中国组织工程研究与临眯康复第74 菇33 2010—08—13出版 JournalofClinicalRehabilitative Tissue Eng ̄eering Research August 13,2010 VoL14 No.33 健康大鼠经间歇性低氧训练后的心脏功能★ 刘嘲i 巍’,周里 i ii i ii i iiil Effect of interval hypoxic training on cardiac function of rats Liu Wei’Zhou Li ,Abstract BACKGROUND:Previous studies demonstrated that intervaI hypoxic training(IHT)can increase aerobic performance v/a altering blood index,but most of these are focus on researching blood index.the effects of IHT on cardiac function remain poorly ’Department of Physical Education, understood. OBJECTIVE:To investigate the effect of IHT on the cardiac function by testing of hemodynamic parameters.METHODS:Female Sprague Dawley rats were randomly divided into the control,IHT,spots,and IHT+spots groups.No treatment was performed on rats in the control group.IHT was performed in the IHT group.Rats were forced swimming without 。a几u川 。rs耐 T :hnolog )(itan 710054.Shaanxi Province,China; load_n the spots group.1n fhe I HT+spots group,rafs were forcde lHT and spots.The cardiac functions of rats were tested al 4 weeks after training・ RESULTS AND CONCLUSION:The hemodynamic parameters of rats were altered with diferent degrees in al lgroups exception of the control group.The left ventricle systolic pressure。Ieft ventricle end-diastolic pressure,Ieft ventdcle the maximaI rates of ; y SciencesXi’an Institute of Physical 。Educationt Xi’an p sure fall,!etf ventircle the maximal rates of rise an.d cardiac index of t.he IHT+spots group were higher than those of the other groups fP<0.O5).These ifndings revealed that IHT plus sport can increase cardiac systolic and diastolic functions. Liu W.Zhou L.Effect of interval hypoxic training on cardiac function of rats.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu.2010;14(33):6143—6146 【http://www.crter.cn http://en.zglckf.corn】 7Pr10v04 8,c,Sha anx‘ aLiu Wei★.Master, Teaching assistant, Department of Physialc Education, )({’an University of 摘要 背景:以往研究显示间歇低氧训练能够通过血液指标的改变提高有氧运动能力,但多集中于血液指标的研究,对心脏功能 的影响少有报道。 目的:通过对大鼠血流动力学指标进行测试,观察间歇性低氧训练对大鼠心脏功能的影响。 方法:将雄性SD健康大鼠随机分为对照组、低氧组、运动组和运动低氧组。对照组自由活动和摄食,低氧组间歇性低氧 训练。运动组进行无负重自由游泳训练。运动低氧组间歇性低氧复合运动训练,运动和低氧训练的方式和负荷安排同运动 组和低氧组。正式训练4周后测试并比较各组心脏功能指标。 结果与结论:4周训练结束后,3种干预模式对大鼠血流动力学指标均有不同程度的影响,其中运动低氧组左室最高收缩压、 左室舒张末期压、等容舒张期左心室内压力下降速率、等容收缩期左室内压力最大上升速率、心指数指标均高于其他各组 (P<0.05)。结果提示间歇性低氧复合运动训练可提高心脏收缩舒展功能。 关键词:间歇性低氧训练;血流动力学:有氧运动;大鼠:心脏功能;组织构建 doi:10.396g/j.issn.1673—8225.2010.33.O15 刘巍,周里.健康大鼠经间歇性低氧训练后的心脏功能【J】.中国组织工程研究与临床康复,2010,14(33):6143-6146 【http://www.crter.org http://cn.zglckf.corn】 Scienca and Technolog Xi an 710054.Shaanxi Province,China 583740365@qq con3 Recaived:20t0-06-01 Accepted:2010-07-01 0 引言 1材料和方法 ’西安科技大学体 育部,陕西省西安 市710054; 西 间歇性低氧训练模型的机制是在平原地 区借助低氧设备让运动机体间歇性地吸入低 设计:随机对照动物实验。 时间及地点:于2009—06/10在西安交通大 安体育学院运动 人体科学系,陕西 省西安市 710048 于正常氧分压的混合气体,造成体内适度缺 氧,从而导致一系列抗缺氧生理和生化适应, 以达到提高运动能力的目的【]J。国外大量研究 表明间歇性低氧训练与运动训练相配合,能够 在不同方向不同水平上改善机体的有氧运动 学医学院机能实验室完成。 材料: 刘巍★,男,1982 年生,河北省承德 市人,汉族, 实验动物:健康2月龄SD雄性大鼠64只, SPFNAF级,体质量(132.4+2.5)g,购白西安 交通大学医学院动物研究所(动物许可证 2008年西安体育 学院毕业,硕士, 助教,主要从事运 动人体科学方面 的研究。 能力【zJ,但研究多集中于血液指标,对心脏功 能的影响仍不明确 J。实验通过建立在不同的 号:SCXK1 1—00—0026)。按体质量随机分层分笼饲 养,4只,笼,共16笼,国家标准啮齿类动物饲料 喂食。适应饲养2周后大鼠体质量增至(182.6± 583740365@qq. C0m 间歇性低氧训练模型,分析讨论问歇性低氧复 合运动训练对大鼠血流动力学指标的影响,以 期进一步研究间歇性低氧训练对有氧运动能 力的影响机制。 10.8)g,方可用于间歇低氧训练。实验对动物 的处理方法符合中华人民共和国科学技术部颁 发的《关于善待实验动物的指导性意见》 。 中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:1673—8225 (2010)33-06143-04 收稿日期:2010-06-01 修回日期:2010-07・01 (20100601003NVJ-Z) |ssN 1673.8225 CN 21-1539/R CODEN:zLKHAH 6143 7 ;;: cR rg 主要试剂及仪器 试剂及仪器 来源 劬巍。等 健康大鼠经阗歌性低氧幽练后抟心虢功能 PowerLab压力传感器。插入动脉后手J‘开动脉央记录动 脉血压,插管至左心室。如波形变为波宽大、峰顶平坦、 具有明显收缩压、舒gE Ji ̄接近零附近的心审波,表示捅 乌拉坦,肘袭 西安交通人学第一附属医院 溃大利亚ADInstruments公司 两安体育学院 深圳市H,j代之峰科技有限公司 管成功。稳定5 min后 录血流动力学指标[8-9]。 主要观察指标:心率、左室最高收缩 ̄,(1eft ventricle systolic pressure,LVSP)、左室舒张末期压(Ief【ventricle end-diastolic pressure,LVEDP)、等容舒张期左室内 力卜降速率(1eft ventricle the maximal rates of PowerLab信号采集分析系统 ZL-1型低氧仪 氧气浓度测定仪 实验方法: 间歇性低氧训I练模型的建立:实验所运用的问歇低氧 pressure faII,一dp/dtmax)、等容收缩期左室内压力最人 上升速率(1eft ventricle the maximal rates of rise, 训练的模式主要是参照雷志 等f¨所采用的模式。氧体 积分数由高向低逐渐降低,即由中度低氧逐渐过渡到 大强度低氰。jL常饲养1周,第2周适应性训练低氰体 积分数为14%,第3周氧体积分数为12%,第4周氧体 积分数为11%,第5周氧体积分数为10%,第6周为9%, +dp/dtmax)、动脉血压和心脏质量指数指标。 设计,实施,评估者:本文全部作者均参与了实验 的设计,实施和评估,均受过ll二规培训。 统计学分析:实验计量资料用 ±s表示,所有数槲 用SPSS 1O.0统汁学软件对实验数据进行统汁学分析, 组问差异比较用单因素方差分卡斤法,P<0.05差异有 著性意义。 2结果 每天进行1 h问歇低氧训练,第7周恢复性训练。每个 问歇低氧循环采115 min问歇低氧,5 min常氧,每次6 个组合,共训练4刷。每周训练5 d,休息2 d【。】。训练 结束后进行1周常氰性恢复。 动物分组:实验火鼠按体质量随机分为4组,每组1 6 ,\ 口【6】 0 对照组:正常饲养6周,从第3周开始测试血流动力 学指标,每周取4只,共取3次,取第4次时在第7周进行 2.1 实验动物数量分析 实验大鼠64只均进入结果分 析,无死亡和感染,无脱失值。 5 d适应性训练,10 min/d。运动后24 h后断尾采血。 运动组: 常饲养1周,第2周为适应性训练每天 30 min游泳训练,不加任何负重,水温控制在29℃, 训练5 d休息2 d。以后每周测试血流动力学指标1次,共 3次。每周训练50 min,负重从体质量的2%增DI ̄,I5%, 2.2 鼠血流动力学、心指数指标变化 低氧组LVEDP 高于对照组(P<0.o5)。运动低氧组一dp/Dtmax{ ̄L于其他 各组,运动组dp/Dtmax最高。运动低氧组动脉血压和心 指数指标高于低氧组(P<0.05)。见表1。 每周增『JI】1%,第4批第7周进行恢复性训练5 d每天训练 30 min不加负霞,运动后24 h后测试血流动力学指标 J。 低氧组:正常饲养1周,第2周为适应性训练,氧气 体积分数为14%,以后每周递减,从12%~9%每天低氧 表1 第1周大 l(1L流动力学、心指数指怀变化 Table 1 Change of hemodynamic parameters at 1 wk after training Interva (x+s,n=l 6) J J nterva xifhocyprainin口5 min,问歇5 min,持续1 h,共4周,每周训练5 d休息 2 d。适应性训练1剧后,每周测试血流动力学指标1次, Gr。up c。ntr。f sp。rts xic hypo.trainIn.q 。 共3次。第4次在第7周进行恢复性训练及适应性训练, 不进行低氧干预,每天游泳30 min,共进#f5 d,运动 后24 h后采m。 LVSP(kPa) LVEDP 15.1±0l7 ・1.4 ̄0.3 18.3+2.4 1.5+0 4 17.3+3.2 1.6 ̄0.2。 16 8+2.7 14 ̄0.2 .(kPa) dp/Dtmax 804.4 ̄270.3 820 2 ̄357.5 81 3 2 ̄393.5 728.6 ̄363 5 612.1±184.9 577.0 ̄189.9 636.7 ̄270.7 547.1±210 0 80 8 ̄15.4 115.1±18.7 91.2 ̄23.4 90.2 ̄9.7 (kPaJs) 一运动低氧组:问歇性低氧训练前6周同问歇低氰训 练组,运动训练前6周同运动训练组,间歇低氧安排在 运动训练后30 min以后进行,第7周进行恢复性训练5 d 每天游泳30 min不加任何负重,运动后24 h后测试血流 dp/Dtmax (kPa/s) ArteriaI blood pressure (mmHg) Heart rate 363.3 ̄46.9 361.4 ̄91.9 2 8 ̄0,3 2,9 ̄0,2 323.8 ̄59.4 2.6 ̄0.2 289.8 ̄68.1 2.9+0.3 动力学指标 , 血流动力学指标检测:大鼠按时间分4批处死取材,先 断尾取血约3 mL,用于血液常规指标测试。用体积分数 20%乌拉坦按0.5 mL/1 00 g体质量经腹腔注射麻醉,开 (beats/min) Cardiac index LVSP:left ventricle systolic pressure;LVEDP:left ventricle end—diastolic pressure;-dp/dtmax:left ventricle the maximal rates of pressure fall; +dp/dtmax:left ventricle the maximal rates of rise;1 mm Hg=0.1 33 kPa; aP<0.05,VS.control group; P《0.05,VS.interval hypoxic training group 胸后用动脉夹夹住腹主动脉近心端,用尖头眼科剪在腹 主动脉上剪开,‘个T型小口,插入已经连接至压力传感 器的内充肝素牛理盐水的塑料导管,导管连接 6144 经过2周 式训练后,运动低氧组LVSP和LVEDP PO.Box ̄200,Shenyang 110004 cn.zglckf,com 瓠巍 等 健氍大鼠缝阃歌牲低氯 {}练 匏心畦功髓 ww CRTER.org 指标显著高于对照组(P<0.O5)。运动低氧组动脉血压 高于其他各组(P<O.o5)。运动组和运动低氧组心指数 均高于低氧组(P<0.O5)。见表2。 衷4第4周大鼠血流动力学、心指数指标变化 Table 4 Change of hemodynamic parameters at 4 wk after training .(x+s,n=16) 『n 表2第2 大敞血流动力学、心指数指标变化 Table 2 Change of hemodynamic parameters at 2 wk after Group c。nlr。I sp。rts hxicypoterva .f :I n t:_ep rv a.. .+ 1 training .。 training .nterva +I (x±s,n=l 6) LVSP(kPa) l nt e15.1 ̄2 1 1.7 ̄0 1 15.7 ̄2.2 1.7t0 1 16.7t2.3 1.8 ̄0.1 17.7 ̄2.0 1 7 ̄0.1 Gr。up c。ntr。l Sp。rts chypoxi..! :rv a: 一 lLVEDP (kPa) dp/Dtmax 774.3 ̄314.9 803.3 ̄216.1 948.9 ̄249.9 1 145.4 ̄122 6 579 5 ̄109.7 722.0 ̄230.5。6941 ̄168.2 ,training (kPa/s) dp/Dtmax 747.8 ̄111 2。 LvsP(kPa) LVEDP 13.8+1.0 1 1±0.4 15 0+2.2 1.3 ̄0 4 14.1 ̄2.2 1.3 ̄0.2 15 3+1.6 1.8 ̄0.1 (kPa/s) Arterial blood 86.3 ̄26.1 109.9 ̄16.4 106.1 ̄14 7 116 3 ̄14 8 (kPa) dp/btmax 712.7+151.3 763 4 ̄285.1 777.4+336 7。748 6+182.1 -pressure (kPaJs) -(mmH9) 619 0 ̄98.2 68.6 ̄13.0 671 2 ̄180.4 660.4 ̄174.1 75 2 ̄13.3 70.5±18 9 708 9 ̄195 0 98 1±15.8 Heart rate 338.2 ̄34.8 322.6 ̄52.5 359.3 ̄51.4 392.8 ̄45 7 dp/Dtmax (kPa/s) ArteriaI blood pressure (beats/min) Cardiac index 2 7 ̄0.4 3.0 ̄0.3 2.6 ̄0.2 3.21 ̄0.3。 (mm Hg) Heart rate 321.2 ̄19.0 2.5 ̄0.3 312 2 ̄16.3 342.8 ̄18.7 3 7 ̄0.3。 29 ̄0.1 .P(0.05,VS,control group; P‘0.05。VS.sports group;。P<005,VS. .278.4 ̄15 0 3.5+0.5 。 interval hypoxic training group;1 mm Hg=0.133 kPa (beats/min) Cardiac index 。P 005.vs,control group; P《0.05,vs.sports group; P≮0.05.vs. .3讨论 interval hypoxic training group;1 mm Hg=0.1 33 kPa 心脏是决定机体有氧能力高低的重要影响因素,心 经过3周训练后,低氧组和运动低氧组组心指数指 脏通过收缩活动完成血液在体内的循环运输,使血液灌 输到机体的各个器官和组织,完成氧气向组织。细胞的 运输¨州。当受到低氧刺激时,心脏会从功能和结构上产 生适应性改变,以适应低氧带来的供血不足I11J。实验结 果显示,LVSP和LVED指标虽然在训练中出现一些波 动,在4周Uil练后变化并不显著。dp/dtmax是反映心肌 标显著高于运动组(尸<0.o5)。见表3。 丧3第3周大鼠【血流动力学、心指数指标变化 Table 3 Change of hemodynamic parameters at 3 wk after training erva Int I (娃s,n=16) JnterVal Group c。 sp。rts c hypoxihicypoxtrainjng+sports 收缩功能的敏感指标,一dp/dtmax是反映心脏舒张功能 的敏感指标。实验结果显示,经过4周的训练后,低氧 组、运动低氧组dp/dtma 旨标均高于对照组,运动低氧 组dp/dtmax值最高,且与对照组有显著性差异。4周末, 运动组、低氧组和运动低氧组一dp/dtmaxt ̄标都高于对 照组,但运动低氧组升高幅度最大,与对照组有显著性 差异。4周训练后运动组、低氧组和运动低氧组动脉血 压显著高于对照组,且运动低氧组值最高。运动组、运 动低氧组心指数指标在第2周训练后就显著高于对照 组。随后的第3周,运动组和运动低氧组心指数仍高于 对照组。训练周期结束后,运动低氧组心指数值最高, 且和对照组比较有显著性差异。低氧组第1周训练结束 后心指数指标就低于对照组,在第2周有所上升,但第3 t 口LVSP(kPa) LVEDP 13.8±1.4 1 6 ̄0 2 15 7±1 6 1 5 ̄0 2 15 8+1.6 1 4 ̄0.2 18.0+2 8。 1 7+0.1 -(kPa) dp/Dtmax 849.4 ̄276.3 783 8 ̄128 4 913 1 ̄230 7 8271t220.7 .(kPa/s) -dp/Dtmax 634.2 ̄175.9 650 9 ̄140.5 754 3±110.7 7344t237.6 .(kPa/s) ArteriaI blood pressure 87 0 ̄15 1 82 6±15.0 72.9±13.2 85.9tl5.7 (mm Hg) Heart rate 328.7 ̄37 9 350.6 ̄46.9 2 9+0.2 3 34 ̄0.4。 332.9 ̄54.5 26 ̄0.2 .3260 ̄67 3 .(beats/min) Cardiac index 2.9 ̄0.2 P<0.05。vs,control group; P 0.05。vs.sports group;1 mm Hg= 0133 kPa 周结束训练后有所降,低于对照组,且这种状态一直保 持的训练周期结束。其原因可能是由于单纯低氧刺激使 经过4N Ull练后,运动低氧组LVSP,dp/Dtmax ̄1]心 得心肌细胞由于氧气的缺乏而改变了正常的合成代谢, 指数显著高于对照组(P<O.05);dp/Dtmax,心率显著 导致心肌质量过重I] 。运动低氧组未出现此情况可能是 由于运动训练对心肌细胞内蛋白质合成的促进作用,一 定程度上抵消了低氧刺激对心肌细胞的影响。4周训练结 6145 高于运动组(P<0.05);心指数高于低氧组(P<0.o5)。 见表4。 lssN 1673-8225 CN 21—1539/R CODEN:ZLKHAH w c尺矾Drg 巍.等.健密大鼠经闯歇性低氧讪练后的心啦功髓 束后,运动组、低氧组、运动低氧组心脏的收缩、舒张 功能都得到了一定程度的改善,其中运动低氧组对心脏 【6】 Lv H.Yi Ji Shifan Xueyuan Xuebao:Ziran Kexueban.201O:(2): 2O4—205. 功能的改善最为显著。本实验的结果与袁志明等【1 的研 究结果有所不同,袁志明等研究表明,dp/dtmax和LVSP 指标降低,说明了左心室收缩功能下降。另外, 吕吴.问歇性低氧训练对大鼠血液流变性的影响[J].伊犁师范学院学 报:自然科学版,201 0。(2);204-205. 【71 Liu XD,Zhou L.Xl’an yu Xueyuan Xuebao.2009;26(3):335—337 刘旭东,周里.问歇低氧训练对SD大鼠血液流变学指标的影响【J】.西 安体育学院学报。2009.26(3):335—337. 【8】 Chen YG.Zhongguo ̄ngyong Xinlixue Zazhi.1998;14(4):374・ 376. dp/Dtmax也降低,说明左心室的舒张功能下降。虽然 同是采取间歇性低氧模型,但是导致的结果却截然不 陈亦刚.清醒大鼠在体左心室力学性能的导管测定方法[J】.中国应用 心理学杂志。1998。14(4):374—376. 【9】 Gao JT,Zhao CY Zhang XX.Zhonghun Yiyao Zazhi.2005;5(2): 245—246. 同。分析其结果可能是本实验所采用的间歇性低氧训练 模型为每个间歇低氧循环采用5 min间歇低氧、5 min常 氧,每次6个组合,共1 h,每周5 d训练。而袁志明等的 低氧模型为在低氧舱内循环充入氮气和压缩 气,每一 高俊涛,赵春燕,张学新大豆异黄酮对大鼠血流动力学的影响【J】.中 华医药杂志.2005,5(2):245—246. f101 Sch6ffel N。Senff GerberA,et a1 Intermittent hypoxic training一-thestate of science.Pneumologie.2O08:62(5):279—283. f1 1】 Fu Q.Townsend NE,Shiller SM.et a1.Intermittent hypobadc hypoxia exposure does not cause sustained alterations in autonomic control ofblood pressure in young athletes.Am J 个循环60 S,既30 s充入氮气,随之30 s充入压缩空气, 每天训练持续8 h。其最大的区别在低氧训练的持续时问 过长,同时每一个单位的低氧刺激时间又过短,最终导 Physiol Regul Integr Comp Physio1.2007;292(5):197 1984. 【1 2】 Rodriguez FA,Truijens MJ,Townsend NE,et a1.Performance of runnersand swimmers after four weeks of interrnittent hypobaric hypoxic exposureplus sea level training.J Appl Physio1.2007; 致了心脏功能的下 ¨ 5】。由此可以看出,实验所采用 的问歇性低氧模型,对大鼠心脏功能的影响是显著而有 效的。 1O3(5):1523—1535. 【1 31 Yuan ZM.Chen B Wang X P,et a1.Zhonghua Jiehe he Huxi Zazhi.2003:26(9):569—570. 袁志明.陈宝元。王佩显,等.模拟慢性间歇低氧对大鼠左心室心肌力 学的影响【J】.中华结核和呼吸杂志,2003,26(9):569—570, f141 Borukaeva lKh.Effectiveness of hypoxic therapy in patients with chronic obstructive pulmonary disease.Vopr Kuro ̄ol Fizioter Lech Fiz Kult.2009;(2):16-18. f1 51 TroIr VG.Vishniakov W Barotherapy and interval hypoxic training in the treatment of sens0nneural deefness Vestn 综上所述,实验所采用的问歇性低氧训练复合运动 训练模型对大鼠血流动力学指标的影响最为显著,改善 Otonnoladngo1.2009;(3):39-42. 了心脏的收缩和舒张功能,因此在一定程度上改善了大 鼠的有氧代谢能力。 4参考文献 Lei ZP Wang W,Jiang et a1.Zhongguo Yundong Yixue Zazhi. 2005:24(2):2O7.208. 来自本文课题的更多信息一 j黝 感谢西安体育学院刘旭东老师对本实验的指导与 帮助 盛 完课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济 组织直接或间接的经济或利益的赞助。 壤髻 煮 :本文采用3种不同的低氧干预模式对大 鼠进行训练,对低氧训练对大鼠心脏机能的影响做出了深入 雷志平,王伟,姜涛,等.间歇性低氧暴露对大学生心脏收缩功能和泵 血功能影响的观察【J】.中国运动医学杂志,2005,24(2):207—208. f2] 2001;31(4):249.265. jing:People’S Spots Publishing House.2002. 【3】 Weng QZ.BeiRandal1.Wilber L.Current Trend in AItitude Training.Sports Med. 研究,为进一步讨论低氧训练与心脏功能关系奠定了基础。 坦 漂髫的缔 与刁谣:实验未能进一步探讨心脏功 翁庆章.高原训练的理论与实践【M】.北京:人民体育出版社,2002. 【4】 【5】 The Ministry of Science and Technology of the People’S Republic Of China.Guidance Suggestions for the Care and Use of Laboratory Animals.2006—09—30. 能的改变机制,今后实验将进一步探讨 据 俗屎僧筌 爸实验可为科学训练,提高运动员 Lv R,JiangWK.Lug J.et a1.Tiyu yu Kexue.2010:(3):114—115. 吕荣,姜文凯。罗晶.r闭歇性低氧洲练、疲劳和恢复对H反射参数影响 初探【J】.体育与科学,2010,(3):114-115. 心脏功能提供理论基础。 6146 P.O.Box 720 Shenyang 110004 cn zglckf,com