电针足三里对大鼠HPA轴和海马脑源性神经营养因子作用机制

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  摘 要:目的:探讨电针对运动力竭模型大鼠HPA轴通路和海马神经营养因子的影响。方法:将60只雄性SD大鼠随机分为对照组、运动力竭模型组、电针治疗组,每组20只,对照组自由进食和饮水,运动力竭模型组进行游泳训练,电针组大鼠游泳训练后进行电针实验。采用放射免疫分析法测定大鼠下丘脑CRF,垂体ACTH,肾上腺、血清CORT并检测脑源性神经营养因子含量。结果:运动力竭模型组动物下丘脑CRF,肾上腺、血清CORT含量较对照组有显著升高,电针治疗可使运动后动物下丘脑CRF,肾上腺、血清CORT含量显著下降。与对照组相比,模型组大鼠海马有明显的BDNF 阳性细胞的表达。电针组接近正常。结论:电针可明显改善运动力竭模型大鼠HPA轴和海马BDNF,对电针治疗组大鼠的运动疲劳有良性调整作用。
  关键词:运动力竭模型;电针; HPA轴;脑源性神经营养因子
  中图分类号:G804.7文献标识码:A文章编号:1007-3612(2011)06-0057-03
  
  Effect of Electroacupuncture in Hippocampus on The Hypothalamus-pituitary-adrenal Axis-GLUand Brain-derived Neurotrophic Factor in Mice
  
  TAN Xin-li1,SUN Gang2,HU Ti3
  (1.Xiangtan University,Xiangtan 411105,Hunan China;2.College of Phycical Education,Central South University of Forestry and
  Technology,Changsha 410008,Hunan China;3.College of Physical Education,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,Hunan China)
  
  Abstract:Objective:To study the effects of electroacupuncture on the hypothalamus-pituitary adrenal Axis and brain-derived neurotropic factor in hippocampus in exhausted mice of swimming.Methods: 60 mice were randomly divided into 3 groups , the control group,exhausted group and the electroacupuncture group. Radioimmunoassay method was adopted in the determination of hypothalamus CRF,pituitary ACTH, the CORT in adrenal and serum and the expression of BDNF in hippocampus.Results :As compared with the control group,exhausted swimming could markedly enhance the hypothalamus CRF, the CORT in adrenal and serum; electroacupuncture reducedthe contents of hypothalamus CRF, the CORT in adrenal and serum in the electroacupuncture group.the BDNF in hippocampus neurons of electroacupuncture group is significantly increased individually compared with the control group.the BDNF in hippocampus neurons of electroacupunctu-re group is close to the control group.Conclusion:Electroacupuncture could improve the hypoththalamus pitu-itary-adrenal axis and the expression of BDNF in hippocampus neurons in exhausted mice of swimming. electroacupuncture has a benign regulating effect on sports fatigue of exhausted mice of swimming.
  
  Key words: exhausted model; electroacupuncture; HPA:brain-derived neurotropic factor
  
  随着现代竞技运动水平的不断提高,运动员在训练和比赛中承受的负荷量和负荷强度也在不断增大,这就增加了出现运动性疲劳的机会。如何运用合理的方法和手段,尽快缓解运动性疲劳,提高运动员的机能水平和运动成绩,成为国内外运动医学工作者关注和研究的焦点。与药物及营养补剂相比,我国传统中医的针刺疗法在改善运动员的机能水平、提高运动成绩、缓解运动性疲劳等方面具有安全、有效、无毒副作用等特点[1],它具有整体性、双向性和良性调节作用,可以疏通经络、调和阴阳、扶正祛邪,能够激发机体固有的调节功能,使机体机能代谢紊乱得以恢复平衡,在防治运动性疲劳方面具有独特的优势和潜力。但运用针灸的手段对运动疲劳的恢复的研究尚处在起步阶段,其产生疗效的机制有待更深入的研究,研究广度和深度都有亟待提高。
  本研究以HPA轴路径为研究的切入点,选择游泳力竭模型大鼠作为研究对象。通过研究电针对运动力竭模型大鼠HPA轴和脑源性神经营养因子的影响,从而研究电针抗运动疲劳作用的可能机制。通过本实验研究,探讨电针足三里和百会穴缓解运动性疲劳的作用及机制,使之更好地应用于运动实践。
  
  1 研究对象与方法
  
  1.1 实验动物及分组 选取8周龄雄性SD大鼠60只,体重(200±15)g由湖南大学实验动物中心提供。采用国家标准大鼠饲料喂养,自由饮水。将大鼠随机分为3组,每组20只。对照组(不进行训练),模型组(只进行力竭训练但不电针)和实验组(力竭训练后电针)。动物房内保持安静,室温保持在20~25℃,湿度保持在40%~50%。大鼠适应性游泳训练一周,隔天进行一次,共适应性游泳3次,每次游泳时间依次为10 min。20 min和30 min。玻璃钢游泳池:150 cm×60 cm×70 cm,水深60 cm,水温(36±1)℃。
  实验动物力竭运动模型参照文献建立[2],力竭大鼠判断标准:大鼠沉入水底10 s不浮起,无法完成翻正反射,将大鼠立即捞出休息后进行电针刺激。
  参照“全国针灸学会实验针灸研究会”制定的“实验动物针灸穴位图谱”选取相当于人体解剖部位的足三里穴和百会穴,按模型要求训练,训练后休息30 min,专用鼠套束缚固定,运用28号1寸毫针,75%酒精穴位消毒后针刺,深度0.5~1 cm,电针频率2 Hz,电流强度0.6 mA,针刺强度以大鼠头部和肢体微颤为标准,每天电针1次,每次30 min。整个试验共电针20 d。
  1.2 试剂与仪器 促肾上腺皮质激素释放因子(Corticotropin Releasing Factor,CRF)放免试剂盒,促肾上腺皮质激素(Adrenocorticotropin Hormone,ACTH)放免试剂盒,皮质酮(Corticosterone,CORT)放免试剂盒,脑源性神经营养因子(BDNF)免疫组织化学试剂盒,生物素化二抗、DAB显色试剂盒,由北京赛驰生物科技有限公司提供。韩氏LH202型电针仪由北京欣东华电子仪器有限公司提供。日本JEM-1220型电子显微镜;日本OLUMPUS BH-2光镜。
  1.3 检测指标 检测下丘脑CRF、垂体ACTH、肾上腺和血清CORT的含量,以及海马脑源性神经营养因子的表达。
  1.4 样品制备 各组动物在末次实验结束的24 h后,大鼠用10%水合氯醛(3.5 mL/kg)行腹腔麻醉后用4%的戊二醛灌注断头取血,血液在4℃冰浴试管中静放0.5 h后,采用3 000 转/min离心10 min,分离出血清,在-80℃的冰箱中保存待测。快速断头,分别取下丘脑、垂体、肾上腺组织,立即称重后放入煮沸的生理盐水(1 mL)中煮沸3 min,再加1 N冰醋酸0.5 mL于匀浆器中匀浆提取,再用NaOH 0.5 mL中和,4℃离心3 000转/min 30 min,取上清液贮存于-20℃冰箱中备用。取海马,放入10%的甲醛溶液中固定48 h 。乙醇常规脱水,二甲苯透明,石蜡包埋。常规石蜡切片,片厚6 μm。选取结构完整的海马断面切片,进行 SABC 免疫组织化学染色。
  1.5 检测方法 采用放免法对下丘脑CRF、垂体ACTH、肾上腺CORT和血清CORT进行测定。
  反应体系:按照步骤加样,温浴结束后以γ-计数仪测定cpm值,并由自动γ-计数仪预先编制程序,直接给出相关参数、标准曲线及样品浓度,按试剂盒说明书进行操作。
  每组选取对应断面的海马切片6张,镜下观察海马CA1区神经元的形态学变化、染色强度、统计BDNF阳性表达的神经元数目,染色阳性神经细胞以细胞核中有棕黄色颗粒者为准。每组观察6张切片,选5个视野,合计30个视野,图像分析系统 Image-Prop-lus5. 1进行图像采集(显微镜20×10) 。
  1.6 数据处理 采用统计软件SPSS 11.0 for windows对所有所测的原始数据进行统计学处理,所有数据以X±SD表示。采用组间单因素方差分析,以P<0.05作为差异显著性水平。
  
  2 结 果
  
  2.1 电针刺激对运动力竭大鼠HPA轴激素的影响 在力竭运动刺激下,运动力竭模型组大鼠下丘脑CRF(P<0.01) 垂体ACTH含量、肾上腺、血清CORT显著升高(P<0.05)。电针刺激对大鼠下丘脑中CRF含量的影响有显著性影响(P<0.05)。垂体ACTH含量在电针刺激后有降低垂体ACTH含量的异常升高的趋势,但差异不显著。电针刺激可显著的使力竭运动后大鼠肾上腺CORT含量出现异常升高。电针刺激也明显降低血清中CORT含量(P<0.05)(表1)。
  2.2 电针对运动力竭大鼠的海马部位神经营养因子影响
  2.2.1 光镜结果 在光学显微镜下,力竭组细胞排列紊乱疏松。细胞核的脱失较多,视野内可见淡染、肿胀、碎裂、呈空泡化和核固缩,细胞数目也明显少于正常对照组。对照组细胞排列整齐紧密,形态完整,胞浆丰富,胞核饱满,核仁清晰。电针组神经元数目较模型组明显增多,神经细胞排列轻度紊乱,固缩和空泡化现象较少,细胞脱落少见,细胞损伤性改变较力竭模型组明显减轻。
  2.2.2 海马神经元BDNF含量的变化 三组测试结果发现,BDNF免疫阳性细胞在海马CA1区均可见。BDNF免疫反应阳性颗粒在模型组较多可见,呈棕黄色。对照组BDNF免疫反应阳性颗粒数目较少,电针组BDNF免疫反应阳性颗粒数目接近对照组(表2)。
  
  3 讨 论
  
  运动应激的特点是能激活交感肾上腺髓质系统(SAM)和下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴(HPA)。SAM 和HPA两者在内外交互控制相互的活动,单胺类递质在调节两个系统中起着重要的作用,例如:多巴胺(DA)、去甲肾上腺素(NA)、肾上腺素(A)和5-羟色胺(5-TH)[2]。在刺激中,肾上腺髓质系统直接导致糖皮质激素的升高,而糖皮质激素又能激活髓质酶中的苯二基甲转化酶(PNMT)的生成。运动是一种典型的应激 ,边缘系统是介导应激的重要中枢 ,在下丘脑调节内分泌的变化过程中海马对下丘脑的影响非常重要[2],大量的单胺类递质通过直接的垂体机能和直接的来自于肾上腺皮质的糖皮质激素的释放来使促肾上腺皮质激素的升高。下丘脑—垂体—性腺轴与下丘脑—垂体—肾上腺轴各环节的多种激素同运动性疲劳的发生关系密切。BDNF是神经营养因子NGF ( neurotrophic factors) 家族中的重要一员,1982 年由德国学者Barde等首次从猪脑中纯化并获得,主要表达部位在皮层和海马。在神经系统的发生、发育过程中起着重要作用的是脑源性神经营养因子,对损伤的神经元具有保护、预防退变和促进再生的作用[3]。
  运动作为一种应激刺激对HPA轴有着较大的影响,Harbuz MS, Wittert GA等人都报导了不同强度和时间的运动后血浆皮质醇反应明显增加[4,5]。运动引起皮质醇水平增高的机制除了一些非特异性机制外,机体通过下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴使血中皮质醇水平升高可能是最重要的。
  当机体进行力竭或大强度运动时,HPA轴兴奋性提高,CRF应激性分泌增多。合成的CRF运送到垂体前叶的促肾上腺皮质细胞,产生ACTH。ACTH到达肾上腺皮质,合成糖皮质(glucocorticoid,GC)。在正常的生理状态下,GC对下丘脑-垂体-肾上腺轴有着负反馈的抑制作用,但在慢性应激条件下,过量的GC导致了HPA轴的负反馈机制出现失调,表现为HPA轴的持续亢进,引起机体出现应激性的神经、免疫、内分泌等多个系统的功能性紊乱。病理上则表现为以海马为主的脑区的神经毒性反应[6]。
  力竭运动应激对HPA轴功能的影响报道较多。一般认为中等到疲劳的运动,血浆皮质醇水平进行性增加。Damluji S报道,极长时间运动(3~7 h),血浆皮质醇可升高数倍,这时运动持续时间的影响大于运动强度[7]。Luger报道,当运动强度达到50~60%V•O2max强度时,运动可导致强度依赖性激活HPA轴,使血浆中ACTH和皮质醇升高[8]。Inder观察6名运动员进行1 h70%V•O2max运动后,进行性增加功率直到力竭。与对照组相比,运动后2 h血浆ACTH、CRF显著增加[9]。我们的实验结果也表明,在力竭运动刺激下,模型组大鼠下丘脑CRF(P<0.01) 垂体ACTH含量、肾上腺、血清CORT显著升高(P<0.05)。说明了大强度力竭运动对下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴的影响。本研究则发现,运动力竭后大鼠的下丘脑过度分泌CRF。模型组大鼠垂体的ACTH分泌出现了增多的趋势,但相对于对照组并没有显著性差异。CRF调控ACTH的生成,POMC(Pro-opiomelanocortin阿片促黑素皮质素原)的表达受CRF通过与垂体的CRF1的结合调控,从而对ACTH的生成产生影响。通过分析,发现出现上述结果的原因可能是由于在垂体的POMC的产生是β-内啡肽和ACTH的共同作用与前体所造成的。通过实验,可以发现电针刺激降低血清中CORT的含量非常明显,使海马所处的应激状态得到有效纠正,从而降低了由于HPA轴的亢进导致对海马兴奋性的毒性作用。
   足阳明胃经循行于人体面、胸、腹及下肢前侧,网络人体前侧大部,脏腑络属上与被称为“后天之本”的脾胃相联系。阳明经具有调理脾胃、补益气血、调理气机、豁痰开窍等功效。足三里为足阳明胃经之合穴,刺激足三里穴能起到补益脾胃元气之功.针刺足三里可以调和气血、平衡阴阳、通达营卫、梳理经络以扶助正气、培元固本。故此,足三里穴历来就被推崇为健脾补虚培元之要穴。说明针刺足三里可预防脾气亏虚症状的发生,从而提高机体运动能力,消除运动性疲劳。而神经性运动疲劳属中医“郁证”范畴,基本病因是气机郁滞、气血阴阳失调、脏腑功能失常等。百会位居巅顶,归属督脉,督脉“人络脑”,本着“经脉所过,主治所及”[10],对与神经有关的病症有着治疗效用。所以,选取督脉腧穴是治疗运动性疲劳神经系统改变的有效手段之一。现代医学研究证明,针刺百会穴可以有效提高机体的运动反应能力。还可健脑益智、疏通经络、调整脏腑的功效。
  BDNF的功能为促进和维持一级感觉神经元的存活和突起的生长。此外,BDNF还支持和促进纹状体多巴胺能神经元、前脑胆碱能神经元、视网膜神经节细胞、颅脑和脊髓的运动神经元的存活和生长。近年来大量的研究[10,11]发现,力竭后后脑内BDNF表达增加,对局部的神经元具有保护作用。本研究发现电针刺激对改善已损伤的神经元的形态结构有一定的效果;对神经元的保护具有一定作用。
  
  4 结 论
  
  肾上腺和血液中CORT的升高,是由于下丘脑中的CRF作用于垂体的ACTH的分泌增加导致的。电针刺激治疗能有效改善已损伤的神经元的形态结构,从而减轻神经元损伤,对神经元起到保护的作用。针灸后的刺激信号经过一系列的细胞信息传导系统,将信号表达的息传递胞内,引发相应的生物效应。针灸刺激能够治疗运动性疲劳的机理之一由于对皮质和海马神经元的保护作用引起的。但是电针刺激对HPA轴上激素分泌的调节作用是通过正向调节还是负反馈途径来实现的,还是在多个层面上或单一的层面发挥着调节作用,还需要进行更深入的研究。
  
  参考文献:
  
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