早期运动锻炼对大鼠急性心肌梗死后心肌组织中细胞因子、血浆脑钠肽及心功能的影响

吴群辉,李静乐,王晓艳,朱文晖

(1.宁远县人民医院心血管内科,湖南宁远425600;2.中南大学湘雅三医院a.心血管内科;b.超声科,长沙 410013)

急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)后,心肌梗死区域和非梗死区域的结构和形态会发生一系列变化,称为心室重构(ventricular remodeling,VR)。VR使AMI患者并发症发生率及病死率增加,存活者心脏功能不断恶化,最终发展为心力衰竭。近年多个临床研究表明,AMI后早期适当运动对患者是安全的,而且明显提高患者生活质量[1]。越来越多的研究证实炎症参与了AMI后的VR,肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素 10(interleukin-10,IL-10)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)等细胞因子作为炎症反应的激活物,在AMI后VR中起着重要的作用。近来,国内外研究证实AMI后脑钠肽(brain natriuretic peptide,BNP)升高与终点心血管事件的发生密切相关[2],是AMI患者发生心力衰竭和死亡的独立预测因子[3]。AMI后锻炼对 TNF-α、IL-10细胞因子及血浆BNP的影响少见报道。本研究旨在探讨早期运动锻炼对大鼠AMI后心肌组织中细胞因子(TNF-α、IL-10)、血浆BNP及心功能的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物、动物模型的建立及实验动物分组

10～12周龄雄性SD大鼠26只,体质量220～280 g。由湖南农业大学实验动物中心提供,合格证号:scxk湘2006-0001。适应性饲养1周后,按参考文献[4]方法并加以改进制作大鼠急性心肌梗死模型:腹腔注射10%水合氯醛麻醉、背位固定于手术台,四肢皮下连接9020P心电图(日本光电公司)电极,记录Ⅱ导联心电图。开胸、结扎大鼠冠状动脉左前降支,以结扎部位以下心肌变白、搏动减弱,且心电图Ⅱ导联出现ST段弓背向上明显抬高为造模成功标志。术中即刻死亡2只,术后24 h内死亡2只,24 h～1周死亡1只。1周后将存活的21只大鼠按随机数字表法分为2组:耐力运动组11只和对照组10只。另设假手术组(仅在左冠状动脉前降支下穿线,不结扎)10只。耐力运动组按文献[5]方法进行游泳锻炼:水温保持35℃左右,水深 50 cm。每只大鼠有200 cm2的活动面积以保证大鼠持续活动,每周游泳5 d,共4周,第1周每天游泳40 min,以后每天游泳60 min。对照组及假手术组不进行运动,余同运动组。

1.2 心脏超声评价心功能

使用美国GE公司的vivid7心脏超声仪,探头频率为11.4 MHz。将3组大鼠麻醉后仰卧固定,获取胸骨旁左室长轴和乳头肌水平短轴切面。检测指标包括左室舒张末期内径(LVEDd)、射血分数(EF)和短轴缩短率(FS)。检测值取连续5个心动周期的平均值。

1.3 心肌组织上清液中TNF-α、IL-10水平的测定

取3组非梗死区左室心肌研磨成匀浆,4℃、3 000 r·min-1离心15 min,取上清液置于-20℃冰箱保存待测。采用RIA法检测3组大鼠心肌组织上清液中TNF-α水平,试剂盒购自中国人民解放军总医院东亚放免研究所。采用ELISA法检测3组大鼠心肌组织上清液中IL-10水平,试剂盒购自深圳晶美公司。以上操作均严格按试剂盒说明书进行。

1.4 血浆BNP水平的测定

抽取颈总动脉血 2mL,混匀,4 ℃、3 000 r·min-1离心 10 min,分离血浆,置-20 ℃冰箱保存待测。RIA法检测3组大鼠血浆BNP水平,试剂盒由解放军总医院科技开发中心放免所提供。操作严格按试剂盒说明书进行。

1.5 统计学方法

采用SPSS 13.0统计软件对数据进行分析。计量资料以±s表示,组间比较采用LSD法;相关性分析采用 Pearson法,α=0.05(双侧)为检验水准。

2 结果

1) 与假手术组比较,耐力运动组和对照组心肌组织上清液中TNF-α、TNF-α/IL-10及血浆 BNP水平均明显上升(均P＜0.05)。耐力运动组心肌组织上清液中 TNF-α、TNF-α/IL-10和血浆 BNP水平均较对照组明显下降(均P＜0.05)。见表1。

表1 3组大鼠心肌组织中上清液TNF-α、IL-10、TNF-α/IL-10及血浆BNP水平的比较 x±s

2) 与假手术组比较,耐力运动组和对照组EF和FS均明显下降(均P＜0.05);LVEDd均明显升高(均P＜0.05)。见表2。

表2 3组大鼠LVEDd、EF和FS的比较 ±s

表2 3组大鼠LVEDd、EF和FS的比较 ±s

与假手术组比较,*P＜0.05;与对照组比较,#P＜0.05。

组别 鼠数/只 LVEDd/mm EF/% FS/%假手术组 10 4.93±0.44 82.30±3.63 45.87±3.38对照组 10 7.14±0.65* 41.53±6.64* 19.03±2.26*耐力运动组 11 6.15±0.68*# 55.80±6.36*# 33.09±4.22*#

3) 相关性分析结果显示,耐力运动组血浆BNP水平与LVEF呈负相关 (r=-0.928,P＜0.05),即心功能越差,血浆BNP水平越高。耐力运动组血浆BNP水平与心肌组织上清液中TNF-α水平呈正相关(r=0.868,P＜0.05),即 TNF-α越高,血浆BNP水平越高。

3 讨论

越来越多的研究表明,炎症性细胞因子是AMI后加重心肌损害的重要机制,不同的细胞因子对此过程的发展和转归发挥不同的功效[6]。TNF-α是一种促炎细胞因子,在AMI的发展中起加速心肌坏死、恶化心功能的作用。IL-10可抑制 TNF-α和NO产生,进而抑制中性粒细胞等炎性细胞的浸润、游走、增殖及活化,在免疫反应中起抗炎作用。这些细胞因子参与AMI后炎症反应,当促炎因子高于抗炎因子时,可导致心肌坏死后VR,心功能下降。本研究发现,与假手术组比较,耐力运动组和对照组心肌组织上清液中 TNF-α、IL-10、TNF-α/IL-10 水平和LVEDd均明显升高(均P＜0.05),EF和FS均明显降低(P＜0.05);运动组较对照组心肌组织上清液中细胞促炎因子 TNF-α水平降低,抗炎因子IL-10水平虽也降低,但 TNF-α/IL-10比值显著降低(P＜0.05),同时运动组大鼠LVEDd明显降低(P＜0.05)、EF和FS均明显升高(均P＜0.05)。表明运动锻炼可能通过下调致炎因子/抗炎因子比例来改善大鼠AMI后的VR,改善心功能;与Xu X.等[7]研究报道AMI后SD大鼠踏车运动可改善心功能相一致。

血浆BNP是左室心肌细胞分泌的一种多肽,属利钠肽系统,室壁张力是促使BNP分泌的最主要原因[8],是目前血清学反映左室功能的重要指标[9]。在心力衰竭的治疗中可作为对药物疗效的监测。AMI后血浆BNP迅速升高,可能是心肌梗死区与非梗死区的交界部位牵拉使心肌室壁张力增加,因此BNP可准确反映梗死局部室壁张力的变化,而张力又受梗死面积、左室形态改变、心肌机械应力等因素的影响[10],因此BNP的增高在一定程度上也反映了心肌梗死的严重程度,提示 VR的发生,是AMI患者发生心力衰竭和死亡的独立预测因子。本研究证实,AMI后大鼠(包括耐力运动组与对照组)心肌BNP水平均较假手术组明显升高(均P＜0.05),耐力运动组血浆BNP水平与左心室功能指标LVEDd呈明显负相关(r=-0.928,P＜0.05),耐力运动组血浆BNP水平与心肌组织上清液中TNF-α水平呈正相(r=0.868,P＜0.05)。通过游泳锻炼4周可明显降低血浆BNP水平,同时大鼠左心功能有明显的改善,提示AMI后早期运动锻炼可保护心功能,可能还能够减少和延缓心力衰竭并发症,改善预后。

过去,AMI后是否应早期运动锻炼一直存在争论,因为运动锻炼会加重梗死区膨展,增加病死率。近年来,国内外研究认为,AMI后早期适当运动对患者是安全和有益的,而且明显提高患者生活质量;参加心脏康复是AMI后有效治疗的最重要的组成部分之一[1,11]。有研究认为,运动锻炼对VR的影响是通过增加压力反射敏感性、降低室壁张力、降低交感神经活性以及提高迷走神经张力来实现的[12-13];Xu X.等[7]研究证实,AMI后SD大鼠早期踏车锻炼可通过减少TIMP-1表达,改善MMP-1/TIMP-1,降低ACE和AT1受体表达,减少胶原沉积等改善VR、改善心功能。本研究仅初步表明AMI后运动锻炼能够降低心肌TNF-α,下调致炎因子/抗炎因子比例,有益于改善 VR,保护心功能。而对于AMI后运动锻炼调节细胞因子的具体机制以及改善VR的确切机制尚不明确。进一步探寻运动锻炼对AMI后患者的益处及机制,为AMI后患者量身定做运动计划,尽可能降低运动锻炼风险,使患者获最大受益是今后的研究方向。

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