高强度间歇运动对自发性高血压模型大鼠病理性心脏肥大的影响及机制

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2692

中国组织工程研究 ›› 2020, Vol. 24 ›› Issue (23): 3708-3715.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2692

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高强度间歇运动对自发性高血压模型大鼠病理性心脏肥大的影响及机制

袁国强¹，秦永生²，彭朋²

¹郑州航空工业管理学院体育部，河南省郑州市 450015；²中国人民武装警察部队后勤学院卫生勤务系，天津市 300309

收稿日期:2019-09-04 修回日期:2019-09-09 接受日期:2019-10-19 出版日期:2020-08-18 发布日期:2020-07-30
通讯作者: 彭朋，博士，讲师，中国人民武装警察部队后勤学院卫生勤务系，天津市 300309
作者简介:袁国强，男，1980年生，河南省偃师市人，2006年首都体育学院毕业，硕士，讲师，主要从事运动康复方面的研究。
基金资助:
天津市自然科学基金项目(17JCYBJC274002)

High-intensity interval training for treating pathological cardiac hypertrophy in spontaneously hypertensive rats: effects and mechanisms

Yuan Guoqiang¹, Qin Yongsheng², Peng Peng²

¹Department of Physical Education, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou 450015, Henan Province, China; ²Department of Health Service, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Forces, Tianjin 300309, China

Received:2019-09-04 Revised:2019-09-09 Accepted:2019-10-19 Online:2020-08-18 Published:2020-07-30
Contact: Peng Peng, MD, Lecturer, Department of Health Service, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Forces, Tianjin 300309, China
About author:Yuan Guoqiang, Master, Lecturer, Department of Physical Education, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou 450015, Henan Province, China
Supported by:
the Natural Science Foundation of Tianjin, No. 17JCYBJC274002

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

高强度间歇运动：是一种相对于中低强度持续有氧运动的训练模式，即反复多次以高强度(>80%最大运动能力)持续数秒到数分钟的训练，且每2次练习之间安排不完全恢复的训练方法。

心脏肥大：是由于心肌受到病理性(如高血压等)或生理性(如长期训练)刺激而发生的代偿性反应，表现为心脏质量和体积增加，相应的分为病理性和生理性心脏肥大2种类型。

背景：规律运动具有健康促进效应，中低强度持续有氧运动已成为高血压等慢性病患者一级和二级预防的重要策略，然而高强度间歇运动的效果尚存在争议。

目的：观察高强度间歇运动对自发性高血压大鼠病理性心脏肥大的作用并探讨其可能机制。

方法：30只雄性自发性高血压大鼠随机分为对照组和运动组，同时将15只Wistar-Kyoto大鼠作为正常血压组。正常血压组和对照组大鼠保持安静状态，运动组进行8周高强度间歇运动。实验后利用无创血压仪测定血压，超声心动术检测心脏结构与功能，苏木精-伊红染色获取心肌细胞横截面积，RT-PCR法检测胚胎基因——心房钠尿肽和脑钠尿肽的mRNA表达量，Western blot法检测PI3-K、Akt、CnAβ和NFATc3的蛋白表达量。

结果与结论：①与正常血压组比较，对照组血压升高(P < 0.05)，左心室出现向心性肥大(心腔缩窄、室壁增厚、心肌细胞横截面积升高)，心功能下降(P < 0.05)，脑钠尿肽mRNA表达上调(P < 0.05)，CnAβ蛋白表达量升高(P < 0.05)、p-NFATc3/t-NFATc3比值降低(P < 0.05)，PI3-K(p110α)蛋白和p-Akt/t-Akt比值无显著变化(P > 0.05)；②与对照组比较，运动组收缩压下降(P < 0.05)，心脏发生离心性肥大(心腔扩张)，心功能升高(P < 0.05)，脑钠尿肽mRNA表达下调(P < 0.05)，PI3-K(p110α)蛋白和p-Akt/t-Akt比值升高(P < 0.05)，CnAβ蛋白以及p-NFATc3/t-NFATc3比值无显著变化(P > 0.05)；③结果表明，8周高强度间歇运动激活PI3-K/Akt信号转导途径诱导自发性高血压大鼠由病理性心脏肥大向生理性肥大转变并改善心功能，但并未对Cn/NFAT途径产生抑制效应。

ORCID: 0000-0001-8744-2423(袁国强)；0000-0001-5039-6128(彭朋)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 高强度间歇运动, 高血压, 心脏肥大, 大鼠, 信号转导途径, PI3-K/Akt, Cn/NFAT

Abstract:

BACKGROUND: Regular exercise training possesses health promotion effect. Low-to-moderate intensity continuous aerobic exercise has been an important strategy for primary and secondary prevention of chronic diseases such as hypertension; however, the effect of high-intensity interval training is still debated.

OBJECTIVE: To explore the effects of high-intensity interval training on pathological cardiac hypertrophy and investigate the possible mechanism in spontaneously hypertensive rats.

METHODS: Thirty male spontaneously hypertensive rats were randomly assigned into a control group and a training group. Fifteen Wistar-Kyoto rats were used as normotensive group. Rats in the normotensive and control group were housed at rest, while those in the training group were subjected to a high-intensity interval training lasting for 8 weeks. After experiment, blood pressure was detected using a non-invasive blood pressure tester, and cardiac structure and function were measured by echocardiogram. Histopathological detection was performed by hematoxylin-eosin and Masson staining to determine myocardial cross-sectional area. mRNA expression of fetal genes including atrial natriuretic peptide and brain natriuretic peptide were detected by RT-PCR. Protein expression of PI3-K, Akt, CnAβ and NFATc3 was detected using western blot assay.

RESULTS AND CONCLUSION: Compared with the normotensive group, the blood pressure level was significantly elevated (P < 0.05), concentric hypertrophy in the left ventricle appeared (including narrowing of the left ventricular cavity, ventricular wall thickening, increasing of myocardial cross-sectional area), cardiac function reduced significantly (P < 0.05), mRNA of brain natriuretic peptide upregulated (P < 0.05), CnAβ protein raised (P < 0.05), p-NFATc3/t-NFATc3 ratio reduced (P < 0.05), and PI3-K(p110α) protein and p-Akt/t-Akt ratio had no significant changes (P > 0.05) in the control group. Compared with the control group, the blood systolic pressure was lowered (P < 0.05), eccentric hypertrophy (cardiac chamber extension) in the left ventricle occurred, cardiac function enhanced (P < 0.05), mRNA of brain natriuretic peptide downregulated (P < 0.05), PI3-K(p110α) protein and p-Akt/t-Akt ratio increased (P < 0.05), while CnAβ protein and p-NFATc3/t-NFATc3 ratio showed no significant difference in the training group (P > 0.05). Therefore, the 8-week high-intensity interval training can induce the transfer from pathological hypertrophy to physiological hypertrophy and enhance heart function in spontaneously hypertensive rats via the activation of PI3-K/Akt signal transduction pathway; however, the Cn/NFAT pathway cannot be inhibited.

Key words: high-intensity interval training, hypertension, cardiac hypertrophy, rats, signal transduction pathway, PI3-K/Akt, Cn/NFAT

中图分类号:

袁国强, 秦永生, 彭朋. 高强度间歇运动对自发性高血压模型大鼠病理性心脏肥大的影响及机制[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(23): 3708-3715.

Yuan Guoqiang, Qin Yongsheng, Peng Peng. High-intensity interval training for treating pathological cardiac hypertrophy in spontaneously hypertensive rats: effects and mechanisms[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2020, 24(23): 3708-3715.

图/表（结果） 9

2.1 实验动物数量分析在实验过程中，对照组死亡1只，运动组死亡1只、拒跑2只，统计时予以剔除，因此最终样本量为41只，其中正常血压组15只，对照组14只和运动组12只。

2.2 血压的变化与正常血压组[收缩压：(118±11) mm Hg，舒张压：(90±9) mm Hg]比较，对照组、运动组收缩压和舒张压增加[对照组收缩压：(181±15) mm Hg，舒张压：(98± 9) mm Hg；运动组收缩压：(149±12) mm Hg，舒张压：(93± 10) mm Hg]，差异有显著性意义(P < 0.05)；与对照组比较，运动组收缩压降低(P < 0.05)，舒张压的变化差异无显著性意义(P > 0.05)，提示8周高强度间歇运动能够降低高血压大鼠收缩压，但对舒张压无影响，见图1。

2.3 心脏结构与功能的变化与正常血压组比较，对照组心脏质量指数、左心室质量指数和左心室壁厚度升高(均P < 0.05)，左心室舒张末期直径和左心室射血分数降低(均P < 0.05)，说明高血压大鼠左室出现心腔缩窄，室壁增厚，即向心性肥大，同时心功能下降。与对照组比较，运动组左心室舒张末期直径和左心室射血分数升高(均 P < 0.05)，体质量、心脏质量指数、左心室质量指数和左心室壁厚度的变化差异无显著性意义(均P > 0.05)；与正常血压组比较，运动组心脏质量指数、左心室质量指数和左心室壁厚度升高(均P < 0.05)，上述结果提示8周高强度间歇运动诱导左室心腔扩张，即离心性肥大，伴随心功能升高，见表1。

2.4 心肌组织病理学观察与心肌细胞横截面积的变化各组大鼠心肌苏木精-伊红染色见图2。正常血压组心肌细胞形态正常，结构完整，排列规则紧凑，细胞核染色清晰、分布均匀；对照组心肌细胞肿胀肥大，排列稀疏；运动组心肌细胞较对照组排列致密有序。

心肌细胞横截面积的变化见图3。与正常血压组比较，对照组和运动组心肌细胞横截面积均升高(均P < 0.05)，说明高血压大鼠心肌细胞体积增大；与对照组比较，运动组心肌细胞横截面积的变化差异无显著性意义(P > 0.05)，提示8周高强度间歇运动并未改善高血压大鼠心肌细胞肥大。

2.5 胚胎基因mRNA表达量的变化与正常血压组比较，对照组和运动组脑钠尿肽mRNA表达量上调(P < 0.05)，说明高血压大鼠心脏胚胎基因重新激活；与对照组比较，运动组脑钠尿肽mRNA表达量降低(P < 0.05)，提示8周高强度间歇运动诱导高血压大鼠心脏胚胎基因下调。心房钠尿肽mRNA在各组间比较差异无显著性意义(P > 0.05)，说明高血压和运动并未对心房钠尿肽造成影响，见图4。

2.6 心脏肥大信号分子蛋白表达量的变化与正常血压组比较，对照组CnAβ表达升高(P < 0.05)，p-NFATc3/t-NFATc3比值下降(P < 0.05)、PI3-K (p110α)无显著变化(P > 0.05)，说明高血压诱导Cn/NFAT信号途径激活，但对PI3-K/Akt通路并无影响。与对照组比较，运动组CnAβ和p-NFATc3/ t-NFATc3比值无显著变化(均P > 0.05)，PI3-K(p110α)和p-Akt/t-Akt比值升高(均P < 0.05)；与正常血压组比较，运动组CnAβ和p-Akt/t-Akt比值升高(P < 0.05)，p-NFATc3/ t-NFATc3比值下降(P < 0.05)、PI3-K(p110α)无显著变化(P > 0.05)；结果提示8周高强度间歇运动激活PI3-K/Akt途径，但未对Cn/NFAT通路产生抑制作用，见图5-8。

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引言

心脏重塑是高血压发生发展的基本病理生理学机制，而病理性心脏肥大则是心脏重塑以及靶器官损害的主要特征，是诸多心血管疾病的独立危险因素，其严重程度与心血管不良事件(心律失常、心肌梗死等)发生率增加以及预后不良密切相关^[1]，最终导致心功能进行性下降以及心力衰竭。长期运动训练(如竞技运动员)同样可造成心脏肥大，但心功能升高同时并未伴随病理性改变，因此称为“生理性心脏肥大”^[2]。生理性与病理性心脏肥大存在本质区别，分子生物学研究显示两者的形成与不同信号转导途径激活密切相关^[3]，其中磷脂酰肌醇-3激酶/Akt(phosphoinositide 3-kinase/Akt，PI3-K/Akt)和钙调神经磷酸酶/活化T细胞核因子(calcineurin/nuclear factor of activation T cell，Cn/NFAT)分别是介导生理性和病理性心脏肥大的主要途径。规律运动或生长发育作为生理性刺激可通过胰岛素样生长因子1/胰岛素样生长因子1受体(type-1 insulin like growth factor/type-1 insulin like growth factor receptor，IGF-1/IGF-1R)途径激活PI3-K/Akt信号通路，诱导下游多种心肌蛋白表达上调，进而介导心脏生理性肥大；而病理性刺激(如高血压、冠心病、心肌病等)则通过血管紧张素Ⅱ、内皮素1、去甲肾上腺素等病理性因子激活Cn/NFAT信号途径，上调胚胎基因(胚胎时期心脏表达的、进入成年后则处于静止状态的基因)过表达，由于其表达的胎儿型蛋白质功能低下，因而造成心脏表型由成熟的“收缩状态”向“胚胎型合成状态”转变，继之造成病理性心脏肥大^[3]。

规律体力活动是高血压患者临床康复的重要非药物手段，其中中等强度持续有氧运动(简称有氧运动)是主要运动形式。研究证实，有氧运动能够下调高血压患者血压水平、抑制心脏重塑并降低住院率与病死率^[4]。近年来发现，高强度间歇运动是一种省时、有效的运动模式，对健康者、运动员以及慢性病患者均具有有益作用^[5-7]，可产生与有氧运动相似的生理、生化与代谢适应。CIOLAC等^[8]的一项荟萃分析指出，高强度间歇运动在改善高血压患者有氧运动能力、内皮功能、血管硬度以及自主神经功能等方面甚至优于传统有氧运动形式。据报道，运动的良性效应与运动强度呈现剂量-反应关系^[9]，其中高强度体力活动的心脏健康作用是中等强度的2倍。然而针对运动员的调查以及实验动物的研究显示^[10-12]，长期高强度运动可增加心血管不良事件发生率。课题组前期的研究证实，短期(8周)高强度间歇运动能够抑制高血压大鼠心脏病理性重塑^[13]，长期(18周，相当于人类10年)高强度间歇运动则加速心力衰竭进程^[14]。因此，运动对心脏作用的效果存在“负荷阈值”(运动负荷=运动强度×时间)，超出这一阈值则造成适应不良。然而短期高强度间歇运动对心脏表型良性作用的机制仍不清楚，是否在分子层面存在“隐患”尚未明确。该研究旨在观察8周高强度间歇运动对自发性高血压大鼠病理性心脏肥大的影响及机制，为制定最佳康复处方提供科学依据和有效方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点实验于2018年5至11月在武警后勤学院军事训练医学教研室运动生理实验室完成。

1.3 材料

1.3.1 实验动物与分组 30只3月龄雄性自发性高血压大鼠，体质量(215±17) g，随机分为对照组和运动组；同时将15只3月龄雄性Wistar-Kyoto大鼠作为正常血压组，体质量(221±19) g。所有大鼠购自北京维通利华实验动物技术有限公司，动物许可证号：SCXK(京)2018-0027，动物饲养环境：温度20-22 ℃，1个标准大气压，相对湿度50%-60%，12 h∶12 h明暗周期，分笼饲养(2只/笼)，自由进食水。

1.3.2 实验设备、仪器、试剂小动物跑台(成都泰盟公司)；无创血压测量仪(BP-2010E，日本Softron公司)；小动物超声影像系统(Vevo 770，加拿大VisualSonics公司)；病理切片机(RM2255，德国徕卡仪器有限公司)；倒置相差显微镜(IX71，日本Olympus公司)；实时荧光定量PCR仪(7500型，美国ABI公司)；凝胶成像系统(ChemiDoc XRS，美国BIO-RAD公司)；多聚甲醛溶液、PCR引物、PI3-K(p110α)抗体、CnAβ抗体和NFATc3抗体(Santa cruz公司)；Akt抗体(Abcam公司)。

1.4 方法

1.4.1 运动方案大鼠适应环境1周后开始实验，先进行5 d跑台适应性运动，方案为：速度10-15 m/min，坡度0°，时间30 min/d，随后参照课题组前期建立的方法测定大鼠运动能力^[13]，方案为：起始负荷5 m/min，坡度0°，每2 min增加1.5 m/min，直至力竭，记录最高跑速(maximal running velocity，RV_max)。

参照课题组前期研究制定8周跑台运动方案^[13]：先以20%RV_max强度进行5 min准备活动；随后以80%RV_max强度运动4 min、紧接着以40%RV_max运动4 min为1组，交替重复7组；最后以20%RV_max强度进行5 min整理运动。分别于第2，4，6周重新测定RV_max以及时调整运动强度。训练过程中RV_ma_x逐渐递增，分别为训练前(19.5±2.6) m/s，训练第2周(21.6±3.0) m/s，第4周(25.2±3.3) m/s，第6周(27.9±4.1) m/s。

正常血压组和对照组大鼠保持安静状态。

1.4.2 血压以及心脏结构与功能测定末次训练后48 h采用无创血压测量仪测定大鼠尾动脉收缩压和舒张压。

血压测定后腹腔麻醉动物并仰卧固定，用小动物超声影像系统检测心脏结构和功能，心功能指标包括：左心室舒张末期直径(left ventricular end-diastolic diameter，LVEDD)、左心室壁厚度(left ventricular wall thickness，LVWT)和左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)。

1.4.3 大鼠取材超声检测后称量体质量，取出心脏后分离左心室，称量心脏和左心室质量，计算心脏质量指数(heart mass index，HMI)=心脏质量/体质量×1 000，左心室质量指数(left ventricular mass index，LVMI)=左心室质量/体质量×1 000。将左心室分为两部分，一部分用于心肌病理组织学观察，另一部分转移至-80 ℃低温冰箱冻存待测基因表达。

1.4.4 心肌病理组织学观察取2 mm心肌组织，用体积分数为4%甲醛溶液固定24 h，石蜡包埋并制作5 μm切片，用苏木精-伊红染色心肌细胞，倒置相差显微镜下选取10个视野观察细胞形态，用图像分析软件(Image Pro Plus 6.0，美国Media Cybernetics公司)测量心肌细胞横截面积。

1.4.5 胚胎基因mRNA表达量检测取30 mg心肌组织提取总RNA，反转录获取cDNA，随后利用实时荧光定量聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)检测胚胎基因——心房钠尿肽和脑钠尿肽的mRNA表达量。引物序列为：心房钠尿肽，上游：5’-GGG GGT AGG ATT GAC AGG AT-3’，下游：5’-CTC CAG GAG GGT ATT CAC CA-3’；脑钠尿肽，上游：5’-TAG CCA GTC TCC AGA GCA ATT C-3’，下游：5’-TTG GTC CTT CAA GAG CTG TCT C-3’。参照课题组前期建立的扩增条件^[15]：预变性95 ℃/1 min；95 ℃/15 s，55 ℃/15 s，72 ℃/15 s；共40个循环。内参基因为β-肌动蛋白(β-actin)，采用2^-^∆∆Ct法分析mRNA表达量并以各组与正常血压组的比值作为相对表达量。

1.4.6 心脏肥大信号分子蛋白表达量检测取100 mg心肌组织匀浆后用考马斯亮蓝测定总蛋白浓度。取10 μg蛋白样品利用Western blot法检测心脏肥大信号分子蛋白表达量，包括PI3-K(p110α)(PI3-K的催化亚基)、Akt(t-Akt和p-Akt)、CnAβ(Cn的催化亚基)和NFATc3(t-NFATc3和p-NFATc3)(t表示蛋白总量，p表示该蛋白的磷酸化形式)。一抗4 ℃静置孵育过夜，辣根过氧化物酶标记的羊抗兔IgG二抗37 ℃孵育1 h，充分洗涤后使用增强型化学发光成像，X射线胶片压片曝光，利用凝胶成像系统拍摄并扫描各条带灰度值。内参蛋白为β-actin，以各组与正常血压组的比值作为蛋白相对表达量。

1.5 主要观察指标 ①收缩压和舒张压；②心脏质量指数、左心室质量指数、左心室舒张末期直径、左心室壁厚度和左心室射血分数；③心肌细胞横截面积；④心肌心房钠尿肽和脑钠尿肽mRNA表达量；⑤心肌PI3-K(p110α)、Akt、CnAβ和NFATc3蛋白表达量。

1.6 统计学分析使用SPSS 20.0进行统计学处理与分析。所有数据用x(_)±s表示，组间比较使用单因素方差分析，多重比较采用最小显著差别(least significant difference，LSD)检验。P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

3.1 高强度间歇运动对自发性高血压大鼠心脏结构、功能和胚胎基因表达的影响临床研究证实，病理性心脏肥大是高血压患者最常见的并发症之一^[1]。在该研究中，与正常血压组比较，对照组大鼠心脏质量(心脏质量指数和左心室质量指数)增加，心肌细胞体积(心肌细胞横截面积)增大，心室壁(左心室壁厚度)增厚、心腔容积(左心室舒张末期直径)缩窄，即自发性高血压大鼠心脏表型发生明显的向心性肥大。心脏肥大在高血压初期具有积极的代偿意义，能够提高心肌收缩力并维持心搏出量和心功能^[1]。然而伴随疾病进展，由于细胞体积增长与毛细血管数量之间的匹配失衡，心肌肥大又造成心肌缺血缺氧、细胞凋亡甚至坏死^[1]，心功能(左心室射血分数)继之下降。经过8周运动后，运动组心脏质量(心脏质量指数、左心室质量指数)、室壁厚度(左心室壁厚度)以及心肌细胞体积(心肌细胞横截面积)与对照组差异无显著性意义，而心脏质量指数、左心室质量指数和左心室壁厚度均高于正常血压组，说明自发性高血压大鼠心脏肥大并未得到改善。ROSSONI等^[16]以衰老自发性高血压大鼠为实验动物模型，经过13周低强度跑台有氧运动后心脏肥大和心肌纤维化减轻但心肌细胞横截面积无显著性变化，由此认为心脏质量下降可能是胶原沉积减少造成的(心脏质量增加是心肌细胞体积增大和胶原纤维增多共同作用所致)。研究结果不一致可能与动物模型、运动方式以及干预时间等因素有关。值得注意的是，该研究中超声心动检测结果显示，运动组心腔内径(左心室舒张末期直径)较对照组升高，提示左心室表型由“向心性肥大”转变为“离心性肥大”，而且血液动力学改善(血压下降)以及心功能(左心室射血分数)增强，因此运动诱导的心脏离心性肥大属于生理性肥大。这与甄洁等^[17]、施曼莉等^[18]以心力衰竭大鼠持续跑台运动为模型的研究结果类似。针对游泳、长跑等耐力项目运动员的调查显示，长期有氧运动可引起心室壁增厚、心腔扩大并伴随心功能提高^[19]，与该研究针对自发性高血压大鼠的结果基本一致，其机制与运动时心脏前负荷(容量负荷，即回心血量)增加造成肌节串联性增生有关^[2]。由此推测，运动诱导的心脏生理性肥大与病理性肥大在自发性高血压大鼠运动康复过程中同时存在并相互影响，最终前者的良性作用逆转了后者的负面效应，表现为心脏由病理性肥大向生理性肥大转变并伴随心功能增强，同时心血管不良事件以及并发症的发生率将显著降低。

胚胎基因即胚胎时期心脏表达的、进入成年后则处于静止状态的基因，又称胎儿期基因，包括心房钠尿肽、脑钠尿肽等。高血压时胚胎基因重新被激活，由于其表达的胎儿型蛋白质功能低下，因而造成心脏表型由成熟的“收缩状态”向“胚胎型合成状态”转变，心功能随之降低。胚胎基因表达上调是慢性心力衰竭时的生理代偿反应，同时也是患者心力衰竭进展与预后的重要标志物^[20-21]。心房钠尿肽主要储存于心房，当心房压力升高、房壁受到牵引时心房钠尿肽分泌增加，其生理作用为扩张血管、增加排钠。临床研究证实，循环心房钠尿肽与心血管疾病患者心功能下降密切相关^[20]。研究发现，心房钠尿肽在心力衰竭患者运动中升高，运动后即刻仍高于安静水平，12-24 h恢复，而健康者运动后数小时(8-12 h)即恢复正常^[22]。然而，该研究心房钠尿肽mRNA在各组间比较无显著性变化，其原因可能包括：①取材时间。大鼠末次训练后48 h取材，可能错过了心房钠尿肽升高的时程；②心力衰竭所处阶段。虽然对照组左心室射血分数虽较正常血压组下降，但仍维持在50%以上，因此各组均处于心力衰竭代偿期(早期)，此时的主要病理性变化在心室，而心房可能并未受到影响(心房压力未增加)，因此心房钠尿肽mRNA表达量变化不明显。脑钠尿肽主要在心室肌表达，其分泌量随心室压力的高低而变化，其生理作用与心房钠尿肽相似^[20]。高血压时左室充盈压升高诱导心肌释放脑钠尿肽，其升高幅度与左心室射血分数下降以及心力衰竭进程相关^[20]。在该研究中，对照组脑钠尿肽mRNA表达量明显上调，同时伴病理性心脏肥大，表明持续血压升高诱导心脏表型和基因型均发生病理变化，加速心力衰竭向终末期发展；运动组脑钠尿肽mRNA较对照组下调，但仍高于正常血压组，提示高强度间歇运动延缓自发性高血压大鼠心力衰竭进程。

3.2 高强度间歇运动对心脏肥大信号转导途径的影响病理性和生理性心脏肥大存在本质差异的根源在于不同性质(生理性或病理性)的刺激因子造成细胞内不同信号转导途径活化继之诱导基因差异性表达，进而造成心脏表型出现相应改变^[3]。在该研究中，与正常血压组比较，对照组CnAβ蛋白表达量升高，p-NFATc3/NFATc3比值下降，证实病理性心脏肥大信号通路持续激活。Cn是一种钙/钙调蛋白激活的蛋白磷酸酶，可通过去磷酸化NFAT并促进其核转位进而上调心脏促肥大基因和胚胎基因表达^[3]。此外，对照组PI3-K(p110α)蛋白表达量和p-Akt/t-Akt比值较正常血压组无显著变化，说明高血压并未对生理性心脏肥大途径产生影响。

经8周运动干预后，运动组PI3-K(p110α)蛋白表达量以及p-Akt/t-Akt比值较对照组增加，同时p-Akt/t-Akt比值尚高于正常血压组，提示高强度间歇运动诱导生理性心脏肥大信号途径激活。动物实验显示，激活PI3-K/Akt信号途径对病理状态下的心肌细胞起保护作用^[23-24]。SAGARA等^[25]、MCMULLEN等^[24]和MIYACHI等^[26]分别让健康小鼠、肥厚性心肌病大鼠以及高盐饮食诱导的高血压大鼠进行长期游泳运动，其结果与此研究相似，说明中等强度持续运动和高强度间歇运动均可活化PI3-K/Akt通路。运动激活PI3-K/Akt途径的具体机制未明，可能的解释是运动时肌肉收缩可诱导心肌以及其他组织胰岛素样生长因子1分泌增加，胰岛素样生长因子1通过自分泌或旁分泌方式与心肌胰岛素样生长因子1受体结合后激活PI3-K/Akt信号通路，继之活化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)，mTOR通过激活核糖体蛋白质S6激酶(ribosomal Protein S6 Kinases，p70S6k)、真核起始因子4E(eukaryotic initiation factor 4E，eIF4E)等因子调控核糖体生成并促进心肌多种收缩蛋白与结构蛋白合成(转录和翻译)^[3]。此外，Akt还能够活化内皮型一氧化氮合酶进而增强心肌收缩力并促进心肌细胞和血管祖细胞募集、迁移和分化，最终诱导生理性心脏肥大^[3]。GARCIARENA等^[27]和贾祁等^[28]分别让自发性高血压大鼠进行中等强度游泳运动和持续跑台运动，结果发现Cn/NFAT信号通路部分失活，同时NFATc3核移位减少，说明有氧运动能够抑制病理性心脏肥大信号途径，这在其他动物模型(缺血再灌注损伤^[29]、肥厚性疾病^[30]、心力衰竭^[31])的研究中也得到了进一步证实。然而该研究却意外发现，运动组CnAβ蛋白表达量和p-NFATc3/NFATc3比值与对照组无显著性差异，而与正常血压组比较，CnAβ升高、p-NFATc3/t-NFATc3比值下降，提示高强度间歇运动并未对病理性心脏肥大信号途径产生抑制作用。随后的研究进一步证实，大鼠大强度力竭训练以及长期高强度间歇运动诱导心肌Cn蛋白表达量显著上调^[14^，^32]。结合前人的研究结果推测，Cn/NFAT途径对运动的反应存在运动强度依赖性，中等强度运动起抑制作用，伴随运动强度升高，运动的抑制效应逐渐减弱甚至起激活作用，其间可能存在“负荷阈值”，然而该“阈值”的具体范围尚未确定。鉴于此，高强度间歇运动可能存在潜在风险。

该研究利用8周高强度间歇运动结果发现，在心脏表型层面，高强度间歇运动诱导自发性高血压大鼠由病理性心脏肥大向生理性肥大转变，然而在基因和分子水平，PI3-K/Akt(生理性)途径激活的同时并未对Cn/NFAT(病理性)途径产生抑制效应，而胚胎基因脑钠尿肽下调，提示高强度间歇运动对高血压心脏表型和基因水平产生深刻而复杂的影响。虽然高强度间歇运动的作用得到多项研究证实，但是其对心脏的作用(尤其是伴有心血管疾病)尚不肯定。王增喜等^[33]的研究发现，健康大鼠10周高强度间歇运动过程中出现暂时性病理性心脏肥大及心功能下调；HOLLOWAY等^[34]证实4周高强度间歇运动促进高盐饮食诱导的高血压大鼠心脏病理性重塑；课题组前期研究显示，18周高强度间歇运动加重自发性高血压大鼠心脏重塑并加速心力衰竭进程。结合该研究结果，作者认为运动负荷与心脏代偿能力之间的相互作用是高强度间歇运动心脏效应的决定因素^[35]。心力衰竭初期，心脏的代偿能力较强并对高强度间歇运动产生良性适应，心功能提升，然而运动仅能抑制而非逆转心力衰竭进程，当心力衰竭处于失代偿期时，高强度间歇运动负荷相对较大，大鼠承受身体与心理双重应激，心脏继之发生适应不良^[35]，这一过程中心脏表型与基因型的变化并不同步。上述研究结果提示，高血压患者将高强度间歇运动作为康复运动处方时应持谨慎态度并严格控制运动强度与持续时间。由于体能水平与运动中的心血管不良事件发生率呈反比^[36]，故开始高强度间歇运动前需进行一段时间有氧运动作为预适应^[37]，或者将2种运动形式有机结合以避免单一高强度间歇运动的不利影响，同时在运动中加强医务监督，根据身体机能状态循序渐进的调整运动负荷。

结论：①自发性高血压大鼠出现病理性心脏肥大伴胚胎基因重新激活，最终导致心功能下降，其机制与Cn/NFAT信号途径激活有关；②8周高强度间歇运动激活PI3-K/Akt信号途径诱导自发性高血压大鼠由病理性心脏肥大向生理性肥大转变并改善心功能，但并未对Cn/NFAT途径产生抑制效应。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

高强度间歇运动对自发性高血压模型大鼠病理性心脏肥大的影响及机制

High-intensity interval training for treating pathological cardiac hypertrophy in spontaneously hypertensive rats: effects and mechanisms

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