关键词:
N-乙酰半胱氨酸
过度训练
PDCD5
动物模型
心肌损伤
摘要:
背景
应激是指个体面临或察觉(认知、评价)到环境变化(应激原)对机体有威胁或挑战时做出的适应和应对的过程。适度的应激能够活化思维、提高人们的警觉性和工作效率,但超过个体承受能力的应激压力,则往往会诱发多种疾病。心脏是应激作用的主要靶器官之一,多种心脏疾病的发生和发展与应激机制的激活密切相关。
运动是一种特殊的应激,适宜的运动能够提高心脏的功能,如心肌纤维增粗、收缩力增强等,而力竭运动或过度训练则对心脏具有消极作用,不仅不利于心脏功能的提高,还会使心肌受到损伤,使心脏发生病理性改变,生活中经常遇到的猝死现象就证明了这一点。有研究表明过度训练引起的心肌损伤(overtraining-induced acute myocardial injury, OTIAMI)是猝死的重要原因之一,目前还没有效的防治措施。因此,如何进一步认识OTIAMI的发病机理,探索其防治措施是当今运动医学、临床医学和军事医学面临的重大课题。
N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine, NAC)是一种经典的抗氧化剂和自由基清除剂,可以有效得提高心脏谷胱甘肽的含量,阻止高血压时高浓度的TNF-α对心脏的毒害作用。同时谷胱甘肽还能够通过改善心肌氧化还原状态抑制NF-κB的激活,使肥大的心脏得到复原,从而改善高血压心脏重构,提高重构心脏的收缩力。大鼠心肌缺血再灌注实验表明NAC能明显降低血清心肌肌钙蛋白I (cardiac troponin I, cTnI)和脂质过氧化物(lipid peroxidation, LPO)的水平,显著缩小心肌梗死面积。也有研究证实NAC可通过抑制诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)的表达,进而抑制NF-κB的活性,导致其下游细胞因子减少,通过TLR4/NF-κB途径降低心肌细胞凋亡率,从而起到心肌保护效应。不仅如此,NAC预处理还可明显减少细胞活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生,减轻细胞线粒体膜电位的崩溃及caspase的活化。然而,NAC对OTIAMI是否具有防治作用及其作用机制尚不清楚。本课题通过反复游泳力竭应激建立过度训练致心肌损伤动物模型,研究细胞色素c (cytochrome c, CytC)、程序性细胞凋亡因子5(programmed cell death5, PDCD5)和心肌损伤的关系,观察力竭游泳应激对心肌的影响及NAC对OTIAMI是否具有防治作用,为进一步认识OTIAMI的发病机制及防治提供新的理论基础和实验依据。
方法
1.动物分组及模型建立:36只雄性Wistar大鼠,4-5周龄,体质量(110±20)g,购回后,适应性游泳2次,每日1次每次20min,剔除异常鼠。次日进行正式实验,称重后,随机分为3组:对照组(C组)、应激组(S组)和应激+NAC干预组(N组),每组12只。N组每天用NAC150mg/kg灌胃,每日1次,连续7周,其他组给予等量的双蒸水。灌胃30min后负5%体重自制重物进行力竭游泳训练(C组不运动)。力竭标准:大鼠游泳动作协调性明显下降,水淹没鼻,沉入水中10s不能浮出水面连续3次,且捞出后放在平面无法迅速完成翻正反射者。游泳条件:SLY-WMS水迷宫,内壁光滑,直径1.2m,深0.5m,没有平台,带自动时间和温控装置,实验时设置水深45cm,水温(30±2)℃,大鼠不能逃离,不能触底。
2.取材:每组于实验结束后即刻取材。10%水合氯醛(0.3ml/100g)腹腔注射麻醉,仰卧位固定,四肢插入心电电极,用Power-lab记录仪和1050.1型压力换能器连续记录5分钟心率、ECG变化,观察心律失常的发生情况。术野备皮消毒,颈部正中切开,行气管切开后插入16G套管针,连接呼吸机行人工呼吸,不连接氧气装置。胸骨下段纵切口,以血管钳经剑突下探人胸骨后,钝性分离后将胸骨正中劈开至第三前肋旁,缝扎胸骨止血。将22G套管针沿心脏长轴方向刺人心尖约3mm,连接测压装置,动态观察左心室压变化。记录完成后自测压管采血2-3ml,静置1h,3600r/min,4℃离心10min,留取血清-70℃冰箱保存。同时用DEPC水浸泡过的剪刀和镊子小心留取左室游离壁心肌标本,其中部分标本用4%甲醛固定,24h后行常规石蜡包埋,备用;剩余的标本则切成3mm厚的薄片,浸入4℃3%戊二醛固定液中,冲洗脱水后,环氧树脂包埋,用超薄切片机切成50um超薄切片后置入铜网上,用1%-2%醋酸铀和枸橼酸铅染色,透射电镜观察。对照组除不游泳训练外,其他处理方法同实验组,在实验组大鼠处死的同时,处死对照组。
3.各项指标的检测:实验期间每天观察大鼠体重、饮食、运动能力的变化;实验结束后采用