不同强度运动后大鼠动脉血血气分析,运动生理学论文.docx

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1、不同强度运动后大鼠动脉血血气分析,运动生理学论文运动训练经过中,由于伴随不同程度的高于正常呼吸时的空气气流经过气道,带走大量水分使气道水分和热量丢失,这些物理刺激,一方面会导致肺功能发生相应的改变,另一方面,经常导致炎性介质释放,诱发支气管平滑肌痉挛,而构成运动性哮喘( exercise induced asthma,EIA) ,运动程度越剧烈,诱发哮喘的时机越多、病情也越严重,研究证明 64% 的 EIA患者其静息时肺功能是正常的,且从未有过哮喘发作的病史1.本研究对不同强度运动后的大鼠采血进行动脉血血气分析,结合肺组织形态学的观察,以期讨论运动训练对肺功能和形态的影响. 1 材料和方式方法

2、 1. 1 材料 实验动物由山西医科大学实验动物中心提供健康雄性、清洁级 18 月龄,体质量 200 250 g 的 Wistar 大鼠 40只( 由山西医科大学实验动物中心提供) 进行实验.饲养环境温度 20 2 ,相对湿度 45% 55%. 1. 2 运动模型建立 圆形游泳池直径 150 cm,高 60 cm,水温保持在 25 1 ,以保证大鼠最长时间及最适状态下游泳.适应环境 1 周后,将大鼠随机分组,每组 6 只,对照组大鼠自由饮食,运动训练组大鼠进行不同强度的游泳运动训练,游泳运动方案: 大鼠在对照组的基础上给予连续 8 周游泳训练,每周训练 6 d,天天训练 1 次,第 1 周为适

3、应性训练,低强度运动组第 1 d 游泳 5 min,此后逐日递增,到第 1 周末到达30 min; 中强度组第 1 d 游泳 10 min,此后逐日递增,到第 1 周末到达 60 min; 高强度组第 1 d 游泳 20 min,此后逐日递增,到第 1 周末天天游泳 120 min,3 组大鼠均维持第 1 周末的运动量直至第 8 周.实验经过中如发现大鼠有力竭表现时( 下沉后 10 s 不露出水面) 将其捞出水面休息 5 min 后,继续训练至结束. 1. 3 取材 低强度运动组( A 组) 游泳 30 min 后处死,低强度运动后休息组( B 组) 游泳30 min 后返回鼠笼24 h 后处

4、死,中强度运动组( C 组) 游泳 60 min 后处死,中强度运动后休息组( D 组) 游泳60 min 后返回鼠笼24 h 后处死,高强度运动组( E 组) 游泳 120 min 后处死,高强度运动后休息组( F 组) 游泳 120 min 后返回鼠笼 24 h 后处死. 1. 4 肺功能和形态学观察 各组大鼠处死之前均采集股动脉血,分析血气变化; 处死后收集肺组织标本,经 4% 多聚甲醛固定后,梯度酒精脱水,石蜡包埋,切片机切片,切片厚度为4 m,分别进行常规 HE 染色光学显微镜下观察和采用免疫组织化学进行肺组织中 CD44 和 CTGF 表示出水平分析,兔抗大鼠 CD44 抗体和 C

5、TGF 抗兔多克隆抗体均购自武汉博士德生物工程有限公司,严格根据试剂盒讲明进行,DAB 室温下显色,镜下控制反响时间( 10 min) ,常规洗净,苏木素复染,中性树胶封片观察.采用图像分析系统在 400 倍光镜下每个切片采集 5 个完好的支气管横断面,根据阳性显色( 棕黄色) 的面积和深浅,图像分析软件自动测定各支气管壁阳性染色的光密度值,求其平均值作为各标本的光密度值以反响 CD44 和CTGF 的表示出量. 1. 5 数据处理 采用 SPSS 14. 0 软件对数据进行统计分析. 2 结果 2. 1 动脉血血气分析 表 1 所示,对照组、低强度运动组( A组) 、中强度度运动组( C 组

6、) 和高强度运动组( E 组) 大鼠在运动训练结束后,血气水平差异有统计学意义( P 0. 01) . 与对照组相比,随着运动强度的增加,动脉血 pH 值出现逐步降低的改变,意味着酸中毒的逐步加重,相应的 PaCO2值逐步增加,PaO2值逐步降低; 而经过休息的低强度运动组( B组) 、中强度运动组( D 组) 和高强度运动组( F 组) 大鼠与相应强度运动组大鼠相比,血气分析指标明显改善,差异有统计学意义( P 0. 01) ,B 组、D 组和 F 组相比血气分析结果差异无统计学意义( P 0. 05) ,讲明运动后经过适度的休息调整,能够改善肺功能,这种表现与病理组织镜观结果相吻合. 2.

7、 2 肺脏组织 HE 染色的病理学变化 为了观察不同强度运动后伴随肺功能改变而出现的肺组织形态学的改变,对各组大鼠肺组织进行常规 HE 切片观察.可见对照组大鼠细支气管和肺泡构造清楚明晰,肺泡内无渗出,间质有小灶性单核细胞浸润; 低强度运动组( A 组) 大鼠细支气管和肺泡构造清楚明晰,肺泡内有少量渗出液及偶见红细胞,间质有灶性单核细胞浸润; 中强度运动组( C 组) 大鼠细支气管和肺泡构造不清楚明晰,见较多红细胞和渗出液,间质性单核细胞浸润数量增加; 高强度运动组( E 组) 大鼠细支气管、肺泡管、肺泡囊、肺泡,肺泡壁变薄,部分肺泡腔扩大并破裂,红细胞和液体渗出明显,单核细胞浸润数量明显增加

8、于 A 组和 C 组; 而低强度运动组( B组) 大鼠、中强度运动组( D 组) 大鼠和高强度运动组( F 组)大鼠细支气管和肺泡构造清楚明晰,肺泡内无明显渗出物,间质有灶性单核细胞浸润.以上情况表示清楚,肺组织构造的改变随着运动强度的增加而逐步加重,休息后好转. 2. 3 肺组织 CD44 和 CTGF 的免疫组织化学表示出 CD44 和CTGF 均主要表示出在气道黏膜上皮细胞.如此图 1 和图 2 ( 封3) 所示,与对照组相比,随着运动强度的增加,低强度运动组( A 组和 B 组) 、中强度运动组( C 组和 D 组) 以及高强度运动后休息组( F 组) 的 CD44 和 CTGF 表示

9、出均未出现明显异常,仅高强度运动组( E 组) 的大鼠肺组织可见 CD44 和 CTGF 表示出加强.图像分析结果显示气道壁测定 CD44 和 CTGF 含量对照组、A 组、B 组、C 组、D 组和 F 组差异无统计学意义,E 组与对照组相比差异有统计学意义( P 0. 01) . 3 讨论 肺是机体和外界大气环境直接接触的门户脏器,肺泡是肺进行气体交换的物质基础,其形态构造的变化直接影响着气体交换的效率.在运动经过中肺依靠加强通气和弥散功能来适应暂时性低氧环境.本研究通过对不同强度运动训练后的大鼠进行血气分析和肺形态学观察发现,运动后肺损伤是存在的,随着运动强度的增加,这种损伤逐步加强,动脉

10、血pH、PaCO2、PaO2的改变与细支气管和肺泡的炎性改变具有一定程度的一致性,而随着适度休息的进行,肺损伤的功能和形态改变均恢复正常.本研究提示高强度的运动形式会造成比拟严重的可逆性肺损伤. 呼吸膜是由肺泡外表活性物质 - 型肺泡上皮 - 基膜及血管内皮细胞构成,在不同部位其厚度不一,O2和 CO2弥散速率也不一致,薄的地方阻力小,厚的地方阻力大.分析本研究的结果表示清楚肺泡间质水肿、肺泡的炎性反响等即由于呼吸膜损伤所致,这必然影响气体交换,使气体弥散功能发生障碍.假如是力竭运动,肺泡内充满进入的大量液体,将导致肺泡壁扩张,以致破裂,进而完全失去呼吸作用2. 为了进一步讨论不同强度运动能否

11、与运动性哮喘有相关联络,我们采用免疫组织化学的方式方法进行了相关研究.CD44是细胞粘附分子中的重要成员,能够介导炎症细胞与内皮细胞间的粘附和跨内皮转运,在支气管哮喘气道炎症启动构成和慢性化经过中有着重要的作用,是哮喘发生的一种重要的炎症因子3.CTGF 是一种多功能细胞因子,哮喘时 CTGF 表示出明显增高,主要表示出于气道上皮细胞,并且 CTGF 的表示出强度与气道壁的胶原增生程度密切相关4.本实验观察到除了高强度运动组( E 组) 大鼠出现明显的 CD44 和 CTGF 表示出明显增加以外,别的实验组以及对照组均未出现异常改变( 图 1、图 2) ,这表示清楚高强度的运动更易于并发运动性

12、哮喘,这种结论在人的运动经过中亦有相关报道5 -8.值得注意的是,高强度运动后经过休息 CD44 和 CTGF 表示出与对照组相比没有显着性差异,或许是由于本研究使用的运动强度仍然总体偏小的缘故所致,增加运动强度进行相关的实验研究将会在后续实验组中陆续完成. 通过以上分析可见,随着运动强度的增加,大鼠肺功能与形态构造会出现不同程度的损伤,休息后好转; 高强度的运动在一定程度上增加了发生运动性哮喘的可能性. 参 考 文 献 1 Rupp NT,Guill MF,Brudno DS. Unrecognized exercise-inducedbronchospasm in adolescent a

13、thletesJ. Am J Dis Child,1992,146( 8) : 941 - 944. 2 胡声宇,左汝铎,李勇. 运动训练对肺组织形态构造影响的光镜观察J. 中国运动医学杂志,1997,15( 4) : 290 -292. 3 Nielsen S,Frkiaer J,Marples,et al. Aquaporins in the kidney: frommolecules to medicineJ. Physiol Rev,2002,82( 1) : 205 - 244. 4 Xie S,Sukkar MB,Issa R,et al. Regulation of TGF-be

14、ta 1-inducedconnective tissue growth factor expression in airway smooth musclecellsJ. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2005,88( 1) : L68 -76. 5 Welsh L,Kemp JG,Roberts RG. Effects of physical conditioning onchildren and adolescents with asthmaJ. Sports Med,2005,35( 2) : 127 -141. 6 张久宏,汪小燕. 3000 m 跑致运动性哮喘发作 1 例J. 河北医学,2006,12( 12) : 1331 -1332. 7 张神虎. 中西医结合防治运动性哮喘J. 四川中医,2001,19( 12) : 9 -10. 8 赵丽萍. 支气管哮喘与运动J. 中国康复医学杂志,2006,21( 8) : 766 -768.