周多奇,龔 莉,胡 揚,李燕春,衣龍彥

HiHiLo對心功能的影響與ACE基因I/D多態(tài)性的關(guān)聯(lián)研究

周多奇1,龔 莉1,胡 揚2,李燕春2,衣龍彥2

目的:探討低氧訓練對心臟結(jié)構(gòu)與功能的影響及其與中國人群ACE基因I/D多態(tài)性之間的關(guān)聯(lián)性。方法:76名中國北方平原地區(qū)漢族男子進行4周高住高練低訓(HiHi-Lo),方案為每日在低氧環(huán)境(O2濃度為14.5%～14.8%)中休息10 h,每周進行3次75%O2max低氧訓練(O2濃度為15.4%),其余時間在常氧下訓練;HiHiLo前后測定左心室結(jié)構(gòu)與功能相關(guān)指標;PCR分析受試者的ACE基因I/D多態(tài)性。結(jié)果:HiHiLo后心臟結(jié)構(gòu)指標LVM、LVM I、IVSD和PWD都顯著性增加(P<0.05);訓練后安靜時、各種負荷時和恢復時EDV、EF、SV、SV I和E/A顯著性增加(P<0.05),HR、CO、CO I、Vmn和Vp顯著性減小(P<0.05)。HiHiLo前各指標在ACE各基因型間無顯著性差異(P>0.05);除50 W和150 W時HR外,其余心臟結(jié)構(gòu)和功能指標訓練后變化在各組間均未見顯著性差異(P> 0.05)。結(jié)論:HiHiLo能使左心室結(jié)構(gòu)和功能呈現(xiàn)良好的順應性變化;ACE基因型與個體心功能對HiHiLo的敏感性無關(guān)。

ACE基因多態(tài);耐力訓練;左心室結(jié)構(gòu)與功能

1 前言

高住高練低訓(HiHiLo)通過讓運動員居住在低氧環(huán)境下,并在低氧環(huán)境下進行適當較低強度運動和在常氧環(huán)境下進行高強度訓練,從而提高運動員心肺功能,可以彌補HiLo對心肺功能刺激的相對不足[1]。已有少量研究探討高住高練低訓對運動員心功能的效果,發(fā)現(xiàn)HiHiLo可使受試者的左心室產(chǎn)生生理性肥厚,泵功能顯著改善[2-4]。但運動員對HiHiLo的適應存在較大個體差異[14],并且人體對低氧環(huán)境的適應及在低氧環(huán)境下活動能力與相關(guān)低氧反應基因的多態(tài)性有關(guān)[5,12]。同時,研究發(fā)現(xiàn),ACE基因插入/缺失(I/D)多態(tài)性與血漿及細胞中ACE活性有關(guān),由于訓練而導致的個體左心室肥大的適應性改變與ACE基因I/D多態(tài)性有關(guān)[16]。目前,有關(guān)HiHiLo對運動員心功能影響與ACE基因I/D多態(tài)性的關(guān)聯(lián)研究未見報道。本研究通過4周HiHiLo訓練,探討中國北方平原地區(qū)漢族男子ACE基因I/D多態(tài)性與HiHiLo效果的關(guān)聯(lián)性,并從中篩選HiHiLo對左心室結(jié)構(gòu)和功能影響效果的分子標記,以期為我國運動員制定個體特異性的HiHiLo運動方案提供參考。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

選取76名中國北方漢族平原地區(qū)健康男性受試者,來自北京體育大學體育系和運動系,平均年齡21.09± 1.25歲,身高178.12±5.30 cm,體重69.56±9.04 kg。受試者對實驗均知情同意,無低氧環(huán)境居住史。

2.2 低氧訓練方案

HiHiLo方案:低氧睡眠+低氧訓練+常氧專項訓練,共4周,其中,低氧睡眠7d/周,每晚至少10h(晚21∶00～次日晨7∶00),氧濃度為14.8%～14.3%(模擬海拔約2 800～3 000 m);低氧訓練3次/周,方式為常壓低氧環(huán)境(氧氣濃度為15.4%～14.8%,模擬海拔約2 500～2 800 m)蹬功率自行車30 min(60 rpm),以個體75%O2max強度為基礎(chǔ),運動過程中調(diào)節(jié)功率車負荷使受試者SpO2維持在87%～93%。其余時間在常氧環(huán)境下根據(jù)受試者的運動項目進行專項訓練。低氧環(huán)境由國產(chǎn)低氧發(fā)生設(shè)備提供。

2.3 左心室結(jié)構(gòu)和功能的測定

采用Dopp ler超聲心動圖儀分別在HiHiLo前后測定1次。每次測試前受試者至少休息24 h,測試圖像在仰臥、靜息5 min后獲取。測試指標有左心室舒張末內(nèi)徑(EDD)、左心室收縮末內(nèi)徑(ESD)、左心室舒張末后壁厚度(PWD)、舒張末室間隔厚度(IVSD)、左心室心肌重量(LVM)和左心室心肌重量指數(shù)(LVM I)、心率(HR)、每搏輸出量(SV)、每搏輸出量指數(shù)(SI)、心輸出量(CO)、心指數(shù)(CI)、射血分數(shù)(EF)、舒張早期和晚期血流峰值流速比值E/A、左心室流出道血流平均速度(Vmn)和左心室流出道血流峰值流速(Vp)。

SV、EF的測算參照改良Simpson法[7,10]。計算公式如下:CO(L·min-1)=SV×HR;LVM(g)=1.04×[(EDD+ PWD+IVSD)3-EDD3]-14;體表面積(BSA)=0.006×身高(cm)+0.0128×體重(kg)-0.152;CI=CO/BSA;SI =SV/BSA;LVM I=LVM/BSA。

2.4 ACE基因I/D多態(tài)性分析方法

用Promega試劑盒提取全血DNA。引物序列參考Rigat等[18]的方法由上海生工生物工程有限公司合成。上引物:CTG GAG ACC ACT CCATC CTT TCT-3;下引物: GAT GTG GCC ATC ACA TTC GTC A。20μL PCR反應體系包括:10×buffer 2μL,2.5 mM dNTP 2μL,2.5 mM MgCl22μL,上下游引物各1μL(10 pmol),Taq酶1U,模板DNA 1μL。各種藥品均為TAKARA產(chǎn)品。擴增方案是: 1)94℃預變性5 min;2)30個循環(huán):94℃變性40 s,50℃退火40 s,72℃延伸40 s;3)最后72℃延伸5 min。在每次擴增時做一個空白對照。PCR擴增在Gene Amp 2700進行(Perkin Elmer Cetus,Norwalk,CT)。5μL擴增產(chǎn)物上樣, 2%瓊脂糖電泳,100 V電壓,45 min。

2.5 統(tǒng)計處理

采用SPSS 11.5統(tǒng)計軟件處理數(shù)據(jù)。采用X2檢驗分析受試者基因型頻率是否符合H-W平衡定律;K-S檢驗訓練前、后生理指標數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布;各基因型訓練前、后指標的變化采用配對t檢驗;基因型之間訓練前及訓練后變化率的指標差異采用ANOVA的Post Hoc檢驗。所有數(shù)值為±SE,檢驗顯著性水平定為P<0.05。

3 結(jié)果

中國北方平原漢族人群ACE基因分布特征為:II(33人,43.4%)、ID(37人,48.7%)和DD(6人,7.9%)。3種基因型分布經(jīng)卡方檢驗(X2=0.993,P>0.05)符合Hardy-weinberg遺傳平衡定律,具有群體代表性。

3.1 HiHiLo對心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響

HiHiLo后心臟結(jié)構(gòu)顯著改善,心肌質(zhì)量LVM和心肌質(zhì)量指數(shù)LVM I極顯著增加(P<0.01),室間隔厚度IVSD和室壁厚度PWD都顯著增加(P<0.05);ESD和EDD雖有增加,但未達到顯著性(P>0.05,表1)。

表1 HiHiLo前、后的心臟結(jié)構(gòu)指標一覽表Table 1 Parameters of Cardiac Structure beforeand after the HiHiLo

表2顯示,訓練后安靜時EDV、EF、SV和SV I顯著性增加(P<0.05);HR、CO、COI、E和A顯著性減小(P< 0.05)。訓練后定量負荷運動時EDV、EF、SV、SV I和E/A顯著性增加(P<0.05);HR、CO、COI、E、A、Vmn和Vp顯著性減小(P<0.05)。訓練后恢復時EDV、SV、SV I和E/ A顯著性增加(P<0.05);HR、CO、COI、E、A、Vmn和Vp顯著性減小(P<0.05);EF雖有增加,但不顯著。

表2 HiHiLo前、后各種負荷狀態(tài)下的心臟功能指標一覽表Table 2 Parameters of Cardiac Function at Different Loads beforeand after the HiHiLo

3.2 HiHiLo對心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響與ACE基因I/D多態(tài)性的關(guān)系

以基因型分組,訓練前心臟結(jié)構(gòu)和功能在各組間沒有顯著性差異(P>0.05)。訓練后各組心臟結(jié)構(gòu)指標變化率沒有顯著性差異(P>0.05);訓練后心功能除50W時HR、150W時HR變化率在基因型間有顯著性差異外,其余各指標在各組間均未見顯著性差異(P>0.05,表略)。

4 分析與討論

4.1 HiHiLo對心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響

本研究發(fā)現(xiàn),4周的HiHiLo使左心室結(jié)構(gòu)有明顯變化,LVM、LVM I、IVSD和PWD的顯著增加說明心肌肥厚,重量增加。訓練后安靜時EDV、EF、SV和SV I顯著性增加(P<0.05);HR、CO、和COI顯著性減小。EDV增加,說明心臟舒張充分;作為心臟工作效率標志的SV、EF和FS,其增大反映左心室收縮能力增強,出現(xiàn)了功能順應性變化。訓練后CO和CO I顯著性減小,表明血液運輸氧和肌肉利用氧的能力增強,心肌出現(xiàn)了節(jié)省化;HR的減小是因為CO的減小和EF、SV的增大所致,也說明左心功能增強。這與一些研究結(jié)果相一致。李俊濤等對7名國家女子中長跑運動員進行4周的高HiHiLo后發(fā)現(xiàn),LVM、LVM I、IVSD和PWD在訓練后均顯著增加[4]。吉洪書等對48名受試者進行4周的HiHiLo,結(jié)果發(fā)現(xiàn),訓練后受試者的LVM和LVM I分別增加了2.87%(P=0.009)和3.59% (P=0.002);SV和SV I分別增加了1.99%(P=0.001)和2.71%(P=0.000),受試者的左心室除產(chǎn)生了生理性肥厚外,其泵功能也顯著改善心肌耗能趨向節(jié)約化[2]。

本研究同時發(fā)現(xiàn),訓練后定量負荷運動時EDV、EF、SV、SV I和E/A顯著性增加。EF、SV、SV I增加,說明左心收縮能力增強;EDV和E/A增加,說明心臟舒張功能增強,E/A是判定左心室舒張功能的綜合指標,表明左心室舒張主動松弛和被動充盈二者維持較好的平衡,反映出受試者左心室的舒張功能的順應性變化。訓練后定量負荷運動時CO、CO I、E、A、Vmn和Vp顯著性減小,說明個體在完成相同負荷工作時心臟出現(xiàn)機能節(jié)省化。訓練后恢復時EDV、SV、SV I和E/A顯著性增加,HR、CO、CO I、E、A、Vmn和Vp顯著性減小,表明訓練后個體心臟的收縮和舒張功能恢復變快。吉洪書等[3]對48名受試者進行Hi-HiLo,訓練測量受試者心臟在遞增負荷全過程中的心功能指標。結(jié)果發(fā)現(xiàn),4周HiHiLo后受試者SV、SV I從安靜到遞增負荷運動,再到恢復的全過程中均有顯著增加,但CO、COI、HR和ESV從安靜到遞增負荷運動,再到恢復的全過程中均顯著減少。筆者認為,4周HiHiLo后受試者的左心室泵功能在遞增負荷全過程中均有顯著改善,與我們的研究結(jié)果相似。

心臟重量增加的一種解釋是可能發(fā)生了心肌肥大。心肌肥大可能原因,一是分子生物學機制,初始應答基因(原癌基因等)和次級應答基因(心肌收縮蛋白基因M HC等)在轉(zhuǎn)錄水平的表達,最終發(fā)生心臟結(jié)構(gòu)與功能的重塑[19]。研究發(fā)現(xiàn),心臟后負荷的刺激能夠促進心肌細胞發(fā)生肥大[6]。心臟重量增加的另一原因,可能是心肌組織中毛細血管密度增加,導致心肌組織中血液充盈。鄭瀾等研究發(fā)現(xiàn),低氧及運動使心肌、骨骼肌組織中微血管密度增加,低氧訓練對心肌組織微血管的影響優(yōu)于常氧訓練[11]。Vogt等發(fā)現(xiàn),低氧可以導致HIF-1亞基mRNA表達上調(diào),能活化VEGF基因的轉(zhuǎn)錄和增強VEGF mRNA的穩(wěn)定性,促進血管新生,使毛細血管的密度增加,利于組織氧和營養(yǎng)成份的供給[15,20]。

4.2 HiHiLo對心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響與ACE基因I/D多態(tài)性的關(guān)系

圖1 RAS系統(tǒng)生理作用示意圖(引自Woods,2001)[21]Figure.1 The Physiological Functions of Renin-angiotensin System (RAS,cited f rom Woods,2001)[21]

ACE基因I/D多態(tài)位于16號內(nèi)含子,I等位基因與較低的血清和組織ACE活性密切相關(guān),較低的ACE一方面,通過調(diào)節(jié)緩激肽,調(diào)節(jié)血管緊張度,減少心臟后負荷,提高心輸出量;提高骨骼肌和心肌對葡萄糖和氨基酸吸收,加強能量儲存和利用;促進毛細血管等組織增生;另一方面,減少血管緊張素II的生成,調(diào)節(jié)激素和水鹽平衡,從而提高機體在低氧環(huán)境下的有氧工作能力(圖1)[21]。Montgomery等研究發(fā)現(xiàn),由于軍訓而導致個體左心室肥大的適應性改變與ACE基因I/D多態(tài)關(guān)聯(lián)[17];同時研究發(fā)現(xiàn),ACE I基因型個體有利于保持低氧條件下高水平的動脈血氧飽和度[13,22],推測低氧對心功能的影響可能與ACE基因型有關(guān)。本研究首次探討HiHiLo對心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響與中國人群ACE基因I/D多態(tài)性的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)除50W和150W時HR變化率外,其余訓練后心臟結(jié)構(gòu)和功能指標均未見在基因型間有顯著性差異,說明ACE基因I/D多態(tài)性與HiHiLo對心功能的影響可能不相關(guān)。這也許與種族、地域有關(guān),席翼等研究發(fā)現(xiàn),中國北方漢族人群ACE基因I/D多態(tài)性與歐美人群有極顯著差異,II純合型較高[8];楊賢罡等的研究也有相似的結(jié)論[9]。由于相關(guān)研究較少,相關(guān)機制還有待進一步研究。

5 結(jié)論

1.4周HiHiLo使室壁和間隔增厚,重量增加,心肌肥厚;使安靜和各種定量負荷時左心室收縮和舒張功能增加,定量負荷時出現(xiàn)節(jié)省化,恢復加快,提示HiHiLo使遞增負荷下左心室結(jié)構(gòu)與功能呈現(xiàn)良好的順應性變化。

2.HiHiLo對心臟結(jié)構(gòu)與功能的影響可能與ACE基因I/D多態(tài)性不相關(guān)。

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Association between ACE Gene I/D Polymorphism and the Effects of L iving High-Exercise High-Training Low on the Cardiac Functions

ZHOU Duo-qi1,GONG Li1,HU Yang2,L I Yan-chun2,YILong-yan2

To exp lo re the association between Insertion/Deletion po lymo rphism of the angio tensin converting enzyme(ACE)gene and the effects of living high-exercise high-training Low (HiHiLo)on the cardiac structure and functions.76 healthy men of Han nationality in no rthern China underwent HiHiLo training fo r 4 weeks.Training p rogram was as follow s:exposure in hypoxic environment(14.5%～14.8%O2,10 h/day),three times hypoxic training per w eek(15.4%O2),and training at sea level.The structure and function of left ventricle w ere measured befo re and after the p rotocol,and the ACE gene I/D polymo rphism was detected by PCR.The findings indicated that LVM,LVM I,IVSD and PWD all increased significantly after training(P<0.05).The EDV,EF,SV,SV I and E/A were increased significantly at rest,all loads and recovery after training(P<0.05),but the HR,CO,CO I,Vmn and Vp w ere decreased significantly at rest,all loads and recovery after training(P<0.05).No significant differences were in all baseline index befo re HiHiLo among groups,and no significant differences were observed in other index after HiHiLo among groups excep t HR at 50 W load and 150 W load(P<0.01).The p resent study suggested that the structure and function of left ventricle were imp roved through HiHiLo.No association exists between ACE gene I/D polymo rphism and individual cardiac contracted functions response to HiHiLo.

ACE gene polym orphism;endurance training;structure and function of lef t ventric le

G804.7

A

1000-677X(2011)11-0052-04

2011-05-06;

2011-10-10

國家自然科學基金(30470834/C030314)和安徽省教育廳自然科學基金(KJ2008B94ZC)共同資助。

周多奇(1977-),男,安徽定遠人,副教授,碩士,研究方向為運動分子生物學和低氧訓練,Tel:(0556)5300054 (8008),E-mail:duoqizhou@163.com;胡揚(1958-),男,江蘇揚州人,教授,博士研究生導師,研究方向為運動分子生物學和低氧訓練,Tel:(010)62989208,E-mail: hyyr1@163.com。

1.安慶師范學院,安徽安慶246011;2.北京體育大學,北京100084

1.Anqing Teachers College,Anqing 246011,China; 2.Beijing Spo rt University,Beijing 100084,China.