模拟高原运动大鼠心肌重塑与肌球蛋白重链的适应性变化.pdf
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1、论著 文章编号: 1000-5404 (2005) 21-2128-03 模拟高原运动大鼠心肌重塑与肌球蛋白重链的适应性变化 蔡明春, 黄庆愿, 高钰琪, 高文祥, 刘福玉 (第三军医大学高原军事医学系病理生理学与高原生理学教研室, 全军高原医 学重点实验室, 重庆 400038) 提 要:目的 观察缺氧及缺氧复合运动条件下大鼠心肌重塑与肌球蛋白重链 (myosin heavy chain , MHC) 异构体组成 的变化。方法 Wisatar 大鼠随机分为4 组: 平原对照组、 缺氧组、 平原运动组和缺氧复合运动组。缺氧复合运动组大鼠持续 暴露于模拟海拔5 000 m 高原5 周, 每天降至
2、4 000 m 高原进行游泳运动1 h (6 d/ 周) , 运动结束后回升至5 000 m; 缺氧组大 鼠同时在低压舱内相同海拔高度饲养, 但不进行游泳运动; 平原运动组和平原对照组在舱外同时饲养, 其中平原运动组每天 进行游泳运动1 h (6 d/ 周) 。在末次运动结束后24 h 处死大鼠, 分离左、 右心室, 称重并计算左、 右心室重量指数。用含10% 甘油的 SDS- PAGE 电泳分离左、 右心室 MHC 异构体, 观察心室肌 MHC 异构体组成变化。结果 缺氧 35 d 大鼠右心室重量 指数增加, 缺氧复合运动组大鼠左、 右心室重量指数均增加。缺氧组右室 MHC 异构体组成比例与
3、平原对照组相比无显著变 化, 平原运动组右室- MHC 异构体比例显著高于平原对照组, 缺氧复合运动组右室- MHC 异构体比例显著高于平原对照组 和缺氧组, 低于平原运动组。左室 MHC 异构体组成比例变化趋势与右心室相似。结论 缺氧复合运动条件下, 心肌纤维 MHC 异构体由 - MHC 向 - MHC 转换, 可能是缺氧条件下适度运动促进机体对高原习服适应的机制之一。 关键词:高原;缺氧;心脏;运动;肌球蛋白重链;异构体 中图法分类号:R322. 11;R339. 54;R361 文献标识码:A Hypoxia and combined exercise alter the myosin
4、 heavy chain isoform composition in rat heart CAI Ming- chun,HUANG Qing- yuan,GAO Yu- qi,GAO Wen- xiang,LIU Fu- yu(Department of Pathophysiology,College of High Altitude Military Medicine,Third Military Medical University,Chongqing 400038,China) Abstract:Objective To investigate the effects of chron
5、ic hypobaric hypoxia only or combined with exer- cise on myosin heavy chain(MHC)profile in the ventricles. Methods Wistar rats were randomized into 4 groups:control(C) ,hypoxic group(H) ,exercise group(E)and hypoxia- exercise group(HE) . Rats of H and HE groups were subjected to simulated 5 000 m hy
6、pobaric hypoxia for 5 weeks,except descending to 4 000 m for 1 h/ d six times a week and there HE group was forced to swim ceaselessly. C group and E group were kept under normobaric conditions. The swimming program of E group was the same as HE group. In twenty- four hours after the last bout of ex
7、ercise training,all animals were sacrificed at 4 000 m(H and HE groups)or at sea level(C and E groups) ,the ventricles were collected and MHC were determined with sodium dodecyl- poly- acrylamide gel electrophoresis followed by densitometry analysis. ResuIts The weights of right ventricle(RV) were s
8、ignificantly higher in H and HE as compared with C, and the left ventricle(LV)was significantly heavier in HE than C,indicating RV hypertrophy in chronical hypoxia and hypertrophy of both ventricles in hypoxia- ex- ercise condition. The composition of - MHC and - MHC in C were 56. 98% and 43. 02% in
9、 RV,and 70. 78% and 29. 22% in LV,respectively. The percentage of - MHC isoform in RV was significantly higher in E(90. 93%)and HE(82. 95%)than C. The alterations of MHC isoform composition in LV were similar to RV. No significant difference of MHC isoform composition in both ventricles was found be
10、tween H and C. Con- cIusion Moderate exercise under hypoxic environment can induce alterations of the expression of MHC iso- forms. This could provide a biochemical basis for the exercise promoting acclimation to high altitude. Key words:high altitude;hypoxia;heart;exercise;myosin heavy chain;isofor
11、m 基金项目: 国家自然科学基金资助面上项目(30200130) Supported by the General Program of the National Natural Science Foundation of China(30200130) 作者简介: 蔡明春 (1970 - ) , 男, 重庆市彭水县人, 苗族, 博士研究生, 讲师, 主要从事缺氧的病理生理学方面的研究。电话:(023) 68752339- 8203 通讯作者: 高钰琪,电话: (023) 68752331,E- mail:gaoy66 yahoo. com 收稿日期: 2005-05-06; 修回日期: 20
12、05-09-12 8212 第 27 卷第 21 期 2005 年 11 月 第 三 军 医 大 学 学 报 ACTA ACADEMIAE MEDICINAE MILITARIS TERTIAE Vol. 27,No. 21 Nov. 2005 第 21 期 蔡明春, 等. 模拟高原运动大鼠心肌重塑与肌球蛋白重链的适应性变化 平原人进入高原后劳动能力降低, 这是对高原低氧 环境习服不良在整体水平的表现。我们近年的研究发 现 1, 在高原低氧环境中进行适当的运动锻炼可有效地 促进机体对高原低氧环境的习服, 其机制与缺氧复合运 动促进组织毛细血管增生、 改善心功能和组织细胞对氧 的利用等因素有关。
13、缺氧复合运动改善心脏功能的机 制目前尚不清楚。心肌肌球蛋白不仅是心肌的重要的 结构蛋白和收缩蛋白, 而且还具有 ATP 酶活性。它由 两条重链及两条轻链组成。人和大鼠心肌中表达两种 肌球蛋白重链 (myosin heavy chain, MHC) 基因, 分别为 - MHC (- myosin heavy chain) 和 - MHC (- myosin heavy chain) 。虽然 - 和 - MHC 在结构上具有高度同 源性, 但它们在功能上差异很大。研究表明 - MHC 和 - MHC 的比例是决定心脏收缩速度和收缩力的关键 因素 2, 该比例受多种生理性和病理性因素的影 响 3。本
14、研究观察了模拟高原缺氧及缺氧复合运动 条件下大鼠心肌 MHC 异构体组成的变化, 为深入揭 示缺氧复合运动促进高原习服的机制提供实验依据。 1 材料与方法 1. 1 动物分组 成年雄性健康 Wistar 大鼠 24 只, 体质量 (217 23) g (第三 军医大学实验动物中心提供) , 随机分为 4 组, 每组 6 只: 平 原对照组 (control,C) , 单纯缺氧组 (hypoxic group,H) , 平 原运动组 (exercise group,E) , 缺氧复合运动组 (hypoxia- exer- cise group,HE) 。H 组和 HE 组大鼠置低压氧舱内连续缺氧
15、 5 周 (35 d) 。HE 组大鼠持续暴露于模拟海拔5 000 m高原 5 周, 每周 6 d 降至 4 000 m 高原连续游泳运动 1 h (6 d/ 周) , 游泳池 大小为 100 cm 80 cm 70 cm, 水深50 cm, 水温33 35 , 运 动结束后回升至 5 000 m; H 组大鼠同时在低压舱内相同海拔 高度饲养, 但不进行游泳运动; E 组和 C 组在舱外同时饲养, 其 中 E 组每周 6 天进行连续游泳运动 1 h, 共 5 周。HE 组大鼠在 末次游泳结束 24 h 后与 H 组大鼠一起在模拟海拔 4 000 m 的 低压舱内进行取材。E 组大鼠在末次游泳结
16、束 24 h 后与 C 组 大鼠一起在平原进行取材。 1. 2 心室重量指数测定 大鼠称重, 0. 03% 的戊巴比妥钠麻醉 (3 mg/100 g 大鼠) , 开胸分离心脏, 立刻置于冰冷的生理盐水中, 去掉心房, 分离右 心室游离缘 (RV) 和左心室 (包括室间隔, LV) , 称重, 计算左、 右心室重量指数和 Hermann- Willson 指数。左室重量指数 = 左 心室重量/ 体重 (LV/ BW) ; 右心室重量指数 = 右心室重量/ 体 重 (RV/ BW) ; Hermann- Willson 指数 右心室重量/ 左心室 + 室 间隔重量(RV/ LV) 。 1. 3 电
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