不同運動負荷對大鼠心肌組織一氧化氮和一氧化氮合酶的影響①

楊小英 梁蓓蓓 劉華鋼 黃志平 劉成艷 韋蕾 李建恒

(1.廣西壯族自治區體育科學研究所 南寧 530031; 2.廣西醫科大學 南寧 530021;3.廣西體育高等專科學校 南寧 530012; 4.廣西體育運動學校 南寧 530012)

NO是一種作用于平滑肌細胞,使血管平滑肌舒張,從而擴張血管,調節血流有效改善組織缺血缺氧狀況的信使分子和效應分子。近年來,運動醫學界關于NO與運動之間關系的研究較多。但關于不同運動負荷對心肌組織N0含量、總NOS和nNOS、eNOS、iNOS活性的系統影響尚未見報道,本文擬對不同負荷時心肌組織上述成分的變化進行系統研究,為運動訓練提供更為科學的理論依據。

1 對象與方法

1.1 實驗對象與分組

60只雄性SD大鼠(購自廣西醫科大學實驗動物中心),6周齡,分籠飼養,每籠5只,自由飲食,光照時間7∶00～19∶00。動物適應性訓練后經篩選分為3組:即安靜對照組、中等運動強度運動組和運動疲勞組,每組大鼠各20只。

1.2 運動方式

(1)安靜對照組20只。常規飼養,不加干預。

(2)中等運動強度運動組20只。進行中等強度游泳訓練,大鼠每周游泳5次,每天游泳1次。第1次下水游泳10min,以后逐日增加,第1周末時游泳至30min,第2周末時游泳至60min,此后維持這一運動量直至游滿8周。

(3)運動疲勞組20只。建立運動性疲勞的模型。運動性疲勞的動物模型參見朱權的文獻[1]。

1.3 樣本收集

1.3.1 樣本收集 大鼠末次游泳訓練后24h,稱重,后即麻醉處死,按1mL/100g體重劑量腹腔注射10%水合三氯乙醛溶液麻醉大鼠,迅速取心肌組織置于0～4°C冰生理鹽水中洗凈血液,并用濾紙吸干水分,裝入內徑4mm的塑料樣品管中,立即投入液氮中保存待用。安靜對照組大鼠不運動,安靜稱重取材。組織勻漿制備:稱取適量組織(0.1～1g)按W(組織塊質量,g)∶V(勻漿介質,mL)為1∶9的比例加入預冷的勻漿介質(0.8%NaCl溶液、pH7.4、0.01mol/L、0.0001mol/L EDTA-2Na、0.01mol/L蔗糖溶液)于研缽中,用眼科小剪快速剪碎組織塊(以上全部操作在冰水浴中進行)。手工研磨后傾入試管中,3000轉/min低溫離心10～15min,分離棄去下面沉淀,提取上清液4℃冷藏或-20℃冰凍備用(投入液氮中保存待用)。

1.4 心肌組織的測定

均采用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒測定心肌組織N0含量、總NOS和nNOS、eNOS、iNOS 活性,具體方法全部參照試劑盒附帶的方法說明進行操作。

表1 不同運動負荷對心肌組織NO、總NOS、nNOS、eNOS、iNOS含量的影響[(n=20,umol/L或umol/gprot),(±s)]

表1 不同運動負荷對心肌組織NO、總NOS、nNOS、eNOS、iNOS含量的影響[(n=20,umol/L或umol/gprot),(±s)]

注:*P<0105,**P<0101,與安靜對照組相比

組織 對照組 中等運動強度 運動疲勞組NO 2.16±0.81 2.37±0.72 2.21±0.55 NOS 0.99±0.037 1.276±0.07 1.248±0.061 eNOS 0.359±0.027 0.387±0.036 0.289±0.016 nNOS 0.378±0.032 0.368±0.027 0.343±0.021 iNOS 0.253±0.012 (0.521±0.031)** (0.616±0.022)**

1.5 數據處理

2 結果

2.1 不同運動負荷對大鼠心肌組織NO、總NOS、nNOS、eNOS、iNOS含量的影響(表1）

表1結果顯示:同安靜對照組比較,進行中等強度運動和疲勞運動后,心肌中NO和NOS總含量變化則僅僅表現為一種上升趨勢,經統計學處理后沒有顯著性差異。總的來看,大鼠各組織NO濃度的變化情況與NOS的變化情況基本一致。大鼠進行中等強度運動后心肌組織的eNOS活性水平較安靜對照組比較稍升高,而疲勞運動后則稍下降,但無統計學意義。nNOS在各運動負荷時變化不明顯。大鼠進行中等強度運動和疲勞運動后心肌組織的iNOS活性水平顯著升高(P<0.01),而疲勞運動組與中等強度運動組比較無顯著意義。

3 討論

大量實驗證明,適宜運動時機體供能、需能基本平衡,內環境基本保持穩定,運動中適宜的運動負荷可使心肌細胞發生適應性生理變化,能夠維持心臟的正常供能、供血、供氧;而過度負荷及過度訓練可導致心肌缺血、缺氧,影響心肌的正常功能,使機體的內環境破壞增強,無法維持心臟的正常供能、供血、供氧,最終導致心肌細胞的損傷;同時血流動力學的改變也是過度訓練中的一個很明顯的特點,過度訓練中發生的劇烈的心血管系統反應而導致心肌細胞損傷。不同運動負荷引起的不同程度的心肌細胞的改變從而導致心血管系統NO-NOS體系的變化。NO是一種內源性血管舒張因子,已有的研究表明,適量負荷運動,通過增強cNOS活性改善心血管功能;而大強度運動引起iNOS的活性升高,可能是不利于心血管功能的因素。NO作為內皮細胞依賴性的血管調節物質,主要松馳平滑肌、能促進血管平滑肌舒張,擴張血管,調節周圍血管阻力,調控冠狀動脈循環。

研究證實,搏動性血流和血管剪切應力是調節NO釋放的兩個決定性因素[2]。Shen.W報道[3]:大鼠在適宜負荷后,主要是心血管系統發生適應性變化,改變血流對心血管內皮細胞的機械作用,導致內皮細胞的剪切應力改變,血管剪切應力改變使細胞膜上的Ca2+依賴型K+通道開放,導致細胞內Ca2+增多,Ca2+通過鈣調素CaM激活NOS,調節NO的合成,使NO分泌增加。大鼠在遞增負荷游泳訓練后主要是白細胞介素-1、腫瘤壞死因子等炎性細胞因子釋放可促進血管和心肌細胞中iNOS基因的轉錄和表達,從而促進NO的大量合成和釋放。大鼠在遞增負荷的游泳訓練,尤其是過度訓練后,血液中細胞因子大量生成,通過促進血管和心肌細胞中iNOS基因的轉錄和表達進而促進NO的生成。由些可見,NO生成除機械刺激和化學刺激兩方面因素使NO生成增加外,還受血漿中NO前體-L-Arg的含量和L-Arg跨膜轉運能力以及NO清除率的影響。因此,搏動性血流和血管剪切應力增強、血液NE、Ach、BK生成增加、炎性細胞因子增多及心血管系統L-Arg跨膜轉運能力增強都可使NO合成增加。

不同的運動負荷對心肌組織的NO和NOS會產生影響。孫紅梅報道[4]:適宜負荷的游泳訓練可以提高大鼠心肌、血清中NO水平和cNOS活性升高。而大強度運動引起的iNOS的活性升高,長時間過度負荷的游泳訓練可以使大鼠心肌、血清中iNOS活性升高。張靚報道[5]:適量負荷運動,通過增強cNOS活性改善心血管功能;而大強度運動引起的iNOS的活性升高,可能是不利于心血管功能的因素。

本實驗進行中等強度運動和疲勞運動后,心肌中NO和NOS總含量有上升趨勢;大鼠進行中等強度運動后心肌組織的eNOS、nNOS活性水平較安靜對照組比較稍上長,而疲勞運動后則稍下降;大鼠進行中等強度運動和疲勞運動后心肌組織的iNOS活性水平顯著升高。與已有報道基本相符,部分研究結果的差異可能與實驗控制等因素有關。

4 結語

中等強度運動和疲勞運動后,大鼠心肌中NO和NOS總含量有上升趨勢;中等強度運動后大鼠心肌組織的eNOS、nNOS活性水平較安靜對照組比較稍上長,而疲勞運動后則稍下降。大鼠進行中等強度運動和疲勞運動后心肌組織的iNOS活性水平顯著升高。參考文獻

[1]朱全,浦宗,張敏.游泳方法建立大鼠模擬過度訓練模型[J].中國運動醫學雜志,1998,17(2):137～140.

[2]Josef Niebauer MD,John P,Cooke,MD,et al.Cardiovascular effects of exercise:role of endothelial shear stress[J].Am Coll Cardiol,1996,28:1652～1660.

[3]Shen W,Zhang G.Nitric oxide production and NO synthase gene expression contribution to vascular regulation during exercise[J].Med Sci Sports Exerc,1995,27(8):1125～1134.

[4]孫紅梅.不同運動負荷對大鼠心肌超微結構及一氧化氮合酶的影響[J].北京體育大學學報,2008,31(7):936～938.

[5]張靚,黃叔懷.不同運動負荷對大鼠cNOS和iNOS活性的影響及其機理探討[J].中國運動醫學雜志,2002,21(1):23～26.