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缺血预适应(ischemic preconditioning,IP)是指反复多次短暂缺血能够使心脏的缺血损伤程度在随后一段持续性缺血时间内降低,并延长缺血心肌细胞发生致死性损伤的时间。引起这种预适应的方法很多,运动依靠其简单易行的优势成为研究预适应的热点,其引起的预适应被称为运动预适应(exercise preconditioning,EP),可以产生IP样保护作用。按运动周期来分,EP可分为短期运动预适应与长期运动预适应,且不同期限的运动预适应对心脏产生的保护程度不同,长期运动预适应和短期运动预适应相比,前者对心脏的保护作用更加显著。目前关于运动预适应对心脏起保护效应的研究中,较少运用于力竭运动模型中,更未在力竭运动中从炎性体角度进行相关论证,这有待于我们进一步研究。力竭运动是指在机体疲劳的情况下,使其继续保持运动,直至完全不能运动。急性力竭运动致心肌损伤已得到诸多证明,但并未从如何减轻心脏损伤的角度进行研究,在分析心肌损伤机制方面,也较少从炎症方面予以阐述,相关分子机制仍需进一步证明。本实验通过建立大鼠运动预适应模型与急性游泳力竭运动模型,从炎性体角度出发,观察运动预适应是否可减轻力竭运动所致的心肌损伤。NLRP3炎性体是人体固有免疫的重要组成部分,负责感受机体的组织损伤、压力、入侵的病原体等危险信号并使机体产生有效的适应性免疫应答,为保护机体发挥着至关重要的作用。既往研究表明NLRP3炎性体在心肌缺血性损伤,如心肌缺血再灌注(IR)、冠脉搭桥、心脏移植中通过激活下游炎症因子,以IL-1β(Interleukin 1 beta)及IL-18(Interleukin 18)为主,引发炎症反应而加重心肌损伤,且它的各组成部分NLRP3、ASC、Caspase-1均参与其中,但目前关于NLRP3炎性体在力竭运动致心肌损伤中的相关研究甚少。本研究从不同运动预适应调控力竭运动大鼠NLRP3炎性体信号通路保护心肌的机制展开研究。将60只SD大鼠按随机数字表法分为正常对照组(Control group,C组)、无运动预适应力竭组(exhausive exercise group,EE组)、3天运动预适应+力竭运动组(3 days exercise preconditioning plus exhausive exercise group,3d EP+EE组)和3周运动预适应+力竭运动组(3weeks exercise preconditioning plus exhausive exercise group,3w EP+EE组)。C组和EE组均不运动,但EE组于3周后的最后一天行一次力竭游泳运动;3d EP+EE组和3w EP+EE组按照每天游泳60分钟(游泳15分钟、休息5分钟,重复3次),每周运动6天的标准分别训练3天、3周。用光镜及电镜对大鼠心肌组织进行病理学观察,酶联免疫吸附法(ELISA)检测血清IL-1β、IL-18、IL-6、hs-CRP、CK-MB、BNP含量,蛋白质免疫印迹法(Western Blot)检测心肌NLRP3、Caspase-1蛋白表达,运用相关性分析血清IL-1β、IL-18、IL-6、hs-CRP、BNP、CK-MB之间的关系及它们与NLRP3、Caspase-1蛋白的关系。1.大鼠急性力竭运动后,光镜结果显示:C组大鼠心肌染色均匀、心肌纤维形态结构正常、排列整齐,无间质水肿、肌膜破损及心肌细胞肿胀;EE组大鼠心肌染色明显不均,大量心肌纤维断裂、排列无序,间质纤维中度增生、水肿,大量心肌细胞肿胀坏死;3d EP+EE组和3w EP+EE组心肌染色较均匀,断裂的心肌纤维及水胀坏死的心肌细胞较少;3w EP+EE组改善最为明显。2.大鼠急性力竭运动后,电镜结果显示:C组线粒体数量和形体正常,肌纤维无水肿,肌节清晰、规则,线粒体丰富,分布于肌原纤维之间,完整无损,无肿胀、变形等。EE组心肌组织出现缺血缺氧损伤的病理改变:线粒体基质电子密度增加,部分线粒体重度水肿,核端基质内线粒体部分嵴和少部分膜融合、模糊不清并且嵴有断裂,心肌排列不整齐,肌纤维明显增粗,肌节不完整、紊乱。3d EP+EE组和3w EP+EE组虽也出现损伤性改变,线粒体部分嵴和膜仍有融合,模糊不清,但程度较EE组为轻,且3d EP+EE组线粒体水肿程度及肌节紊乱程度明显减轻;3w EP+EE组改善最明显,线粒体无水肿、肌节无紊乱。3.不同运动预适应对力竭运动大鼠血清CK-MB含量的影响:与C组相比,EE组、3d EP+EE组、3w EP+EE组血清CK-MB含量明显增加,存在显著性差异(P<0.01);EE组与3d EP+EE组、3w EP+EE组相比,存在显著统计学意义(P<0.01);3d EP+EE组与3w EP+EE组相比,存在显著统计学意义(P<0.01)。4.不同运动预适应对力竭运动大鼠血清BNP含量的影响:与C组相比,EE组、3d EP+EE组BNP含量明显增加,存在显著统计学意义(P<0.01);EE组与3d EP+EE组、3w EP+EE组相比,存在显著统计学意义(P<0.01)。5.不同运动预适应对力竭运动大鼠血清IL-1β、IL-18、IL-6、hs-CRP含量的影响:与C组相比,EE组、3d EP+EE组、3w EP+EE组血清IL-1β、IL-18、hs-CRP含量均明显升高,存在显著性差异(P<0.01);EE组与3d EP+EE组、3w EP+EE组相比,存在显著统计学意义(P<0.01);3d EP+EE组与3w EP+EE组相比,存在显著统计学意义(P<0.01)。与C组相比,EE组、3d EP+EE组血清IL-6含量明显升高,存在显著统计学意义(P<0.01);EE组与3d EP+EE组、3w EP+EE组相比,存在显著统计学意义(P<0.01);3d EP+EE组与3w EP+EE组相比,存在显著统计学意义(P<0.01)。6.不同运动预适应对力竭运动大鼠心肌NLRP3、Caspase-1蛋白表达变化的影响:与C组相比,EE组、3d EP+EE组与3w EP+EE组NLRP3、Caspase-1蛋白表达显著升高(P<0.01)。与EE组相比,3d EP+EE组与3w EP+EE组NLRP3、Caspase-1蛋白表达显著降低(P<0.01),3w EP+EE组NLRP3、Caspase-1蛋白表达降低最为明显(P<0.01)。7.血清IL-1β、IL-18、IL-6、hs-CRP、BNP、CK-MB含量与心肌NLRP3、Caspase-1蛋白表达的相关性:血清IL-1β、IL-18、IL-6、hs-CRP、BNP、CK-MB含量与心肌NLRP3蛋白、Caspase-1蛋白表达存在正相关(P<0.01);同时,NLRP3与Caspase-1蛋白表达存在高度正相关(P<0.01);血清IL-1β、IL-18、IL-6、hs-CRP、BNP、CK-MB之间亦存在正相关(P<0.01)。综上所述,力竭运动导致心肌损伤,运动预适应可减轻力竭运动造成的心肌损伤,以长期运动预适应对心脏的保护作用更明显;力竭运动后炎性因子参与了心肌损伤,NLRP3炎性体与心肌损伤有着密切关系;运动预适应保护力竭运动大鼠心肌机制可能与运动预适应调控NLRP3炎性体信号通路表达、降低炎性反应有关。