劉向輝　郝選明

摘要:力量運動激發(fā)內(nèi)源性抗損傷能力是缺血心臟保護的有效措施。適宜力量運動可以獲得預(yù)處理心臟保護效應(yīng),為缺血預(yù)處理的臨床應(yīng)用提供了新的可能性,并具有良好的應(yīng)用前景。但力量運動因運動強度過大而導(dǎo)致心肌缺血及缺血再灌注損傷,力量運動的心肌保護作用及應(yīng)用存在多方面的問題。就力量運動引起相對心肌缺血及缺血再灌注損傷的細(xì)胞分子學(xué)特點、力量運動缺血預(yù)處理的基本特征及心肌保護作用的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制與細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)器及存在的問題進行闡述,提出研究策略。

關(guān)鍵詞:運動生理學(xué);力量運動;內(nèi)源性心肌保護;述評

中圖分類號:G804.2文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-7116(2009)10-0106-07

Endogenous myocardial protection of strength conditioning

LIU Xiang-hui,HAO Xuan-ming

(School of Physical Education,South China Normal University,Guangzhou 510006,China)

Abstract: Strength exercise can suscitation the endogenous anti-damage ability, and it is the effect meaure to protect ischemia heart. Suitable strength training can obtain the cardiol prconditioning protective effect, provid a new chance to clinical application for IPC, and have favourable prospect.But strength training may induce myocardic ischemia and ischemical reperfusion injury because of high exercise intensity, there are still many questions need to be solved. The artide focused on the cellule and molecule character of myocardic ischemia and ischemical reperfusion injury induced by strength training, the essential feature of strength training preconditioning and the signal transduction mechanism and the intra-cellular effector of myocardial preservation, proposing the research strategy, concrescencing the theory of contemporary strength training, clarifying some hot questions and important future directions on endogenous myocardial protection of strength training.

Key words: exercise physiology;strength training;endogenous myocardial protection;commentery

自20世紀(jì)80年代中期Murry等[1]發(fā)現(xiàn)缺血預(yù)處理(ischemic preconditioning,IPC)具有明顯的心肌保護作用以來,有關(guān)心肌內(nèi)源性保護作用的研究引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。在研究方法上,近年來基因工程技術(shù)、基因組學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展有力推動了心肌內(nèi)源性保護研究的進展。調(diào)動心肌內(nèi)源性保護機制的主要措施也從經(jīng)典的IPC拓展到藥物預(yù)處理(pharmacological preconditioning,PPC)[2]、遠程預(yù)處理(remote preconditioning,RPC)[3]、缺血后處理(ischemic post conditioning,I-postC)[4]等領(lǐng)域。近來研究顯示,運動訓(xùn)練能產(chǎn)生類似缺血預(yù)處理效應(yīng),即運動預(yù)處理(exercise preconditioning,EP)。雖然人們對運動預(yù)處理進行了一些研究,但關(guān)于力量訓(xùn)練的內(nèi)源性心肌保護作用的研究信息還不多,有關(guān)其心血管反應(yīng)的結(jié)論又被一些因素,特別是訓(xùn)練量和訓(xùn)練強度對力量訓(xùn)練的生理反應(yīng)和長期適應(yīng)的影響搞得更為復(fù)雜。目前在力量運動心肌內(nèi)源性保護機制研究中還存在許多問題,如不同方式與強度的力量運動的心肌缺血損傷的特點與規(guī)律、力量運動預(yù)處理早期相和延遲相心肌保護的基因轉(zhuǎn)錄和蛋白合成的差異及機制、力量運動預(yù)處理與其它形式的預(yù)處理的異同性研究等都還缺少相關(guān)研究信息。同時,以往在研究思路與方法上的某些局限性也在一定程度上阻礙了力量運動心肌保護研究的快速進展。本文擬就力量運動引起相對心肌缺血及缺血再灌注損傷的細(xì)胞分子學(xué)特點、力量運動缺血預(yù)處理的基本特征及心肌保護作用的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制與細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)器及存在等問題的研究進行闡述,提出研究策略,并結(jié)合現(xiàn)代力量訓(xùn)練理論,對力量運動的心肌保護作用研究方向進行分析和展望。

1力量運動與心肌缺血和細(xì)胞損傷的形成

缺血(ischemia)這個詞源于希臘語“ischein”、“haima”,意思是限制血流[5]。限制血流包括兩方面的含義:一是限制氧和心肌代謝底物的供給;二是限制離子及代謝產(chǎn)物的流出。心肌缺血時,減少心肌氧的消耗,改變有氧和無氧代謝,降低心肌收縮的速度和程度[6],減少能量儲存,如ATP和磷酸肌酸,堆積代謝產(chǎn)物,損傷能量依賴性離子泵(ATP酶),增加細(xì)胞內(nèi)離子濃度,如Na+、K+和Ca2+[7]。以上幾種損傷機制都是由于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞,如細(xì)胞膜、細(xì)胞骨架、細(xì)胞器[8],增加滲透壓引起細(xì)胞腫脹失調(diào),破壞結(jié)構(gòu)成分。最直接有害的作用是細(xì)胞酶的活性,蛋白酶影響細(xì)胞骨架蛋白,脂肪酶影響細(xì)胞膜內(nèi)的磷脂。同時,脂肪酸代謝產(chǎn)物和氧自由基的形成也能引起損傷[9]。最后,細(xì)胞膜的破壞引起細(xì)胞死亡。力量訓(xùn)練時常因強度過大而易導(dǎo)致心肌相對缺血,有時會引起心肌功能障礙,嚴(yán)重時導(dǎo)致心肌結(jié)構(gòu)損傷。及時恢復(fù)缺血心肌組織的血供,不僅能糾正缺血引起的心肌功能障礙,而且可以使可逆性結(jié)構(gòu)變化的心肌恢復(fù)正常。劇烈的力量訓(xùn)練會使自主神經(jīng)興奮,可能引發(fā)冠狀動脈痙攣,進而引起心肌供血不足;同時運動強度過大時會出現(xiàn)冠狀動脈血流量相對不足。心肌缺血的后果是能量供應(yīng)缺乏、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、酸中毒、細(xì)胞凋亡,最終引起心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的損害。及時有效地恢復(fù)缺血心肌的再灌注是治療心肌缺血的根本措施,但是臨床研究表明,缺血心肌再灌注后,有時損傷反而加重,甚至發(fā)生致死性心律失常,這就是再灌注損傷,其可能機制有能量代謝障礙、氧自由基損傷、鈣超載和中性粒細(xì)胞的作用。

力量運動方式和運動強度不同,產(chǎn)生心肌缺血及缺血后再灌注損傷的特點可能有很大的差異,在適宜的范圍內(nèi),力量運動引起的心肌相對缺血不但不會造成心肌的損傷,而且可以產(chǎn)生內(nèi)源性的心肌保護作用,使可逆性結(jié)構(gòu)變化的心肌恢復(fù)正常;超出一定范圍的力量運動則可能引起缺血性及缺血再灌注心肌損傷,且難以恢復(fù)。這一定有其本身固有的規(guī)律和生物學(xué)機制。然而,力量運動引發(fā)心肌相對缺血及缺血再灌注損傷的閾強度規(guī)律及生物學(xué)機制還沒有相關(guān)的研究報道。

2力量運動缺血預(yù)處理與存在的問題

2.1缺血預(yù)處理

1986年Mury等[10]提出缺血預(yù)處理的概念,即預(yù)先反復(fù)、短暫缺血可減輕后續(xù)長期缺血所致心肌損傷的現(xiàn)象。歷經(jīng)20多年的研究證實,IPC是一種強有力的內(nèi)源性心臟保護現(xiàn)象,認(rèn)為IPC的產(chǎn)生不是因心肌側(cè)枝循環(huán)的建立[11],而是由于一些物質(zhì)的釋放,如腺苷[12]、緩激肽[13]及阿片類物質(zhì)[14]等觸發(fā)引起。

目前,預(yù)處理作為適應(yīng)性現(xiàn)象,己經(jīng)延伸到不同種的應(yīng)激刺激中,對不同類型的細(xì)胞功能障礙均能產(chǎn)生保護作用。如心臟經(jīng)過預(yù)處理后,能減弱缺血產(chǎn)生的功能障礙,減少心律失常及細(xì)胞凋亡的發(fā)生率[15]。短暫的阻塞一條冠狀動脈可以減少隨后長時間鄰近冠狀動脈的壞死,這個作用可能是缺血區(qū)局部信號物質(zhì)滲透到鄰近的組織[16]。體內(nèi)的某些應(yīng)激反應(yīng)也可誘導(dǎo)預(yù)處理。如短暫的心動過速或心臟的容積超負(fù)荷能誘導(dǎo)早期的預(yù)處理[17],短暫的熱休克42℃,15 min能誘導(dǎo)延遲相的保護[18],心肌細(xì)胞暴露到電磁區(qū)也被出示增加對低氧的耐受性[19]。另外,有證據(jù)表明預(yù)處理現(xiàn)象還存在于其它的器官中,如中樞神經(jīng)系統(tǒng)[20]、骨骼肌[21]、肺[22]、肝[23]、腸道[24]和內(nèi)皮細(xì)胞[25]。此外,缺血在其它器官,如在大鼠的腎臟和小腸[26]、兔子的骨骼肌[27],能對心肌產(chǎn)生保護作用,稱為“遠程預(yù)處理”,這種作用可能通過神經(jīng)或體內(nèi)激素所引起[28]。

但由于IPC需要在心肌缺血前進行,而臨床上很難預(yù)測急性心肌缺血的時間,這種不可預(yù)測性使IPC很難直接應(yīng)用于臨床。近年來實驗發(fā)現(xiàn),缺血、高溫、藥物、運動等方法均可作為預(yù)處理手段,誘導(dǎo)缺血耐受的發(fā)生[29]。由于大多數(shù)預(yù)處理手段損傷性較大,不能作為心肌缺血前的預(yù)防措施直接用于臨床,只有運動相對是一種對機體損傷較小,更加安全有效的預(yù)處理手段,力量運動也可以增加心肌缺血耐受性,是一種有效的運動預(yù)處理方式。

2.2缺血預(yù)處理的基本特征

預(yù)處理的典型特征是具有“記憶性”,細(xì)胞能“記住”它們所受到的刺激,對隨后的應(yīng)激刺激更具抵抗力。因而,預(yù)處理產(chǎn)生的保護作用能持續(xù)一定時間(早期相2 h,延遲相24~72 h)。在早期相和延遲相中,由于二者在時間和程度上的不同,產(chǎn)生的保護機制也不同,但由于細(xì)胞的適應(yīng)性,也可能包含共同的過程,這已在實驗中被觀察到,然而,由于誘導(dǎo)刺激的類型和程度不同,產(chǎn)生的保護機制也許出現(xiàn)一些變化。當(dāng)然,預(yù)處理的早期相保護出現(xiàn)早、消失快,與基因轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)合成的關(guān)系不大,而與蛋白質(zhì)間的相互作用、蛋白質(zhì)翻譯后修飾(如磷酸化等)有關(guān)。但有哪些蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用,其網(wǎng)絡(luò)關(guān)系是什么,有哪些蛋白質(zhì)發(fā)生了翻譯后修飾改變、是何種修飾改變、各種修飾蛋白質(zhì)之間存在何種聯(lián)系等等,仍需進一步研究闡明。由于上述變化發(fā)生快、消失快,研究中不容易捕獲這些變化,因此研究的難度很大。力量訓(xùn)練尤其是爆發(fā)力練習(xí)比耐力運動或其它形式的運動更易引起機體心臟受損,因此提前對心血管病人應(yīng)用力量運動預(yù)處理,使心肌細(xì)胞能“記住”它們所受到的力量運動刺激,從而產(chǎn)生耐受性,誘導(dǎo)心肌內(nèi)源性保護作用,提高心肌細(xì)胞對抗力量練習(xí)的能力。

預(yù)處理的另一特征是“全或無”現(xiàn)象,即或者產(chǎn)生預(yù)處理,或者沒有產(chǎn)生[30],這取決于刺激強度。預(yù)處理之所以產(chǎn)生保護作用程度不同,可能是由于雖然每一個細(xì)胞反應(yīng)具有“全或無”現(xiàn)象,而整個器官所表現(xiàn)的保護程度取決于多少個細(xì)胞產(chǎn)生了預(yù)處理保護作用。力量運動方式、強度和時間不同,其預(yù)處理作用的程度肯定是有差異的。當(dāng)力量運動方式是機體非常熟悉且強度較低時,對機體產(chǎn)生的刺激較小,可能很難引起預(yù)處理的保護作用。只有當(dāng)力量運動對機體造成一定的刺激且在其適宜承受的范圍內(nèi),方能出現(xiàn)明顯的心肌缺血預(yù)處理保護作用。因此,并不是所有的力量運動都會產(chǎn)生明顯的預(yù)處理保護作用,它與力量運動方式、運動時間、運動強度等多種因素密切相關(guān),但目前還未見這方面的權(quán)威性研究報道。

2.3缺血預(yù)處理的心肌保護機制

迄今為止已知最強的內(nèi)源性心臟保護現(xiàn)象IPC的機制是通過誘導(dǎo)觸發(fā)因子(triggers)釋放,經(jīng)多條細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo),作用于多種效應(yīng)器,影響氧自由基的產(chǎn)生、鈣超載等I/R損傷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)而發(fā)揮心肌細(xì)胞的保護作用[31]。

在內(nèi)源性保護機制的研究中,通常將IPC過程中釋放、可以觸發(fā)內(nèi)源性細(xì)胞保護的一類物質(zhì)稱為觸發(fā)因子。目前證實IPC的觸發(fā)因子主要包括腺苷、Ach、一氧化氮、兒茶酚胺、血管緊張素Ⅱ、內(nèi)皮素、阿片肽和氧自由基等。上述觸發(fā)因子可以作為配體或直接活化相關(guān)細(xì)胞內(nèi)信號因子而觸發(fā)內(nèi)源性心臟保護機制。其中腺苷通過A1和A3受體、Ach通過M1受體、阿片通過阿片受體介導(dǎo)了內(nèi)源性心臟保護作用。緩激肽通過B2受體、血管緊張素Ⅱ通過AT1受體介導(dǎo)IPC的保護作用;而膜離子通道方面,已經(jīng)證實線粒體ATP敏感鉀(mitochon-drial ATP-sensitive potassium,mitoKATP)通道是IPC內(nèi)源性心臟保護的重要介導(dǎo)和作用靶點。目前認(rèn)為IPC細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑包括磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide-3 kinase,PI3K)、絲裂素活化蛋白激酶(mitogen- activated protein kinases,MAPKs)、蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)、蛋白激酶G(protein kinase G,PKG)、蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)、酪氨酸激酶和JAK/STAT等。

1)PI3K/Akt途徑。

PI3K/Akt通路廣泛存在于細(xì)胞中,活化的Akt進一步磷酸化下游底物而發(fā)揮抗凋亡、促進細(xì)胞存活等生物學(xué)效應(yīng)[32],是介導(dǎo)IPC內(nèi)源性心臟保護的重要細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。已經(jīng)證實,犬在體心臟[33]、大鼠離體灌注心臟、心肌梗死后心肌重塑和腹主動脈狹窄致心肌肥大大鼠心臟[34],PI3K/Akt途徑通過激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitricoxide synthase,eNOS)和核糖體S6蛋白激酶(p70S6K)介導(dǎo)IPC限制I/R后心肌梗死范圍的心臟保護作用;再灌注前5 min給予PI3K阻滯劑wortmannin可以消除IPC限制離體大鼠心臟I/R后心肌梗死范圍的保護作用[35]。

2)MAPKs。

MAPKs是細(xì)胞外信號引起細(xì)胞核反應(yīng)的共同通路。主要包括細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated protein kinases,ERKs)、應(yīng)激活化蛋白激酶(stress-activated proteinkinase,SAPK)和蛋白激酶p38(p38 MAPK)。其中,ERKs介導(dǎo)IPC心臟保護[36],而IPC通過抑制SAPK活化發(fā)揮心臟保護作用[37]。p38 MAPK在IPC中的作用有以下3類報道:(1)IPC激活p38 MAPK介導(dǎo)心臟保護作用;(2)IPC抑制p38 MAPK活化減輕I/R損傷;(3)IPC一過性激活p38 MAPK,但在后續(xù)長期I/R時p38 MAPK活性下降[38]。上述實驗結(jié)果的不一致可能與p38 MAPK亞型有關(guān),p38 MAPK包括α、β、γ、δ4個亞型,其中p38 MAPKα活化引起細(xì)胞死亡,而p38 MAPKβ活化則具有心臟保護作用,IPC可以抑制長期缺氧誘導(dǎo)的p38 MAPKα活化,而IPC激活p38 MAPKβ介導(dǎo)心臟保護。

3)PKC。

PKC共包括3類11個亞型:(1)可以被Ca2+和磷脂激活的經(jīng)典PKCs(PKCα、βI、βII、γ);(2)僅被磷脂激活的新PKCs(PKCδ、ε、η、θ、μ);(3)不被Ca2+和磷脂激活的非典型PKCs(PKCτ、λ、ζ)。目前證實大鼠心臟IPC與PKCα、δ和ε有關(guān),而兔心臟IPC則涉及PKCε和η,IPC中PKC的心臟保護作用是通過對下游蛋白質(zhì)的磷酸化而實現(xiàn)的[39]。

4)其它細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。

與內(nèi)源性心臟保護機制有關(guān)的其它細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑還包括:(1)PKG可能通過PKC使mitoKATP通道開放并抑制線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)開放而介導(dǎo)IPC的心臟保護作用。(2)PKA的活化在IPC過程中有保護作用而在后續(xù)長期缺血中加重?fù)p傷。另外,酪氨酸激酶和JAK/STAT等調(diào)節(jié)也介導(dǎo)了IPC的內(nèi)源性心臟保護。

2.4內(nèi)源性心肌保護的細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)器

1)線粒體。

線粒體在細(xì)胞凋亡過程中起主開關(guān)作用,IPC通過開放mitoKATP通道、抑制mPTP開放,抑制氧自由基產(chǎn)生和鈣超載而發(fā)揮心臟保護作用。值得注意的是,近年來在線粒體與內(nèi)源性心臟保護作用的研究中,帶有caspase富集功能域的凋亡抑制因子(apoptosis re-pressor with a caspase recruitment domain,ARC)的作用開始引起重視,ARC是迄今發(fā)現(xiàn)的、在心臟高度特異且大量表達的唯一抗凋亡蛋白,可通過特異地抑制caspase-2和caspase-8的活性抑制細(xì)胞凋亡[40];另外,ARC可以直接與Fas和帶有死亡結(jié)構(gòu)域的Fas相關(guān)蛋白(Fas-associating protein with a death domain,FADD)結(jié)合,抑制死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合體(death-inducing signaling complex,DISC)的組裝;ARC也可以與促凋亡蛋白Bax的C-末端直接結(jié)合,抑制Bax從胞漿到線粒體的轉(zhuǎn)移,并抑制線粒體釋放細(xì)胞色素C和穩(wěn)定線粒體膜電位的功能。最近證實,HPC誘導(dǎo)ARC表達上調(diào)并減輕缺氧/復(fù)氧所致心肌細(xì)胞凋亡,反義寡核苷酸抑制ARC的表達,消除HPC的上述心肌細(xì)胞保護作用,并證實ARC通過抑制細(xì)胞色素C釋放和caspase-3活化介導(dǎo)HPC的心臟保護作用[41]。

2)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)。

ER是真核細(xì)胞中調(diào)控蛋白質(zhì)折疊、鈣穩(wěn)態(tài)和應(yīng)激反應(yīng)最重要的細(xì)胞器之一,對應(yīng)激刺激非常敏感,多種因素如氧化應(yīng)激、ER內(nèi)Ca2+耗竭、蛋白質(zhì)加工異常、某些蛋白表達過多、營養(yǎng)物質(zhì)/葡萄糖/膽固醇耗竭等均可以導(dǎo)致ER內(nèi)未折疊/錯誤折疊蛋白質(zhì)的聚集和鈣穩(wěn)態(tài)失衡,出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplas-micreticulum stress,ERS)。主要表現(xiàn)為葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白類(glucose-regulated proteins,GRPs)、鈣網(wǎng)蛋白(calreticulin,CRT)、蛋白質(zhì)折疊酶等表達上調(diào)和caspase-12、CHOP/GADD153等促凋亡因子的表達及活化[42]。一定程度的ERS可促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能恢復(fù),長時間嚴(yán)重的ERS則誘導(dǎo)ER相關(guān)性死亡(ER-associated death,ERAD),造成組織損傷。ERS是加重I/R的重要因素。Kin等[43]在沙鼠大腦缺血模型上證實,IPC抑制ERS引起的蛋白合成和細(xì)胞凋亡;IPC誘導(dǎo)ERS分子ORP150表達并保護神經(jīng)元細(xì)胞。研究結(jié)果顯示,HPC可上調(diào)乳鼠心肌細(xì)胞內(nèi)GRP78和CRT表達,抑制caspase-12活化,并減輕后續(xù)長時間缺氧/復(fù)氧所致細(xì)胞凋亡,其機制涉及p38 MAPK/NF-κB途徑[37]。內(nèi)源性心臟保護中ERS的作用及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路值得深入研究。

3)內(nèi)源性保護蛋白。

已經(jīng)證實與內(nèi)源性心臟保護有關(guān)的內(nèi)源性保護性蛋白質(zhì)包括熱休克蛋白、氧自由基清除酶、金屬硫蛋白等[31]。內(nèi)源性蛋白質(zhì)的差異表達或(和)翻譯后修飾是內(nèi)源性心臟保護的重要靶點,Arrell等[44]發(fā)現(xiàn)腺苷預(yù)處理成年兔心肌細(xì)胞使肌球蛋白輕鏈1(myosin light chain 1,MLC1)磷酸化,以單磷酸化形式為主。PKCε是內(nèi)源性心臟保護重要的信號分子,Ping等[39]證實,過表達PKCε小鼠對心臟I/R損傷的耐受力增強,并證實與PKCε心臟保護有關(guān)的應(yīng)激蛋白包括NOS、環(huán)氧化酶、HIF-1α、hemeoxygenase-1、熱休克蛋白、醛糖還原酶等;與PKCε心臟保護有關(guān)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子包括:Src和Lck酪氨酸激酶、p38 MAPK、SAPKs、ERKs、PI3K及其作用底物Akt。同時發(fā)現(xiàn),PKCε介導(dǎo)的心臟保護作用與某些蛋白質(zhì)的翻譯后修飾有關(guān)。有研究證實,HPC誘導(dǎo)乳鼠心肌細(xì)胞內(nèi)18種蛋白質(zhì)表達改變,其中6種表達增高,12種表達降低,質(zhì)譜分析證實HPC誘導(dǎo)肌球蛋白輕鏈3(myosin light chain 3,MLC3)表達下調(diào)、二磷酸核苷激酶(nucleoside diphosphate kinase)和CRT表達上調(diào)[45]。

2.5存在的問題

力量運動的心肌保護作用及應(yīng)用存在多方面的問題。主要表現(xiàn)在:(1)不同強度和不同方式的力量運動引起相對心肌缺血及缺血再灌注心肌損傷的特點、規(guī)律和生物學(xué)機制還缺少相應(yīng)的動物模型及人體實驗研究。(2)力量運動預(yù)處理的早期相保護出現(xiàn)早、消失快,與基因轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)合成的關(guān)系不大,而與蛋白質(zhì)間的相互作用、蛋白質(zhì)翻譯后修飾(如磷酸化等)有關(guān)。但有哪些蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用、其網(wǎng)絡(luò)關(guān)系是什么;有哪些蛋白質(zhì)發(fā)生了翻譯后修飾改變、是何種修飾改變,各種修飾蛋白質(zhì)之間存在何種聯(lián)系等等,仍需進一步研究闡明。由于上述變化發(fā)生快、消失快,研究中不容易捕獲這些變化,因此研究的難度很大。(3)力量運動的心肌保護作用及其分子機制與其他形式的預(yù)處理有何異同、各自對心肌中基因與蛋白質(zhì)表達譜有何影響、有何規(guī)律及差異、還有哪些新基因尚未發(fā)現(xiàn)、這些新基因有何功能、在心肌內(nèi)源性保護中發(fā)揮何種作用等等,亦十分具有吸引力。(4)由于倫理學(xué)上的問題,各種力量運動IPC的臨床應(yīng)用仍存在一定障礙,不便操作,難以推廣[46]。其生理作用是否能與經(jīng)典IPC的心肌保護作用相媲美,實用價值怎樣,運動強度的大小、有效的運動負(fù)荷量范圍如何確定等,均有待進一步評估。

3研究策略

力量運動激發(fā)與扶持機體內(nèi)源性抗損傷能力是缺血心臟保護的有效措施。適宜力量運動可以獲得預(yù)處理心臟保護效應(yīng),為IPC的臨床應(yīng)用提供了新的可能性,并具有良好的應(yīng)用前景。雖然人們對運動預(yù)處理進行了一些研究,但以往的研究多集中在耐力運動對心臟的保護作用及機制方面,盡管取得了一些成果,但其對心肌缺血再灌注損傷的益處還缺少直接證據(jù)。關(guān)于力量訓(xùn)練的內(nèi)源性心肌保護作用及機制的研究信息還不多。力量練習(xí)是一個過程,也是一個系統(tǒng)工程。不僅注重訓(xùn)練的階段性和局部性,還要兼顧長期性與完整性。不同視角和學(xué)科交叉為力量訓(xùn)練科學(xué)化建立了理論基礎(chǔ),加強了聯(lián)系性和系統(tǒng)性,有助于提高訓(xùn)練整體水平。尤其是心血管運動康復(fù)時,我們應(yīng)當(dāng)在科學(xué)方法論的指導(dǎo)下,制定合理的綜合力量運動處方,合理采用不同形式、不同強度、不同時間的力量練習(xí)組合,注意各種力量類型的訓(xùn)練順序以及比重,產(chǎn)生良好的內(nèi)源性心肌保護作用,才可能取得較為理想的力量練習(xí)的效果。

在力量運動內(nèi)源性心臟保護作用研究中,IPC對于再灌注后心律失常和心功能的影響以及老年和病變心臟后處理現(xiàn)象的研究亟待加強。力量訓(xùn)練的IPC保護機制仍是今后研究的熱點,所誘導(dǎo)的機體內(nèi)源性保護體系非常復(fù)雜,涉及多種因素及其相互作用的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò),PI3K的種屬及激活時間特異性、PKC和p38MAPK不同亞型的作用及上述信號途徑的交匯有待深入細(xì)致的研究,而線粒體、肌漿網(wǎng)等亞細(xì)胞器和內(nèi)源性保護蛋白的作用有望成為力量運動IPC機制研究的新熱點;力量訓(xùn)練時間與不同力量練習(xí)方式的研究成果將為內(nèi)源性心臟保護的臨床康復(fù)應(yīng)用提供新途徑,將有力推動內(nèi)源性心臟保護臨床康復(fù)應(yīng)用的進程,使之成為缺血性心臟病防治有效的輔助方法。

2003年,隨著人類基因組計劃(human genomicproject,HGP)測序任務(wù)的提前完成,生物醫(yī)學(xué)已邁進后基因組時代,在這一時期先后出現(xiàn)了蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)(transcriptomics)、代謝組學(xué)(metabolomics),生物信息學(xué)(bioinformatics)、相互作用組學(xué)(interactome)、生物過程(reactome)、系統(tǒng)生物學(xué)(systems biology)等多種新的概念和全新的思維模式,以及轉(zhuǎn)基因與基因敲除動物制備技術(shù),為生物醫(yī)學(xué)研究開拓了新的研究領(lǐng)域,促進了相應(yīng)實驗技術(shù)平臺的飛速發(fā)展[47]。盡管基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)研究以及基因敲除與轉(zhuǎn)基因動物模型的使用推動了心肌內(nèi)源性保護機制的研究,但仍然存在眾多的問題尚未解決。例如:(1)在力量運動IPC早期相,心肌中基因表達變化并不明顯,心肌中蛋白質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的翻譯后修飾及相互作用。在延遲保護相,心肌中基因表達發(fā)生復(fù)雜變化。采用經(jīng)典方法很難全面捕捉上述早期相及延遲相發(fā)生變化的基因或蛋白質(zhì),因此高通量方法應(yīng)成為這種研究策略的主要手段。(2)力量運動中心肌做功多,耗氧量大,因而產(chǎn)生的ROS多,容易發(fā)生氧化應(yīng)激。同時由于心肌中線粒體含量豐富,容易激活凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路而導(dǎo)致心肌損傷。由于上述特點,在長期的進化過程中,心肌細(xì)胞勢必產(chǎn)生強大的抗損傷能力。這種抗損傷能力涉及哪些分子,目前仍不十分清楚。因此利用“組學(xué)”技術(shù),努力尋找具有內(nèi)源性保護作用的新分子,具有重要的理論及應(yīng)用價值。(3)多種“組學(xué)”方法的涌現(xiàn),為心肌損傷與心肌保護的研究提供了新思路。應(yīng)用“組學(xué)”技術(shù)全面了解力量運動時心肌損傷與心肌保護的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,闡明內(nèi)源性保護分子之間的相互關(guān)系及其網(wǎng)絡(luò),是目前尚未解決的問題。

基于力量運動的心肌保護研究領(lǐng)域存在的諸多問題以及后基因組時代各種“組學(xué)”技術(shù)的發(fā)展,心肌保護研究面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇?？刹捎脗鹘y(tǒng)研究方法與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合,對下述問題進行進一步探討:(1)揭示力量運動心肌損傷時蛋白質(zhì)、基因、microRNA表達譜及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的變化,明確其網(wǎng)絡(luò)關(guān)系,促進力量運動心肌損傷的早期干預(yù)及預(yù)防。(2)從分子伴侶角度進一步探討力量運動時HSPs的心肌保護機制,探討能特異性誘導(dǎo)HSPs表達的適宜的力量運動方法,尋找力量運動時心肌中具有內(nèi)源性保護作用的其它新分子。(3)力量運動心肌重塑發(fā)生過程中胚胎心肌基因重新表達的意義與調(diào)控機制及對心肌保護的指導(dǎo)意義。(4)采用轉(zhuǎn)基因及基因敲除技術(shù)深入探討各種力量運動中心肌內(nèi)源性保護蛋白的心肌保護作用及機制。(5)探討不同方式、不同強度、不同訓(xùn)練時間的力量運動的心肌保護作用機制及差異。觀察心肌的不同反應(yīng)及心肌基因和蛋白質(zhì)表達譜、microRNA表達譜的差異及其規(guī)律,并深入開展心肌保護相關(guān)基因的功能研究。

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[編輯:鄭植友]