运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管影响的生物学研究

论文摘要

高脂膳食最终导致高血脂症，引发动脉粥样硬化（AS）的发生。而AS及其并发症已经引起人们的广泛关注，它已经成为导致人类死亡的主要原因之一，早期预防以及延缓其病理进程方面的研究具有重要的理论和现实意义。近年来临床医学研究发现，血管形态结构、功能的改变和异常对AS的发生发展关系密切。运动是一种强烈的机械刺激因素，不同运动强度和时间均会对血管形态结构与功能产生不同的影响。因此，深入研究不同运动负荷对血管形态结构与功能的变化规律，对揭示运动与血管结构和功能重塑的生物学机制意义重大。研究运动对高脂膳食大鼠血管形态结构与功能的改善机制，对治疗AS的理论与方法研究具有重要的现实意义。目前，研究病理状态下血管形态结构重塑以及细胞凋亡、细胞黏附分子和细胞因子等在病理性血管形态结构重塑中的作用已有诸多报道，但有关运动训练或（和）中药干预对血管形态结构、细胞凋亡、血管细胞黏附分子和细胞因子的研究还比较少见。本文主要探讨不同强度训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管形态结构和功能的影响及其可能的生物学机理。本文通过建立不同强度运动模型和高脂膳食模型，对血管基质胶原代谢，VEC和VSMC细胞形态结构的观察以及一氧化氮和细胞凋亡等功能蛋白的免疫组化研究，揭示不同强度训练对正常大鼠动脉血管以及有氧运动和红车轴草对高脂膳食大鼠动脉血管形态结构与功能的影响，为运动与中药治疗AS提供实验依据。采用3月龄雄性SD大鼠（由西安交通大学医学院动物管理中心提供）70只，体重220±20g。随机分为7组：即正常对照组（A组）、有氧运动组（B组）、疲劳运动组（C组）、高脂对照组（D组）、高脂运动组（E组）、高脂加药组（F组）和高脂运动加药组（G组）。A组、B组和C组均采用国家标准啮齿类动物干燥饲料喂养，D组、E组、F组和G组均采用高脂饲料喂养，实验期间所有大鼠均自由饮食，饲养室温度为17℃-23℃，湿度为40％-60％。动物购回适应性喂养一周后开始实验，运动训练采用递增强度的方式进行跑台运动，起始速度为15m／min，时间为20min。运动负荷参考Bedford的研究进行。A组、D组和F组不运动。有氧训练组每周训练5d，递增速度3m／min、时间5min，运动至速度为20m／min时，维持此运动速度，时间为60min，跑台坡度为5度。疲劳训练组每周训练6d，递增速度3m／min、时间5min，运动至速度为35m／min时，维持此运动速度，时间为60±10min，跑台坡度为10度。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。E组和G组前四周均不运动，从第5周开始进行有氧运动，运动负荷为每周训练5d，递增速度3m／min、时问5min，运动至速度为20m／min时，保持此运动速度，时间为60min，训练过程持续4周。将所有动物在第8周训练完后依次分别进行血液、光镜、电镜和免疫组化标本的取材。实验结果：1运动训练对大鼠体重产生影响，有氧运动和疲劳运动均使大鼠体重下降，但疲劳运动大鼠体重下降非常显著，说明疲劳运动造成机体分解代谢大于合成代谢，机体能量消耗显著增加；高脂膳食大鼠的体重增加较多，但与安静对照组比较，没有显著性差异，通过有氧运动干预后，体重显著性下降，说明运动训练具有降低高脂膳食大鼠体重的作用；有氧训练可以降低安静状态下大鼠的血压和心率，而疲劳训练使大鼠安静状态下血压和心率均显著性上升，说明适宜的运动训练能够改善和提高心血管功能，而疲劳训练对改善心血管功能不利；高脂膳食大鼠的血压和心率与正常大鼠比较均有显著性升高，说明高脂膳食对心血管的功能具有不良的影响；运动训练干预后，大鼠血压和心率显著性降低，提示运动可改善高脂膳食大鼠心血管机能。2运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠的血脂代谢产生影响，实验结果显示，经过运动训练和红车轴草干预后，大鼠血液中TG含量明显降低，HDL含量升高，而TC和LDL的变化不显著。表明有氧运动和红车后草干预改善高脂血症具有显著的效果。3运动训练对大鼠血浆AngⅡ和ET含量有不同程度影响，有氧运动可使大鼠血浆AngⅡ和ET含量显著性降低，VEC和VSMC AT-1R表达的影响不显著，而疲劳运动则使大鼠血浆AngⅡ和ET含量和AT-1R的表达显著性升高；高脂膳食可导致大鼠血浆AngⅡ与ET含量和AT-1R的表达显著性升高，但经过运动和红车轴草干预后均显著性降低。表明有氧运动和红车轴草对高脂膳食大鼠血管结构、功能的重塑与AngⅡ与ET关系密切。4运动对血管的超微结构产生影响。有氧运动能够改善VEC功能，提高VSMC的收缩能力，使血管的顺应性增加；疲劳运动对血管具有损伤作用，造成VEC脱落或者VEC下出现空泡化，中膜VSMC发生表型转变，由分化型转化为合成型VSMC；高脂膳食大鼠VEC有脱落，VEC内出现大量脂滴，VSMC表型发生转变，主要为合成型VSMC，并出现VSMC侵入内皮层现象。5运动训练对大鼠血管胶原有不同程度影响。有氧运动大鼠血管中膜胶原纤维稍有增加，疲劳运动大鼠则大量增生，导致血管硬度、弹性和顺应性降低。高脂膳食可导致大鼠血管胶原大量增生，运动训练和红车轴草均使血管中的胶原减少，说明运动训练和红车轴草均可改善高脂膳食大鼠血管胶原的重塑；运动训练可使VSMC表型发生变化，有氧运动大鼠VSMC中OPN表达较少，a-SM-actin表达较多，说明有氧运动大鼠VSMC以分化型为主，而疲劳运动大鼠VSMC中OPN和MMP-13表达显著性升高，a-SM-actin表达降低。高脂膳食大鼠VSMC中OPN和MMP-13表达显著性升高，a-SM-actin表达降低，平滑肌表型发生转化，出现增殖现象；运动和红车轴草干预后，大鼠VSMC中OPN和MMP-13表达降低，a-SM-actin表达升高。表明有氧运动和红车轴草干预改善高脂膳食大鼠血管结构和功能与血管胶原的重塑以及VSMC表型转化、增殖关系密切。6运动训练对大鼠血管组织细胞中CAM的表达具有影响，有氧运动对VEC中整合素、E-选择素和VCAM-1的表达显著性降低，而疲劳运动和高脂膳食对VEC、VSMC中整合素、E-选择素、ICAM-1、VCAM-1和PECAM-1的表达显著性升高，但经有氧运动和红车轴草干预后，高脂膳食大鼠上述指标的表达均显著性降低。表明有氧运动和红车后草干预可改善高脂膳食大鼠血管细胞的粘附功能。7运动对血管组织细胞因子和生长因子产生影响。有氧运动可使大鼠VEC中NFκB-P65、MCP-1、TNF-a和VSMC中NFκB-P65、MCP-1的表达降低；而疲劳运动则使VEC和VSMC中NFκB-P65、MCP-1、TNF-a、TGF-β、VEGF和CTGF表达均显著性升高；高脂膳食大鼠血管组织细胞中NFκB-P65、MCP-1、TNF-a、TGF-β、VEGF和CTGF的表达显著性升高；运动与红车轴草干预后，血管组织细胞中NFκB-P65、MCP-1、TNF-a、TGF-β、VEGF和CTGF的表达显著性降低。表明运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管结构、功能的重塑与NFκB-P65、MCP-1、TNF-a、TGF-β、VEGF和CTGF的表达关系密切。8运动对大鼠VEC和VSMC中NOS的表达产生影响。有氧运动大鼠VEC和VSMC中iNOS、eNOS的表达效果不显著，疲劳运动大鼠VEC和VSMC中iNOS、eNOS的表达显著性降低；高脂膳食大鼠VEC和VSMC中iNOS、eNOS的表达均降低，而运动训练和红车轴草干预后，iNOS和eNOS的表达均显著性升高。表明运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管结构、功能的重塑与NOS的表达关系密切。9运动训练对VEC和VSMC中的细胞凋亡产生影响，有氧运动大鼠VEC和VSMC中Bax的表达显著性下降，Bcl-2的表达显著性上升，p53的表达略有降低，但无统计学差异；疲劳运动大鼠Bax和p53的表达均显著性升高，而Bcl-2的表达则显著性降低，说明疲劳运动大鼠血管发生细胞凋亡现象；高脂膳食大鼠VEC和VSMC中Bax和P53的表达显著性升高，而Bcl-2的表达显著性降低；有氧运动和红车轴草干预后，Bax和P53的表达显著性降低，而Bcl-2的表达显著性升高，表明有氧运动和红车轴草对高脂膳食大鼠血管结构、功能的重塑与细胞凋亡关系密切。

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摘要

Abstract

第一部分文献综述与选题依据

1 红车轴草的生物学特征

1.1 红车轴草的植物学形态特征

1.2 红车轴草所含的主要成分

1.2.1 异黄酮

1.2.2 黄酮醇

1.2.3 其他成分

1.3 红车轴草的药理学功能

1.3.1 雌激素样作用

1.3.2 抗癌作用

1.3.3 抗氧化作用

1.3.4 对血管的影响

1.3.5 降脂作用

1.3.6 其他

2 高脂血症与血管生物学研究概述

2.1 血管的形态结构与生物学功能

2.2 细胞黏附分子的种类、结构和功能

2.2.1 细胞黏附分子的种类

2.2.2 细胞黏附分子的结构和功能

2.2.2.1 整合素的结构和功能

2.2.2.2 细胞间黏附分子-1的结构和功能

2.2.2.3 血管细胞黏附分子-1的结构和功能

2.2.2.4 血小板内皮细胞黏附分子-1的结构和功能

2.2.2.5 E选择素的结构和功能

2.3 高脂血症与细胞黏附分子

2.4 高脂血症与细胞因子

2.4.1 高脂血症与转化生长因子-β

2.4.2 高脂血症与核转录因子

2.4.3 高脂血症与肿瘤坏死因子-α

2.4.4 高脂血症与血管内皮生长因子

2.4.5 高脂血症与单核细胞趋化蛋白-1

2.4.6 高脂血症与结缔组织生长因子

2.5 高脂血症与细胞凋亡

2.5.1 血管细胞凋亡的生物学意义

2.5.1.1 细胞凋亡因子Bcl-2、Bax、P53的生物学特性

2.5.1.2 血管细胞凋亡的生物学意义

2.5.2 高脂血症与血管细胞凋亡

2.5.3 运动与血管细胞凋亡

2.5.3.1 运动与血管内皮细胞凋亡

2.5.3.2 运动与血管平滑肌细胞凋亡

2.6 高脂血症与一氧化氮及一氧化氮合酶

2.6.1 一氧化氮及一氧化氮合酶

2.6.2 运动与一氧化氮及一氧化氮合酶

2.6.3 高脂血症与一氧化氮及一氧化氮合酶

2.7 高脂血症与血管基质胶原及平滑肌的增殖

2.7.1 高脂血症与血管骨桥蛋白

2.7.2 高脂血症与血管平滑肌肌动蛋白

2.7.3 高脂血症与血管基质金属蛋白酶

2.8 高脂血症与血管紧张素Ⅱ 1型受体

2.8.1 血管紧张素Ⅱ 1型受体的生物学特征

2.8.2 高脂血症与血管紧张素Ⅱ 1型受体

3 高脂血症的病理学研究概述

3.1 高脂血症的分类

3.2 高脂血症的成因

3.2.1 生活方式与膳食摄入

3.2.2 家族性遗传与某些疾病

3.2.3 性别与年龄

3.3 高脂血症与动脉粥样硬化和高血压

4 运动及中药降血脂的血管生物学研究概述

4.1 运动对血管形态结构与生物学功能的影响

4.2 高脂膳食对动脉血管的影响

4.3 中药及运动降血脂的血管生物学研究

5 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 材料与方法

1.1 实验动物及喂养

1.2 实验动物分组及训练方案

1.2.1 实验大鼠分组

1.2.2 运动训练方案

1.3 仪器设备与观察指标测定

1.3.1 室内温湿度测定

1.3.2 大鼠体重的测定

1.3.3 大鼠血脂的测定

1.4 数据统计与分析

2 实验结果

2.1 实验大鼠体重的变化

2.2 实验大鼠运动能力观察

2.3 实验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红车轴草对高脂膳食大鼠血液某些生化指标的影响

1 材料与方法

1.1 实验动物及喂养

1.2 动物分组及训练方案

1.3 给药方式与剂量

1.4 实验试剂、仪器与样品制备

1.4.1 实验试剂

1.4.2 仪器设备

1.5 样品制备

1.6 数据采集及分析

2 实验结果

2.1 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血脂的影响

2.2 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血液AngⅡ和ET的影响

3 分析与讨论

3.1 运动训练对高脂膳食大鼠血脂的影响的机制分析

3.2 红车轴草及其与运动训练共同作用对高脂膳食大鼠血脂的影响机制分析

3.3 运动训练对正常大鼠血浆AngⅡ和ET的影响的机制分析

3.4 红车轴草及其与运动训练共同作用对高脂膳食大鼠血浆Ang Ⅱ和ET影响的机制分析

4 小结

第四部分运动训练对高脂膳食大鼠血管功能的影响

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 样品制备及方法

1.4 主要测试指标

1.5 数据采集及分析

2 实验结果

2.1 运动训练对高脂膳食大鼠血压的影响

2.2 运动训练对高脂膳食大鼠心率的影响

3 分析与讨论

3.1 运动训练对正常大鼠动脉血压与心率影响的生物学意义

3.2 运动训练对高脂膳食大鼠血压与心率影响的生物学意义

4 小结

第五部分运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管组织结构的影响

1 材料与方法

1.1 实验动物分组与干预方法

1.2 主要试剂与仪器

1.2.1 主要试剂

1.2.2 主要仪器

1.3 样品制备及方法

1.3.1 大鼠血管主动脉HE染色

1.3.2 大鼠血管主动脉特殊染色

1.3.3 电镜样品制备与观察

1.4 图像采集与分析处理

2 实验结果

2.1 运动训练大鼠血管内皮细胞和平滑肌细胞的超微结构观察

2.2 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管内皮细胞与平滑肌细胞影响的超微结构观察

2.3 运动训练大鼠血管间质胶原的显微结构观察

2.4 运动训练和红车轴草干预后,高脂膳食大鼠血管间质胶原的显微结构观察

3 分析与讨论

3.1 运动训练对大鼠血管内皮细胞和平滑肌细胞形态结构重塑的生物学意义

3.2 运动训练对大鼠血管间质胶原重塑的生物学意义

3.3 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管组织结构影响的生物学析

4 小结

第六部分运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管重塑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 主要试剂与仪器

1.2.1 主要试剂

1.2.2 主要仪器:

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 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管内皮细胞ICAM-1、VCAM-1、PECAM-1、整合素和E-选择素表达的影响

2.2 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管平滑肌细胞ICAM-1、VCAM-1、PECAM-1、整合素和E-选择素表达的影响

2.3 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管内皮细胞NFκB-P65、MCP-1、TNF-a、TGF-β、VEGF和CTGF表达的影响

2.4 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管平滑肌细胞NFκB-P65、MCP-1、TNF-a、TGF-β、VEGF和CTGF表达的影响

2.5 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管平滑肌细胞OPN、a-SM-actin和MMP-13表达的影响

2.6 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管内皮细胞和平滑肌细胞胞iNOS、eNOS表达的影响

2.7 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管内皮细胞和平滑肌细胞AT-1R表达的影响

2.8 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管内皮细胞和平滑肌细胞Bax、Bcl-2和P53表达的影响

3 分析与讨论

3.1 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管细胞黏附分子表达的生物学分析

3.2 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管细胞因子表达的生物学分析

3.3 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管平滑肌增殖及血管基质胶原重塑的影响

3.4 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管iNOS和eNOS表达的生物学分析

3.5 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管紧张素Ⅱ-1型受体表达的生物学分析

3.6 运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠细胞凋亡的影响及其生物学分析

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

运动训练和红车轴草对高脂膳食大鼠血管影响的生物学研究

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