运动训练和高脂膳食对大鼠心肌间质胶原网络重塑的生物学研究

论文摘要

目的：观察运动训练和高脂膳食对大鼠心肌间质胶原网络重塑，以及探讨其相关机制。方法：选取3月龄大鼠（由西安交通大学医学院动物管理中心提供）50只，体重220±20g。国家标准啮齿类动物干燥饲料喂养，自由饮食，温度17℃-23℃，湿度40％-60％。适应性喂养1周后进行实验，采用高脂膳食诱导大鼠高脂模型。随机分为5组：安静对照组（A组），有氧运动组（B组），疲劳运动组（C组），高脂对照组（D组）和有氧运动+高脂对照组（E组）。运动负荷参考Bedford的研究进行，起始速度15m／min。安静对照组：正常笼内生活状态，不运动。有氧训练：每周训练5d，递增速度3m／min、每5min递增一次，运动至速度为20m／min，运动时间为60min，跑台坡度为5°，高脂运动组从第5周开始训练。疲劳训练：每周训练6d，递增速度3m／min、每5min递增一次，运动至速度为35m／min，运动时间为60±10min，跑台坡度为10°。整个训练过程可用电刺激来强迫大鼠进行跑台训练（电刺激＜1mA），训练过程共持续8周。高脂对照组同正常对照组一样，自由饮食，不进行运动训练。将所有动物在第8周训练完后依次进行心功能测定、血液、光镜、电镜和免疫组化标本的取材。结果：1运动训练对大鼠心功能产生影响。有氧运动使大鼠HR、LVEDP降低，LVSP、±dp／dtmax和±d2p／dt2max增加，表明心肌收缩力增强；疲劳运动导致HR、LVEDP升高，LVSP、±dp／dtmax和±d2p／dt2max降低，表明心肌收缩能力下降。高脂对照组HR和LVEDP大幅度升高，在各组中LVSP、±dp／dtmax和±d2p／dt2max下降极其明显，表明心脏收缩性能受到严重影响；高脂有氧运动组较高脂对照组HR明显降低，LVSP和±dp／dtmax增加，±d2p／dt2max增加极其显著，表明心脏收缩功能明显得到改善。说明有氧运动可以重塑高脂膳食大鼠的心功能。2有氧训练可使大鼠循环血中AngⅡ显著性降低，血浆ALD和心肌羟脯氨酸含量降低；疲劳运动和高脂对照组大鼠循环系统中AngⅡ、ALD和心肌羟脯氨酸含量显著性升高，而高脂运动组各指标均有所下降。有氧训练可以降低心肌羟脯氨酸含量。表明运动训练对高脂大鼠心肌胶原重塑与血浆AngⅡ和ALD密切相关。3大鼠心肌间质胶原网络重塑与运动训练关系密切。有氧运动可使大鼠心肌纤维增粗，心肌间质胶原增生，以适应心肌细胞肥大收缩力增强的需要，从而保证心肌间力的传递，心肌收缩性能增强；疲劳运动可导致大鼠心肌束间、心肌细胞群及细胞间大量胶原纤维不成比例增生，导致心脏僵硬度增加、顺应性降低，直接损害了心脏的功能。说明有氧训练改变了大鼠心肌间质胶原，使心脏功能增强。高脂膳食损伤了内皮和心肌细胞，心肌间质胶原过度增生，增生的胶原包裹着肥大的心肌，“封闭”了心肌细胞收缩的空间，增加了心肌的僵硬度，损害了心脏的功能；而通过有氧训练，使高脂大鼠心肌间质胶原降解加强，改善了心脏的功能。4疲劳运动大鼠心肌TNF-a蛋白的表达显著性升高，说明在疲劳运动下大鼠心肌组织中TNF-a参与了心肌损伤及重构；高脂膳食大鼠心肌组织中TNF-a表达性著性升高，经运动干预后其表达降低，说明运动训练能够减少心肌组织中炎性因子TNF-a的表达，能改善心功能。由于TNF-a能够提高心肌组织中MMPs的活性，因此认为，运动引起高脂膳食大鼠心肌间质胶原的重塑与TNF-a参与MMPs表达有关。5有氧运动大鼠心肌AT-1R的表达显著性降低，而疲劳运动大鼠心肌AT-1R的表达显著性升高；高脂膳食大鼠心肌AT-1R的表达显著升高，经过运动干预后其表达显著性降低。由于AngⅡ能刺激心肌成纤维细胞增殖、胶原蛋白合成及基质胶原蛋白沉积，诱导心肌纤维化。因此，有氧运动可显著性降低大鼠心肌组织AT-1R的表达，从而抑制心肌的纤维化，提高心肌的收缩功能。6疲劳运动大鼠心肌MMP-13的表达显著性升高；高脂膳食大鼠心肌组织中，MMP-13表达显著性升高，经过运动干预后可显著性降低其表达，而有氧运动大鼠心肌MMP-13的表达不显著，说明高脂膳食能够导致心肌胶原纤维的增生，有氧运动能够改善心肌的结构，抑制或减少MMP-13的表达，从而减少胶原纤维的增生。7有氧运动和疲劳运动大鼠心肌组织中NOS的表达显著性升高，且两组间具有显著性差异；高脂膳食大鼠心肌组织中NOS的表达显著性升高，运动干预后可显著性降低其表达。由于NOS活力及含量的升高与心肌缺血再灌注损伤和胶原的增生关系密切，NO能抑制胶原纤维的增生。因此，运动训练能够降低高脂膳食大鼠心肌组织中NOS的表达可能是抑制其胶原纤维增生的原因。结论：有氧运动可以增强心脏的功能，使心肌间质胶原网络良性重塑，可以抑制高脂膳食所引起的心肌纤维化，并与心肌TNF-a、AT-1R、NOS和MMP-13的表达有密切关系。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一部分 文献综述与选题依据
• 1 高脂血症与心血管疾病研究概述
• 1.1 高脂血症与动脉粥样硬化
• 1.2 高脂血症与高血压
• 1.3 高脂血症与高血压性心脏病
• 1.4 代谢综合征与血脂代谢异常
• 2 运动与血脂代谢研究概述
• 2.1 有氧运动对血脂代谢相关酶活性的影响
• 2.2 有氧运动对脂蛋白受体的影响
• 3 心肌间质胶原网络的生物学研究概述
• 3.1 心肌间质胶原的形态结构
• 3.2 心肌间质胶原网络的生物学功能
• 3.3 病理性心肌肥厚与间质胶原网络重塑及其调控
• 3.4 心功能改变与心肌间质胶原网络重塑
• 4 运动与心肌间质胶原网络重塑概述
• 4.1 有氧运动与心肌间质胶原网络重塑
• 4.2 大强度疲劳运动与心肌间质胶原网络重塑
• 4.3 过度训练与心肌间质胶原网络重塑
• 5 肿瘤坏死因子与高脂血症引起的心肌间质胶原网络重塑
• 5.1 肿瘤坏死因子的生物学特征
• 5.2 肿瘤坏死因子与病理性心肌肥厚引起的间质胶原网络重塑
• 6 血管紧张素-2 Ⅰ型受体与高脂血症引起的心肌间质胶原网络重塑
• 6.1 血管紧张素-2 Ⅰ型受体的生物学特征
• 6.2 血管紧张素-2 Ⅰ型受体与病理性心肌肥厚引起的间质胶原网络重塑
• 7 基质金属蛋白酶与高脂血症引起的心肌间质胶原网络重塑
• 7.1 基质金属蛋白酶的生物学特征
• 7.2 基质金属蛋白酶与病理性心肌肥厚引起的间质胶原网络重塑
• 8 一氧化氮合酶与高脂血症引起的心肌间质胶原网络重塑
• 8.1 一氧化氮合酶的生物学特征
• 8.2 一氧化氮合酶与病理性心肌肥厚引起的间质胶原网络重塑
• 9 选题依据
• 第二部分 动物运动模型和高脂血症模型的建立
• 1 实验对象与方法
• 1.1 实验动物及喂养
• 1.2 试剂药品
• 1.3 实验动物分组及训练方法
• 1.4 样本制备与指标测试
• 1.5 数据采集与统计学处理
• 2 实验结果
• 2.1 实验大鼠体重的变化
• 2.2 大鼠运动能力观察
• 2.3 大鼠生活状态的行为学观察
• 2.4 高脂膳食大鼠血脂的变化
• 3 分析与讨论
• 3.1 运动训练对大鼠体重与行为能力的影响
• 3.2 高脂膳食对大鼠体重、血脂及行为学的影响
• 4 小结
• 第三部分 运动训练和高脂膳食对大鼠心功能的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 实验动物分组与干预方法
• 1.2 主要仪器
• 1.3 指标测试
• 1.4 数据采集与统计学处理
• 2 实验结果
• 3 分析与讨论
• 3.1 高脂膳食对大鼠心功能影响的生物学分析
• 3.2 运动大鼠心功能变化及运动训练对高脂膳食大鼠心脏功能影响的生物学分析
• 4 小结
• 第四部分 运动训练和高脂膳食对大鼠循环血中ALD、AngⅡ和心肌局部羟脯酸的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 实验动物分组与干预方法
• 1.2 实验试剂、仪器与样品制备
• 1.3 数据采集与统计学处理
• 2 实验结果
• 3 分析与讨论
• 4 小结
• 第五部分 运动训练和高脂膳食对大鼠心肌间质胶原组织结构的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 实验动物分组与干预方法
• 1.2 实验试剂、仪器与样品制备
• 1.3 图像采集与分析
• 2 实验结果
• 2.1 运动训练大鼠心肌间质胶原的超微组织结构观察
• 2.2 运动训练对高脂膳食大鼠心肌间质胶原的超微组织结构的影响
• 2.3 运动训练大鼠心肌间质胶原的显微组织结构观察
• 2.4 运动训练对高脂膳食大鼠心肌间质胶原的显微组织结构的影响
• 3 分析与讨论
• 3.1 运动训练对大鼠心肌间质胶原影响的生物学分析
• 3.2 运动训练对高脂血症大鼠心肌间质胶原影响的生物学分析
• 4 小结
• 第六部分 运动训练和高脂膳食大鼠心肌TNF-a、AT-1R、NOS和MMP-13表达的免疫组织化学研究
• 1 材料与方法
• 1.1 实验动物分组与干预方法
• 1.2 实验试剂、仪器
• 1.3 免疫组织化学实验方法
• 1.4 图像采集及分析处理
• 2 实验结果
• 2.1 运动训练、高脂膳食以及运动训练对高脂膳食大鼠心肌组织TNF-a、AT-1R和MMP-13表达的影响
• 2.2 运动训练、高脂膳食以及运动训练对高脂膳食大鼠心肌组织NOS表达的影响
• 3 分析与讨论
• 3.1 运动训练对大鼠心肌组织TNF-a表达的生物学分析
• 3.2 运动训练对高脂膳食大鼠心肌组织TNF-a表达与心肌间质胶原网络重塑的关系分析
• 3.3 运动训练对大鼠心肌组织AT-1R表达的生物学分析
• 3.4 运动训练对高脂膳食大鼠心肌组织AT-1R表达与心肌间质胶原网络重塑的关系分析
• 3.5 运动训练对大鼠心肌组织MMP-13表达的生物学分析
• 3.6 运动训练对高脂膳食大鼠心肌组织MMP-13表达与心肌间质胶原网络重塑的关系分析
• 3.7 运动训练对大鼠心肌组织NOS表达的生物学分析
• 3.8 运动训练对高脂膳食大鼠心肌组织NOS表达与心肌间质胶原网络重塑的关系分析
• 4 小结
• 全文总结
• 参考文献
• 附图
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果