不同負荷游泳對高脂血癥大鼠血清部分炎癥因子的影響

王慶博　李進華

摘要:為了解不同負荷游泳運動對高脂血癥大鼠血清CRP、IL-6以及TNF-α的影響,將雄性Wistar大鼠50只,隨機抽取10只作為正常對照組(NC),其余為高脂組。高脂血癥模型建立成功后再將高脂組大鼠隨機分成高脂血癥安靜對照組(HC)、高脂血癥1 h有氧運動組(HE1)、高脂血癥2 h有氧運動組(HE2)和高脂血癥一次力竭運動組(HE3)。然后各組動物酶免法測定血清CRP,放免法測定血清IL-6、TNF-α。結(jié)果:(1)HC組大鼠血清CRP非常顯著高于NC組(P<0.01),HE1組顯著低于HC組(P<0.05),但仍明顯高于NC組(P<0.05)。(2)HC組大鼠血清IL-6顯著高于NC組(P<0.05),HE3組非常顯著高于HC組(P<0.01)。(3)HC組大鼠血清TNF-α顯著高于NC組(P<0.05),HE2組大鼠非常明顯高于HC組(P<0.01)。(4)CRP與TNF-α之間呈顯著的低度負相關(r=-0.460,P=0.008)。結(jié)果表明,就循環(huán)CRP、IL-6、TNF-α水平而言,并非運動時間越長,對高脂血癥越有好處,因此,不提倡一次長時間有氧運動,更不提倡達到疲勞狀態(tài);運動引起高脂血癥大鼠血清CRP的變化可能與IL-6無關。

關鍵詞:運動生物化學;運動;高脂血癥;炎癥因子;大鼠

中圖分類號:G804.7 文獻標識碼:A文章編號:1006-7116(2009)09-0105-05

Effects of swimming under different loads on some inflammatory factors of

blood serum of rats with hyperlipemia

WANG Qing-bo1,LI Jin-hua2

(1.Department of Humen Exercise Science,Fujian Sports Vocational Education and Technical College,

Fuzhou 350003,China;2.Department of Physical Education,Ningde Teachers College,Ningde 352100,China)

Abstract: In order to understand the effects of swimming under different loads on the CRP, IL-6 and TNF-α levels in blood serum of rats with hyperlipemia, the authors randomly selected 10 rats out of 50 male Wistar rats to form a normal control (NC) group and put the rest into a hyperlipemia group, randomly divided the rats in the hyperlipemia group into a hyperlipemia calm control (HC) group, a hyperlipemia with 1-hour aerobic exercise (HE1) group, a hyperlipemia with 2-hour aerobic exercise (HE2) group and a hyperlipemia with one time exhausted exercise (HE3) group after having successfully established a hyperlipemia model, and then measured the CRP level in blood serum of the rats in various groups by means of ELISA, as well as the IL-6 and TNF-α levels in blood serum of the rats in various groups by means of radioimmunoassay. Results: 1) the CRP level in blood serum of the rats in the HC group is significantly higher than the same of the rats in the NC group (P<0.01); the CRP level in blood serum of the rats in the HE1 group is significantly lower than the same of the rats in the HC group (P<0.05), but still higher than the same of the rats in the NC group (P<0.05); 2) the IL-6 level in blood serum of the rats in the HC group is significantly higher than the same of rats in the NC group (P<0.05); the IL-6 level in blood serum of the rats in the HE3 group is significantly higher than the same of rats in the HC group (P<0.01); 3) the TNF-α level in blood serum of the rats in the HC group is significantly higher than the same of the rats in the HC group (P<0.05); the TNF-α level in blood serum of the rats in the HE2 group is significantly higher than the same of the rats in the HC group (P<0.01); 4) there is a significant low degree negative correlation between the CRP and TNF-α levels: r =-0.460, P =0.008. The results reveal that in terms of circulative CRP, IL-6 and TNF-α levels, it is not true that the longer the exercise time, the better the hyperlipemia treatment; therefore, long time aerobic exercising at a time is not recommended, not to mention to do such an exercise long enough to reach the fatigue state; the change of the CRP level in blood serum of rates with hyperlipemia caused by exercising may be irrelevant to the IL-6 level.

Key words: exercise biochemistry;exercising;hyperlipemia;inflammatory factor;rats

隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,高脂飲食和缺乏運動已經(jīng)成為引發(fā)動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)的重要原因,這使得心腦血管疾病的發(fā)生率明顯上升。關于AS的發(fā)生機制,目前研究的熱點是“損傷反應學說”。該學說認為,慢性炎癥過程和血脂代謝紊亂是AS的兩個主要特點,兩者之間通過免疫反應相互聯(lián)系。本研究通過觀察不同負荷游泳運動對高脂血癥大鼠血清C反應蛋白(CRP)、白細胞介素6(IL-6)以及腫瘤壞死因子α(TNF-α)的影響,探討運動對AS發(fā)生、發(fā)展的影響及其作用機理。

1材料與方法

1.1實驗動物及分組

健康雄性Wistar大鼠50只,7～8周齡,體重200～240 g(購自中國醫(yī)科大學實驗動物部),飼養(yǎng)環(huán)境為室溫22～25 ℃,相對濕度40%～60%,自然光照,通風良好,分籠飼養(yǎng)。適應性喂養(yǎng)1周后,隨機抽取10只作為正常對照組(NC),其余為高脂血癥模型組,正常對照組給予國家標準嚙齒類動物飼料(購自中國醫(yī)科大學實驗動物部),其余大鼠給予高脂飼料。高脂血癥模型復制成功后,再將高脂血癥大鼠隨機分成高脂血癥安靜對照組(HC)、高脂血癥1 h有氧運動組(HE1)、高脂血癥2 h有氧運動組(HE2)、高脂血癥一次力竭運動組(HE3)。

1.2大鼠高脂血癥模型的建立

分組后第3天起給予高脂組大鼠高脂飼料[1](質(zhì)量分數(shù)為1%膽固醇、5%豬油、0.35%膽酸鈉、0.61%丙基硫氧嘧啶、93.04%基礎飼料)。于高脂飼養(yǎng)第21天時各組大鼠禁食12 h,眼眶內(nèi)眥靜脈取血2 mL,檢測血脂,觀察高脂血癥模型是否復制成功,復制成功標準[2]:高脂組大鼠血清總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)以及低密度脂蛋白(LDL)顯著高于正常對照組大鼠,且超出正常參考值范圍[3]。從表1可以看出,高脂組大鼠高脂飲食21 d后,其血清TC、TG以及LDL均非常顯著高于對照組(P<0.01),且已超出正常參考值范圍[2],這提示高脂血癥動物模型復制成功。

1.3運動方案

NC、HC兩組大鼠自由活動,HE1、HE2兩組大鼠模型建立成功后第3天采用無負重游泳,適應性訓練2周,最初游泳時間為10 min/d,2周內(nèi)逐漸增加到60 min/d和120 min/d,并維持此運動量,每周訓練5 d,共6周。游泳在100 cm×60 cm×80 cm玻璃缸水池中進行,保證每只大鼠的游泳面積在300 cm2以上,水深60 cm,水溫(33±1)℃。HE3組前5周自由活動,第6周適應性訓練1周,于最后1 d負重游泳至力竭,負重重量為體重的(3±1)%,力竭即刻取材。力竭標準[4]:大鼠沉入水中經(jīng)10 s仍不能回到水面。

1.4取材

HE1、HE2兩組大鼠最后一次游泳后,除HE3組大鼠外所有大鼠禁食12 h(其間自由飲水),HE3組大鼠禁食12 h力竭運動后即刻,用乙醚麻醉后固定,腹主動脈取血,4 ℃ 3 000 r/min離心10 min提取上清液,用以檢測各項指標。

1.5指標的檢測

采用PAP法測定甘油三脂和總膽固醇,直接法測定低密度脂蛋白和高密度脂蛋白。雙抗夾心ELISA法測試CRP,放射免疫分析法測試IL-6和TNF-α,試劑盒均購自北京尚柏生物技術有限公司。

1.6數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

全部數(shù)據(jù)用SPSS15.0統(tǒng)計分析軟件進行處理分析。高脂組大鼠與正常對照組大鼠間均值差異的顯著性檢驗采用獨立樣本T檢驗,高脂血癥各組間均值差異的顯著性檢驗方法采用單因素方差分析(SNK-q檢驗)進行處理,各指標間進行Pearson直線相關分析,顯著性水平取P=0.05。

2結(jié)果及分析

實驗中意外死亡5只大鼠,另外排除7只有外傷的大鼠,共有38只大鼠參與數(shù)據(jù)統(tǒng)計,其中NC組6只,其余各組均為8只。

2.1各組大鼠血清CRP質(zhì)量濃度的比較

從表2可看出HC組大鼠血清CRP質(zhì)量濃度顯著高于NC組(P<0.01),HE1組顯著低于HC組(P<0.05),但仍明顯高于NC組(P<0.05);HE2組與HC組比較雖有下降趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義,與HE1組比較差異雖無統(tǒng)計學意義,但有上升趨勢,仍明顯高于NC組(P<0.05);HE3組與HC組比較差異無統(tǒng)計學意義,但有升高趨勢。

2.2各組大鼠血清IL-6質(zhì)量濃度的比較

從表1看出HC組大鼠血清IL-6的質(zhì)量濃度顯著高于NC組(P<0.05),HE1及HE2兩組與HC組比較雖有升高趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義;HE2組與HE1組比較差異無統(tǒng)計學意義;HE3組非常顯著高于HC組(P<0.01)。

2.3各組大鼠血清TNF-α質(zhì)量濃度的比較

從表2可看出HC組大鼠血清TNF-α的質(zhì)量濃度顯著高于NC組(P<0.05),HE1及HE3兩組與HC組比較雖有升高趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義,HE2組非常明顯高于HC組(P<0.01)。

2.4高脂各組血清CRP、IL-6、TNF-α質(zhì)量濃度的相關性

對高脂各組血清CRP、IL-6、TNF-α質(zhì)量濃度兩兩進行Pearson直線相關分析,結(jié)果顯示,CRP與IL-6之間以及IL-6與TNF-α之間不存在相關性,只有CRP與TNF-α之間呈顯著負相關(r=-0.460,P=0.008)。

3討論

3.1高脂血癥大鼠血清CRP、IL-6以及TNF-α質(zhì)量濃度的變化

近年研究證明,AS不僅是簡單的脂質(zhì)沉積性疾病,實際上炎癥反應也參與了AS斑塊的形成,在AS的發(fā)生、發(fā)展過程中起著很重要作用。

本實驗中,HC組大鼠血清CRP、IL-6以及TNF-α質(zhì)量濃度均顯著高于NC組,進一步證明高脂血癥存在低度慢性炎癥反應,CRP、IL-6和TNF-α三者相互誘生、協(xié)同作用影響脂質(zhì)攝入與代謝,參與AS的發(fā)生發(fā)展,主要機制為長期的高脂血癥造成脂質(zhì)沉著于血管壁而發(fā)生,導致血管壁的內(nèi)皮損傷和炎癥細胞的浸潤,激活的炎癥細胞釋放IL-6、TNF-α等一系列的前炎癥因子,血管內(nèi)皮的損傷也可使TNF-α的釋放增加;TNF-α可通過核因子κB(NF-κB)信號通路來介導內(nèi)皮細胞的炎癥反應[5],還可促進IL-6 的釋放;IL-6又可直接介導肝臟產(chǎn)生CRP,參與免疫炎癥過程促進中性粒細胞的黏附過程,加重細胞損傷;CRP又可誘導許多炎癥因子,如IL-6等的合成和分泌,擴大炎性介質(zhì)的促炎癥效應,且可能作為炎癥后組織的一個壞死性細胞標志物而成為巨噬細胞攻擊的靶點[6]。沉積于AS局部的CRP能誘導一些與致AS密切相關的活性因子的表達,如黏附分子和化學趨化因子[7];CRP還可與脂肪蛋白包括氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)結(jié)合而激活補體系統(tǒng),造成血管內(nèi)膜損傷。另外,CRP能刺激氧自由基的生成,從而促進ox-LDL的產(chǎn)生,巨噬細胞可識別攝取ox-LDL后轉(zhuǎn)化為泡沫細胞,促進了AS的發(fā)展。

3.2不同負荷游泳運動對高脂血癥大鼠血清CRP質(zhì)量濃度影響

有關有氧運動對循環(huán)CRP濃度的影響大都傾向于運動能降低循環(huán)CRP水平,只有少數(shù)研究報道有氧運動對CRP水平?jīng)]有影響。也有研究報道運動可導致循環(huán)CRP升高,目前認為與運動強度過大有關,大強度運動能損傷肌肉,因而導致炎癥[8]。Dufaux等人[9]發(fā)現(xiàn)每天跑25 km,連續(xù)跑4 d后,第3天和第5天CRP升高。Taylor等人[2]和Margeli等人[10]分別在運動員進行160 km長跑和246 km超遠距離長跑后,觀察到其CRP水平升高。這些變化反映了大強度運動后的急性免疫活化現(xiàn)象,可能與導致炎癥過程的骨骼肌損傷有關。

本實驗結(jié)果顯示,6周1 h有氧運動可顯著降低高脂血癥大鼠血清CRP;而2 h有氧運動組大鼠血清CRP雖有下降趨勢,但差異沒有統(tǒng)計學意義,與1 h有氧運動相比差異雖無統(tǒng)計學意義,但有上升趨勢;這提示,6周1 h有氧運動可以顯著改善高脂血癥大鼠機體炎癥狀態(tài),而2 h有氧運動作用不顯著,這可能與運動負荷過大,機體不適應有關。一次性力竭運動組大鼠血清CRP與高脂安靜對照相比差異雖無統(tǒng)計學意義,但有上升趨勢。這可能是由于長時間的運動至力竭導致骨骼肌肌纖維微細損傷,進而導致一系列炎性反應,影響到血清CRP水平,其具體機制有待進一步研究。

3.3不同負荷游泳運動對高脂血癥大鼠血清IL-6質(zhì)量濃度的影響

本研究結(jié)果顯示,一次性力竭運動能顯著升高高脂血癥大鼠血清IL-6水平(P<0.01)。這與以往研究結(jié)果基本一致。HE1及HE2兩組大鼠血清IL-6質(zhì)量濃度與HC組比較雖有上升趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義;HE2組與HE1組比較雖有下降趨勢,差異無統(tǒng)計學意義,這可能是HE1和HE2兩組大鼠進行了6周游泳訓練后,機體的適應性變化。多項研究曾經(jīng)推測運動介導的IL-6產(chǎn)生在長期訓練后會有適應性的變化,即IL-6對運動的反應減弱。IL-6反應減弱與長期鍛練提高肌糖原水平有關,其根據(jù)是,以往研究已經(jīng)證實的“耐力運動促進肌糖原含量升高,而肌糖原升高會明顯抑制IL-6產(chǎn)生”[8]。另外,IL-6的部分調(diào)控因子P38、Ca2+、活性氧(reactive oxygen species,ROS)等在耐力訓練后會降低對運動的反應[11],這對于IL-6反應減弱也應該有影響。對于運動降脂是否與IL-6有關有待進一步研究。

3.4不同負荷游泳運動對高脂血癥大鼠血清TNF-α質(zhì)量濃度影響

Vassilakopoulos[12]發(fā)現(xiàn),無訓練經(jīng)歷健康男性進行70%最大吸氧量運動可以引起血漿TNF-α升高。動物研究也有類似的結(jié)果,一次性力竭運動后大鼠血清TNF-α含量高于對照組[13-14],經(jīng)過9周每次90 min游泳訓練的大鼠血清TNF-α含量高于對照組[14]。健康男青年進行180 min 55%最大功率膝關節(jié)屈伸運動,血漿TNF-α在運動中沒有變化[15]。動物研究還發(fā)現(xiàn)經(jīng)過10周遞增負荷游泳運動訓練組的大鼠血清TNF-α含量低于對照組[16]。

本研究結(jié)果顯示,HE1及HE3兩組與HC組比較雖有升高趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義,HE2組大鼠明顯高于HC組(P<0.01)。高脂血癥大鼠進行6周1 h的有氧運動,其血清TNF-α雖有升高趨勢,但差異無統(tǒng)計學意義。分析其原因,可能是本研究中的研究對象是高脂血癥,高脂血癥低度炎癥反應使血清TNF-α處于一個較高的水平,經(jīng)過6周1 h的游泳訓練,對高脂血癥大鼠炎癥反應起到了很好的改善作用,與運動引起血清TNF-α升高的效應相抵消。一次性力竭運動后高脂血癥大鼠血清TNF-α有升高趨勢,差異仍無統(tǒng)計學意義,這也可能與高脂血癥大鼠機體的炎癥狀態(tài)有關。而6周2 h的有氧運動能顯著升高高脂血癥大鼠血清TNF-α的含量,這可能是因為2 h有氧運動對于高脂血癥大鼠來說,運動量過大,機體長期處于一種疲勞狀態(tài),造成高脂血癥沒有得到很好改善,其炎癥反應開始加重。

3.5高脂各組血清CRP、IL-6、TNF-α質(zhì)量濃度的相關性

曾文濤等[17]的研究表明,膽固醇升高糖尿病組血清hs-CRP與IL-6呈顯著正相關(r=0.45)。孫新芳等[18]則發(fā)現(xiàn),在老年腦卒中患者發(fā)病早期CRP、IL-6、TNF-α三者兩兩間呈正相關(r=0.53,P<0.05),而在后期相關性則不明顯(r=0.12,P>0.05)。

本研究結(jié)果顯示,CRP與IL-6之間以及IL-6與TNF-α之間不存在相關性,只有CRP與TNF-α之間呈顯著的負相關(r=-0.460,P=0.008)。這提示運動引起高脂血癥大鼠血清CRP、IL-6、TNF-α的變化可能是分別通過不同機制所引起。Dvorakova-Lorenzova A等[19]報道飲食控制與運動結(jié)合減重后CRP的降低與血脂變化有關,而與直接介導CRP合成的IL-6無關,但具體機制仍不清楚。高脂血癥引起血管壁的改變涉及炎癥的級聯(lián)反應,炎癥與巨噬細胞、細胞因子等的產(chǎn)生,補體的激活以及前炎癥介質(zhì)的參與等,再加上運動的影響,其中有很復雜的機制。本研究中,CRP與TNF-α之間呈非常顯著的負相關,可能是由于在炎癥反應中CRP與TNF-α出現(xiàn)變化的時間差異造成,其具體機制有待進一步深入研究。

參考文獻:

[1] 溫進坤,韓梅,杜瑋南,等. 一種快速建立大鼠動脈粥樣硬化模型的實驗方法[J]. 中國老年學雜志,2001,21(1):50-52.

[2] Fallon K E,Fallon S K,Boston T. The acute phase response and exercise:court and field sports[J]. Br J Sport Med,2001,35(3):170-173.

[3] 孫敬方. 動物實驗方法學[M]. 北京:人民衛(wèi)生出版社,2001:87.

[4] 喬玉成. 體育生物科學研究方法與技術[M]. 北京:中國科學文化出版社,2002:150-151.

[5] 劉金波,鄧華聰,葛倩,等. 脂聯(lián)素對TNF-α介導的血管炎癥反應的影響[J]. 第四軍醫(yī)大學學報,2006,27(18):1697-1699.

[6] Kondo N,Nomura M,Nakaya Y,et al. Association of inflammatory marker and highly sensitive C-reactive protein with aerobic exercise capacity,Maximum oxygen uptake and insulin resistance in healthy Middle-aged volunteers[J]. Circ J,2005,69(4):452-457.

[7] Pasceri V,Cheng J S,Willerson J T,et al. Modulation of C-reactive protein-mediated monocyte chemoattractant protein-1 induction in human endothelial cells by anti-atherosclerosis drugs[J]. Circulation,2001,103(21):2531-2534.

[8] Abramson J L,Vaccarino V. Relationship between physical activity and inflammation among apparently healthy middle-aged and older US Adults[J]. Arch Intern Med,2002,162(11):1286-1292.

[9] Rahimi K,Secknus M A,Adam M,et al. Correlation of exercise capacity with high-sensitive C-reactive protein in patiens with stable coronary artery disease[J]. Am Heart J,2005,150(6):1282-1289.

[10] Margeli A,Skenderi K,Tsironi M,et al. Dramatic elevations of interleukin-6 and acute-phase reactants in athletes participating in the ultradistance foot race spartathlon:severe systemic inflammation and lipid and lipoprotein changes in protracted exercise[J]. J Clin Endocrinol metab,2005,90(7):3914-3918.

[11] Keller C,Hellsten Y,Pilegaard H,et al. Human muscle cells express Il-6 via a Ca2+-dependent pathway[J]. J Physiol,2002,539(5):376-378.

[12] Vassilakopoulos,Theodoros,Maria-Helena Karatza,et al. Antioxidants attenuate the plasma cytokine response to exercise in humans[J]. J Appl Physiol,2003,94:1025-1032.

[13] 毛麗娟,許豪文. 運動對TNF-α含量及其mRNA的影響[J]. 北京體育大學學報,2004,27(7):930-932.

[14] 王平遠. 運動對大鼠血清NO、iNOS和TNF-α含量的影響[J]. 華東師范大學學報:自然科學版,2004(3):42-46.

[15] Steensberg,Adam,Charlotte Keller,et al. IL-6 and TNF-αexpression in,and release from,contracting human skeletal muscle[J]. Am J Physiol Endocrinol Metab,2002,283:E1272-E1278.

[16] Starkie,Sisse Rye Ostrowski,Sune Jauffred,et al. Exercise and IL-6 infusion inhibit endotoxin-induced TNF-α production in humans[J]. The FASEB Journal,2003,17(8):884-886.

[17] 曾文濤,王東,傅茜,等. 糖尿病患者血清超敏C反應蛋白、白細胞介素6及白細胞介素10的變化[J].實用醫(yī)學雜志,2006,22(17):1995-1997.

[18] 孫新芳,宋建良. 老年腦卒中患者急性其C反應蛋白、腫瘤壞死因子及白細胞介素6含量的變化[J].中華老年醫(yī)學雜志,2006,25(3):195.

[19] Dvorakova-Lorenzova A,Suchanek P,Havel P J,et al. The decrease in C-reactive protein concentration after diet and physical activity induced weight reduction is associated with changes in plasma lipids,but not interleukin-6 or adiponectin[J]. Metabolism JT-Metabolism:Clinical and Experimental,2006,55:359-65.

[編輯:鄭植友]