研究背景:心肌缺血是一组由各种原因导致冠状动脉血流量减少的疾病,发病率和致死率均较高,常见于冠状动脉粥样硬化性心脏病。虽然临床应用抗心绞痛药物和冠脉介入、搭桥等技术的推广大大提高了冠心病患者的生存率,但是心肌缺血的发生率仍然居高不下。心脏康复近年来日益被社会关注,逐渐成为临床及科研的研究热点。运动训练在心脏康复中占有重要地位。研究表明,运动训练可以通过提高急性心肌损伤早期线粒体生物合成的适应性变化改善能量代谢来发挥心脏的保护作用。运动训练还能改善心肌梗死后的左心室重构稳定患者的病情。但大强度运动易致心肌缺血发作,有潜在的心血管临床风险。有氧运动是一种较低强度的运动方式,可增强健康人的心肺功能,提高运动耐力。研究表明,有氧运动能提高心肌梗死患者的心功能、改善冠脉灌注及运动耐力,并且早期适当运动训练可有效提升心肌梗死患者心功能,其分子机制目前尚不完全清楚。已有研究发现有氧运动可以改善心肌组织结构、影响血小板活化、调节血管内皮功能、促进血管新生等作用。有研究表明运动和缺血促进了冠脉侧支循环形成,伴有血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的显著增加。人类出生后有两种形式的血管生长:血管生成(angiogenesis)和动脉生成(arteriogenesis)。血管生成是指毛细血管网络的形成。动脉生成是指预先存在的固有侧支动脉随着血管血流量及剪切力的增加,引起血管内皮细胞增殖,引起血管重塑,逐步形成大的有功能的侧支传导动脉的过程,所形成的动脉能够有效地恢复因血管阻塞所致的缺血区的血液供应,可以代偿因堵塞而失去功能的传导动脉血管。有氧运动对缺血心肌血管舒缩方面作用改善血运方面的作用机制研究尚未见报道。降钙素基因相关肽(Calcitonin gene-related peptide,CGRP)是一种由37个氨基酸组成的神经多肽,在神经系统及心血管系统中广泛分布,具有很强的扩血管活性,能扩张冠脉血管具有心脏保护作用。背根神经节是CGRP主要的合成部位,在背根神经节内含有大量的神经元胞体,其周围神经分布在心血管组织中。人类和鼠的CGRP有两种分子异构体:α-和β-CGRP,二者分子结构相似,具有相似的生物活性。除了强大的扩血管活性外,CGRP还具有保护内皮细胞、促进血管新生活性,即促进血管生成。有研究发现,等长收缩运动后骨骼肌中CGRP有显著增加。还有研究发现低氧条件下血浆CGRP降低,而运动可使血浆中CGRP升高,提示运动有可能通过CGRP途径保护缺血心肌减轻损伤。研究还发现内源性CGRP因其强大的扩血管活性和促血管生成活性促进了血管再形成,可以改善小鼠缺血后肢血供,其具体机制之一可能是CGRP与其受体结合激活了c AMP信号通路,增强了VEGF表达。本实验通过采用腹腔注射盐酸异丙肾上腺素制作大鼠心肌缺血模型,在4周长期游泳有氧运动后,观察心肌、血液中CGRP、背根神经节内CGRP m RNA(α-CGRP和β-CGRP)表达情况、缺血心肌侧支血管形成情况以及心功能情况,观察有氧运动在改善心肌缺血方面作用以及降钙素基因相关肽在此过程中的变化,进一步明确有氧运动在改善心肌缺血方面应用价值,并探讨机制,为临床冠心病患者运动康复提供实验依据。目的:利用大鼠心肌缺血模型,明确有氧运动对心肌缺血的作用及初步探讨其可能的分子机制:(1)观察有氧运动对心肌缺血的保护作用;(2)观察心肌缺血有氧运动后CGRP的变化;(3)探讨CGRP在有氧运动改善心肌缺血中的作用机制。方法:健康雄性Wistar大鼠180-220 g约21只,随机分为对照组(Control)、心肌缺血组(MI)、心肌缺血有氧运动组(MI+AE)3组,每组7只。心肌缺血组和心肌缺血有氧运动组采取腹腔一次性注射2 mg/kg盐酸异丙肾上腺素注射液(Iso)制作心肌缺血模型。在注射24小时后2组大鼠于麻醉下四肢针刺电极连接于心电图机做II导联心电图,筛选出心肌缺血大鼠。对照组腹腔注射等量生理盐水。对照组与心肌缺血组不进行有氧运动,常规安静笼内饲养4周。心肌缺血有氧运动组采用游泳有氧运动训练4周,每周5天,每天40分钟,其中第一周每天游泳时间从10分钟开始逐渐延长至40分钟,之后3周每天游泳40分钟。实验终点时,所有动物麻醉下完成心脏超声检测心功能:测量左心室收缩期末内径(left ventricular internal end-systolic diameter,LVIDs)、左心室舒张末期内径(left ventricular internal end-diastolic diameter,LVIDd)、射血分数(ejection fraction,EF)、短轴缩短率(fractional shortening,FS)等指标,所有检测指标均取5个心动周期的平均值。之后动物处死取材,标本包括血清、缺血心肌和背根神经节。三组标本进入实验室检测并将观测结果进行统计分析:酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测外周血、缺血心肌CGRP蛋白含量,逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)法检测背根神经节中CGRP m RNA(α-CGRP和β-CGRP)表达,心肌HE染色镜下观察心肌缺血损伤情况,CD34因子免疫组化法标记血管内皮细胞镜下检测缺血心肌毛细血管密度。结果:1.注射盐酸异丙肾上腺素的大鼠均成功复制出心肌缺血模型。在4周游泳有氧运动训练后,MI+AE组体重(447.1±53.5 g)较MI组体重(420.0±43.2 g)有增加趋势(P=0.24),两组与Control组(451.43±24.103)比较,差异均未达到统计学意义(P=0.85,P=0.18)。2.实验终点时,背根神经节MI组α-CGRP m RNA(0.358±0.031)、β-CGRP m RNA(0.345±0.022)和MI+AE组α-CGRP m RNA(0.504±0.038)、β-CGRP m RNA(0.41±0.019)表达水平均显著低于Control组(0.573±0.038,0.46±0.03,P<0.01);MI+AE组α-CGRP m RNA、β-CGRP m RNA表达水平均显著高于MI组(P<0.01)。3.外周血清CGRP蛋白表达水平在MI+AE组(14.488±2.951 ng/ml,P<0.01)、MI组(10.319±3.414 ng/ml,P<0.01)均显著低于Control组(20.509±3.463 ng/ml);且MI+AE组显著高于MI组(P<0.05)。心肌CGRP蛋白表达水平在MI+AE组(189.46±61.81 pg/ml,P<0.01)、MI组(99.87±32.3 pg/ml,P<0.05)显著低于Control组(255.04±66.83 pg/ml);且MI+AE组显著高于MI组(P<0.01)。4.实验终点时,左心室心肌毛细血管(CD34因子染色阳性)密度MI+AE组(71.7±11.7 capillaries/mm2)显著高于MI组(50.1±5.7 capillaries/mm2,P<0.01)。MI组和MI+AE组心肌毛细血管密度显著低于Control组(139±19.6 capillaries/mm2,P<0.01)。5.左心室心肌HE染色后400倍高倍镜下观察,盐酸异丙肾上腺素注射后MI组心肌细胞损伤坏死改变较明显,而4周游泳有氧运动后MI+AE组心肌细胞损伤改变较轻。6.实验终点时各组超声心动图检测结果显示:(1)MI组左室收缩期内径LVIDs(6.18±1.2)、左室舒张期内径LVIDd(7.72±1.17)较Control组(3.55±0.86,4.85±1.31)均显著增加(P<0.01);(2)MI组左室射血分数LVEF(48.29±6.09)、短轴缩短率FS(20.93±3.15)较Control组(71.39±6.46,34.23±3.97)均明显减小(P<0.01);(3)MI+AE组左室收缩期内径LVIDs(4.6±0.47)、左室舒张期内径LVIDd(6.21±0.72)较Control组均显著增加(P<0.05);(4)MI+AE组左室射血分数LVEF(64.19±3.83)、短轴缩短率FS(30.11±2.16)较Control组均明显减小(P<0.05);(5)MI+AE组的EF、FS较MI组均显著增加(P<0.01),MI+AE组的LVIDs(P<0.01)及LVIDd(P<0.05)较MI组显著降低。7.三组CGRP蛋白与心肌毛细血管密度及EF相关分析:Control组、MI组、MI+AE组三组心肌CGRP蛋白含量与心肌毛细血管密度呈显著正相关(r=0.904,P<0.01;r=0.839,P<0.05;r=0.855,P<0.05)。Control组、MI组、MI+AE组三组心肌CGRP蛋白含量与左心室射血分数EF成显著正相关(r=0.929,P<0.01;r=0.923,P<0.01;r=0.931,P<0.01)。上述结果表明,大鼠腹腔注射盐酸异丙肾上腺素后导致心肌缺血,外周血及心肌CGRP蛋白及背根神经节CGRP m RNA(α-CGRP m RNA和β-CGRP m RNA)均显著降低,心肌毛细血管密度及心功能也显著降低。4周游泳有氧运动可使CGRP蛋白及其m RNA水平显著提高、毛细血管密度和心功能均显著提高。CGRP的合成和分泌增加与心肌毛细血管密度增加、心功能改善具有显著相关性。结论:本实验在盐酸异丙肾上腺素诱导的大鼠心肌缺血模型上,4周游泳有氧运动可以改善心肌缺血,提高心功能,其机制可能通过CGRP介导的扩血管作用和血管生成途径,促进心肌侧支循环形成,保护了缺血心肌。CGRP在促进心肌缺血侧支循环形成过程中可能起到重要作用。有氧运动可诱导CGRP合成和释放增加,可用于冠心病患者辅助扩血管药物治疗,促进患者心脏康复,该方法具有安全、有效、经济等特点,临床应用价值较高,值得推广应用。