有氧运动对被动吸烟大鼠生长性能和肺组织超微结构的影响

肖晓玲，肖晓英，黄文英

肺是呼吸系统的主要器官，其功能的改变与其结构密切相关。众所周知，吸烟致癌。流行病学研究表明，肺癌死亡人群中由于吸烟造成的高达85%，因此，吸烟是肺癌发生的主要致病因素，其中鳞状上皮细胞癌和小细胞未分化癌发生率更高。在世界范围内，肺癌居于各类恶性肿瘤前列。李若葆等[1]研究显示吸烟会引起肺癌患者肺泡腔不规则扩大、壁变薄或断裂并使P53、VEGF蛋白表达增强与肺损害成正相关。香烟烟雾中的化学物质，绝大部分对人体产生危害，尤其以烟焦油、尼古丁以及一氧化碳为主要成分[2，3]。本研究以SD雄性大鼠为研究对象，建立被动吸烟模型，然后进行有氧运动干预，观察有氧运动对被动吸烟大鼠生长性能和肺组织超微结构的影响，为被动吸烟环境下导致机体损害提供理论基础，同时为被动吸烟者提供新的防治策略。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1实验动物2月龄健康(Sprague-Dawley，SD)雄性大鼠32只(清洁级，购于长沙市天勤生物技术有限公司)，许可证号湘SCXK，2009～0012，体重150～200g。分笼饲养，适应性饲养一周后，随机分为安静组(C，n=8)、运动组(E，n=8)、吸烟组(S，n=8)、运动吸烟组(ES，n=8)，生活期间室温保持20～23℃，相对湿度45～55%；自然光照，隔天采用熏醋的方法进行空气消毒，熏醋时间为30分钟/次；每天9:00及20:00各饲喂两次，大鼠饮用水为凉开水，每天换水1次，饲料和饮用水由大鼠自由摄取，具体分组情况见表1。

表1 实验分组情况

1.1.2主要仪器与试剂

(1)主要仪器：光学显微镜，上海天放实验仪器有限公司；显微镜数字图像分析处理系统，杭州迅数科技有限公司；TG628型分析天平，上海精密科学仪器有限公司；切片机，徕卡UC6切片机；摊片机，广东肇庆市凌峰电子器械厂。

(2)主要试剂：福尔马林、95%及无水酒精、Bouin固定液、苏木精染液、伊红染液、蒸馏水、二甲苯、重铬酸钾-浓硫酸、盐水等试剂均购于南昌赛尔科学仪器有限公司长城生物试剂部。

1.2 实验方法

1.2.1有氧训练方案运动模型:S、C组不进行运动，下午5:00开始；E、ES组进行运动训练。有氧运动方案采用杭州立泰科技有限公司动物实验跑台，参考郑澜等[4]运动模型进行递增负荷训练(见表2)。先适应性训练3天，之后每天训练1次，每周6天，共8周。

表2 有氧训练方案(速度m/min×持续时间min)

1.2.2被动吸烟方案有氧运动相关组次干预4周后，将S、ES组分别置于自制半密闭玻璃箱中，采取静式被动吸烟方式，每周6天，共持续4周，星期天休息。

1.2.3实验动物取材

(1)肺组织超微机构观察(与解放军九四医院病理科共同完成)。从左侧肺叶中部横断面取材，重量为0.5～1.0g，浸泡于福尔马林溶液；玻片于重铬酸钾-浓硫酸溶液中浸泡24h，自来水成分洁净，置于烤箱烘干后，再沁入多聚-L-赖氨酸溶液中1min，常温晾干，制作为防脱的玻片。所有的切片厚 5um，连续切片 6～8 张，置于60℃烤箱烤干备用；将固定好的肺组织块进行常规石蜡包埋、切片、HE染色，最后在400倍光学显微镜下利用显微数字图像分析处理系统对肺组织进行病理学检查。

1.3 质量控制

1.3.1运动强度和被动吸烟时香烟浓度的控制运动强度和香烟浓度的控制是对本次实验重要的影响因素。为保证实验对象主动积极运动，我们对PT跑台做了小小的改动，即根据大鼠喜欢黑暗的特性，将PT跑台有机玻璃盖的前1/2处用黑色塑料袋包裹，人为制造一个相对较暗的环境。为了保障香烟的浓度，将香烟点燃后，迅速把烟头部分放入自制通气管道管口处，以保证香烟烟雾第一时间进入烟箱，同时把一注射器(无针头)插入烟蒂中，反复推拉，使香烟充分燃尽。

1.3.2仪器和试剂的控制实验过程中使用的玻璃仪器先全部用洗涤液刷洗后，用重铬酸钾洗液浸泡24h以上，流动清水冲洗后，再用蒸馏水润洗3次。每次测试使用试剂均新鲜配制。

1.4 数理统计法

实验数据应用SPSS20.0统计软件进行数据处理，统计学方法包括：One-Way ANOVA法，两两比较采用Independent-Samples T Test法。实验结果以“均数±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 有氧运动对被动吸烟大鼠生长性能的影响

最后一次运动、被动吸烟干预后，乙醚麻醉，称大鼠体重，取大鼠肺称重，结果见表3。

表3 大鼠体重、脏器及脏器指数的结果分析

注：与C组相较，▲P<0.05，☆☆P<0.01；与E组相较，☆P<0.05；其余两两对比无显著性差异；脏器指数(脏器/体重×1 000)。

表3结果表明：实验期，各实验组大鼠体重呈增长的趋势，与C相较，S大鼠体重降低非常明显(P<0.01)，说明被动吸烟对大鼠生长发育有重要影响；与C相较， S、ES这两组大鼠肺和肺指数变化明显(P<0.05)，其余两两对比无显著性差异(P>0.05)，说明有氧运动对被动吸烟引起的肺组织发育具有一定的干预作用。

2.2 有氧运动对被动吸烟大鼠肺组织超微结构的影响

最后一次运动、被动吸烟干预后，乙醚麻醉，称大鼠体重，左侧肺叶中部，横断面取材0.5～1.0g，浸泡于福尔马林溶液待测。病理学切片完成后，在400倍光学显微镜下利用显微数字图像分析处理系统对肺组织进行病理学检查，结果如图1至图4所示。

图1表示的是对照组的肺组织结构。图中可见，肺泡壁毛细管轻微扩张和充血，淋巴细胞少量浸润，其余变化不明显；图2表示的是运动组的肺组织结构。图中可见，肺泡间质增宽，肺泡壁淋巴细胞轻度充血，其余变化不明显；图3表示的是被动吸烟组的肺组织结构。图中可见，肺泡壁增宽，间质、毛细血管扩张、充血，淋巴细胞浸润、淋巴细胞滤泡形成；图4表示的是运动被动吸烟组的肺组织结构。图中可见，肺泡壁毛细管轻微扩张和充血、淋巴细胞浸润。

图1 400倍光学显微镜下安静组大鼠肺组织结构

图2 400倍光学显微镜下运动组大鼠肺组织结构

图3 400倍光学显微镜下吸烟组大鼠肺组织结构

图4400倍光学显微镜下运动吸烟组大鼠肺组织结构

3 讨论

3.1 有氧运动对被动吸烟大鼠体重、脏器及脏器指数的影响

脏器指数是脏器重量与体重的百分比，是用来评价实验动物的营养状态和内脏的病变情况的指标之一。王爱萍、牛静萍等调查发现，被动吸烟儿童身高、体质量与被动吸烟量呈负相关，且接触烟雾更长者效应更明显，说明被动吸烟对儿童的生长发育产生严重威胁[5,6]。本课题组前期通过对有氧运动、被动吸烟大鼠的影响实验研究发现，被动吸烟会导致机体代谢紊乱，增加机体的生理负担，从而影响机体体重、组织以及器官的生长发育[7]。本实验结果显示，当有氧运动对被动吸烟干预时，各实验组大鼠体重呈增长的趋势。体重增加的顺序依次为： C>E>S>ES。从结果来看，被动吸烟干预时各组次大鼠体重增长缓慢尤其是ES；对于脏器及脏器指数来说，各实验组大鼠肺部质量有明显变化，肺和肺系数变化明显。由大到小的变化顺序为： C>E>ES>S。从结果来看，S组大鼠肺部发育比较缓慢，被动吸烟会延缓机体体重和肺组织生长发育，而有氧运动能刺激肺部生长发育。

3.2 有氧运动对被动吸烟大鼠肺组织超微结构的影响

肺为人体呼吸的重要器官，人有2个肺分别位于胸部的两侧。每个肺都与支气管的管道与气管相连。肺是柔软的，呈海绵状结构。因此，在呼吸时它可以自如的伸展并舒张。肺表面覆盖有浆膜，肺内有实质和间质组成。有研究观察不同剂量和时间的吸烟干预大鼠肺组织超微结构发生明显变化；随着剂量的变化而变化，剂量越大肺泡壁越宽、炎细胞浸润越多，肺泡细胞游离面微绒毛减少，肺泡内可见巨噬细胞；随着干预时间的变化而变化，时间越长纤毛脱落,杯状细胞化生，肺泡壁破裂间隔增加,呈肺气肿表现；说明被动吸烟对大鼠肺部超微结构产生危害，且随着时间和剂量的加大，肺部损害越严重[8,9]。大鼠4周静式被动吸烟模型能导致肺部病理改变及有氧运动明显改善双侧中肺野纹理状况减少肺部疾病[10]。由于大量学者主要集中于研究被动吸烟对肺组织超微结构的影响，而有氧运动对被动吸烟肺组织超微结构研究较少，所以参考文献甚少。本实验通过有氧运动对被动吸烟大鼠干预时，结果显示：S、ES这两组大鼠肺组织出现大量炎症，如：肺泡壁增宽，间质、毛细血管扩张、充血，淋巴细胞浸润等，其中尤以S组大鼠肺部损伤程度较重，而有氧运动干预时大鼠肺部损伤程度较轻；C、E这两组大鼠肺部也出现了少量炎症，如：肺泡壁毛细管轻微扩张和充血、淋巴细胞少量浸润。总之，长期被动吸烟能影响大鼠肺部的超微结构，长期中等强度有氧运动能修复和保护肺部作用。

4 结论

(1) 从生长性能来说，被动吸烟会延缓机体体重和肺组织生长发育，有氧运动能刺激肺部生长发育；(2) 从肺部超微结构来说，被动吸烟能影响大鼠肺泡壁增宽，间质、毛细血管扩张和充血，淋巴细胞浸润、淋巴细胞滤泡形成，肺泡腔内充满中性粒细胞和浓细胞，而长期中等强度有氧运动具有修复和保护肺部作用。

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