长期有氧运动对慢性心力衰竭大鼠心肌能量代谢的调节

摘 要：为探讨长期有氧运动对慢性心力衰竭大鼠心肌能量代谢的调节及可能机制。将结扎大鼠冠状动脉建立心梗后心衰模型，休息4周后随机分为假手术安静组（Sham）、心梗安静组（MI-Sed）和心梗运动组（MI-Ex），MI-Ex组进行为期8周的跑台运动，Sham组和MI-Sed组保持安静状态。实验结束后，左心室导管法测定血流动力学参数，包括左心室收缩期压力（LVSP）、左心室舒张末期压力（LVEDP）、左心室压力最大上升速率（+（dp/dt）max）和左室压力最大下降速率（（-dp/dt）max）；Masson染色进行心脏组织病理学观察；比色法测定心肌糖原、脂肪酸（FA）和乳酸含量；实时荧光定量PCR检测心肌过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）和肉碱棕榈酰转移酶-1（CPT-1）mRNA水平；Western blot法检测心肌AMPK、葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）和过氧化物酶体增殖物受体γ共激活因子-lα（PGC-1α）表达水平。结果得到，与Sham组比较，MI-Sed组LVSP、±（dp/dt）max都非常显著性下降（P<0.01），LVEDP则都非常显著性升高（P<0.01）；心肌糖原含量降低（P<0.01）、FA与乳酸含量升高（均为P<0.01）；心肌PPARα和CPT-1 mRNA降低（P<0.01），磷酸化AMPKα （p-AMPKα）蛋白水平升高（P<0.05）、GLUT4和PGC-1α蛋白下降（P<0.01）。与MI-Sed组比较，MI-Ex组LVSP、±（dp/dt）max都非常显著性升高（P<0.01），LVEDP则非常显著性下降（P<0.01）；心肌糖原含量升高（P<0.05），FA和乳酸含量下降（P<0.01）；心肌PPARα和CPT-1 mRNA以及p-AMPKα、GLUT4和PGC-1α蛋白水平均非常显著性升高（P<0.01）。结果表明，长期有氧运动通过激活AMPK及其下游信号通路改善了HF心脏的代谢性重塑并提高心功能。

关 键 词：运动生物化学；磷酸腺苷活化蛋白激酶；心力衰竭；能量代谢；有氧运动；代谢性重塑；大鼠

中图分类号：G804.7 文献标志码：A 文章编号：1006-7116（2013）02-0135-06

心肌细胞代谢性重塑是心力衰竭（heart failure，HF）发生发展的重要机制。HF时心肌脂肪酸（fatty acid，FA）氧化减少、葡萄糖利用增加[1]，能量代谢的效率增加，这是心肌的自我保护机制。但同时糖酵解代谢增强，乳酸产生增多造成酸中毒与心肌损害，FA利用减少，脂质在心脏沉积并造成心肌细胞凋亡与脂毒性心脏异常[2]，加之HF时线粒体生物合成减少[3]，能量生成进一步下降，即所谓的心肌能量饥渴（energy starvation）[4]，心功能继之恶化，因此心肌代谢性重塑又加速了HF进程。

有氧运动可改善HF患者心肌代谢异常，但具体分子机制尚未明确。AMPK（磷酸腺苷活化蛋白激酶）是一种调节细胞内能量代谢的酶类，其主要作用是通过激活下游信号转导途径促进能量产生，维持细胞的能量平衡稳态。研究发现，AMPK在心脏的正常发育以及心肌代谢过程中起重要作用，同时对心肌缺血-再灌注损伤起保护作用[5]。关于运动与AMPK关系的研究主要集中在骨骼肌组织，而在心肌表达的研究较少，Coven等[6]和Musi等[7]发现，一次急性运动可上调正常心肌AMPK活性或表达量，并呈现运动强度依赖性，提示AMPK在心肌能量代谢以及对运动适应中起重要作用。但长期运动对HF心脏AMPK表达及对能量代谢的影响未见报道。本研究以心梗后慢性HF大鼠为模型，观察8周有氧运动对心功能、心肌糖原、FA和乳酸含量以及AMPKα、PPARα、CPT-1、GLUT4、PGC-1α基因表达的影响，探讨长期有氧运动对HF心脏代谢性重塑的影响及可能机制。

1 研究对象和方法

1.1 实验动物

SPF级SD大鼠45只，体质量260～320 g，雌雄各半，由北京维通利华实验动物中心提供，分笼饲养，自由进食水。

1.2 心梗后HF模型的建立

大鼠随机分为心梗组（MI组，30只）和假手术组（Sham组，15只）。心梗组采用冠状动脉结扎术方法：麻醉后连接呼吸机，开胸暴露心脏，由左心耳下方2～3 mm处用0号丝线结扎左冠状动脉前降支。Sham组只开胸穿线，不结扎，其他操作同MI组。MI组再随机分为心梗对照组（MI-Sed组）和心梗运动组（MI-Ex组），每组各15只。Sham组和MI-Sed组保持安静状态，MI-Ex组进行为期8周的运动训练。

1.3 有氧运动方案

采用Bedford等建立的大鼠跑台运动方案：即5 min热身（坡度为0°，速度为5 m/min）后，坡度调为5°，速度为10 m/min（相当于45%VO2max），第1天训练15 min、第2天30 min、第3天45 min，从第4天开始均为60 min。5 d/周，共训练8周。

1.4 血流动力学参数（心功能）测定

腹腔麻醉大鼠，心导管插管至左心室，连接压力换能器，利用多媒体生物信号采集处理系统记录左心室收缩期压力（LVSP）、左心室舒张末期压力（LVEDP）、左心室压力最大上升速率（+（dp/dt）max）和左室压力最大下降速率（-（dp/dt）max）。

1.5 取材

大鼠断头处死后取心脏，用生理盐水冲洗，滤纸沾干后迅速将组织置于液氮中并转移至-80 ℃冰箱冻存待测。

1.6 心肌FA、糖原和乳酸测定

均采用比色法测定心肌匀浆液中糖原质量分数、FA浓度和乳酸质量摩尔浓度，严格按照试剂盒（南京建成生物工程研究所）操作说明进行。单位分别为：mg/g、mmol/L、μmmol/g。

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