力竭运动的方法学讨论及其对小鼠和大鼠心血管形态结构

1、力竭运动的方法学讨论及其对小鼠和大鼠心血管形态结构和功能的改变严泽莹 陈红*（上海交通大学医学院04级法文班，*上海交通大学医学院药理学教研室，上海 200025）摘要：目的：研究力竭运动模型建立的方法及小鼠和大鼠力竭运动后心肌形态结构的改变及血管功能的改变。方法：用平板运动的方法使小鼠及大鼠做急慢性力竭运动，并观察小鼠心肌电镜照片和大鼠血管在药物（kcl、PE和ACh）作用下收缩舒张的改变。结果：平板运动能帮助建立力竭模型。力竭运动后小鼠心肌线粒体形态有改变，大鼠急慢性力竭对血管收缩舒张有不同的影响。结论：力竭运动对小鼠及大鼠的心血管有明显损伤作用。关键字：力竭运动；平板运动方法；心肌；血管

2、Abstract: AIM: To set up an exact model of the exhausted exercises and study the vasculocardiac effects afterwards. MOTHEDS: The rats and mice are forced to take exhausted exercises, which are acute and chronic. The relaxation on the thoracic aorta rings induced by ACh as well as the contraction by

3、PE and KCl are recorded. The electronic microscope photos of the mitochondrions in cardiac muscle are taken. RESULT: In the exhausted exercised group, the cardiac muscle on the left ventride gets hypertrophy. The mitochondrion are distructed. CONCULTION: The exhausted exercises bring damage to vascu

4、locardiac system.Key words: exhausted exercises, cardiac muscle, vessel. 力竭运动造成的运动损伤是运动员训练中一种常见的问题。本实验旨在探索力竭运动模型建立的方法并探讨力竭运动对心血管损伤可能的机制。为合理地制定运动量以及进一步的力竭运动损伤和药物保护实验提供实验依据。-*上海交通大学基础医学院大学生自然科学研究基金 No JTYXY 050011 材料和方法动物跑步机一台DSPT-202,跑道末端有电击槽，电压可调节，可记录跑步总米数。图1 动物跑步机DSPT-202血管张力测定器电镜固定液3周龄c57black雄性小鼠

5、10只, 体重18.31.1g，自由饮水、饮食适应性喂养1周后，分为力竭与对照两组，力竭组进行以下运动，对照组正常喂养，不做运动。适应性训练：一周10m/min 10min/day 耐力训练：一个月25/min 30min/day急性力竭运动：表1 c57black 运动情况表力竭时间（h）力竭路程（m）体重(g)1号鼠4.87704619.52号鼠1.02363519.53号鼠4.80300318.34号鼠-18.35号鼠-16.96号鼠-17.2平均数3.564561.3318.27SD2.22174.91.1 (耐力训练及急性力竭运动过程中共意外死亡小鼠4只，均为在电击槽中夹死) 1、2

6、、3号小鼠力竭后立即用颈椎脱臼法处死，去其心脏，取出大动脉和心房，将留下的心室肌分成两份，每份约30mg，置于电镜固定液中，将心肌剪碎成更小的块状，置于-20冰箱中保存，然后送去电镜室进行观察拍照。 4、5、6号小鼠为对照，处死后操作同上。13月龄雄性WKY大鼠8只体重396.920.3g，自由饮水、饮食适应性喂养1周后，分为急性力竭、慢性力竭和对照共三组。力竭组进行以下运动，对照组正常喂养，不做运动。适应性训练：一周10m/min 30min/day1号鼠慢性力竭运动： 表2 WKY运动情况表跑步前体重(g)跑步后体重（g）体重差单次跑步时间（h）单次跑步路程（m)平均数394.8377.8

7、172.282273SD14.7914.8112.980.56377.22总计33.7134098处死2号鼠慢性力竭运动：跑步前体重(g)跑步后体重（g）体重差(g) 单次跑步时间（h）单次跑步路程（m）平均数405.2389.116.12.282301SD24.7423.975.240.56686.36总计52.5352934处死3号鼠慢性力竭运动：跑步前体重(g)跑步后体重(g)体重差(g)单次跑步时间（h）单次跑步路程（m）平均数398.7379.818.92.352157SD15.2613.645.720.62644.57总计25.7423722力竭而死4号鼠急性力竭运动：跑步前体重（

8、g）跑步后体重(g)体重差单次跑步时间（h）单次跑步路程（m)平均数422.8412.210.51.11262.5SD5.066.392.360.59698.48总计11.0812625处死5、6、7号鼠对照开始体重(g)最后体重(g)5395422637540074004308号鼠力竭运动首日运动量过大力竭死亡用3的戊巴比妥钠（60mg/kg，腹腔注射）溶液对对照组和力竭组大鼠进行麻醉，迅速取出其胸主动脉，长短约23cm，在营养液中去除血管外壁上的组织，将血管的完整部分均分成56段，每段长度约23mm，置于含营养液，供养，37恒温血管槽中。待血管适应血管槽的环境（约20分钟）之后，对血管施加

9、2g的前负荷，先在每个槽中加入10ml的KCL(60mM)溶液，进行对照组和力竭组血管的收缩功能的检测。待其基本恢复之后，重复刚才的实验，以确保实验的稳定性和可靠性。弃去含KCL的营养液，并重复洗涤34次，重新放入营养液，待稳定后，在每个槽中加入等量苯肾上腺素(1uM)，血管的收缩功能的检测。待其基本恢复之后，重复刚才的实验，以确保实验的稳定性和可靠性。弃去含苯肾上腺素的营养液，并重复洗涤34次，重新放入纯营养液，待稳定后，在每个槽中加入等量Ach(1uM)，进行安静组和力竭组血管的舒张功能的检测。弃去含Ach的营养液，并重复洗涤血管槽34次，重新放入纯营养液，待稳定后，在每个槽中加入等量苯肾

10、上腺素(1uM),待血管收缩达到最大时，每隔2-3分钟同时向各槽中加入浓度分别是310-8、10-7、310-7、10-6 mol/L，的Ach，检测血管舒张功能。洗涤34次，待血管环张力稳定后，重复上述实验一次，以确保实验结果的稳定性和可靠性。采用Excel软件对实验数据进行Students t检验。P0.05判定为显著。2.结果力竭模型建立Exhausted Exercise C57/black 7500 meter, 3.5 hour 线粒体内致密颗粒形成线粒体变性线粒体内致密颗粒形成图2 力竭c57black小鼠心肌电镜照片力竭运动的小鼠的心肌细胞的线粒体腔中出现明显的致密颗粒，部分线

11、粒体甚至出现变形、溶解现象。10 min2 g图3 WKY大鼠急性力竭运动(24小时)后血管收缩与舒张功能对照对照运动运动图4 慢性力竭运动(1月)后血管收缩舒张功能表3 大鼠急慢性力竭运动后血管收缩与舒张功能Kcl 60mM, g/mmFirst second PE 1uM, g/mmFirst second ACh 1 uM%对照0.520.110.550.090.450.110.560.1270.42.6急性力竭0.670.04*0.810.06*0.430.040.550.0789.65.4*慢性力竭0.380.13*0.450.11*0.440.120.570.2984.79.3*D

12、ata are meanSD, n=810. *P0.05, *P0.01 versus control3 讨论许多实验采用各种方法进行了类似的研究，其中以驱使老鼠游泳以达到使其力竭的方法为最多。据资料显示，有些实验采用将小鼠置于30左右的水中1,用木棒驱赶迫使其游泳,或在小鼠尾后附加相当于自身体重4的负荷2至力竭。力竭的标准为：小鼠沉入水中超过10s，不能上浮为止3，即刻捞出，同时记录游泳时间。本实验采用的以平板运动使动物力竭的方法较传统的游泳方法再某些方面有一定的优势。1）可根据每只鼠运动能力的强弱调整跑步速度，以适应不同的鼠或同只鼠不同状态下的运动需求，更好地模拟运动员训练时的真实情况。

13、2）运动量纪录准确到米，精确地反映动物的实际运动量。3）跑步运动更适合作为陆生动物的鼠类。 在实验过程中，我们发现小鼠意外死亡的几率较高。主要原因是，在训练初期，小鼠还不太熟悉跑步机的结构，稍有疲劳时停止跑动，被卷入履带与电击槽中夹死，或在电击槽上受电击惊吓，自己钻入电击槽缝隙中被夹死。所以，在训练过程中应该量力而行，循序渐进，以避免小鼠意外死亡。3月龄小鼠体形较1月龄小鼠稍大，发生意外死亡几率明显下降。大鼠跑步过程中不易发生意外，但运动能力不及小鼠，所需适应性训练时间较长。 小鼠运动至力竭时，症状为流泪，弓背，趴在履带上，人工驱赶时侧卧。大鼠运动力竭时，症状为弓背，趴在履带上，人工驱赶时身体

14、蜷曲，头蹭地，或坐在电击槽上，休息数分钟后仍无改善。 资料显示，急慢性力竭运动使线粒体表现为肿胀并伴有嵴的瓦解和线粒体膜之间的间隙变窄。4 线粒体崩解, 数量明显减少, 并伴有退行性变化及线粒体酶活性的减弱5。 本实验小鼠力竭运动后心肌电镜照片显示心肌线粒体内有致密颗粒形成，并有线粒体变性。致密颗粒的形成可能与过度运动情况下心肌缺血缺氧导致的钙超载有关,而且运动量越大线粒体变化越明显。线粒体损伤得越多，心肌细胞在生理活动中所能得到的能量就越少，这可能也是力竭运动导致心力衰竭从导致个体死亡的原因之一。另外，线粒体的损伤可引起机体的缺氧，机体缺氧又加速了线粒体的损伤，恶性循环，最终导致机体死亡。

15、大鼠急性力竭后在Kcl 作用下血管收缩力比对照有所增大，而慢性力竭后在Kcl作用下血管收缩力比对照有所下降。在PE作用下，两种力竭大鼠与对照相比血管收缩力无明显差别。在Ach舒张血管的作用下，两种力竭大鼠舒张的百分比均比对照大，其中急性力竭增大更明显。说明力竭运动能使血管舒张能力提升。本实验结果显示急性力竭运动可能会引发高血压的产生，而慢性力竭运动则刚好相反，可能会引起低血压的产生，继而引起脑部的缺血。但从血管的舒张功能角度来看，急慢性力竭运动都增强了血管的舒张能力，表明运动可以预防和减轻高血压的发生与发展。至于运动是否对高血压病人有辅助治疗功能，还有待进一步的研究。本实验还用了几只高血压大鼠

16、进行力竭运动，运动不久，大鼠就因血压过高而死亡。因此，也提醒我们虽然运动可以改善心血管功能，但过度的运动对心血管的不良影响远远大于其对心血管的有利影响。从实验的图线来看，我们观察到注入Ach一段时间后血管舒张趋于稳定，但一段时间以后，又有一定的舒张的趋势，这可能是Ach进入内皮细胞，使内皮细胞释放NO，NO的释放可促进cGMP的释放，从而导致血管舒张。 综上所述，力竭运动对小鼠及大鼠的心血管均有不同程度的损伤。4 参考文献 1、中国运动医学杂志2005年7月第24卷第4期Chin J Sports Med,July2005,Vol.24,No.42、浙江体育科学1999年8月第21卷第4期Zhejiang Spo