多通道電生理標測技術助力中老年時期運動對衰老小鼠心臟的影響研究
HIIT和CMIT是常見有氧運動，效果因模型有別。有氧運動強度按最大攝氧量或峰值心率進行區(qū)分：高強度為攝氧量達最大的64%-90%，中等強度是 46%-63%，低強度則低于46% 。HIIT方案無標準化定義，針對老年人的綜述里，其常見為多個高低強度間歇周期，各間歇3 - 4分鐘。對比 CMIT，HIIT在抑制脂肪組織炎癥、改善胰島素敏感性、促進線粒體生物合成及增強衰老肌肉線粒體自噬相關蛋白上有優(yōu)勢，生命后期開展還能改善衰老相關氧化應激、抑制炎癥因子表達。不過，有研究表明8個月大開始長期中等強度運動訓練可抑制凋亡保護心臟，而HIIT與CMIT針對20個月以上心臟衰老的全面對比（含機制差異）仍缺失 。
心臟是一個高能量需求且線粒體密集的器官，隨著年齡增長，易出現(xiàn)線粒體結構破壞、能量代謝缺陷和信號傳導異常。先前研究表明，運動可增加心肌線粒體數(shù)量并影響其生物合成。 現(xiàn)有知識能夠驗證中老年時期的運動訓練可減輕與年齡相關的線粒體差異和心臟表型。此外，HIIT與CMIT對心臟衰老的具體影響仍有待探索。
基于此，福州大學附屬省立醫(yī)院、福建醫(yī)科大學省立臨床醫(yī)學院朱鵬立教授團隊和黃峰教授團隊在The Journals of Gerontology, Series A: Biological Sciences and Medical Sciences雜志發(fā)表文章“Comparison Between the Effect of Mid-Late-Life High-Intensity Interval Training and Continuous Moderate-Intensity Training in Old Mouse Hearts”。
研究結果：
1. 中老年時期高強度間歇訓練（HIIT）可改善體重減輕、存活率、運動能力及心臟功能
研究發(fā)現(xiàn)，CMIT和HIIT均能改善老年小鼠體重下降問題，且HIIT可提高其存活率。衰老會導致老年小鼠運動能力下降，但CMIT和HIIT能提升其運動速度，HIIT效果更優(yōu)。心臟超聲顯示，兩組均能改善左心室收縮和整體功能，僅HIIT可改善左心室舒張功能，且HIIT對心室結構也有一定改善作用，而老年小鼠左心室質(zhì)量相對較高。
圖1 高強度間歇訓練組（HIIT）和持續(xù)中等強度訓練組（CMIT）對體重、存活率、運動能力及心臟功能的影響
2. 中老年時期運動可改善心臟肥厚、心肌膠原纖維沉積及血管生成
組織學檢查顯示老年小鼠心室壁增厚，CMIT可減輕心臟肥厚并降低Myh7基因表達，HIIT對此無顯著影響但升高Nppa表達。HIIT能減少老年小鼠心肌膠原纖維沉積，降低I/III型膠原比例，并通過免疫染色證實其可改善心臟組織血管生成。
圖2 高強度間歇訓練組（HIIT）和持續(xù)中等強度訓練組（CMIT）對老年小鼠心室肥厚、心肌膠原纖維沉積及血管生成的影響
3. 中老年時期運動誘導的老年小鼠心臟電重構
電標測結果表明，老年小鼠QRS時程延長，這一改變僅能被HIIT逆轉。CMIT增強右心房傳導，但對左心房無影響，而熒光標測發(fā)現(xiàn)其減慢心室傳導、增加離散度。此外，衰老心臟動作電位時程（APD）延長，中老年運動進一步延長APD90并加劇三角化。鈣調(diào)控評估表明，CMIT減慢心外膜鈣傳導、增加離散度。高頻刺激下，CMIT和HIIT均延長竇房結恢復時間。CMIT組APD適應時間常數(shù)（Tau）顯著高于其他組（358.56）。以上結果提示，中老年時期運動，尤其CMIT，可能對老年小鼠心臟電生理產(chǎn)生負面影響。
圖3 高強度間歇訓練組（HIIT）和持續(xù)中等強度訓練組（CMIT）對離體心臟電生理的影響
圖4 高強度間歇訓練組（HIIT）和持續(xù)中等強度訓練組（CMIT）對動作電位及鈣離子（Ca²⁺）調(diào)控的影響
4. 中老年時期高強度間歇訓練（HIIT）可降低血清和心臟組織中的衰老生物標志物
細胞衰老時會釋放一系列稱為衰老相關分泌表型（SASP）的因子，這些因子可進一步促進衰老進程。研究顯示，老年小鼠血清中多數(shù)SASP水平升高，CMIT和HIIT可降低其水平。心臟組織中，兩干預均降低IL1β和Mmp3表達，僅HIIT降低IL6表達。端粒長度是端粒功能障礙和細胞衰老的標志物。通過T/S qPCR法評估心肌細胞端粒長度。結果表明，HIIT能延長老年小鼠心肌細胞端粒長度，上調(diào)TERT表達，并降低p16、p21和 p53等衰老標志物蛋白水平，表明HIIT在延緩心臟衰老方面效果更顯著。
圖5 高強度間歇訓練組（HIIT）和持續(xù)中等強度訓練組（CMIT）對衰老生物標志物的影響
5. 中老年時期運動可改善老年小鼠心肌線粒體形態(tài)，而非心肌細胞凋亡
TUNEL染色及相關分析顯示，運動訓練對老年小鼠心肌細胞凋亡標志物無顯著影響。透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，老年對照小鼠心肌閏盤紊亂、線粒體異常，CMIT和HIIT均可改善這些異常，但HIIT會使老年小鼠心肌出現(xiàn)體積更小的異常線粒體。
圖6 高強度間歇訓練組（HIIT）和持續(xù)中等強度訓練組（CMIT）對心肌細胞凋亡及線粒體形態(tài)的影響
6. 中老年時期高強度間歇訓練（HIIT）可改善心肌三磷酸腺苷（ATP）合成、線粒體生物發(fā)生、線粒體分裂及經(jīng)典線粒體自噬
研究發(fā)現(xiàn)，運動訓練（尤其HIIT）可增加老年小鼠心肌ATP合成。HIIT和CMIT均能增強CPT1B表達以促進脂肪酸氧化，而HIIT還能通過上調(diào) GLUT1和GLUT4增強葡萄糖轉運。機制上，HIIT通過PGC1α-NRF1-TFAM通路促進線粒體生物合成，增加線粒體DNA拷貝數(shù)、CS蛋白含量及線粒體數(shù)量。在線粒體動力學方面，HIIT逆轉了老年小鼠線粒體分裂蛋白減少和融合蛋白增加的趨勢，而CMIT主要影響MFN2蛋白。此外，老年小鼠經(jīng)典線粒體自噬減弱、泛素依賴性自噬增強，HIIT可緩解這一失衡，表明HIIT通過調(diào)節(jié)能量代謝、線粒體生物發(fā)生、動態(tài)平衡及自噬過程，改善老年心肌功能，且效果優(yōu)于CMIT。
圖7 高強度間歇訓練組（HIIT）和持續(xù)中等強度訓練組（CMIT）對能量代謝、線粒體生物合成、運動能力及自噬的影響
結論：
研究表明，中老年時期運動可通過改善線粒體形態(tài)和功能，成為緩解心臟年齡相關變化的可行策略。高強度間歇訓練（HIIT）除了在血管生成、代謝重塑方面具有額外優(yōu)勢，還能減少不良的電重構，因此在臨床中對合適人群而言是極具吸引力的選擇。
本文應用多通道電生理標測技術（Electrical Mapping）聯(lián)合高分辨熒光標測技術（Optical Mapping）分別對不同組小鼠離體心臟的QRS時程、傳導時間、傳導異質(zhì)性、APD、CTD等指標進行檢測，直接評估中老年時期運動對老年小鼠心臟電重構的影響。
