大鼠运动力竭后肠系膜毛细血管血流动力学变化的研究
作者：李发琪 杨瑞芳 蒋稼欢 吴云鹏
单位：李发琪 杨瑞芳 蒋稼欢 吴云鹏(重庆大学生物工程研究院国家教委生物力学及生物流变学开放研究实验室 400044)
关键词：运动力竭；肠系膜；毛细血管；血流动力学
中国运动医学杂志990111 提要 提要 以当代微循环理论和血液流变学理论为基础，运用当代微循环研究方法，走出离体研究的缺陷。采用显微电视录像和图像处理技术，观察并测量了运动力竭后大鼠肠系膜毛细血管血流动力学的变化。结果发现：力竭性运动引发微循环障碍，使毛细血管收缩，红细胞流速降低，血流量减少，血浆层厚度减小，红细胞变形性降低，毛细血管红细胞压积升高。说明力竭性运动会导致微循环灌流异常和物质交换障碍。从微循环的角度为探讨运动疲劳机理提供了实验依据。
Investigation on Change in Hemodynamic of Mesenteric
, http://www.100md.com
Capillary in Rats After Exhaustive Exercise
Li Faqi,Yang Ruifang,Jian Jiahuan,Wu Yunpeng
Bioengineering Research Institute of Chongqing University
The Open lab on Biomechanics & Bioheologry Under the Education
Ministry,Chongqing 400044
According to microcirculatory and hemorheology,the hemodynamical change in rats' mesenteric capillary after their exhaustive swimming were studied by using microcope TV video and image processing technique.The experimental results showed that the capillaries were constricted,RBCs velocity,blood flow rate,thickness of plasma layer and RBCs deformation decreased,but the hematocrit of the capillary increased after exhaustive swimming.It is suggested that exhaustive exercise resulted in the abnormal microcirculatory perfusion and the disturbance of the mass-transport.The studies of microcirculation affected by exhaustive exercise could provide some experimental data for further discussing the mechanism of exercise-induced fatigue.
, 百拇医药
Key words:Exhaustive exercise;Mesentery,Capillary,Hemodynamic
1982年在第5届国际运动生化会议上，运动性疲劳(Exercise_induced fatigue)被定义为：机体生理过程不能持续其机能在特定水平上或机能不能维持预定的运动强度[1]。运动性疲劳是运动生理学和运动医学的核心问题。目前，对运动性疲劳发生机制的研究仍是运动生理学和运动医学的热点课题。我们已经知道运动性疲劳后血液生理生化学发生了改变。近十年来，随着血液流变学研究取得较大的进展，运动尤其大强度力竭性运动对血液流变特性特别是红细胞流变性影响的研究已取得了很多成果。已有研究表明：运动疲劳将使血液生化组份和血液流变特性异常改变[2，3，10]。由于血液流变特性特别是红细胞流变特性是循环及微循环灌注的重要决定因素，而血液微循环是人体血液循环的中心环节和基本功能单位，是血液与组织进行物质交换的场所，红细胞在血液微循环中担负着供给O2和带走CO2的任务，这种生理功能是红细胞在毛细血管内流动及变形条件下完成的[4]，因此研究力竭性运动后微循环特别是毛细血管中的血流动力学改变，对于深入了解运动性疲劳的发生机制以及如何对疲劳进行防护和恢复都具有重要意义。本文通过对运动力竭后大鼠肠系膜毛细血管中的血流状态、血液的流变特性以及红细胞的流变性变化的研究，从微循环角度为揭示运动性疲劳的发生机制提供实验依据和理论指导。
, http://www.100md.com
1 材料与方法
1.1 实验动物
雄性Wistar大鼠20只，体重125.60±8.74g，随机抽样分为正常对照组和运动力竭组，每组10只。由重庆医科大学动物实验中心提供。
1.2 大鼠运动力竭模型[5]
本研究采取的动物运动方式是游泳。水池采用长60cm、宽50cm、高65cm、壁面光滑的水箱。为使大鼠尾巴不能撑在池底休息，水深大于50cm。水温33～37℃。为保证运动强度，缩短游泳时间，通常采用负重游泳的方法，负重量为大鼠体重的2%。判断运动力竭的指标是：在游泳后期，大鼠在水面下停留时间逐渐延长，当在水面下停留时间达10秒钟时，视为力竭。大鼠最长游泳时间因个体差异而不一致，与大鼠体重成负相关。
1.3 肠系膜微循环的实验观察[6]
, 百拇医药
实验系统主要有：恒温系统、光学显微镜、显微电视录像系统。实验方法是：首先启动恒温箱电源预热，使箱内温度维持在38.0±0.5℃。对大鼠用3%戊巴比妥钠(1ml/kg)作腹腔麻醉后仰位固定于手术板上，于右侧腹壁作一长约2cm的切口，用小镊子(镊子尖端套上橡皮管，以免夹伤肠壁)轻轻拉出一段小肠，选择距大肠(盲肠)8cm左右处肠袢作为观测区域。然后轻轻将大鼠放在固定于显微镜载物台上的自制观测底板上，并将腹部切口放在滴有37℃生理盐水的观测底板旁，把小肠轻轻地放在观测盒的凹槽内，将肠系膜均匀地铺平。在观测过程中不断向肠系膜上滴加37℃的林格氏液。选择能清晰看到红细胞单个通过的毛细血管进行观察录像。正常对照组和运动力竭后即刻观察组实验所用时间以30分钟为宜。
1.4 定量测量肠系膜毛细血管血流动力学参数[7]
运用计算机图象处理系统，回放分析(online)实验录像，定量测量肠系膜毛细血管(10μm以下)血管管径、管内红细胞流速、红细胞长短轴、单位时间通过毛细血管固定截面的红细胞个数的变化，进而分析计算管内红细胞变形性、管内血球压积、血流量及血浆层的变化。
, 百拇医药
2 结果
大鼠运动力竭前后肠系膜毛细血管血流动力学的变化结果表明，正常对照组毛细血管管径为7.82±1.894μm，红细胞变形指数为2.86±0.597，而运动力竭后毛细血管管径为5.70±0.533μm，红细胞变形指数减小为1.93±0.299，与正常状态相比有统计学意义(p<0.05)；正常对照组红细胞流速为0.19±0.025mm/s，血流量为(8.26±3.337)E-6μl/s，血浆层厚度为2.22±0.818μm，管红细胞压积为0.0659±0.01068，而运动力竭后红细胞流速降为0.06±0.028mm/s，血流量减为(1.43±0.999)E-6μl/s，管红细胞压积升为0.1833±0.03938，血浆层厚度降为0.90±0.299μm，与正常状态相比，差别显著(p<0.01)。
3 讨论
力竭性运动能引起机体内一些激素和神经介质等分泌水平发生改变，这种改变必将引起微循环神经性调节和体液性调节异常，引起能量物质大量消耗，从而使血液中各种生化成份发生改变，血糖下降，血乳酸堆积，血PH值下降等[2，3，10]，打破了人体各组织、器官的内平衡，使微血管所处环境发生改变，引起微循环代谢性调节异常，如血管紧张素增加。这些调节异常使得毛细血管前括约肌收缩，进而毛细血管收缩，管径减小，导致交换面积减小；血浆层厚度减小引起红细胞流动阻力增大，红细胞流速降低、血流量减少，导致交换速度的减小，进而引起微循环物质交换障碍。
, http://www.100md.com
文献报道：大负荷力竭性运动能引起血液流变性和细胞流变性的改变。如马拉松跑[8]、100公里跑[9]以及极限强度的运动负荷后[2，10]红细胞变形性降低，并持续1小时以上。本研究结果也表明：力竭性运动使毛细血管中红细胞变形性降低，这说明运动力竭后红细胞刚性化，不仅在宏观血流中，而且在微循环特别是毛细血管中都会反映出来。红细胞变形性的改变，直接决定着心脏负荷、组织供氧、脑血流量等，决定着正常的微循环灌注。从生理学观点来看，循环的最重要功能是通过毛细血管中红细胞的流动来实现的，而运动力竭时红细胞的刚性化将直接增加毛细血管灌注阻力，引发微循环障碍。当硬化的红细胞在通过肝、脾窦时极易被破坏而发生溶血，产生运动后血尿，当造血机能不能代偿红细胞的损失时，则会出现运动性贫血。
J S Lee研究认为大强度极限运动后主动脉血球压积高于正常值。它与大强度极限运动时循环系统中血浆丢失有关[11]。因为运动过程中，体液减少和无机盐丢失，造成血浆量减少。而本研究发现运动力竭后毛细血管红细胞压积升高，这与红细胞流速减慢，血流量减少有关，也是体液减少、无机盐丢失的最直接反应，这些改变可能是微循环系统为保护机体免于衰竭，而出现的一种反应方式，提示疲劳的发生。
, 百拇医药
4 参考文献
[1]Davies CTM,Mcdonogh MJN.Central and peripheral mechanisms of muscle fatigue in Science and sporting performance:management or manipulation,Davies B and Thomas G(Eds). Oxford:Clarendon press,1982;1～50.
[2]卢晓等.运动性疲劳血液流变学研究及快速消除初探.中国运动医学杂志.1993，12(3)：186
[3]秦廷武.大鼠运动力竭后多形核中性粒细胞流变特性研究.重庆大学学位论文.1996，10～17
[4]田牛.微循环障碍与相关疾病.河南科学技术出版社.1985，1～3
, http://www.100md.com
[5]李玉琳.运动生理学的动物实验.中国运动医学杂志.1986，5(1)：40
[6]田牛等.微循环方法学.原子能出版社.1993，230～241
[7]李发琪等.运用计算机图像处理系统定量测量微循环毛细血管管红细胞压积.第8次全国生物物理学术会议论文摘要.1998年5月成都，p440
[8]Galea G,et al.Hemorrheology of marathon running.Int J Sport Med,1985,6:136
[9]Reinhart WH,et al.Impaired red cell filterability with elimination of old red blood cells during a 100-Km race.J Appl Physiol.1983,54:827.
[10]李可基等.运动负荷中红细胞流变特性的初步研究.中国运动医学杂志.1989，8(1)：1
[11]JS Lee. Microvascular volume changes induced by exercise,heat exposure,or endotoxin injection.Am. J. Physiol. 1994,H1142.
(1998.06.08收稿), 百拇医药
单位：李发琪 杨瑞芳 蒋稼欢 吴云鹏(重庆大学生物工程研究院国家教委生物力学及生物流变学开放研究实验室 400044)
关键词：运动力竭；肠系膜；毛细血管；血流动力学
中国运动医学杂志990111 提要 提要 以当代微循环理论和血液流变学理论为基础，运用当代微循环研究方法，走出离体研究的缺陷。采用显微电视录像和图像处理技术，观察并测量了运动力竭后大鼠肠系膜毛细血管血流动力学的变化。结果发现：力竭性运动引发微循环障碍，使毛细血管收缩，红细胞流速降低，血流量减少，血浆层厚度减小，红细胞变形性降低，毛细血管红细胞压积升高。说明力竭性运动会导致微循环灌流异常和物质交换障碍。从微循环的角度为探讨运动疲劳机理提供了实验依据。
Investigation on Change in Hemodynamic of Mesenteric
, http://www.100md.com
Capillary in Rats After Exhaustive Exercise
Li Faqi,Yang Ruifang,Jian Jiahuan,Wu Yunpeng
Bioengineering Research Institute of Chongqing University
The Open lab on Biomechanics & Bioheologry Under the Education
Ministry,Chongqing 400044
According to microcirculatory and hemorheology,the hemodynamical change in rats' mesenteric capillary after their exhaustive swimming were studied by using microcope TV video and image processing technique.The experimental results showed that the capillaries were constricted,RBCs velocity,blood flow rate,thickness of plasma layer and RBCs deformation decreased,but the hematocrit of the capillary increased after exhaustive swimming.It is suggested that exhaustive exercise resulted in the abnormal microcirculatory perfusion and the disturbance of the mass-transport.The studies of microcirculation affected by exhaustive exercise could provide some experimental data for further discussing the mechanism of exercise-induced fatigue.
, 百拇医药
Key words:Exhaustive exercise;Mesentery,Capillary,Hemodynamic
1982年在第5届国际运动生化会议上，运动性疲劳(Exercise_induced fatigue)被定义为：机体生理过程不能持续其机能在特定水平上或机能不能维持预定的运动强度[1]。运动性疲劳是运动生理学和运动医学的核心问题。目前，对运动性疲劳发生机制的研究仍是运动生理学和运动医学的热点课题。我们已经知道运动性疲劳后血液生理生化学发生了改变。近十年来，随着血液流变学研究取得较大的进展，运动尤其大强度力竭性运动对血液流变特性特别是红细胞流变性影响的研究已取得了很多成果。已有研究表明：运动疲劳将使血液生化组份和血液流变特性异常改变[2，3，10]。由于血液流变特性特别是红细胞流变特性是循环及微循环灌注的重要决定因素，而血液微循环是人体血液循环的中心环节和基本功能单位，是血液与组织进行物质交换的场所，红细胞在血液微循环中担负着供给O2和带走CO2的任务，这种生理功能是红细胞在毛细血管内流动及变形条件下完成的[4]，因此研究力竭性运动后微循环特别是毛细血管中的血流动力学改变，对于深入了解运动性疲劳的发生机制以及如何对疲劳进行防护和恢复都具有重要意义。本文通过对运动力竭后大鼠肠系膜毛细血管中的血流状态、血液的流变特性以及红细胞的流变性变化的研究，从微循环角度为揭示运动性疲劳的发生机制提供实验依据和理论指导。
, http://www.100md.com
1 材料与方法
1.1 实验动物
雄性Wistar大鼠20只，体重125.60±8.74g，随机抽样分为正常对照组和运动力竭组，每组10只。由重庆医科大学动物实验中心提供。
1.2 大鼠运动力竭模型[5]
本研究采取的动物运动方式是游泳。水池采用长60cm、宽50cm、高65cm、壁面光滑的水箱。为使大鼠尾巴不能撑在池底休息，水深大于50cm。水温33～37℃。为保证运动强度，缩短游泳时间，通常采用负重游泳的方法，负重量为大鼠体重的2%。判断运动力竭的指标是：在游泳后期，大鼠在水面下停留时间逐渐延长，当在水面下停留时间达10秒钟时，视为力竭。大鼠最长游泳时间因个体差异而不一致，与大鼠体重成负相关。
1.3 肠系膜微循环的实验观察[6]
, 百拇医药
实验系统主要有：恒温系统、光学显微镜、显微电视录像系统。实验方法是：首先启动恒温箱电源预热，使箱内温度维持在38.0±0.5℃。对大鼠用3%戊巴比妥钠(1ml/kg)作腹腔麻醉后仰位固定于手术板上，于右侧腹壁作一长约2cm的切口，用小镊子(镊子尖端套上橡皮管，以免夹伤肠壁)轻轻拉出一段小肠，选择距大肠(盲肠)8cm左右处肠袢作为观测区域。然后轻轻将大鼠放在固定于显微镜载物台上的自制观测底板上，并将腹部切口放在滴有37℃生理盐水的观测底板旁，把小肠轻轻地放在观测盒的凹槽内，将肠系膜均匀地铺平。在观测过程中不断向肠系膜上滴加37℃的林格氏液。选择能清晰看到红细胞单个通过的毛细血管进行观察录像。正常对照组和运动力竭后即刻观察组实验所用时间以30分钟为宜。
1.4 定量测量肠系膜毛细血管血流动力学参数[7]
运用计算机图象处理系统，回放分析(online)实验录像，定量测量肠系膜毛细血管(10μm以下)血管管径、管内红细胞流速、红细胞长短轴、单位时间通过毛细血管固定截面的红细胞个数的变化，进而分析计算管内红细胞变形性、管内血球压积、血流量及血浆层的变化。
, 百拇医药
2 结果
大鼠运动力竭前后肠系膜毛细血管血流动力学的变化结果表明，正常对照组毛细血管管径为7.82±1.894μm，红细胞变形指数为2.86±0.597，而运动力竭后毛细血管管径为5.70±0.533μm，红细胞变形指数减小为1.93±0.299，与正常状态相比有统计学意义(p<0.05)；正常对照组红细胞流速为0.19±0.025mm/s，血流量为(8.26±3.337)E-6μl/s，血浆层厚度为2.22±0.818μm，管红细胞压积为0.0659±0.01068，而运动力竭后红细胞流速降为0.06±0.028mm/s，血流量减为(1.43±0.999)E-6μl/s，管红细胞压积升为0.1833±0.03938，血浆层厚度降为0.90±0.299μm，与正常状态相比，差别显著(p<0.01)。
3 讨论
力竭性运动能引起机体内一些激素和神经介质等分泌水平发生改变，这种改变必将引起微循环神经性调节和体液性调节异常，引起能量物质大量消耗，从而使血液中各种生化成份发生改变，血糖下降，血乳酸堆积，血PH值下降等[2，3，10]，打破了人体各组织、器官的内平衡，使微血管所处环境发生改变，引起微循环代谢性调节异常，如血管紧张素增加。这些调节异常使得毛细血管前括约肌收缩，进而毛细血管收缩，管径减小，导致交换面积减小；血浆层厚度减小引起红细胞流动阻力增大，红细胞流速降低、血流量减少，导致交换速度的减小，进而引起微循环物质交换障碍。
, http://www.100md.com
文献报道：大负荷力竭性运动能引起血液流变性和细胞流变性的改变。如马拉松跑[8]、100公里跑[9]以及极限强度的运动负荷后[2，10]红细胞变形性降低，并持续1小时以上。本研究结果也表明：力竭性运动使毛细血管中红细胞变形性降低，这说明运动力竭后红细胞刚性化，不仅在宏观血流中，而且在微循环特别是毛细血管中都会反映出来。红细胞变形性的改变，直接决定着心脏负荷、组织供氧、脑血流量等，决定着正常的微循环灌注。从生理学观点来看，循环的最重要功能是通过毛细血管中红细胞的流动来实现的，而运动力竭时红细胞的刚性化将直接增加毛细血管灌注阻力，引发微循环障碍。当硬化的红细胞在通过肝、脾窦时极易被破坏而发生溶血，产生运动后血尿，当造血机能不能代偿红细胞的损失时，则会出现运动性贫血。
J S Lee研究认为大强度极限运动后主动脉血球压积高于正常值。它与大强度极限运动时循环系统中血浆丢失有关[11]。因为运动过程中，体液减少和无机盐丢失，造成血浆量减少。而本研究发现运动力竭后毛细血管红细胞压积升高，这与红细胞流速减慢，血流量减少有关，也是体液减少、无机盐丢失的最直接反应，这些改变可能是微循环系统为保护机体免于衰竭，而出现的一种反应方式，提示疲劳的发生。
, 百拇医药
4 参考文献
[1]Davies CTM,Mcdonogh MJN.Central and peripheral mechanisms of muscle fatigue in Science and sporting performance:management or manipulation,Davies B and Thomas G(Eds). Oxford:Clarendon press,1982;1～50.
[2]卢晓等.运动性疲劳血液流变学研究及快速消除初探.中国运动医学杂志.1993，12(3)：186
[3]秦廷武.大鼠运动力竭后多形核中性粒细胞流变特性研究.重庆大学学位论文.1996，10～17
[4]田牛.微循环障碍与相关疾病.河南科学技术出版社.1985，1～3
, http://www.100md.com
[5]李玉琳.运动生理学的动物实验.中国运动医学杂志.1986，5(1)：40
[6]田牛等.微循环方法学.原子能出版社.1993，230～241
[7]李发琪等.运用计算机图像处理系统定量测量微循环毛细血管管红细胞压积.第8次全国生物物理学术会议论文摘要.1998年5月成都，p440
[8]Galea G,et al.Hemorrheology of marathon running.Int J Sport Med,1985,6:136
[9]Reinhart WH,et al.Impaired red cell filterability with elimination of old red blood cells during a 100-Km race.J Appl Physiol.1983,54:827.
[10]李可基等.运动负荷中红细胞流变特性的初步研究.中国运动医学杂志.1989，8(1)：1
[11]JS Lee. Microvascular volume changes induced by exercise,heat exposure,or endotoxin injection.Am. J. Physiol. 1994,H1142.
(1998.06.08收稿), 百拇医药