有氧運(yùn)動時程對2K1C腎血管高血壓大鼠心血管及腎臟功能的影響*

徐亞玲

(通遼職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

有氧運(yùn)動時程對2K1C腎血管高血壓大鼠心血管及腎臟功能的影響*

徐亞玲△

(通遼職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

目的： 探究有氧運(yùn)動(aerobic exercise，AE)的時程對兩腎一夾型(2K1C)高血壓大鼠平均動脈壓(mean arterial pressure，MAP)、竇性心動過緩、心臟和腎臟組織學(xué)以及氧化損傷的影響，從而評估AE改善高血壓狀況的具體效果。方法： 選取健康雄性Wistar大鼠60只，隨機(jī)分為假手術(shù)(sham)組和2K1C組，手術(shù)后將兩組大鼠分別分為sham安靜(sham+SED)組、sham運(yùn)動(sham+AE)組、2K1C安靜(2K1C+SED)組及2K1C運(yùn)動(2K1C+AE)組。sham+AE組和2K1C+AE組的大鼠進(jìn)行AE，AE的方式為每天游泳1次，每次游泳1 h，一共持續(xù)運(yùn)動10周。定期檢測4組大鼠的MAP、竇性心動過緩改善情況以及心臟和腎臟組織學(xué)的變化等。結(jié)果： 第4周時發(fā)現(xiàn)，2K1C+AE組大鼠的MAP和竇性心動過緩得到了明顯的改善，心肌和腎臟中膠原沉積相對于2K1C+SED組明顯減少，左心室中硫代巴比妥酸反應(yīng)物(TBARS)的水平也明顯降低，且左心室和腎臟過氧化氫酶(CAT)的活性較2K1C+SED組也顯著升高。但第6周至第10周的結(jié)果顯示，2K1C+AE組與2K1C+SED組之間大鼠MAP和竇性心動過緩的差異逐漸縮小。第8周時2K1C+AE組大鼠左心室和腎臟中TBARS的水平以及雙腎中CAT的活性部分恢復(fù)。第10周時2K1C+AE組大鼠心臟和雙腎中膠原沉積降低到最低水平。結(jié)論： 適度(約4周)AE能有效改善2K1C腎血管高血壓大鼠MAP和竇性心動過緩，并且可以通過調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)，減輕高血壓所致的心臟及腎臟損傷。

有氧運(yùn)動； 兩腎一夾型高血壓大鼠； 平均動脈壓； 氧化損傷

交感神經(jīng)系統(tǒng)和腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system，RAS)功能亢進(jìn)而引起的動脈高血壓是導(dǎo)致心臟和腎臟結(jié)構(gòu)功能改變的重要原因[1-2]。目前，已有研究[1-4]利用二腎一夾(two-kidney and one-clip，2K1C)腎血管高血壓模型大鼠探究了腎性高血壓發(fā)生和發(fā)展的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)在手術(shù)后4周血壓的上升與血漿中腎素的活性及血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)的濃度有著密切的聯(lián)系，且隨著時間的推移，血漿腎素活性及AngⅡ的濃度逐漸下降，RAS的激活成為影響高血壓的最主要因素。此外，也有研究表明在特定器官中，比如大腦和腎臟，活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)增加也是促成腎血管高血壓發(fā)生的重要因素[3-4]。

有氧運(yùn)動(aerobic exercise，AE)可以通過降低交感神經(jīng)興奮性、血管阻力、血漿AngⅡ水平以及提高減壓反射的敏感性而對高血壓大鼠發(fā)揮良好的保護(hù)性作用[5-7]，但是也有研究指出在耐力體育運(yùn)動鍛煉期間，氧消耗的升高導(dǎo)致ROS產(chǎn)生的升高，從而會促進(jìn)高血壓的發(fā)生[8]。目前持續(xù)性AE對于2K1C腎性高血壓模型大鼠心血管及腎臟功能的影響尚不完全明確，因此我們采用2K1C腎血管高血壓模型大鼠探究持續(xù)性AE對大鼠平均動脈壓(mean arterial pressure，MAP)、竇性心動過緩、心臟和腎臟組織學(xué)及氧化應(yīng)激反應(yīng)的影響，從而評估持續(xù)性有氧運(yùn)動對高血壓的改善效果。

材 料 和 方 法

1 動物分組及手術(shù)

健康雄性Wistar大鼠60只(由上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院大學(xué)動物培育中心提供，動物合格證號為19-022)，體重150～180 g，隨機(jī)分為假手術(shù)(sham)組和2K1C高血壓組各30只。對2組大鼠進(jìn)行手術(shù)，用氯胺酮(50 mg/kg)和甲苯噻嗪(10 mg/kg)的混合液將大鼠麻醉，行腹正中切口切開, 用小血管鉗分離一段左腎動脈(2K1C組大鼠用圓孔內(nèi)徑為0.20 mm的銀夾縮窄左腎動脈，右側(cè)腎動脈不觸及；sham組用類似的程序處理，但不放置腎動脈夾)，縫合肌肉及皮膚，所有大鼠術(shù)后肌注抗生素以防感染，隨后將sham組和2K1C組根據(jù)有氧運(yùn)動狀況各自分為2個亞組即sham安靜(sham+SED)組、sham運(yùn)動(sham+AE)組、2K1C安靜(2K1C+SED)組及2K1C運(yùn)動(2K1C+AE)組，每組各15只。

2 方法

2.1 有氧運(yùn)動方案 術(shù)后第4天，2K1C+AE組和sham+AE組的大鼠進(jìn)行游泳鍛煉，第1天15 min，第2天30 min，第3天45 min，隨后每天1 h，一共運(yùn)動10周，水溫度由恒溫器控制保持在約(30±2) ℃。Sham+SED組和2K1C+SED組在淺水泳池的游泳設(shè)備中保持久坐的方式，時間與2K1C+AE組和sham+AE組有氧運(yùn)動的時間保持一致[9]。分別在大鼠運(yùn)動第2、4、6、8、10周時利用BP-6無創(chuàng)血壓測試系統(tǒng)測量大鼠的平均血壓和心率。

2.2 動脈壓力反射敏感性(baroreflex sensitivity，BRS)的測定 有氧運(yùn)動結(jié)束后24 h，在氯胺酮(50 mg/kg)和甲苯噻嗪(10 mg/kg)腹腔麻醉下采用Smyth 方法[10]測定動脈壓力反射功能。一側(cè)股動脈插管以測量動脈壓，另一側(cè)股靜脈注射給藥物來評價壓力反射敏感性。藥物選用苯腎上腺素(phenylephrine,PE)和硝普鈉，給藥劑量分別為6 μg/kg和15 μg/kg，以注藥前后心動周期變化(單位為 ms)和MAP變化(單位為 mmHg)的比值表示BRS。

2.3 心臟和腎臟結(jié)構(gòu)的檢測 收集大鼠心臟和腎臟并于10%中性福爾馬林溶液中固定72 h，隨后用石蠟包埋。將石蠟塊切成 4～5 mm 厚的切片，用蘇木或伊紅染色，以Masson’s三色評估來量化膠原組織沉積。用Leica-MD 5000光學(xué)顯微鏡對組織切片進(jìn)行形態(tài)學(xué)評估。心肌細(xì)胞直徑的測量參照Soares的方法[2]利用光學(xué)顯微鏡(×40)進(jìn)行測定。左心室壁(Wt)及心室腔(L)的厚度以切片形式在顯微鏡下(×5)觀察。

2.4 氧化損傷的評估 氧化損傷的評估以硫代巴比妥酸反應(yīng)物(thiobarbituric acid reactive substances，TABRS)含量和過氧化氫酶(catalase，CAT)活性表示，兩者的測定均嚴(yán)格按照試劑盒的方法進(jìn)行檢測。收集大鼠心臟和腎臟，采用pH 7.5的磷酸鉀緩沖液1 mL進(jìn)行勻漿處理，離心收集上清。TABRS的含量利用硫代巴比妥酸法進(jìn)行檢測。CAT活性的測定原理為：CAT分解H2O2的反應(yīng)可通過加入鉬酸銨而終止，剩余的H2O2與鉬酸銨作用產(chǎn)生一種淡黃色的絡(luò)合物在405 nm 處有最大吸收，計算該絡(luò)合物的生成量可以反映CAT的活性。

3 統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，定量數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，多組數(shù)據(jù)比較采用多因素方差分析；多組數(shù)據(jù)的兩兩比較采用Post Hoc檢驗中校正的Bonferroni-t檢驗。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1 有氧運(yùn)動時程對MAP和心率的影響

有氧運(yùn)動開始前2K1C+SED組和2K1C+AE組大鼠的血壓明顯高于sham+SED組和sham+AE組，2K1C的2個亞組間差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性。運(yùn)動進(jìn)行至第4周時，2K1C+AE組大鼠的動脈血壓明顯降低，與2K1C+SED組相比差異有統(tǒng)計學(xué)意義；但是第6、8、10周的檢測結(jié)果顯示，2K1C+AE組大鼠血壓回升。而對心率的對比分析發(fā)現(xiàn)，在第6周時，2K1C+AE組大鼠的心率較2K1C+SED組大鼠顯著降低(P<0.05)。而sham+SED組和sham+AE組相比，大鼠動脈血壓和心率沒有明顯變化，見圖1、2。

Figure 1.The effect of aerobics exercise (AE) time on rat MAP. Mean±SD.n=3.*P<0.05vssham+SED group;#P<0.05vs2K1C+SED group.

圖1 有氧運(yùn)動時程對大鼠MAP的影響

2 有氧運(yùn)動時程對BRS的影響

對不同組別大鼠的BRS進(jìn)行對比性分析，結(jié)果顯示，2K1C+SED組大鼠的BRS水平明顯低于sham+SED組(P<0.05)，表明2K1C高血壓可讓BRS顯著減弱。當(dāng)有氧運(yùn)動進(jìn)行至第2周和第4周時，2K1C+AE組大鼠的BRS水平較2K1C+SED組高(P<0.05)；第6周時，2K1C+AE組大鼠的BRS水平與2K1C+SED組及sham+SED組相比差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性；第8～10周時，2K1C+AE組大鼠的BRS水平已趨近于2K1C+SED組,見圖3。

Figure 2.The effect of aerobics exercise (AE) time on rat heart rates. Mean±SD.n=3.#P<0.05vs2K1C+SED group.

圖2 有氧運(yùn)動時程對大鼠心率的影響

Figure 3.The effect of aerobics exercise (AE) time on rat BRS. Mean±SD.n=3.*P<0.05vssham+SED group;#P<0.05vs2K1C+SED group.

圖3 有氧運(yùn)動時程對大鼠BRS的影響

3 有氧運(yùn)動時程對心臟及腎臟結(jié)構(gòu)的影響

心肌細(xì)胞直徑檢測結(jié)果顯示，從第2周到第10周，2K1C+SED組大鼠的心肌直徑較sham+SED組顯著增加(P<0.05);在第8周和第10周，2K1C+AE組大鼠的心肌直徑較2K1C+SED組顯著增加(P<0.05)，見圖4。Wt/L的檢測結(jié)果顯示，從第2周到第10周，2K1C+SED組大鼠的心肌Wt/L比值較sham+SED組顯著增加；第2周和第4周時，2K1C+AE組大鼠的心肌Wt/L比值較2K1C+SED組顯著降低；第6～10周，2K1C的2個亞組大鼠心肌Wt/L比值間的差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性，見圖5。

此外，第4周和第8周時，2K1C+SED組、2K1C+AE組及sham+AE組大鼠的心肌炎癥細(xì)胞數(shù)量比sham+SED組大鼠的顯著增多；2K1C+SED組大鼠心肌中膠原沉積面積顯著高于sham+SED組，但2K1C+AE組大鼠心肌中膠原沉積面積顯著低于2K1C+SED組，見圖6。

Figure 4.The effect of aerobic exercise (AE) time on rats myocardial diameter. Mean±SD.n=3.*P<0.05vssham+SED group;#P<0.05vs2K1C+SED group.

圖4 有氧運(yùn)動時程對大鼠心肌直徑的影響

Figure 5.The effect of aerobic exercise (AE) time on rats heart wall thickness (Wt)/lumen (L) ratio. Mean±SD.n=3.*P<0.05vssham+SED group;#P<0.05vs2K1C+SED group.

圖5 有氧運(yùn)動時程對大鼠心臟Wt/L的影響

腎臟結(jié)構(gòu)研究顯示，第4周時，與2K1C+SED組相比較，2K1C+AE組大鼠腎臟炎性細(xì)胞數(shù)量顯著減少(P<0.05)；第8周時，各組大鼠腎臟炎性細(xì)胞數(shù)量的差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性。第4周和第8周，2K1C+SED組大鼠腎臟中膠原沉積面積顯著高于SHAM+SED組，但2K1C+AE組大鼠腎臟中膠原沉積面積顯著低于2K1C+SED組，見圖6。

4 有氧運(yùn)動時程對氧化損傷的影響

運(yùn)動訓(xùn)練4周時，2K1C+SED組大鼠左心室和左腎中TBARS的水平較sham+SED組顯著增高(P<0.05)，2K1C+AE組大鼠左心室中TBARS的水平較2K1C+SED組顯著降低(P<0.05)。運(yùn)動訓(xùn)練8周時，2K1C+SED組大鼠左心室和左腎中TBARS的水平較sham+SED組顯著增高(P<0.05)，而2K1C+AE組大鼠左心室及左腎中TBARS的水平較2K1C+SED組大鼠顯著降低(P<0.05)，見圖7。

CAT活性分析表明，運(yùn)動訓(xùn)練4周時，2K1C+SED組大鼠左心室和雙腎中CAT的活性較sham+SED組顯著降低(P<0.05)；而2K1C+AE組大鼠左心室及雙腎中CAT的活性較2K1C+SED組大鼠顯著升高(P<0.05)。運(yùn)動訓(xùn)練8周時，2K1C+SED組和sham+SED組大鼠左心室及雙腎中CAT活性的差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性；然而，2K1C+AE組大鼠雙腎中CAT的活性較2K1C+SED組顯著升高(P<0.05),見圖8。

討 論

在本研究中，有氧運(yùn)動在4周內(nèi)能有效地降低2K1C腎性高血壓模型大鼠的MAP，明顯改善BRS以及向心性心室肥厚；顯著降低左心室中TBARS的水平；且可以增加左心室和腎臟中CAT的活性。雖然在第8周時AE沒有徹底扭轉(zhuǎn)MAP和反射性心動過緩，但它有效地保持了左心室和左腎中TBARS低水平和雙腎中CAT的高活性。大量研究表明，在高血壓患者以及高血壓動物模型[9-11]中，AE能有效降低MAP和改善BRS。Masson等[12]的研究表明，跑臺運(yùn)動可以促進(jìn)自發(fā)性高血壓大鼠竇弓神經(jīng)減弱而引起的相應(yīng)改變，如MAP和HR的降低，并可顯著增加左心室腔的直徑，減少心肌中的膠原沉積。同時也有研究[13]表明AE對高血壓的改善作用是隨著時間的推移而不斷發(fā)生變化的，但是不同時間進(jìn)程的有氧運(yùn)動對高血壓的改善狀況并不完全明確。

目前研究結(jié)果表明，長達(dá)4周的游泳鍛煉可有效降低MAP并恢復(fù)反射性心動過緩；而第6～10周，2K1C+AE組大鼠的MAP與2K1C+SED組相比沒有顯著差異。這一變化可能是由于時間的推移，2K1C模型中血漿腎素活性及AngⅡ的濃度逐漸下降，RAS系統(tǒng)受到抑制[3-4]，故而AE對2K1C高血壓模型大鼠的心血管和腎保護(hù)作用就逐漸減弱。

向心性心室肥厚為高血壓及心肌梗死的重要表征，而長期運(yùn)動鍛煉也可導(dǎo)致心肌肥大，但運(yùn)動所致心肌肥大是心臟對運(yùn)動刺激產(chǎn)生的一種適應(yīng)性反應(yīng)[8]。本研究結(jié)果顯示sham+AE組大鼠心肌炎癥細(xì)胞數(shù)量和心肌細(xì)胞直徑均高于sham+SED組大鼠，可能即是運(yùn)動所致的生理性心肌肥大。第4周時，2K1C+AE組大鼠左心室中Wt/L比值低于2K1C+SED組大鼠的比值，這表明AE可以有效防止2K1C模型大鼠的向心性心肌肥厚。此外，研究結(jié)果還表明，AE可致高血壓大鼠左心室結(jié)構(gòu)發(fā)生更快的改變，這可能是因為在高血壓狀態(tài)下AE增加了心臟的額外負(fù)荷。

Figure 6.The representative micrographs of myocardial and renal tissues in the rats after exercise for 4 and 8 weeks (×400). The inflammatory cells were indicated by the black arrows， and the collagen deposition was indicated by the white arrows.

圖6 運(yùn)動4周和8周時大鼠心肌和腎臟組織的顯微照片

Figure 7.The effect of aerobic exercise (AE) time on rat TBARS level in the left ventricle and both kidneys. Mean±SD.n=3.*P<0.05vssham+SED group;#P<0.05vs2K1C+SED group.

圖7 有氧運(yùn)動時程對左心室及雙腎中TBARS水平的影響

研究顯示，AE可調(diào)整交感及副交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性[9]，并降低機(jī)體的氧化應(yīng)激水平[7]，而這一作用對保護(hù)心血管及腎臟具有重要的意義。本研究對氧化損傷進(jìn)行的評估顯示，在第4周和第8周時AE顯著降低了左心室中TBARS水平，而2K1C+AE組大鼠的CAT活性僅在第4周高于2K1C+SED組大鼠。2K1C+SED組大鼠左心室和左腎中TBARS表達(dá)水平上升且CAT活性降低可能是因為血管緊張素Ⅱ水平增加，這也能合理地解釋2K1C+SED組大鼠心肌中膠原沉積高于SHAM+SED組。血管緊張素Ⅱ是NADPH氧化酶誘導(dǎo)血漿、心臟和腎臟中活性氮和活性氧產(chǎn)生的強(qiáng)誘導(dǎo)劑，而AE所致的氧耗增加及ROS活性升高，可能與抗氧化基因的表達(dá)適應(yīng)性上調(diào)有關(guān)。Filho等[5]的研究也表明，AE增加高血壓大鼠組織Ang Ⅰ的水平并降低血漿Ang Ⅱ水平。然而，與2K1C+SED組大鼠相比，AE有效降低了2K1C大鼠腎臟中的膠原沉積且升高腎臟中CAT的活性；而第8周時，2K1C+AE組大鼠左腎中TBARS水平顯著低于2K1C+SED組大鼠水平，結(jié)果表明AE可能是通過減少氧化應(yīng)激反應(yīng)而防止膠原沉積。

總之，我們的研究結(jié)果表明適度(約4周)有氧運(yùn)動能有效改善2K1C腎血管高血壓大鼠MAP和竇性心動過緩，并且可以通過調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)，減輕高血壓所致的心臟及腎臟損傷；對改善2K1C腎血管高血壓大鼠心血管及腎臟功能具有重要的意義。

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Figure 8.The effect of aerobic exercise (AE) time on rat CAT activity in the left ventricular and both kidneys. Mean±SD.n=3.*P<0.05vssham+SED group;#P<0.05vs2K1C+SED group.

圖8 有氧運(yùn)動時程對左心室及雙腎中CAT 活性的影響

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(責(zé)任編輯： 林白霜， 羅 森)

Effects of aerobic exercise time on cardiovascular and renal functions of 2K1C renal vascular hypertensive rats

XU Ya-ling

(SchoolofBasicMedicalScience,TongliaoVocationCollege,Tongliao028000,China.E-mail:xuyalingxyl@163.com)

AIM: To explore the impact of aerobic exercise (AE) time on mean arterial pressure (MAP), sinus bradycardia, heart and kidney histological changes and oxidative damage in the two-kidney and one-clip (2K1C) hypertensive rats, and to assess the specific effects of AE time on alleviation of hypertension. METHODS: Healthy male Wistar rats (n=60) were randomly divided into sham operation (sham) group and 2K1C group. After operation, the rats in these 2 groups were divided into sham sedentary (sham+SED) group, sham exercise (sham+AE) group, 2K1C se-dentary (2K1C+SED) group and 2K1C exercise (2K1C+AE) group. The rats in sham+AE group and 2K1C+AE group were subjected to AE for 10 weeks: swimming for 1 h/d. The MAP, sinus bradycardia and the histological changes of heart and kidney in these 4 groups were tested regularly. RESULTS: Compared with 2K1C+SED group, the rats in 2K1C+AE group had significantly improved MAP and sinus bradycardia at the 4th week, with reduced collagen deposition in the myocardium and kidney, decreased level of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) in the left ventricle and increased catalase (CAT) activity in the left ventricle and kidney. The results of the 6th to 10th weeks showed that the differences of MAP and sinus bradycardia between the rats in 2K1C+AE group and 2K1C+SED group had gradually narrowed. The TBARS levels in the left ventricle and kidney and CAT activity in both kidneys of the rats in 2K1C+AE group were partly restored at the 8th week. The collagen deposition in the heart and kidney of the rats in AE group was reduced to the lowest level at the 10th week. CONCLUSION: Short-time (about 4 weeks) AE effectively improves the MAP and sinus bradycardia of 2K1C renal vascular hypertensive rats and attenuates the damages of the heart and kidney by regulating oxidative stress, thus improving the cardiovascular and renal functions of 2K1C renal hypertensive rats.

Aerobic exercise; Two-kidney and one-clip hypertensive rats; Mean arterial pressure; Oxidative damage

1000- 4718(2017)08- 1379- 07

2016- 08- 22

2017- 07- 04

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金資助項目(No. 201307010901)；內(nèi)蒙古自治區(qū)高職教育研究立項課題(No. TZYKT13006)

R544.1; R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.08.006

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△通訊作者 Tel: 0475-8888580； E-mail: xuyalingxyl@163.com