组动物实验完毕后分别随机抽取 只实验大鼠 迅 染色质增多 核仁减少甚至消失 组和 组心室细胞核染色 1 A C 速开胸取心室肌组织 取左心室心尖 3 mm ? 1 mm ? 1 mm 体 质分布偶见边集固缩 中央部异染色质区聚集 成浓缩的染色质 积的肌组织块放入电镜固定液 脱水 渗透 包埋 切 ? 块 在电镜下还观察到 组心肌细胞的异染色质增多 虽然 500 A B D 的超薄切片 醋酸铀 柠檬酸铅双重染色后在透射电镜下 组心肌细胞也有线粒体肿胀 胞膜边缘不整 有突起 形 成小 , H, 600 观察心肌细胞结构 泡 随着细胞器的消失胞浆中出现不规则的空隙等现象 但与 2(3 数据处理 所有数据均用SPSS 12(0 统计软件处理 以均数 B 组电镜下超微结构比较心肌细胞损伤程度稍轻 E F 两组大 标准差 表示 采用配对 检验 显著性水平为 鼠心室细胞中线粒体数量增多 尤其心肌原纤维之间线粒体增 ? Mean ? SD t P ,0(05 多较为明显 线粒体形态出现不同程度的变异 F 组主要表现 为线粒体嵴密集 基质颗粒明显 3 结果与分析 耐力运动及补充维生素 对各组大鼠一般情况的影响 大 3(1 E 鼠体重生长变化情况见表 1 表 大鼠体重生长变化 1 组别 第一周 g 第四周 g 安静对照组 组 I A 223?21 352?16 安静对照组 组 II B 213?8 360?30 图 电镜观察的血管内皮细胞 心肌细胞形态 倍 1 X 10000 安静补 对照组 组 VE I C 235?12 337?34 安静补 对照组 组 3(3 耐力运动和抗氧化剂VE 对心血管系统 NOS 的影响 耐力 VE II D 224?5 326?17 运 动和补充维生素 对血液一氧化氮合成酶的影响见表 各 耐力训练不补 组 组 E 2 VE E 223?7 290?6 组 比较见图 耐力训练补 组 组 NOS 2 VE F 237?8 285?11 ? ? 15 2010 年4 月第17 卷第4 期 表 耐力运动和补充维生素 对血液一氧化氮合成酶的影响 2 E 本研究表明经过急性力竭运动后 E 组TNF,α 水平高于 F 组 具有非常显著性 显著高于 组 组别 n NOS 活力 U , ml P ,0(001 B P ,0(001 组显著高于 组 具显著性差异 本实验中 大鼠 安静对照组 组 F D P ,0(05 I A 8 4(65?2(11 经过急性力竭运动后 组 水平高于 组 具有 显著性 安静对照组 组 E TNF,α F II B 8 5(73?2(41 显著高于 组 具显著性差异 组 安静补 对照组 组 P ,0(001 B P ,0(001 F VE I C 8 5(13?2(27 水平明显高于 组 但却低于 组 安静补 对照组 组 TNF,α A B C D E VE II D 8 6(08?1(81 耐力训练不补 组 组 , VE E 8 9(17?2(74 耐力训练补 组 组 Δ , 4 讨论 VE F 8 7(51?4(47 注 与 相比 Δ 与 相比 , 与 相比 , 研究表明 4 周游泳耐力训练明显影响大鼠体重 增加 训 E P ,0(05 D P ,0(05 B P , 0(05 练大鼠体重增加不快的原因是由于运动训练时 能量需求增 10 , 加 有氧运动动用体内大量脂肪 促使体脂消耗 急性力竭运 8 ? l 动引起心肌细胞出现明显肌膜下水肿 线粒体肿 胀等现象的机 m 6 U 制可能与心肌缺氧 钙超载 氧自由基和膜脂质过氧化 有关 S 4 力竭运动和过度训练可导致大鼠心肌细胞凋亡数目明显增加 O N 2 且伴有不同程度的心肌损害 而中等强度训练不会引起心肌细 〔 〕 2 0 胞凋亡增加 Laufs U 等 研究表明运动训练后心肌细胞周围 A B C D B D B E D F E F 血管内皮细胞核有固缩现象 金其贯等 〔3〕 研 究表明过度训练 组别 图 各组 比较 时 大鼠心肌细胞凋亡显著增加 心肌细胞凋亡可能 是过度训 2 NOS 练影响心脏功能的病理生理机制 心肌细胞凋亡可 能参与由于 组的 活力高于 组 组的 活力 低于 组 运动超负荷而致的病理性失代偿心脏转变过程 导致运动性心 B NOS A C NOS D 〔 〕 4 但两组之间的比较都没有显著差异 E 组的NOS 活力为显著高 脏损伤 于 组 组的 活力低于 组 具有显著性差 本研究结果证实 急性力竭运动可以造成实验大鼠心肌微 B P ,0(05 F NOS E 异 本实验研究结果显示 组的 活 力显著高于 损伤的发生 这种运动性心肌微损伤的同时伴随细胞 凋亡前期 P ,0(05 F NOS 组 虽然比 组为高 但比 组明显低 现象 本实验中大鼠心脏经过 周耐力训练后心脏体积增大 D P ,0(05 B C D E 4 水平也表现出同样的趋向 比 组 为高 但比 心室壁和心房壁厚度增加以及心脏冠状动脉供血充足 等结构变 NOS A B C D 耐力训练不补VE 组低 其机制有待进一步研究 化是运动过程中收缩性功能增强的结构基础 对于机体最大吸 3(4 耐力运动和抗氧化剂VE 对肿瘤坏死因子 TNF,α 参与 介 氧量和有氧耐力的提高具有重要作用 耐力训练大鼠的运动心 导的心血管机能的影响 耐力运动和补充维生素 对血液 肌纤维之间毛细血管与心肌纤维的比值增大 强度过大也可导 E TNF, 的影响见表 各组 比较见图 致心脏结构损伤破坏和机能下降 特别是反复的大强度运动在 α 3 TNF,α 3 心脏结构和功能发生适应性重塑的同时 也造成了某些结构和 表 耐力运动和补充维生素 对血液 的影响 3 E TNF,α 功能的微损伤 且这种微损伤的发生是细胞坏死和细胞凋亡共 组别 n TNF,α ng , ml 同作用机制参与形成 超负荷运动状态有 无训练大鼠心肌微 安静对照组 组 损伤发生时细胞凋亡的参与作用和程度不同 可能是由于无训 I A 8 0(74?0(29 安静对照组 组 练大鼠不能耐受力竭运动刺激 受损心肌细胞多数发生坏死而 II B 8 0(76?0(22 少量发生凋亡 等 〔5〕 研究表明 周训练大鼠心肌的 可 安静补 对照组 组 Siu PM 8 VE I C 8 0(51?0(26 安静补 对照组 组 以减弱心肌细胞凋亡的现象 经过系统耐力训练大鼠 心肌对力 VE II D 8 0(54?0(16 耐力训练不补 组 组 ,,ΔΔ 竭运动刺激耐受能力大大增强 受损心肌细胞多以 细胞凋亡的 VE E 8 2(53?2(94 耐力训练补 组 组 , 形式出现 不仅可以减少由于细胞坏死带来的严重 后遗作用 VE F 8 1(08?0(38 〔 〕 6 注 与 比 ,, 与 比 ΔΔ 与 比 , 也有利于减轻心肌微损伤的程度 王福俤等的研 究内皮细胞 B P ,0(001 F P ,0(001 D P ,0(05 凋亡峰值明显高于维生素 组 表明 可诱导 内皮细胞凋 E TNF 3 ?? 亡 而维生素 可明显抑制由 诱导的内皮细胞凋 亡 认为 25 E TNF l m 维生素 可明显减轻 对内皮细胞的损伤作用 这可 能与维 2 E TNF g n 生素 促进内皮细胞增殖 抑制凋亡及阻止单核细胞粘 附有 平 15 E 水 , 关 阻抑 对内皮细胞损伤作用可能是维生素 抗动脉粥样 1 TNF E F N 〔 〕 7 T 05 硬化形成的重要机理之一 0 NOS 是近年新发现的一个重要的与运动训练机体细胞保护 A B C D B D B E D F E F 有关的因子 是NO 生物合成的关键限速酶 在组织细胞中普 组 别 遍存在 心脏组织的 NOS 同工酶中有两种 即 结构型 NOS 图 各组 比较 3 TNF,α cNOS 和诱导型 NOS iNOS 运动训练可以使 NOS 表达增 ? ? 16 2010 年4 月第17 卷第4 期 强 使 含量增高 从而抑制血小板粘附聚集和血管平滑肌 充维生素 后进行一次性力竭运动可以使机体的抗氧化防御系 NO E 细胞的增殖反应 降低了血液粘度 促进纤溶系统和凝血系统 统机能提高 一氧化氮合成酶活性升高但没有显著性 TNF,α 的活性等 本研究结果表明 组的 活力高于 组 组 没有明显变化 补充维生素 对安静机体进 行力竭运动时的保 B NOS A C E 的 活力低于 组 组的 活力显著高于 组 护机制可能与维生素 的抗氧化作用及调控凋亡相关基因有 NOS D F NOS C P , E 0(05 在心肌缺血再灌注损伤中 NOS 表达增强 保护血管内 关 ? 耐力训练后心肌线粒体数量和一氧化氮合 成酶活性增 皮损伤 促进 合成释放 以扩张冠脉 改善心 肌供血 可 加 有利于合成一氧化氮 但耐力训 练 周和补充维生素 后 NO 4 E 能是长期运动训练使机体产生适应性反应 提高 的活性 的变化却比耐力训练不补 组明显低 具有显 著性差 NOS TNF,α VE 增加 产生 可以保护心肌免受损伤 虽然比 组为 异 也显示同样变化趋势 说明补充维生素 或 耐力训练有利 NO B C D E 高 但比 组明显低 水平也表现出同样的趋向 比 于提高机体的抗氧化防御系统的功能 对心血管系统有保 护和 E NOS A B C D 组为高 但比耐力训练不补 VE 组低 其机制有待 进 预处理的效应 一步研究 可能是长期耐力运动训练可以提高血浆 NO 水平 并抑制血小板黏附 发挥其抗血栓形成的作用 同时增强NOS 参考文献 金其贯 孙新荣 李宁川 等 对大运动量训练后大鼠 心 的活性 长时间力竭性运动使 iNOS 升高 诱导大 量 NO 的产 [1] Vitamin E 生 而 iNOS 活性的增强 可损伤内皮细胞并释放大量的 NO 血管系统调节肽分泌的影响 [J] 体育与科学 2002 23 1 31- 和内皮素 使心血管造成破坏和损伤 并对局灶细胞产生细胞 44 〔 〕 8 [2] Laufs U Werner N Link A et al Physical training increases endothe- 毒素作用 扩大缺血灶 促使细胞凋亡 是 年代发现由巨噬细胞和单核细胞分泌的一种 lial progenitor cells inhibits neointima formation and enhances angio- TNF,α 80 重要的毒性细胞因子 激活TNF 受体可使细胞内活性氧自由基 genesis [J] Circulation 2004 109 2 220-226 明显增加 体内体外实验研究表明TNF,α 具有负性肌力作用 [3] Shen W Zheng XP Zhao G et al Nitric oxide production and NO sy- 〔9〕 nthase gene expression contribute to vascular regulation during exer - 与细胞凋亡 免疫调节有关 TNF,α 参与介导了充血 性心 力衰竭 心衰 时心肌收缩功能障碍 血管舒缩功 能紊乱 心 cise [J] Med Sci Sports Exerc 1995 27 2 1125-1134 郭勇力 刘霞 张文峰 等 不同强度运动对大鼠心肌细胞凋亡的影 源性恶液质 运动负荷下降等病理过程的发生发展 是判 断心 [4] 衰预后的重要因素 大鼠进行 周跑台运动的研究表明 运动 响 [J] 中国临床康复 2004 8 9 1732-1733 9 训练可以增加细胞分泌 而且 型 受体 [5] Siu PM Bryner RW Martyn JK et al Apoptotic adaptations from ex- TNF,α I TNF mTNFR1 上调 可能与中等强度的运动能提高机体免疫功能和降低急性 ercise training in skeletal and cardiac muscles [J] FASEB J 2004 运动造成的免疫功能紊乱有关 研究表明可能是某 些细胞氧化 18 10 1150-1152 〔10〕 常芸 袁箭峰 祁永梅 等 运动心脏重塑与微损伤发生中的细胞凋 反应刺激TNF,α 合成增多 本研究结果表明 耐 力训练补 [6] 维生素 的大鼠经过急性力竭运动后 的水平升高 其 亡现象 [J] 中国运动医学杂志 2003 22 4 334-349 E TNF,α 王福俤 和红 维生素 对肿瘤坏死因子损伤主动脉内皮细胞的防 机制可能是维生素 在提高运动能力中的作用 主要是改善循 [7] E E 环系统使心血管系统的微血管舒张 抑制运动中自由基的生成 治作用 [J] 营养学报 1999 21 2 236 李宁川 颜军 金其贯 等 力竭性运动对大鼠脑组织中一氧化氮合 而间接保护了细胞膜的稳定性 减少钙离子的内流 使运动耐 [8] 力得到保障 Tsukui S 等测试表明中等强度运动训练可以减少 成酶活性的影响 [J] 现代康复 2000 4 12 1875 血浆TNF,α 水平和脂类代谢 可能与运动促使TNF,α 降 低对 [9] Monden Y Kubota T Inoue T et al Tumor necrosis factor- alpha 〔11〕 is tox