不同周期的运动训练大鼠骨骼肌结构改变与磁共振磷谱特征在不同周期的运动训练中的变化研究 12页

　　不同周期的运动训练大鼠骨骼肌结构改变与磁共振磷谱特征在不同周期的运动训练中的变化研究----运动训练论文-->1前言1.1中等强度运动对骨骼肌超微结构的影响运动训练过程中，中等强度的运动训练是最有效的发展骨骼肌的方法[1]。李开刚等[2]通过对大鼠进行16周强度分别为26m/min、30m/min、36m/min、42m/min的运动训练，来观察不同的运动强度对大鼠骨骼肌的影响。结果表明，在30m/min强度下大鼠骨骼肌得到最好的发展。骨骼肌氧化能力的强弱与其线粒体持续合成ATP的能力紧密相关。运动训练可使线粒体的数目,大小、容积密度以及线粒体蛋白含量发生明显的变化[3]。不同的训练将导致线粒体产生不同的变化。Hoagicresonancespectroscopy，MRS)是利用磁共振现象及其化学位移来研究化合物的存在或分子结构的一项技术。它是目前仅有的可对活体组织的磷化物进行定量分析的无创性方法[5]。磷化物的浓度与能量代谢密切相关，测得磷化物、及其代谢产物的相对浓度即可得出机体的能量代谢水平。最早的磷谱测定是由Moon和RIChardS在1973年通过对完整的红细胞、新鲜肌肉标本的磷谱测定来完成的。MRS\n进入临床以Gordon在1978年得到的第一个人体31P-MRS标本为标志[6]，至此31P-MRS被广泛应用到临床诊断以及生物医学的研究中，由于技术的原因，当时31P-MRS仅局限在剖面成像（T1和T2加权成像技术），主要观测机体在形态解剖学上的改变。90年代初，随着快速成像技术（如SPIRAL和EPI），扩散加权成像法，灌注加权成像法，磁共振血管造影，化学移位成像等先进技术的发展与成熟,磁共振成像不再仅仅局限于观测生物体的解剖结构，而是开始被用于研究生物体的功能与活动机制[7]。现在，31P-MRS技术在临床诊断、分子生物学和科学化的运动训练等方面广泛应用，成为当今医学领域不可缺少的无创性的研究方法。骨骼肌磷化物含量丰富，因此，31P-MRS技术在临床中应用最早是对正常及病变的骨骼肌能量代谢的研究，其他组织器官的磷化物浓度、分布各不相同，例如：正常情况下，肝脏、肾脏中不含PCR,肌肉中的PME、PDE相对含量要低于其他的组织，而在人脑中不同的部位其各种含磷代谢产物的浓度各不相同。随着31P-MRS技术的不断进步，31P-MRS技术首次应用于人体肿瘤的研究，Griffthe等[8]在活体得到横纹肌肉瘤的磷谱特征，至此，31P-MRS技术逐步进入到对脑、心脏、肝脏、肿瘤的能量代谢研究中[9]。31P-MRS在体育中应用始于上世纪80年代末期90\n年代初期，以研究骨骼肌新陈代谢为主要内容。进入21世纪，研究领域逐步扩大，并随着运动医学的迅猛发展，逐渐渗透到体育的多个领域。1.2.231P-MRS技术在体育运动中的应用目前，31P-MRS在体育中的研究按干预程度划分为直接测定分析和施加因素测定分析。直接测定分析多用于31P-MRS进入体育领域初期，通过对特定机体进行磷谱分析，进行定量或对比研究。随着31P-MRS在体育领域不断深入，施加条件也越来越多，研究越来越专业，水平不断提高。本文着重阐述施加因素的测定分析。施加因素，顾名思义，即通过设定特定条件对其造成预想的效果。而体育运动，尤其是竞技体育，就是通过特定的训练，从而达到特定的训练效果。日本学者通过对6名久坐人群[10]受试者的磷谱来评估久坐人群骨骼肌氧化新陈代谢以及O2的供应和需求的缺陷。31P-MRS检查结果表明久坐的和训练过的人群氧气有效性的改变，能清晰的分析到肌肉利用氧气的能力。当呼吸高氧气体时，这些久坐不动的受试者和那些训练过的人差异显著，最大氧化能力在恢复期PCR不提高[11]。大阪大学健康与体育运动科学学院研究人员利用31P-MRS技术对6名久坐的健康男性受试者，5名男性短跑者和5\n名男性长跑者的股二头肌在运动期和恢复期间进行测量[12]。结果显示长距离跑者与久坐受试者在相同运动强度下运动，前者的PCR和PI变化较小。瞬时反应PCR和PI在恢复期间具有初级动力学特征。运动结束后，长距离跑者与久坐人群相比PCR和PI恢复速率明显要快（P-->即刻取材，以备电镜超微结构观察。2.3动物模型建立动物模型参照Bedford[16]渐增负荷跑台动物模型，模型设计如下：运动组在实验室适应环境7天后，以坡度0°，15m/min,5～10min/d适应性训练3d，隔日大鼠在电动跑台上开始运动训练，按Ⅰ级：坡度0°,15m/min,5min；Ⅱ级：坡度0°,25m/min,5min；Ⅲ级；坡度0°,30m/min,50min；运动负荷强度相当于50～60﹪VO2max。运动时使用毛刷，钝笔头和声刺激保证运动时间和强度，整个过程中无电刺激。所有大鼠均能运动全程。实验过程中对动物的处置符合国家科学委员会颁发的《实验动物管理条例》。训练过程中每周训练6d，周日休息，训练后放回笼中同样条件饲养。对照组正常饲养，不进行任何运动干预。按周期训练完成后，在各运动组、对照组随机抽取8只进行15min，30m/min运动后即刻麻醉进行31P-MRS采集，测出PI、PCr、β-ATP峰下积分面积，计算出PI/PCr、PI/ATP、PCr/ATP比值；剩余运动组、对照组各8只同样进行15min，30m/min\n运动后即刻麻醉取材，以备电镜股四头肌超微结构的观察分析。......................................3研究结果..............................................................113.1电镜观察股四头肌超微结构............................................113.1.12周对照组、运动组股四头肌超微结构............................113.1.24周对照组、运动组股四头肌超微结构............................113.1.36周对照组、运动组股四头肌超微结构............................123.231P-MRS检查结果.....................................................133.2.131P-MRS检查直接测得PI、PCR、ATP峰积分面积....................133.2.231P-MRS检查计算得出PI/PCR、PI/ATP积分面积比值................23\n4分析与讨论4.1不同周期中等强度训练对大鼠骨骼肌超微结构的影响运动训练过程中，中等强度的运动训练是最有效的发展骨骼肌的方法。李开刚等通过对大鼠进行16周强度分别为26m/min、30m/min、36m/min、42m/min的运动训练，来观察不同的运动强度对大鼠骨骼肌的影响。结果表明，在30m/min强度下大鼠骨骼肌得到最好的发展。毛细血管的数目较其他组显著增加，管腔明显增粗，线粒体内膜和嵴得到最好的发展，同时还观察到骨骼肌细胞最大氧弥散距离缩短程度较其他组最明显，说明大鼠骨骼肌在耐力训练作用下超微结构发生了适应性变化，并且得出发展骨骼肌最理想的运动强度为中等强度的耐力运动。陈彩珍等[22]对大鼠进行8个月的耐力训练后进行电镜观察发现骨骼肌超微结构发生适应性变化，结果显示，经过8个月训练的大鼠骨骼肌线粒体的数目较年轻大鼠未发现显著差异，肌细胞膜下线粒体数目减少，体积变小。而骨骼肌线粒体的体密度、平均体积和面积升高，提示长期持续的运动训练能使线粒体的功能得到改善，并可以延缓线粒体随年龄的增加而发生的结构上的变化。薛刚等[23]对不同的运动训练周期大鼠骨骼肌超微结构的改变进行了研究，将大鼠分别进行1周、2周、3周、4周、6周、8\n周的耐力训练。经比较得出，6组大鼠的骨骼肌超微结构均发生了改变，其中3周训练组的骨骼肌细胞损伤较其他组最为严重。4周训练后，大鼠对耐力训练有了很好的适应性。Davies等[24]也发现长时间的耐力训练，骨骼肌纤维发生显著的适应性变化，表现为线粒体数量增加，同时肌外膜面积也相应增加，膜蛋白、膜磷脂含量显著升高。黄利长[25]通过对大鼠进行耐力运动训练后观察大鼠骨骼肌超微结构发现骨骼肌中的线粒体密度升高。朱晗等[26]对大鼠进行8周耐力运动训练观察耐力训练对骨骼肌结构和代谢能力的变化，发现8周运动组大鼠骨骼肌未发生异常变化，而大鼠骨骼肌肌纤维的横断面积变小。他们分析骨骼肌纤维横断面积变小的原因可能是大鼠骨骼肌对耐力训练的一种适应性改变。本实验研究结果与以往研究基本一致，通过对不同运动训练周期大鼠骨骼肌超微结构的电镜观察，发现运动后即刻2周运动组与2周对照组比较，2周运动组股四头肌损伤程度较2周对照组更严重，表现为2周运动组股四头肌Z线异常，肌原纤维排列不规则、肌节扭曲，偶见线粒体出现嵴缺损和空泡变性。2周对照组损伤仅局限在Z线的变化，肌原纤维的排列、明暗带比较规则，未发现肌膜被溶解、核膜肿胀，另外，肌浆网与T小管未发现明显肿胀，未见线粒体出现嵴缺损和空泡变性。通过对2周、4\n周、6周组大鼠的电镜观察，2周运动组出现了比对照组更严重的这种损伤，表明并不是由于取材前的最后一次运动所致，而是由于2周的运动训练对大鼠骨骼肌结构造成的损伤，这一结果与薛刚等人的研究结果相似。这种损伤是由于未经过运动训练的大鼠在进行中等强度的耐力重复训练后出现的正常的肌肉损伤，属于原位损伤，即仅肌纤维受到损伤，基底细胞层与结缔组织并未发生显著地变化，2周运动组的这种损伤与肌纤维和结缔组织构架受到剪式损伤造成撕裂的结果有着本质的区别。田野[27]、张海平等[28]的研究也表明运动后即刻骨骼肌的超微结构变化并不明显，骨骼肌超微结构的损伤严重期出现在运动后的24和48小时，这可能是2周对照组在运动后即刻电镜观察骨骼肌超微结构未出现明显变化的原因。................................4.2不同周期中等强度训练对磁共振磷谱特征的影响4.2.1不同周期中等强度训练对PI代谢的影响ATP是能量的直接，他可以自身合成并能快速分解被机体直接利用。骨骼肌的运动是由细胞内的ATP酶断开高能磷酸键来提供能量，维持正常运动的。肌肉收缩，ATP分解，生成ADP和PI，并释放出能量，此反应是可逆反应，ATP\n在机体内的含量是有限的，而且比较稳定，运动过程中边分解，边合成，呈动态平衡[29]。PI峰主要由无机磷酸盐组成，波峰谱线较窄，峰形较为锐利。磷酸一氢根离子(HPO42-)和磷酸二氢根离子(H-->2PO41-)共同组成PI波峰[30]。PCR与它们的峰值之间的化学位移分别为3.3(ppm)和5.7(ppm)，因为其频率差值远小于化学交换速度，因而在磷谱上只能看到一个波峰。化学位移为这两种离子相对浓度的平均权重[31][32]。由ATP→ADP+PI+能量,可以得出PI峰积分面积值在运动过程中是一个不断堆积的的过程，而在恢复期，是一个逐渐恢复的过程，即在恢复过程中PI峰积分面积值不断缩小，直至达到正常值，甚至是正常值以下。在运动后恢复过程中，TakayoshiYoshida等通过31P-MRS观察不同强度运动后恢复期PI的变化，久坐组PI恢复速率较慢，而短跑组和长跑组恢复较快，并且与运动前准备活动时的PI峰相比较，PI恢复到基准线以下。赵衡等[33]运用31P-MRS同样观察到在恢复期PI峰呈下降的趋势。王立军等研究发现PI不随年龄的改变而改变[34]。本实验的研究结果与相关文献报道基本一致，本实验采用2周、4周、6\n周不同运动训练周期，观察不同的运动训练周期大鼠磁共振磷谱特征。结果发现，中等强度训练对大鼠骨骼肌产生了良好的适应性。运动组和对照组在运动后恢复期内PI峰都表现出下降的趋势，在各自的三个时段比较，2周对照组、4周对照组、6周对照组在此三个时段变化均非常显著；3组运动组在各自的三个时段比较，在1min42s这一时段与3min24s、5min6s两个时段比较差异非常显著，3min24s与5min6s这两个时段相比较未见显著性差异。表明在运动后恢复过程中运动组较对照组恢复速度更快，即在同样负荷强度下，运动组机体恢复时间短于对照组。这与TakayoshiYoshida等的研究结果相吻合。各对照组之间的PI峰积分面积在三个时段均未见显著性差异，这与王立军等研究发现PI不随年龄的改变而改变的结论相一致。运动后即刻通过磷谱观察到2周、4周、6周运动组PI峰积分面积均低于对照组，这一结果的出现可能是由于运动组大鼠在相同强度、相同时间的运动过程中产生的无机PI相对于对照组要少，或者恢复速度运动组要快于对照组，或者二者兼有。可以肯定是，运动组与对照组相比，系统的运动训练达到了良好的效果。2周运动组与4周、6周运动组相比，在即刻PI峰积分面积差异非常显著，说明4周、6周的训练效果明显要优于2周运动组。4周、6周运动组即刻PI峰积分面积虽有变化，但变化未见显著性差异，说明大鼠的运动训练在保持同等强度、时间的条件下，4周的运动训练已经达到机体自身一定的运动水平，4\n周之后的训练是在巩固、维持之前的运动水平。在3min24s、5min6s，2周运动组、4周运动组、6周运动组之间虽有一定变化，但均未见显著性差异。表明PI峰的恢复速度比较快，在3min24s，已经恢复到较正常的水平。....................................5结论5.1不同训练周期大鼠在中等强度运动后即刻观察股四头肌超微结构，均发生了适应性改变，2周运动组损伤程度最大，4周、6周运动组线粒体增多，嵴增多，架构完整，4周、6周运动组之间差异不显著。表明不同训练周期对大鼠产生了不同的训练效果。5.2不同训练周期大鼠在中等强度运动后即刻31P-MRS检查PI、PCR、PI/PCR、PI/ATP、PCR/ATP运动组均优于对照组，4周、6周运动组各值均优于其他各组，4周、6周运动组之间变化不明显。表明运动组的能量代谢均发生适应性改变，不同训练周期对大鼠产生了不同的训练效果。5.3不同训练周期大鼠中等强度运动后即刻骨骼肌超微结构与31P-MRS检查均表明不同训练周期对大鼠产生了不同的训练效果，31P-MRS\n为运动训练的监测提供了一条新的途径。....................................