运动通过下调肥胖心肌氧化应激改善七氟烷预处理的心肌保护效应

发布时间：2019-01-07 08:21

【摘要】：研究背景肥胖以及与之相关的代谢综合征已经成为一个世界性健康问题。肥胖并伴有代谢综合征的病人患冠心病的风险是正常人群的三倍。与体重正常的患者相比,肥胖患者发生急性心肌梗死后其预后更差。因此,对于此类患者寻找一种行之有效的心肌保护措施改善疾病预后非常重要。基础研究和临床研究表明吸入麻醉药预处理可以改善心脏功能并降低心肌梗死面积,减轻心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia-reperfusion injury, MIRI)。研究报道正常动物心肌腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)的激活参与了吸入麻醉剂诱导的心肌保护过程,而活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)的生成增多介导了吸入麻醉剂预处理后AMPK的激活。但是,最近的研究发现吸入麻醉剂预处理心肌保护效应可被饮食诱导的肥胖所抑制或抵消,其机制可能是肥胖时心肌氧化应激水平升高,损伤了ROS调节的吸入麻醉剂预处理对AMPK激活。运动锻炼被证明可以减轻衰老相关的心肌氧化应激,并修复缺血预处理对衰老心脏的保护效应。但是运动锻炼能否修复吸入麻醉剂对肥胖心肌的预处理效应还不清楚。本研究拟观察运动锻炼能否通过降低肥胖大鼠心肌的氧化应激,恢复吸入麻醉剂七氟烷预处理对肥胖大鼠心肌AMPK的磷酸化激活,进而改善七氟烷预处理的心肌保护效应。第一部分运动对高脂饮食诱导的肥胖大鼠代谢和心肌氧化应激的影响目的：研究规律且适度运动对高脂饮食诱导的肥胖大鼠代谢和心肌氧化应激的影响方法：雄性SD大鼠(体重82.7±1.8 g)被随机分为四组(每组8只)：(1)L-SED,低脂饮食(10% kal)喂养12周,不接受运动锻炼；(2)L-EXE组,低脂饮食(10%kal)喂养4周后,接受平板运动锻炼,继续低脂饮食喂养8周；(3)O-SED组,高脂饮食(45%kal)喂养12周,不接受运动锻炼；(4)O-EXE组,高脂饮食(45%kal)喂养4周后,接受平板运动锻炼,继续高脂饮食喂养8周。经过低脂饮食或高脂饮食喂养12周并运动锻炼8周后,大鼠被处死,留取血液样本和心肌组织,检测代谢指标、心肌超氧化物水平及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)及核因子E2相关转录因子2(Nuclear factor-E2-related factor 2,Nrf2)蛋白表达水平。结果：1.运动对大鼠代谢的影响低脂饮食或高脂饮食喂养4周后,与低脂饮食组大鼠相比,高脂饮食组大鼠体重增加(180±9 vs. 156±6, p0.05; obese rats vs. lean rats);继续喂养8周后,O-SED组大鼠与L-SED组大鼠之间的体重差异更大；另外,与L-SED组大鼠相比,O-SED组大鼠血浆胰岛素、瘦素和总胆固醇水平明显增高;与O-SED组大鼠相比,运动锻炼可以明显降低O-EXE组大鼠血浆胰岛素、瘦素和总胆固醇水平；L-SED组大鼠和L-EXE组大鼠血浆胰岛素、瘦素和总胆固醇水平无明显差异；各组之间的血糖和血浆甘油三酯水平无明显差异。2.运动对心肌氧化应激的影响与L-SED组大鼠相比,O-SED组大鼠心肌超氧化物水平明显增加；L-SED组和L-EXE组大鼠心肌超氧化物水平无明显差别,但与O-SED组大鼠相比,运动锻炼8周后的O-EXE组大鼠心肌超氧化物水平明显降低。与L-SED组大鼠相比,O-SED组大鼠心肌抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)和抗氧化反应的主调节器Nrf2蛋白明显降低；与O-SED组大鼠相比,运动锻炼可以使O-EXE组大鼠心肌SOD和Nrf2蛋白表达回升；但是与L-SED组大鼠相比,运动锻炼后的L-EXE组大鼠心肌SOD和Nrf2蛋白表达无明显变化；各组之间抗氧化酶CAT蛋白表达无明显差异。第二部分运动改善七氟烷预处理对肥胖大鼠心肌的保护效应目的：观察规律且适度的运动能否通过降低肥胖大鼠心肌氧化应激,恢复ROS调节的七氟烷预处理对AMPK的激活,进而改善七氟烷预处理对肥胖大鼠心肌的保护效应。方法：雄性SD大鼠(体重82.7±1.8 g)经过12周低脂(10% kal)或高脂(45% kal)饮食喂养4周,并安静或运动锻炼8周后,被随机分为8组(每组11-13只)进行心肌缺血再灌注：(1)L-SED组；(2)L-SED+SEV组；(3)L-EXE+SEV组；(4)L-EXE组；(5)O-SED组；(6)O-SED+SEV组；(7)O-EXE+SEV组；(8)O-EXE组。8组大鼠均建立MIRI模型,心肌缺血25分钟,再灌注120分钟。其中L-SED+SEV组、L-EXE+SEV组、O-SED+SEV组和O-EXE+SEV组在MIR前进行七氟烷预处理。再灌注完成后移除心脏计算心肌梗死面积和缺血高风险心肌面积。为观察运动锻炼对七氟烷预处理诱导的AMPK激活和NOx表达的影响,在心肌缺血期末处死大鼠(每组取大鼠5-6只,n=5-6),并留取左心室缺血区心肌组织进行磷酸化AMPK和NOx的测定。结果：1.七氟烷预处理和运动对大鼠心肌梗死面积的影响安静状态下的(L-SED)组和(O-SED)组大鼠心肌梗死面积无明显区别；在低脂饮食组大鼠,与L-SED组大鼠相比,七氟烷预处理后L-SED+SEV组和L-EXE+SEV组大鼠心肌梗死面积均缩小,且两组间心肌梗死面积无明显差别；与O-SED组大鼠相比,七氟烷预处理对安静状态下的肥胖大鼠(O-SED+SEV组)心肌梗死面积无明显影响,但运动锻炼并接受七氟烷预处理的肥胖大鼠(O-EXE+SEV组)心肌梗死面积明显缩小；与安静组(L-SED组和O-SED组)大鼠相比,单纯运动锻炼没有降低普通大鼠(L-EXE组)和肥胖大鼠(O-EXE组)心肌梗死面积。另外,各组大鼠MIR后缺血高风险心肌面积无明显差别。2.七氟烷预处理和运动对大鼠心肌AMPK活化的影响L-SED组和O-SED组大鼠心肌缺血期末AMPK磷酸化水平(磷酸化AMPK/总AMPK)无明显差别；与L-SED组大鼠相比,七氟烷预处理的L-SED+SEV组和L-EXE+SEV组大鼠心肌AMPK磷酸化水平增高,且增高幅度接近；与O-SED组大鼠相比,七氟烷预处理没有使O-SED+SEV组大鼠心肌AMPK磷酸化水平增高,但运动锻炼后的O-EXE+SEV组大鼠经七氟烷预处理后心肌AMPK磷酸化水平明显增高；与安静组(L-SED组和O-SED组)大鼠相比,单纯运动锻炼没有使L-EXE组和O-EXE组大鼠心肌AMPK磷酸化水平增高。3.七氟烷预处理和运动对心肌eNOS磷酸化和NOx表达的影响L-SED组和O-SED组大鼠心肌缺血期末eNOS磷酸化水平(磷酸化eNOS/总eNOS)和NOx水平无明显差别；与L-SED组大鼠相比,七氟烷预处理的L-SED+SEV组和L-EXE+SEV组大鼠心肌eNOS磷酸化水平和NOx水平明显增高；与O-SED组大鼠相比,七氟烷预处理没有增加O-SED+SEV组大鼠心肌eNOS磷酸化水平和NOx水平,但是经过运动锻炼的O-EXE+SEV组大鼠经七氟烷预处理后心肌eNOS磷酸化水平和N0x水平明显增高；与安静组(L-SED组和O-SED组)大鼠相比,单纯运动锻炼没有使L-EXE组和O-EXE组大鼠心肌eNOS磷酸化水平和NOx水平增高。4.七氟烷预处理和运动对大鼠心肌超氧阴离子表达的影响与L-SED组大鼠相比,O-SED组大鼠缺血期末心肌超氧阴离子表达水平增高；在低脂饮食组,与L-SED组大鼠相比,七氟烷预处理后L-SED+SEV组和L-EXE+SEV组大鼠心肌超氧阴离子表达水平明显增高；在高脂饮食诱导的肥胖组,与O-SED组大鼠相比,七氟烷预处理后O-SED+SEV组大鼠心肌超氧阴离子表达没有明显变化,而运动锻炼后的O-EXE+SEV组大鼠心肌经七氟烷预处理后心肌超氧阴离子表达水平明显增高；与L-SED组大鼠相比,单纯运动锻炼的L-EXE组大鼠心肌超氧阴离子表达水平无明显变化,而与O-SED组大鼠相比,运动锻炼后的O-EXE组大鼠心肌超氧阴离子表达水平明显降低。结论：1.高脂饮食诱导的肥胖大鼠经过规律且适度的运动后其代谢综合征明显改善,心肌氧化应激水平显著降低,受损的抗氧化系统得以恢复。2.规律且适度的运动可以改善七氟烷预处理对肥胖大鼠心肌的保护效应,其机制可能是运动后ROS介导的七氟烷预处理对AMPK磷酸化激活恢复正常。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R54

【参考文献】