有氧运动对大鼠心血管自主神经调节功能的影响

1、有氧运动对大鼠心血管自主神经调节功能的影响llegeofPhysicalEducation,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550001,China:2.CollegeofSposScienceofHumanBody,BeijingSpotsUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Theauthorsfirstselectedandimprovedthemethodsfortestingandanalyzingheartratevariability(HRV)andarterialbaroreflexsensitivity(

2、BRS),andthenusednormalratsastheirexperimentalsubjecttoobserveandcomparethedifferencesofsuchindexesascaudalarterialbloodpressureandpulse,internalpressureofleftventricle,myocardialcontractionforce,HRVandBRSbetweentheratsinthe8-weekmediumintensityswimmingexercisegroupandtheratsinthecalmcontrolgroup,SOa

3、stoanalyzetheeffectoflongtermaerobicexerciseonthemodulatingfunctionofcardiovascularautonomicnerve,andtoprovideexperimentalevidenceforthechangeofthebalancedstateofcardiovascularautonomicnerve.Theauthorsrevealedthefollowingfindings:Comparedwiththeratsinthecontrolgroup,theratsintheexercisegrouphadmyoca

4、rdialhypertrophy,boostedcardiacbloodpumpingfunction,increasedBRSmediatedbycardiacsympatheticnerve,unaffectedBRSmediatedbycardiacvagusnerve,andincreasedlevelofvariabilityoftonicityofcardiacsympatheticnerveandcardiacvagusnerve.Thesefindingssuggestthatlongtermaerobicexercisecanboostthemodulatingfunctio

5、nofcardiovascularautonomicnerve,andenablestheharmonizingandcounteractingrelationbetweensympatheticnerveandparasympatheticnervetoestablishanewbalanceatahigherfunctionalleve1.Keywords:aerobicexercise;cardiacbloodvessel;autonomicnerve;heartratevariabil;arterialbaroreflexsensitivity长期有规律的运动训练和健身锻炼可以改善心血

6、管及其支配神经的结构和功能,既往研究较多关注心肌结构和心脏泵血功能,而较少研究自主神经对心血管的调节功能的影响.由于心电和血压动态监测及分析技术的进展,使得以心收稿日期:2006.12.31作者简介:王松涛(1973一),男,讲师,博士,研究方向:群众健康的运动和营养干预.体lm42体育学刊第14卷率变异性(heartratevariability,HRV)和动脉压力反射敏感性(arterialbaroreflexsensitivity,BRS)为主要工具的自主神经功能评价在临床应用中得以开展,但HRV和BRS应用于体育领域起步较晚,国外较早的研究见于1989年,国内较早的报道见于1997年,

7、而且国内一直开展缓慢,只是在近两年逐渐引起体育界的重视,出现少量报道,但实验性研究不多.而且现有研究中,对于HRV和BRS的测试及分析方法也存在差异,导致研究结果缺乏可比性,甚至相互矛盾.基于上述情况,本研究首先对HRV和BRS的测试及分析方法进行了选取和改良,然后以正常大鼠为实验对象,观察比拟尾动脉血压和脉搏,左室内压和心肌收缩力,心率变异性,动脉压力反射敏感性等指标在8周中等强度游泳运动组大鼠和安静对照组大鼠之问的差异,分析长期有氧运动对心血管自主神经调节功能的影响,为心血管自主神经平衡状态发生改变提供实验证据.1实验对象与方法1.1实验对象健康雄性SpragueDawley大鼠30只,两

8、月龄,体重183214g(合格证号0050484,级别SPF/VAF,北京维通利华实验动物技术提供).分笼饲养,每笼5只,自由进食进水.自然光照,室温2229,相对湿度55%65%.1.2实验方法(1)实验动物分组与训练安排大鼠适应性饲养3d后,按体重排序进行编号,随机分为8周有氧运动组(简称运动组)和安静对照(简称对照组),分组情况见表1.表1实验分组情况()g1)与对照组比拟P<O01对照组:为正常笼内生活,不施加运动干预.在运动组每日训练的同时,下水浸湿后即捞出,吹干.运动组:游泳池水面面积1.13m,水深60cm,水温(332).每个泳池分配5只大鼠.游泳训练共持续8周,每周训练

9、6d,休息1d.训练分3个阶段:第1周为适应性训练,逐渐增加游泳时间,使第1周末游泳时间到达1h,第23周每天游泳1h;第45周每天游泳1.5h;第68周每天游泳2h.(2)尾动脉血压,脉搏和动脉压力反射敏感性测试1)测试仪器:BESNII型多通道动物无创测压系统(南京德赛生物技术),系统硬件包括多通道尾动脉测压仪,脉搏传感器和加压尾套,尾部加热器,动物固定盒及放置架,计算机监控和分析系统.2)实验操作步骤:清醒安静状态下尾动脉血压和脉搏的测定.正式测试前2周每日按实验方案对大鼠进行测试1次,让大鼠熟悉测试过程,防止正式测试时产生应激反响.测试当天,在大鼠清醒状态下,测定尾动脉收缩压,舒张压,

10、脉搏,连测3次,取平均值.环境温度(251),恒温水浴温度(401).清醒状态下动脉压力反射敏感性的测定.将大鼠装入固定盒,在水平体位连续测3次血压和心率,间隔1520s.休息3min后,将大鼠尾部固定,头部抬高50.(正立位倾斜应激),监测3min内的血压和心率,间隔1520S.休息3min后,将大鼠尾部固定,头部降低50.(倒立位倾斜应激),监测3min内的血压和心率,问隔1520s.3)压力反射敏感性(BRS)的计算:首先获得大鼠清醒安静状态下的心率(HR)和血压(BP),然后将体位变化过程中采集的心率和血压信号进行分类,剔除收缩压和RR问期变化方向不一致的数据,将收缩压和RR间期同步增

11、大的数据用于计算压力反射心动减慢指数(反映血压升高反射性引起心率下降时的压力反射敏感性),而收缩压和RR问期同步降低的数据用于计算压力反射心动增快指数(反映血压降低反射性引起心率增快时的压力反射敏感性),全部数据用于计算压力反射总体敏感性.BRS=(AHHR)/(ABP/BP)BRS:AHR/BP(3)心电图监测和心率变异性分析1)心电监测:大鼠经15mg/mL的戊巴比妥钠腹腔麻醉(0.0025mug体重),仰卧固定,标准射敏感性实验观察期结束时,压力反射总体敏感性(绝对值和相对值)在运动组和对照组间均未出现明显差异(P>O.05).但运动组的压力反射心动增快指数(绝对值和相对值)高于对

12、照组,压力反射性心动减慢指数(绝对值)低于对照组,且差异均具有统计学意义(P<O.05)(见表6).表6清醒状态下各组大鼠的压力反射敏感性(+)1)与对照组比拟P<0.052.5心率变异性实验观察期结束时,运动组大鼠的TF,VLF,HF和VLF均高于对照组大鼠,且差异具有统计学意义(P<O.05),而LF/HF在两组间无明显差异(P>O.05)(见表71.表7各组大鼠的心率变异性(HRV)(+)比拟与对照组比拟1)P<0.05;2)P<0【)13讨论3.1有氧运动对压力反射敏感性的影响动脉压力反射是以心血管内的压力,机械和容量感受器兴奋为引发机制的一系列反射

13、的总称,它是调节血压变化的重要神经负反响过程,因此动脉压力反射的敏感性是评价自主神经对心血管调控能力的一个良好指标.动脉压力反射敏感性(BRS)是指血压变化(BP)引起心率变化(HR/ABP计算.经典的BRS检测是通过物理学(Valsalva法,Cuff法)或药理学的方法诱导血压波动,同时观察心率的对应变化,但是传统方法导致的血压变化通常超越正常的生理变动范围,这种状态下的压力反射机制可能与正常生理状态下的存在明显差异,影响研究结果的准确牲.而本研究以体位变化作为诱导血压波动的方式,这是一种自发性反响,是在正常的生理变化范围内测量BRS,因此可以在稳定状态下真实地评价心血管压力反射的敏感性.本

14、研究应用压力反射性心动减慢指数和压力反射性心动增快指数分别评价迷走神经和交感神经的功能,避免了只计算压力反射总体敏感性可能会掩饰运动训练对交感和副交感神经产生不同性质或不同程度影响的缺陷.在计算动脉压力反射敏感性时,还应考虑绝对值和相对值的区别,否那么会得出不同的结论.NegraoC.E.等的研究认为,有氧运动可能会导致副交感神经介导的压力反射性敏感性降低,该结论的得出是以绝对值为根底的.NegraoC.E在研究中没有考虑到两组实验对象之间根底心率和根底血压的不同,这种差异可能会导致压力反射敏感性的不同.所以在计算压力反射敏感性时应该用相对值代替绝对值,即用(HR/HR.)/(BP/BP)更合

15、理.基于此,本研究重点分析了相对指数,研究发现运动组的压力反射心动增快指数的绝对值和相对值均明显高于对照组,虽然压力反射性心动减慢指数的绝对值明显低于对照组,但相对值两组间没有显着性差异.提示,长期参加有氧运动可以提高交感神经介导的压力反射心动增快敏感性,而对副交感神经介导的压力反射心动减慢敏感性影响不大.3.2有氧运动对心率变异性的影响心率变异性(HRV)是指逐次心跳间期之间的微小变异.具体表现为每个心动周期时间上的不规那么变化.HRV信号中蕴含了有关心血管调节的大量信息,对这些信息的提取和分析可以定量评估心脏交感神经和迷走神经活动的紧张性波动,均衡性及其对心血管活动的影响.因此,HRV检测

16、已经成为临床定量分析自主神经功能的常用方法.近年来,对HRV的性质也有了更确切的认识,HRV反应的不是自主神经的紧张性,而是自主神经调节活动的波动性变化.紧张性是指神经传出冲动频率的大小,而调节波动性是指传出冲动频率的周期性变化.因此,HRV代表第2期王松涛等:有氧运动对大鼠心血管自主神经调节功能的影响45迷走神经和交感神经紧张I生的变异,大量研究证实,紧张性变异增大是心血管自主神经调节功能增强的一种表现.本研究运用频域分析法,比拟了运动组大鼠和安静对照组大鼠HRV各参数间的差异,结果发现运动组大鼠的TF,VLF,HF和VLF明显高于安静对照组大鼠(P<O.05),而LF/HF无明显差异

17、0.05),说明长期有氧运动可以使心率总体变异性增加(TF增高),同时迷走神经紧张性变异增大(HF增高),交感神经紧张性变异增大(VLF和LF增高),提示自主神经对心血管活动的调节功能增强,交感神经和副交感神经在一个较高的功能层面上到达新的平衡(LF/HF不变).3.3有氧运动对心脏重量指数,血压,心率,左室内压和心肌收缩力的影响既往研究发现长期运动可以引起心脏结构和功能的适应性变化,表现为心肌肥大,安静心率和血压降低,泵血功能提高,心肌收缩力增强等.本研究在8周中等强度游泳运动组大鼠身上也发现类似改变.即运动组大鼠的心脏重量指数明显高于对照组大鼠(P<O.01),说明运动组大鼠心肌出现

18、肥大现象.另外,在清醒安静和麻醉状态下,运动组大鼠的心率均明显低于对照组.清醒安静状态下血压(尾动脉收缩压,舒张压和平均动脉压)两组没有显着性差异.反映心肌收缩和舒张功能的指标dp/dt,I-dp/dtI和IEDPI在运动组大鼠明显高于对照组.上述研究结果说明8周中等强度游泳训练后,运动组大鼠的心脏功能明显提高.运动组大鼠心脏功能的提高与心肌肥大导致的结构性改变有关,同时也与自主神经调节功能的改善密不可分.4结论有氧运动组大鼠的心脏产生结构和功能上的良好适应,表现为心肌呈现生理眭肥大,安静心率降低,心肌收缩和舒张功能增强.有氧运动组大鼠的心血管自主神经调节功能明显增强,表现在交感神经介导的动脉

19、压力反射敏感性增强,迷走神经介导的动脉压力反射敏感性未受到影响,交感神经紧张性变异和迷走神经紧张眭变异的程度增大.提示交感神经和迷走神经两者对心血管的调节功能均增强,并且在一个较高的功能层面上到达平衡,这种平衡状态的重建可能是有氧运动促进心血管健康的自主神经机制所在.参考文献:1】ArailSaulJAlbrechtP,eta1.Modulationofcardiacautonomicactivityduringandimmediatelyafterexercise【J】.AmJPhysiol,1989,256(1pt2):HI32141.2】毕春佑,周莉,杨树堑,等.心率变异性在运发动选材上

20、的意义【J.中国体育科技,1997,33(8):55-57.【3YuheiIchimaru,TomoyukiKuwaki.Developmentofananalysissystemfor24-hourbloodpressureandheartratevariabilityintheratJ.PsychiatryClinNeurosci,1998,52(2):l69.172.4EckbergDL.Parasympatheticcardiovascularcontrolinhumandisease:acriticalreviewofmethodsandresults【J.AmJPhysiol,1980,239:H581-593.【5LudbrookJ.Concernaboutgain:isthisthebestmeasureofperformanceofcardiovascularreflexes?J.ClinExpPharmacolPhysiol,1984,l】:385-390.【6NegraoCE.,IrigoyenMC,MoreiraED,eta1.EffectofexercisetrainingonRSNA,Baroreflexcontrol,andl:loodpressur