过度疲劳状态下运动性猝死模型大鼠甲状腺及心脏功能变化.doc

www.CRTER.org钱钰，等. 过度疲劳状态下运动性猝死模型大鼠甲状腺及心脏功能的变化过度疲劳状态下运动性猝死模型大鼠甲状腺及心脏功能变化钱 钰1，殷维瑶2，李 华3(1成都体育学院运动医学系，四川省成都市 610041；2四川大学华西临床医学院，四川省成都市 610041；3四川大学华西基础与法医学院，四川省成都市 610041)引用本文：钱钰，殷维瑶，李华. 过度疲劳状态下运动性猝死模型大鼠甲状腺及心脏功能的变化J.中国组织工程研究，2016，20(49):7356-7363.DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.49.009 ORCID: 0000-0003-1953-1170(钱钰)文章快速阅读：糖酵解供能下连续负重游泳至过度疲劳大鼠实验流程钱钰，女，1990年生，云南省昭通市人，汉族，2016年成都体育学院毕业，硕士，主要从事疲劳发生机制与消除手段研究。通讯作者：李华，博士，副教授，硕士生导师，四川大学华西基础与法医学院，四川省成都市610041中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:2095-4344(2016)49-07356-08稿件接受：2016-09-22猝死组7只大运动量负重训练至过度疲劳时非呛水死亡剔除9只(取材、游泳运动过程不规范、呛死)36只实验30只大鼠动物对照组18空白组7只不作处理疲劳组7只按小、中、大三周期交替游泳训练1周在相同垂直载荷和斜向载荷下，比较两种修复方式的基牙、基牙牙周膜及缺牙区牙槽嵴的最大等效应力对大鼠甲状腺、心肌组织做苏木精-伊红染色，检测血清T3、T4、促甲状腺激素、乳酸脱氢酶2文题释义：运动性猝死：运动过程中或运动后24 h内发生的非创伤性意外死亡。过度疲劳：由于工作时间过长、劳动强度过大、心里压力过重导致精疲力竭的亚健康状态。摘要背景：疲劳过度累积会引起机体一系列的变化，乳酸堆积、机体代谢速率减慢、能量摄取障碍等，导致过度训练。当发生过度训练时机能将出现负叠加现象，而负叠加过程的发展终会导致过劳死、运动性猝死的发生。目的：为研究过度疲劳状态下大鼠甲状腺功能的变化情况，进一步探索“心源性”运动性猝死与甲状腺功能的关系。方法：将30只雄性SD大鼠，随机抽取7只作为空白对照组，其余大鼠进行力竭性负重游泳训练至过度疲劳，其中疲劳组7只，运动性猝死大鼠7只，运动后即刻取材进行以下测定：苏木精-伊红染色观察甲状腺滤泡上皮细胞、心肌纤维形态结构及细胞间质的变化；ELISA检测血清三碘甲状腺原氨酸(甲状腺素，T3)、四碘甲状腺原氨酸(甲状腺素，T4)、促甲状腺激素、血清乳酸脱氢酶2水平。结果与结论：运动性运动性猝死组大鼠甲状腺滤泡淡染，细胞间质疏松，部分滤泡胶质出现大量空泡；心肌间血管极度扩张，心肌纤维纤细，部分肌纤维断裂，心肌充血出血严重；运动性猝死组大鼠血清中乳酸脱氢酶2浓度明显高于空白对照组(P 0.05)；运动性猝死组血清中T3、T4浓度明显高于对照组(P 0.05)，且T4显著低于疲劳组(P 0.01)，促甲状腺激素浓度明显高于对照组(P 0.05)，且显著低于疲劳组(P 0.01)。结果提示，长期大强度运动导致过度疲劳，甲状腺形态结构发生病理性改变；过度疲劳状态下发生的运动性猝死大鼠心肌细胞形态结构受到损害；过度疲劳时血清乳酸脱氢酶2水平升高加重心肌损伤；过度疲劳不断累积导致甲状腺功能紊乱，促甲状腺激素、T3、T4分泌异常，从而引起机体运动过程中代谢紊乱、能量供应不足并器官衰竭，可能诱发运动性猝死；运动性猝死是多器官多系统交互作用的结果，甲状腺功能紊乱引起心脏结构功能改变可能诱发“心源性”运动猝死。关键词：实验动物；运动系统动物模型；运动性猝死；甲状腺滤泡；过度疲劳；糖酵解 主题词：猝死；甲状腺素；疲劳；糖酵解；组织工程基金资助：四川省科技计划项目(2014SZ0158) 3 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 Changes of thyroid and cardiac function in exercise-induced sudden death model rats after excessive fatigueQian Yu1, Yin Wei-Yao2yao2, Li Hua3 (1Department of Sports Medicine, Chengdu Sport University, Chengdu 610041, Sichuan Province, China; 2West China School of Medicine of Sichuan University, Chengdu 610041, Sichuan Province, China; 3West China School of Basic and Forensic Medicine of Sichuan University, Chengdu 610041, Sichuan Province, China)AbstractBACKGROUND: Exercise fatigue can lead to lactic acid accumulation, metabolism decrease and energy intake disturbance following by overtraining. Further, constant development of negative superposition after overtraining will contribute to karoshi and exercise-induced sudden death. OBJECTIVE: To investigate the changes of rat thyroid function under excessive fatigue state and to further explore the relationship between the exercise-induced sudden cardiac death and thyroid function.METHODS: Seven rats were randomly selected from 30 male Sprague-Dawley rats as blank control group. The remaining rats were trained continuously with exhaustive loaded-swimming exercises to achieve the excessive fatigue state, and seven as fatigue group, seven as sudden death group. Rat samples were collected immediately after exercise to observe the morphology, structure and intercellular substance changes of thyroid follicular epithelial cells and cardiac muscle fibers by hematoxylin-eosin staining; levels of serum triiodothyronine (T3), tetraiodothyronine (T4), thyroid stimulating hormone (TSH) and lactic dehydrogenase 2 (LDH-2) were detected by ELISA. Qian Yu, Studying for masters degree, Department of Sports Medicine, Chengdu Sport University, Chengdu 610041, Sichuan Province, ChinaCorresponding author: Li Hua, M.D., Associate professor, Masters supervisor, West China School of Basic and Forensic Medicine of Sichuan University, Chengdu 610041, Sichuan Province, ChinaRESULTS AND CONCLUSION: (1) In the sudden death group, intermyocardiac vessels expanded extremely, some thin myocardial fibers ruptured, and severe congestion and hemorrhage occurred; thyroid follicles were in a hypochromatism with loose intercellular substance, and extensive visible vacuolization in the follicular colloid. (2) The levels of serum LDH-2 and T3 in the sudden death group were significantly higher than those in the blank control group (P 0.05). (3) The levels of serum T4 and TSH were the highest in the fatigue group, followed by sudden death group, and lowest in the blank control group (P 0.05). (4) These results suggest that excessive fatigue caused by long-term high-intensity training will lead to thyroid morphological abnormality and myocardial impairment. Increasing serum LDH-2 following excessive fatigue aggravates myocardial damages. Fatigue accumulation causing thyroid dysfunction, abnormal secretion of TSH, T3 and T4, may be one of the causes of exercise-induced sudden death. Exercise-induced sudden death belongs to a multiple organ dysfunction syndrome, and turbulence of thyroid causing cardiac structural and functional alteration may induce sudden cardiac death.Subject headings: Death, Sudden; Thyroxine; Fatigue; Glycolysis; Tissue EngineeringFunding: the Scientific and Technological Program of Sichuan Provinee, No. 2014SZ0158Cite this article: Qian Y, Yin WY, Li H. Changes of thyroid and cardiac function in exercise-induced sudden death model rats after excessive fatigue. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(49):7356-7363.7363ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH0 引言 Introduction众所周知，人体就像一个弹簧，而劳累就是外力，当劳累超过极限或持续时间过长，而机体却没有得到充分的恢复时，身体这个弹簧就会发生永久的变形，免疫力下降、老化、衰竭、甚至死亡。随着生活节奏的加快、工作强度的增加、运动成绩的提高，机体处在承受逐渐增加的负荷过程之中，运动性猝死的发生也越来越多1-3。猝死的危险性随运动负荷强度增高而增大，但是运动性猝死的发生机制存在争议4-9，根据报道，运动使甲状腺功能紊乱会影响机体对疲劳的耐受，而甲状腺功能直接影响机体的正常代谢。甲状腺激素水平的高、低都会不同程度的影响心脏的功能和机体的代谢10-11。但是，在有关过度训练至负叠加至过劳死过程中，甲状腺功能轴(即HPT轴)轴有关器官、甲状腺功能等变化规律的研究却鲜有报道。糖酵解供能条件下，大鼠负重游泳至过劳死时HPT轴的相关器官、功能变化的研究，为研究运动性猝死和过劳死过程及其原因提供理论依据，为运动训练中预防运动员的过度训练及科学合理的训练周期的安排提供参考数据，对丰富超量恢复理论的研究、丰富运动生理学研究领域有一定理论和实践意义。运动与甲状腺激素是相互影响的，甲状腺激素的紊乱会影响机体对疲劳的耐受12，从而导致运动能力降低，而运动本身也会直接或间接的影响甲状腺功能，或者引起下丘脑-垂体-甲状腺功能轴(即HPT轴)的急剧改变，或者导致甲状腺功能的长期改变6。然而，从过度疲劳到运动性猝死，甲状腺的结构、功能发生了哪些改变目前还未见报道。在“连续负重游泳致过度疲劳过程中大鼠机能变化规律”的系统研究中，作者把训练24 h内出现的非呛水死亡的大鼠，记为运动性运动性猝死组13。根据已有资料推测，过度疲劳可能会引起甲状腺结构和功能的改变，从而引起甲状腺激素分泌异常导致代谢紊乱，同时甲状腺激素可能对心脏功能造成不可逆的影响，最终出现猝死。为证明以上猜想，文章对运动性猝死大鼠的甲状腺滤泡上皮细胞及其细胞间质形态结构，心肌组织，以及血清中T3、T4、促甲状腺激素、乳酸脱氢酶2浓度进行检测，以探讨过度疲劳状态下发生的运动性猝死与甲状腺结构和功能之间的变化关系，探索甲状腺激素与心肌细胞损伤的关系，为进一步研究运动性猝死的发生机制奠定基础。1 材料和方法 Materials and methods 1.1 造模动物及材料 SPF级4月龄纯种雄性SD大鼠30只，购自成都达硕生物科技有限公司，每笼6只，标准啮齿类动物饲料喂养，自由摄食、饮水，动物房室内温度20-28 ，相对湿度55%-65%，自然光照。保持动物房安静、通风。每天上午换清洁饮水、填食、打扫鼠笼，并对笼具底盘和大鼠的排泄物进行终末处理。1.2 造模方法1.2.1 实验分组 随机抽取7只大鼠为空白对照组，其余大鼠按要求进行负重游泳训练，游泳训练至大鼠放入水缸游泳一次休息后再次放入即下沉时实验结束，疲劳造模达到超量恢复负叠加状态后第3个36 h训练后随机处死7只大鼠作为疲劳组，在疲劳造模达到超量恢复负叠加状态后每次训练过程中或训练结束24 h内出现的死亡的大鼠(排除因呛水死亡的大鼠)记为运动性运动性猝死组。1.2.2 过度疲劳状态下运动性猝死大鼠模型的建立 实验组大鼠先在50 cm50 cm100 cm的透明玻璃缸中进行适应性负重游泳1周，水温为(312) ，室温控制在21-23 ，相对湿度为40%-60%，水深为大鼠(身长+尾长)1.5倍，逐步增加负重到大鼠体质量的12%并连续游泳2 min以上；第2周按照殷劲等14的糖酵解供能运动疲劳模型进行疲劳造模，负重为大鼠体质量的12%，大鼠按大(每组4次)中(每组3次)小(每组2次)运动量游泳，每天上、下午各2组，次间休息5 min，组间休息15 min；大鼠每次游泳的时间以大鼠游至鼻孔沉入水面下为准14。造模结束后大鼠按每36 h一次大运动量(2组，每组4次，负重12%体质量)进行游泳，当游至第7个36 h后大鼠的运动能力恢复呈现负叠加状态，恢复能力逐渐下降，疲劳不断积累14。在第7个36 h的游泳周期后实验人员轮流在实验室值守，游泳训练至大鼠放入水缸游泳一次休息后再次放入即下沉时实验结束；在运动中或运动后24 h之内发现死亡的大鼠(排除因呛水死亡的大鼠)即刻取材并归为运动性运动性猝死组。整个实验过程中共出现7例运动性猝死大鼠。大鼠游泳运动量及运动安排见表1。表1 大鼠游泳训练安排 Table 1 Swimming trainning schedule of rats时间游泳训练第1-7天适应性负重游泳，负重逐渐增加至12%体质量第8天小运动量第9天中运动量第10天大运动量第11天小运动量第12天中运动量第13天大运动量第1个36小时大运动量第7个36小时大运动量第10个36小时处死7只第N个36小时大鼠放入水缸游泳一次休息后再次放入即下沉1.3 造模成功的检测标准 在运动中或运动后24 h之内发现死亡的大鼠(排除因呛水死亡的大鼠)即为运动性猝死。1.4 标本的采集 即刻取猝死大鼠股动脉混合血5-8 mL，静置30 min后，3 000 r/min离心15 min，取上清液用于T3、T4、促甲状腺激素、乳酸脱氢酶2检测。之后，仰卧位沿颈部正中线纵行切开约2 cm，完全摘除大鼠甲状腺，冷生理盐水冲洗后，滤纸吸干，置于体积分数10%中性甲醛溶液中固定，用于制作切片。完全摘除大鼠心脏，冷生理盐水冲洗后，滤纸吸干，置于体积分数10%中性甲醛溶液中固定，用于制作切片。空白对照组大鼠先用0.3%戊巴比妥钠溶液以40 mg/kg腹腔注射麻醉，用同样的方法先取血制备血清，然后迅速取出完整的甲状腺组织置于体积分数10%中性甲醛溶液中固定24 h，固定2 h后更换1次溶液。1.5 主要观察指标1.5.1 常规苏木精-伊红染色观察甲状腺滤泡上皮细胞、心肌纤维形态结构及细胞间质的变化 取出在10%中性甲醛溶液中固定好的甲状腺和心肌组织，用流水冲洗残留的固定液；沿横断面从正中将腺体切下之后依次放入体积分数70%，80%，90%，95%无水乙醇中脱水；脱水之后用二甲苯透明，浸蜡，包埋于石蜡中，蜡块置于4 冰箱中待用。从冰箱中取出包埋好的蜡块，沿横截面连续作4 m切片。经二甲苯、梯度乙醇脱蜡至水，苏木精-伊红染色，封固后在光镜下观察甲状腺滤泡上皮细胞、心肌纤维形态结构及细胞间质的变化。1.5.2 血清酶联免疫检测T3、T4、促甲状腺激素、乳酸脱氢酶2 采用双抗体酶联免疫吸附试验(ELISA)，往预先包被大鼠甲状腺T3、T4、促甲状腺激素、乳酸脱氢酶2捕获抗原的包被微孔中依次加入待测样本血清、不同浓度的标准品、辣根过氧化物酶(HPR)标记的检测抗体，经过37 恒温箱温育60 min后彻底洗涤。用底物TMB显色，TMB在过氧化物酶催化下转化成蓝色，并在酸的作用下转化成最终的黄色。颜色的深浅和样品中的大鼠甲状腺T3、T4、促甲状腺激素、乳酸脱氢酶2呈正相关。用酶标仪在450nm波长下测定吸光度(A值)，计算出样品浓度。 生化指标分别在成都体育学院附院检验科和四川大学华西医院实验医学科生化室检测。1.6 统计学分析 所有原始数据均输入SPSS11.5统计软件进行分析处理。每组样本测得数据以s表示，组间采用独立样本T检验。显著性水准取=0.05，P 0.05为差异有显著性意义，P 0.01为差异有非常显著性意义。2 结果 Results 2.1 造模成功动物数量及过程 造模动物流程图见图1。进入结果分析21只空白组7只30只大鼠不作处理按小、中、大三周期交替游泳训练1周 疲劳组7只剔除9只大运动量负重训练至过度疲劳时非呛水死亡 运动性猝死组7只剔除原因：(1)取材不规范；(2)游泳运动操作不规范；(3游泳过程呛死图1 大鼠负重游泳至过度疲劳模型试验流程图Figure 1 Experimental flow chart of loaded-swimming to prepare the excessive fatigue models in rats2.2 材料、方法的改进 本实验共分为2个阶段：造模阶段和实验阶段。造模阶段参照殷劲教授等14的糖酵解供能运动疲劳模型对大鼠进行运动疲劳造模，造模成功后在实验方法上进行了一定的改进，将造模阶段的大、中、小三周期交替训练改为连续大运动量训练，使大鼠过度疲劳，并进入疲劳的付叠加状态，而在过度疲劳状态下出现的非呛水性死亡记为实验运动性猝死组。2.3 模型稳定性 研究实验动物模型参照殷劲教授等的糖酵解供能运动疲劳模型进行1周造模，该模型已被证实并使用，实验模型具有可靠性、稳定性。2.4 苏木精-伊红染色结果2.4.1 甲状腺苏木精-伊红染色结果 空白组滤泡上皮细胞排列紧密，未见异常；疲劳组可见部分滤泡淡染，而运动性猝死组除部分滤泡淡染，还可见细胞间质疏松，部分滤泡胶质出现大量空泡(图2)。2.4.2 心肌组织苏木精-伊红染色结果 空白组大鼠心肌细胞纤维排列整齐，细胞间质致密均匀，未见异常；疲劳组可见心肌纤维纤细，出现部分断裂；而运动性猝死组心肌间血管极度扩张，大部分心肌纤维断裂，心肌充血出血严重出现严重坏死,心肌纤维溶解坏死(图3)。2.5 血清指标检测结果2.5.1 血清乳酸脱氢酶2检测结果 空白组血清中乳酸脱氢酶2浓度较低，疲劳组与运动性猝死组血清乳酸脱氢酶2浓度较高(图4)。同时，疲劳组较空白组显著升高(60.618.8)，(25.07.4) mol/L，P 0.01)，运动性猝死组(44.014.2)mol/L血清中乳酸脱氢酶2的浓度低于疲劳组(P 0.05)。2.5.2 血清T3、T4检测结果 疲劳组与运动性猝死组血清中T3、T4浓度均高于空白组T3：(323.090.0)，(246.375.7)，(23.010.0) mol/L，P 0.01和P 0.05；T4：(637.052.0)，(320.385.0)，(177.070.0) mol/L，P 0.01和P 0.05)，其中，运动性猝死组较疲劳组含量有所降低。与空白组相比，运动性猝死组T3、T4浓度显著升高(P 0.05)，差异有显著性意义(图5，图6)。2.5.3 血清促甲状腺激素检测结果 空白组血清中促甲状腺激素浓度较低，疲劳组与运动性猝死组血清促甲状腺激素浓度较高(图7)。同时，疲劳组较空白组显著升高(37.276.47)，(14.933.79) mol/L，P 0.01，运动性猝死组血清中促甲状腺激素的浓度(22.942.10) mol/L低于疲劳组，与空白组相比显著升高(P 0.05)。3 讨论 Discussion实验中的造模阶段严格按照殷劲教授等14糖酵解供能运动疲劳模型进行造模，造模过程符合规范，该模型为国内认证并证实的经典疲劳造模动物实验模型，模型已被广泛实验，具有一定的稳定性和可靠性。该实验模型在运动性疲劳及其恢复的研究中具有重要意义。本研究对疲劳模型造模成功后在实验方法上进行了一定改进，对目前运动性猝死的研究具有更重要的意义。3.1 甲状腺滤泡细胞形态结构的变化 甲状腺是人体最大的内分泌腺。甲状腺由约300万个直径为15-500 m的滤泡所组成，滤泡腔内充满胶状质。甲状腺激素由滤泡上皮细胞合成，在甲状腺球蛋白上形成的甲状腺激素在滤泡腔内以胶状质的形式储存，可以保证机体的代谢需求。甲状腺滤泡由单层上皮细胞围成，滤泡上皮细胞合成的甲状腺球蛋白和活性碘释放入滤泡腔内，形成碘化甲状腺球蛋白(即胶体)贮存在腔内，机体需要时，上皮细胞再摄取腔内的胶质，促使碘化甲状腺球蛋白分解成为甲状腺素，从细胞基部释放入血。运动会刺激甲状腺，甲状腺上皮细胞滤泡腔内碘化甲状腺球蛋白大量分解，生成甲状腺激素，促进代谢，增加产热和耗氧，为运动提供能量。因此在运动时甲状腺激素分泌会不断增加，但随着长时间大强度运动的继续，伴随着疲劳的产生，一方面储存在滤泡腔内的碘化甲状腺球蛋白被大量分解，转化为甲状腺素，血液中甲状腺素含量升高；另一方面被分解的球蛋白没有得到及时补充，导致滤泡腔内胶质空泡形成。由实验运动性猝死组甲状腺滤泡上皮细胞苏木精-伊红染色结果可见，运动性猝死组出现滤泡淡染，胶质空泡。说明了过度疲劳导致运动性猝死的过程中，甲状腺细胞结构遭到严重破坏，碘化甲状腺球蛋白被大量分解引起甲状腺激素分泌增加。而甲状腺激素分泌的大量增加，进一步导致机体能量代谢紊乱，加重疲劳。3.2 心肌细胞纤维形态结构的变化 运动性心脏猝死多发生于平时“健康”又长期从事体育运动者，其突发性给防治工作带来极大的困难，因此，对于长期从事剧烈运动者尽早发现心脏细胞形态结构异常十分重要8。持续的大负荷运动会使心肌细胞出现不可逆的病理性改变，长期过度负荷运动时，即使运动员的心理状态和骨骼肌还保持兴奋状态，使机体运动处于较高水平，但潜在的心肌病理性变化则可能导致运动性心脏猝死的发生。心肌长期在疲劳状态下进行强力收缩，得不到彻底恢复是导致心肌损害的直接因素9。由苏木精-伊红染色结果可见，空白组心肌细胞纤维排列紧密均匀；而过度疲劳组心肌细胞纤维纤细，血管扩张，可能是由于长期大负荷的过度训练过程中，肌丝收缩蛋白长时间活动，ATP缺乏或钙离子和镁离子变化而聚集，能量供应不足，心肌纤维极度疲劳而没有得到及时充分的恢复造成的10。运动性猝死组心肌间血管极度扩张，大部分心肌纤维出现断裂，心肌充血出血严重坏死，心肌纤维溶解坏死。是因为剧烈运动时，机体处于应激状态，耗氧量增加，心脏作功增加，在运动过程中出现高渗性脱水，血液处于高粘稠状态，容易出现冠脉痉挛及痉挛解除后再灌注损伤并因此导致冠脉内皮损伤及区域性缺血，诱发血小板聚集，形成血栓，从而导致心肌缺氧、缺血，能量供应不足出现代谢障碍11。运动性心脏猝死的主要病因是心肌缺血，心肌梗塞，继发性心脏肥大所致的相对性心肌缺氧，心肌代谢失调等12。运动时血压上升，运动中或运动突然停止时血压下降至异常低的水平；此外，与屏气有关的Valsalva效应使胸腔负压降低，明显妨碍左室充盈，使心搏出量显著降低，也会加重心肌缺血13。长期的科学训练可以对心脏的形态和功能发生积极的影响，如心脏体积增大、室壁增厚、心室扩大、每搏输出量增加、静息心率减慢等，这种大心脏和慢心率被称为“运动员心脏”。是运动员对训练刺激的适应结果，对提高运动成绩有较大的促进作用。但不适宜的运动训练强度和过大的运动量造成的过度训练则易导致运动性心肌损伤14。3.3 血清乳酸脱氢酶2的变化及其影响 乳酸脱氢酶2是一种糖酵解酶。乳酸脱氢酶是能催化丙酮酸生成乳酸的酶，几乎存在于所有组织中。通过检测该指标可以观察诊断心肌疾病,这种酶在心肌损害时易有升高。乳酸脱氢酶催化丙酮酸与乳酸之间还原与氧化反应，在碱性条件下促进乳酸向丙酮酸方向的反应，而在中性条件下促进丙酮酸向乳酸的转化(为逆反应)。乳酸脱氢酶是参与糖无氧酵解的关键酶。心肌细胞乳酸脱氢酶活性远高于血清数百倍，尤以乳酸脱氢酶1和乳酸脱氢酶2浓度最高，乳酸脱氢酶2占主导地位。急性心肌梗死时，血清乳酸脱氢酶2显著升高。乳酸脱氢酶2通常作为诊断心肌梗死的有效工具15。研究中发现，大鼠在疲劳状态下，乳酸脱氢酶2浓度显著上升，大鼠在长时间大负荷训练致过度疲劳过程中，可能出现心肌梗塞，最终导致运动性心脏猝死。3.4 血清甲状腺素T3、T4的变化 剧烈运动过程中，机体各器官、组织耗氧量迅速增加以提供运动时所需要的能量。甲状腺分泌的甲状腺激素可以加速线粒体的呼吸，提高大多数组织的耗氧量，促进Na+-K+-ATP酶活性，增加产能。在运动过程中增加产热量的甲状腺激素主要是T4，据测量，1 mg T4可增加产热4 186.8 kJ，其效果十分显著。同时，T3、T4均可促进糖、脂肪、蛋白质、电解质等物质代谢15。使糖的代谢速率加快，加速糖的吸收、利用，以及糖原的合成与分解，加速脂肪代谢，增加蛋白质合成，为各个器官系统正常运作提供物质保障。运动员甲状腺功能的改变被认为是一种耐ACmaCBCmaCBA图3 各组大鼠心肌细胞苏木精-伊红染色结果(200)Figure 3 Morphology of cardiac muscle fibers in rats of each group (hematoxylin-eosin staining, 200)图注：A为空白对照组；B为疲劳组；C为运动性猝死组。图2 各组大鼠甲状腺滤泡上皮细胞苏木精-伊红染色结果(200)Figure 2 Morphology of thyroid follicular epithelial cells in rats of each group (hematoxylin-eosin staining, 200)图注：A为空白对照组；B为疲劳组；C为运动性猝死组。乳酸脱氢酶2(mol/L)bb4003002001000706050403020100aaT3(mol/L)空白对照组 疲劳组 运动性猝死组图5 各组大鼠血清中T3浓度变化趋势Figure 5 The change trend of serum level of triiodothyronine in rats图注：与空白对照组相比，aP 0.05，bP 0.01。空白对照组 疲劳组 运动性猝死组图4 各组大鼠血清中乳酸脱氢酶2浓度变化趋势Figure 4 The change trend of serum level of lactic dehydrogenese 2 in each rat图注：与空白对照组相比，aP 0.05 bP 0.01。促甲状腺激素(mol/L)4035302520151050空白对照组 疲劳组 运动性猝死组ba7006005004003002001000bT4(mol/L)a图7 各组大鼠血清中促甲状腺激素浓度的变化趋势Figure 7 The change trend of serum level of thyrold stimulating hormone in each rat图注：与空白对照组相比，aP 0.05 bP 0.01。图6 大鼠血清中T4浓度含量变化趋势Figure 6 The change trend of serum level of tetraiodothyronine in rats图注：与空白对照组相比，aP 0.05 bP 0.01。空白对照组 疲劳组 运动性猝死组受能力的适应性机制，这种适应性机制可使能量的摄取和消耗趋于平衡16。实验模型是以糖酵解供能为主的大强度运动训练，在运动过程中，需要消耗大量能量，运动刺激甲状腺激素分泌增加，加快糖、蛋白质等物质的消耗，为机体提供能量。在短时间剧烈运动的过程中，机体处于无氧状态，糖无氧酵解产生大量乳酸，随着T3、T4浓度增加，糖无氧酵解增强，使乳酸大量聚集，从而导致酸碱失调，pH下降。pH下降是H+浓度的客观反映，H+浓度升高，抑制了钙活化原肌凝蛋白的ATP酶，使肌肉收缩能力下降，出现疲劳。然而pH值降低时，磷酸果糖激酶的活性被抑制，从而使机体获取能量出现障碍。同时pH值降低，使磷酸化酶b转化成磷酸化酶a被抑制，而磷酸化酶a是糖酵解的关键酶，因此糖代谢出现障碍。进一步引起机体代谢紊乱。由于代谢紊乱，酸性物质大量生成，碱性物质被大量消耗，反过来抑制H+浓度的排出，引起器官、系统酸中毒，甚至器官衰竭。T3、T4还能促进体内蛋白质代谢，蛋白质代谢以氨基酸为核心，氨基酸在代谢过程中经过联合脱氨作用，产生大量的毒性物质氨，而剧烈运动时快肌纤维在短时间内剧烈收缩，氧化糖酵解纤维产生大量的氨，运动越剧烈快肌糖酵解纤维募集越多，氨的生成就越多。当血氨浓度升高后，使糖酵解的速率减少50%，乳酸生成增加，同时降低了丙酮酸的利用和减少摄氧量，使机体能量代谢受到严重影响。高浓度的T3还抑制蛋白质的合成，蛋白质一方面被大量消耗，一方面合成被抑制，进一步加重了组织、细胞能量供应障碍17。同时，氨的增加反过来抑制肌纤维张力，出现疲劳，血氨升高可以引起疲劳已被证实。实验结果显示，疲劳组和运动性猝死组的甲状腺滤泡上皮细胞发生形态学改变，运动性猝死组有明显的病理性改变，导致甲状腺激素分泌异常，疲劳组其血清中T3、T4浓度较空白对照组显著升高，因此，过度疲劳引起的代谢紊乱导致甲状腺结构和功能的改变，而甲状腺结构和功能的改变又进一步影响糖、脂肪、蛋白质的正常代谢，使疲劳进入负叠加状态，机体出现代谢障碍。运动性猝死组T3、T4浓度低于疲劳组，说明了机体代谢障碍对甲状腺结构功能造成不可逆的影响，甲状腺激素分泌减少，加重组织、器官衰竭，最后出现猝死。 此外，对于剧烈运动致过度疲劳出现运动性猝死，“心源性”运动性猝死更为多见，而心脏是甲状腺激素最重要的靶器官18。甲状腺激素可使心率增快, 心收缩力增强,心输出量和心作功增加19。甲状腺激素中的T3、T4还可直接作用心脏血管平滑肌，扩张冠状动脉。在甲状腺中T4由两个二碘甲腺原氨酸(DIT)合成，T3除了一部分直接由一个DIT和一个MIT(一碘甲腺原氨酸)合成外，大部分由T4转化，因为T4的主要代谢途径是转化为T3。因此当甲状腺结构功能发生异常改变时，最直接影响的是T4的合成20，而T4浓度的改变又进一步影响T3含量。高浓度的T4会促进T4向T3转化，T3可增加心肌细胞腺苷酸环化酶的活性, 使第二信使cAMP 生成增加, 并以cAMP为媒介物进行信息传递, 激活与心肌收缩有关的蛋白质，增强心肌的收缩力21。研究发现,甲状腺激素不但可与心肌细胞核内受体结合，调节心肌细胞中与增强心肌收缩有关的特异性基因表达，还可通过心肌细胞膜和肌浆网完成对心肌的急性作用22。有研究认为甲状腺激素的运动性变化，对机体心肌有不良影响。力竭运动时，甲状腺激素升高可引起血清中T4含量的增加并大量转化为T3，造成微管蛋白磷酸化，引起心肌损伤。当T3水平升高时，大量的ATP分解供能，导致心肌能源耗竭，继而引起心力衰竭，同时线粒体产生更多的氧自由基造成对心肌造成损害23。 由此可见，甲状腺激素代谢的变化在心功能调节中具有重要作用24。力竭运动可造成心肌损伤而导致运动性疲劳发生的事实已被广泛的证实25。本实验的疲劳组和运动性猝死组中，甲状腺滤泡细胞形态机构的病理学改变导致T4分泌增加并大量转化为T3，直接或间接影响了与心肌收缩有关的信号分子的正常表达, 甲状腺激素作用于心脏，使心肌代谢加速，心肌缺氧和营养物质缺乏，甚至出现心力衰竭26。过度疲劳导致T3、T4合成与分泌增加，导致甲状腺激素的增加，影响了心肌细胞的正常功能，致使动脉管壁过分舒张，增加心脏负荷，可能是产生运动性猝死的原因之一。 3.5 血清促甲状腺激素的变化及其影响 促甲状腺激素由垂体的促甲状腺细胞合成和分泌。促甲状腺激素可迅速诱导甲状腺细胞-胶质界面产生伪足，加速甲状腺球蛋白的吸收，使胶质含量减少。促甲状腺激素的分泌受下丘脑促甲状腺激素释放激素细胞分泌的促甲状腺激素释放激素调节，促甲状腺激素释放激素可以促进腺垂体促甲状腺激素细胞的功能。促甲状腺激素释放激素由焦谷氨酸-组氨酸-脯氨酰胺组成，通过cAMP-PK系统而发挥生物学作用。促甲状腺激素释放激素神经元接受中枢神经系统其他部位的调控，这些部位的神经元将环境刺激与促甲状腺激素释放激素神经元网络起来，并借促甲状腺激素释放激素神经元与腺垂体建立神经-体液调节联系。当受到外界刺激时，例如运动、寒冷刺激，信息传递到中枢神经系统神经后，一方面传递到下丘脑，另一方面又立即传递到附近的促甲状腺激素释放激素神经元，使促甲状腺激素释放激素分泌增多，进而增加促甲状腺激素的分泌，血T3、T4随之升高27。而在病理情况下，原发性的甲状腺激素分泌减少会反过来影响促甲状腺激素的合成与分泌。当血液中游离的T4降低时，T4与促甲状腺激素细胞核特异性受体的结合量减少，产生“兴奋性蛋白”，导致促甲状腺激素的合成与释放增加28，同时对促甲状腺激素释放激素的反应性降低。通常情况下T4对促甲状腺激素细胞的反馈调节和促甲状腺激素释放激素的兴奋作用是相互拮抗、相互制约的，共同调节促甲状腺激素的释放量29。实验结果显示运动性猝死组血清促甲状腺激素浓度高于空白对照组，由苏木精-伊红染色可观察到运动性猝死组甲状腺滤泡细胞产生胶质空泡，其原因可能是促甲状腺激素分泌增加促进了甲状腺球蛋白分解所致。实验结果发现，疲劳组与运动性猝死组血清中促甲状腺激素浓度均高于N组，可能是由于运动刺激导致下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素增多，进而增加促甲状腺激素的分泌，血T4随之升高30。促甲状腺激素的作用是促进甲状腺激素 的合成与释放31。力竭运动可刺激下丘脑释放促甲状腺激素增多, 促甲状腺激素促进甲状腺激素分泌增加32。结论：综上，糖酵解供能下大鼠剧烈运动致过度疲劳时，甲状腺形态结构发生改变，引起甲状腺功能的剧烈变化，心肌细胞纤维形态结构改变，发生不可逆的病理性损伤，血清中乳酸脱氢酶2浓度升高，可能引发心肌梗塞；T3、T4分泌显著增加，从而出现机体疲劳时的代谢紊乱,破坏机体的内环境稳态，同时引起心肌细胞的功能异常，而机体的物质和能量代谢紊乱以及心脏功能的异常，反过来进一步加重疲劳，可能导致器官衰竭，同时对心脏造成严重影响，从而诱发运动性猝死。因此，初步推测甲状腺滤泡上皮细胞的病理学改变及T3、T4分泌异常升高可能是导致运动性猝死的原因之一。对于甲状腺结构功能异常与“心源性”猝死的关系还有待进一步研究。作者贡献：设计、评估者为第一作者和通讯作者，实施为全体作者，第一作者成文，通讯作者审校。利益冲突：所有作者共同认可文章内容不涉及相关利益冲突。伦理问题：实验动物在戊巴妥纳麻醉下进行所有的手术，并尽一切努力最大限度地减少其疼痛、痛苦和死亡。文章查重：文章出版前已经过CNKI反剽窃文献检测系统进行3次查重。文章外审：文章经国内小同行外审专家双盲外审，符合本刊发稿宗旨。作者声明：第一作者对研究和撰写的论文中出现的不端行为承担责任。论文中涉及的原始图片、数据(包括计算机数据库)记录及样本已按照有关规定保存、分享和销毁，可接受核查。文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。4 参考文献 References1 经承学,周春.猝死与遗传代谢病J.实用儿科临床杂志, 2010,25(8):537. 2 徐昕,高崇玄,张丽申,等.我国运动猝死调查研究J.中国运动医学杂志J1999,18(2):99-102.3 朱磊,刘洪珍.运动性猝死的原因及其干预J.中国临床康复,2005,9(8):1694 董玉福,张文星.25例学生运动性猝死特点分析J.中国学校卫生,2014,1(25):156-158.5 孙鑫.冠心病猝死的法医病理学研究J.郑州大学学报, 2015,5(1):56-58.6 陈元武.剧烈运动对人体代谢的影响J.湖北体育科技, 1994,53(4):32.7 经承学.遗传代谢病J.实用儿科临床杂志,2007,22(8): 567-5688 Angle B,Burton BK.Risk of sudden death and acute life-threaten ingevents in patients with glutaric acidemia type.Mol Genet Me tab.2008;93(1):36-39.9 Gygax MJ, Roulet-Perez E,Meagher- Villemure K,et al. Sudden unexpected death in an infant with L-2 -hydroxyglu taricaciduria.Eur J Pediatr.2009;168(8): 957-962.10 钱宁,杨艳宁.有机酸代谢障碍的研究进展J.中国优生与遗传杂志,2003,11(4):6-8.11 An