目的:力竭运动可致心肌损伤,严重者发生猝死,这类事件并不少见,是运动医学、军事医学及临床医学面临的共同课题。以往研究多集中在对力竭后心肌损伤的药物治疗,仍缺乏有效的预防措施。目前已公认缺血预适应(ischemic preconditioning,IP)可通过反复多次短暂缺血使心脏在随后持续的缺血损伤中得到保护,使人们从对细胞直接保护研究转向对内源性保护机制研究。运动预适应(exercise preconditioning,EP)作为IP的一种特殊形式,即通过运动诱导机体的自身保护,从而提高心肌耐受缺血缺氧的能力。最近研究表明心肌细胞凋亡是力竭后心肌损伤的细胞生物学基础,力竭运动使Bax/Bcl-2比值增高,促进Fas蛋白表达,决定心肌细胞进入细胞凋亡的执行期,继而由TNF-α、NF-KB、Fas-L等引发一系列复杂的细胞信号传导途径最终导致细胞凋亡,其中半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)相关凋亡信号通路发挥重要作用。EP具有心肌保护作用,但EP是否通过抑制心肌细胞凋亡从而发挥保护作用及其在心肌细胞凋亡时对细胞内信号传导通路的影响尚不清楚。本研究拟在建立大鼠EP和力竭运动损伤模型的基础上,从细胞凋亡角度研究EP对心肌TNF-α和Caspase蛋白酶表达的影响,探讨EP心肌保护效应是否通过影响TNF-α介导的凋亡通路发挥作用,进一步了解EP对心肌的保护作用的分子机制,同时为运动预适应对力竭后心肌损伤的防治提供新的实验依据。方法:1.雄性SD大鼠48只,随机分成4组:安静对照组、力竭运动组、短期运动预适应组、长期运动预适应组(n=12)。除安静对照组,其余各组以尾部负重大鼠3%体重的方式进行游泳训练。安静对照组:常规饲养3天,不游泳;力竭运动组:参照Thomas力竭标准,常规饲养3天后进行一次游泳运动,直至力竭。短期运动预适应组:标准参照Lennon方法建立,每天进行间歇性游泳运动1次,每次1小时,要求游泳15分钟,休息5分钟,重复3次,持续3天,然后与力竭组进行一次力竭游泳运动;长期运动预适应组:参照Margonato方法建立,每天进行间歇性游泳运动1次,运动方式同短期,持续3周(6天/周),然后进行一次力竭游泳运动。安静对照组直接取材,各组于力竭运动后30分钟取材。2.取大鼠心肌组织作病理切片,经he染色,光镜下观察其显微结构。3.采用elisa方法检测血清中缺血修饰白蛋白(ima)、肌酸激酶同工酶(ck-mb)、肌钙蛋白i(ctni)的含量。4.采用dna原位末端标记(tunel)法观察心肌细胞的凋亡反应。5.采用荧光定量pcr方法检测大鼠心肌组织中tnf-α、caspase-8、caspase-9、caspase-3基因的表达水平。6.采用westernblot方法检测大鼠心肌组织中tnf-α、caspase-8、caspase-9、caspase-3蛋白的表达水平。结果:1.大鼠心肌显微结构安静对照组心肌结构完整,肌纤维排列整齐、无断裂,间质无水肿,可见横纹;力竭组心肌细胞肿胀明显,可见肌纤维断裂、排列紊乱,间质纤维增生、水肿;短期、长期运动预适应组偶见肌纤维断裂,轮廓较清楚,间质水肿较轻,而且长期运动预适应组相比于短期更接近对照组。2.大鼠血清生化指标比较(1)与安静对照组相比,力竭组、短期运动预适应组和长期运动预适应组血清ima、ck-mb含量均明显升高,有统计学意义(p<0.05),力竭组和短期运动预适应组血清ctni明显升高,有统计学意义(p<0.05),而长期运动预适应组升高不明显,无统计学差异。(2)与力竭组相比,长期运动预适应组血清ima、ck-mb、ctni含量均明显下降,有统计学意义(p<0.05),短期运动预适应组血清ck-mb、ctni明显下降,有统计学意义(p<0.05),而ima下降不明显,无统计学差异。3.大鼠心肌细胞凋亡情况经tunel染色后正常细胞核呈蓝色,凋亡细胞核呈棕色。结果显示对照组(13.17±3.43%)大鼠心肌组织存在少数散在的细胞凋亡;力竭组(44.38±6.13%)大鼠心肌组织出现大量细胞凋亡,明显高于对照组,有统计学意义(p<0.05);短期(36.14±3.16%)、长期运动预适应组(25.83±5.12%)与力竭组相比凋亡明显减少,有统计学意义(p<0.05),长期运动预适应组较短期运动预适应组减少更明显,有统计学意义(p<0.05)。4.心肌组织中tnf-α、caspase-8、caspase-9、caspase-3mrna的表达水平(1)与安静对照组相比,除长期运动预适应组的Caspase-9外,其余各组心肌TNF-α、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-3mRNA表达量均明显升高,有统计学意义(P<0.05)。(2)与力竭组相比,除短期Caspase-3外,短期、长期运动预适应组大鼠心肌TNF-α、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-3mRNA含量明显降低,有统计学意义(P<0.05),长期运动预适应组比短期下降更明显,有统计学意义(P<0.05)。5.心肌组织中TNF-α、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-3蛋白的表达水平(1)与安静对照组相比,力竭组和短期运动预适应组大鼠心肌TNF-α、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-3蛋白明显升高,有统计学差异(P<0.05),长期运动预适应组升高不明显,无统计学差异。(2)与力竭组相比,短期运动预适应组大鼠心肌TNF-α、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-3下降不明显,无统计学意义,而长期运动预适应组明显下降,有统计学意义(P<0.05)。结论:1.力竭运动可致心肌损伤,运动预适应可减轻力竭运动后心肌损伤。2.心肌细胞凋亡参与力竭运动致心肌损伤的机制,力竭运动激活TNF-α介导的细胞凋亡信号通路,上调Caspase蛋白酶,从而诱导心肌细胞凋亡。3.运动预适应可通过抑制TNF-α介导的凋亡信号通路,减少心肌细胞凋亡,从而发挥保护心肌作用。4.短期运动预适应与长期运动预适应可不同程度的抑制心肌细胞凋亡,长期运动预适应的作用更强。