大鼠心肌线粒体能量代谢及心功能受耐力运动训练的影响研究 13页

　　大鼠心肌线粒体能量代谢及心功能受耐力运动训练的影响研究----运动训练论文-->1前言心脏是生命的重要器官之一，在循环系统中起着重要的作用—肌肉泵的作用。它推动血液在整个循环系统中持续不断地流过全身各个器官和组织，使得机体氧气、营养物质的供应充足以及代谢产物的及时排出，维持人体日常活动及各种应激状态下生理功能的正常运行。心脏对维持人体运动及生命活动至关重要，而不同形式的运动对心脏也产生不同的影响。运动作为一种刺激会对心脏产生双向的影响，适宜的运动训练可对心脏产生良好的影响，不适宜的运动则会有损心脏的结构与功能。自从1899年瑞典临床医生HenSChen提出运动员心脏(TheAthleteSHeart)的概念以来，在百来年的历史中，运动引起心脏结构和功能变化机制的研究，一直是热门课题，是众多专家和学者关注的重点问题，由于心脏的复杂性，在研究中对其解释产生的矛盾之多也是前所未有的。但归纳起来，主要包括心脏形态结构与功能的整体研究以及心肌的生理学、病理生理学与分子生物学研究等方面〔1〕。\n目前对心肌线粒体能量代谢、抗氧化能力和心功能有一定的研究，但是一般都集中在单一的研究或者两两之间的研究，对于三者之间的关系的研究相对较少。因此，本文拟采用Bedford的运动模型，即不同强度耐力运动训练方案，以SD雌性大鼠为对象，对大鼠进行7周不同强度的耐力训练，研究不同强度的运动对大鼠心肌腺普酸(ATP、ADP，AMP)含量、能荷和呼吸链氧化酶(NADH，CCO)活性的不同影响，同时测定抗氧化酶(SOD，GSH)的活性和MDA的含量，期望可以找出不同强度耐力运动训练后心功能的适应性变化规律，并从能量代谢、抗氧化能力方面探索其机制，为运动训练提供科学的理论依据。1.1研究目的和意义1.1.1大鼠心功能的运动适应性变化，主要从抗氧化防御体系的变化探索其初步机制。1.1.2从能量代谢的运动适应变化探究心功能的运动适应的机制。1.1.3探索线粒体能量代谢运动适应性变化的机制一提高心肌抗氧化能力。..................................2文献综述\n2.1运动对心脏功能的影响运动作为一种刺激对心脏会产生影响，而这种影响是双向的。采用适宜的运动强度和运动时间的训练可对心脏产生良好的影响，而不适宜的运动则会对心脏的结构和机能造成损伤，这是一直以来人们所共认的事实。不过究竟是怎样的运动形式，要采用多大的运动强度进行训练，这些训练又会对心脏产生怎样的影响，到目前为止，各专家和学者的研究结果不甚一致。总体来说，他们都有相同的观点，那就是长时间的有氧运动或者中低强度运动对心脏会产生相对较好的效果，然而一次性的力竭运动或长期大强度的过度训练则会对心脏产生反作用，损害其正常机能，危害健康〔2〕。\n许多研究表明不同的运动强度对心功能产生不同的影响。中低强度有氧运动经过长期系统的训练会让机体产生较好的适应效果，而一次性力竭运动或长期大强度的过度训练，就会导致机体的机能水平下降，并且在不同的程度上损害着机体发挥正常功能，特别是心脏，它是对过度训练和力竭运动产生反应最敏感的器官，过度训练会使心脏由生理性向病理性转变〔3〕。张卿华等〔4〕研究得出大到一定程度的运动强度和大到一定程度的运动负荷，并且在两者同时作用于机体时，对其心脏的影响最大，容易造成心功能下降，而且恢复能力也相对缓慢。他们〔5〕还有研究指出:超负荷的大强度训练或比赛，会对运动员的心功能带来深刻的影响，会造成运动员心律失常，不过大多数是可逆的，属于生理性变化，不会影响运动能力。如果不及时调整运动负荷和刺激强度，就有可能会转变为病理性的心律失常，从而影响运动能力。还有研究〔呀旨出运动通过影响心肌内部分生化指标的含量和心肌某些细微结构的变化，从而影响心脏整体功能的发挥。王友华等〔6〕将大鼠被分为安静组、有氧训练组和疲劳训练组经过跑台方式进行训练，发现三个组别的大鼠收缩压(SBP)，舒张压(DBP)没有显著变化，但有氧训练组与安静组和疲劳训练组相比心率(HR)降低，具有显著性差异(P-->也有研究指出，力竭性运动24h后MDA已经恢复到安静水平。\n超氧化物歧化酶(SOD)是机体内重要的抗氧化酶之一，它对心肌组织自由基损伤及线粒体损伤有重要防护作用。在一般情况下，自由基代谢增强的同时，SOD会相应的出现代偿性增加。对于力竭运动后心肌线粒体SOD显著下降的机制，可能是由于力竭运动时自由基大量生成，从而消耗了大量SOD而使其含量降低，它是一种失代偿的体现。这就说明力竭运动使得机体内源性自由基大量产生，这就造成了心肌线粒体抗氧化能力显著降低，也说明了心肌组织清除自由基能力的下降是引起心肌线粒体损伤的因素之一。另外，在机体的抗氧化系统中还有一种重要的抗氧化剂，那就是还原性谷肤甘肤(GSH)。GSH的含量，在caZ十释放和线粒体渗透转运过程中可能也起着重要的作用。当机体内线粒体谷肤甘肤含量处在较高水平时，线粒体Caz+就会处于相对的稳定状态，而当线粒体谷肤甘肤含量排空时，线粒体渗透性转运通道就会打开。有研究表明，长时间力竭游泳之后，小鼠心肌线粒体GSH含量相对于安静对照组显著下降，这就提高了线粒体渗透性转运通道打开的机率。吕永安等〔15〕研究发现，长时间大强度力竭性运动可以导致心肌线粒体抗氧化酶(Mn一s0D、GSH一Px、CAT)活性显著下降，心肌线粒体内HZOZ和脂质过氧化产物MDA含量显著增加，提示长时间大强度力竭性运动可使心肌线粒体内自由基增多;史亚丽等〔16〕研究表明，有氧运动能够提高心肌细胞抗氧化酶(Mn--SOD、GSH一Px、CAT)活性，从而有效防止自由基损伤，延缓器官衰老，而大强度运动会产生大量自由基，破坏了抗氧化酶的活性，产生自由基损伤导致心肌细胞破损;赵可伟等〔‘\n7]模拟中等强度的高住低训可以明显减少小鼠心肌线粒体内MDA含量，增加Mn一SOD及GSH一Px活性，提示高住低训可以提高心肌抗氧化能力，进一步提高机体有氧代谢能力。尺eonich〔18〕发现耐力训练使大鼠和小鼠心肌、骨骼肌内的eu，zn一son、eAT、GPx等活性显著升高。QuintaniChia〔19〕，也报道，大鼠耐力妙11练后骨骼肌和心肌SOD、CAT、GPx等活性显著增加。刘洪珍等〔20〕研究发现有氧运动锻炼能够降低机体自由基的产生，提高机体GSH、GSH一Px清除自由基的能力，但对GST活性的影响不够明显;任昭君等〔21〕研究表明，分别采用大、中、小3种不同强度的运动训练都能提高大鼠安静状态下心肌、骨骼肌中谷肤甘肤含量、谷胧甘肤过氧化酶活性，抑制力竭运动导致的机体谷肤甘肤含量的下降。.......................................3材料与方法...........................................73.1实验对象与分组..................................73.2主要试剂..........................................73.3主要仪器..........................................73.4运动训练方案...............................83.5心功能指标测试................................83.6腺普酸含量的测定..............................9\n3.6.1心肌腺普酸测定的准备............................93.6.2色谱条件........................................93.6.3标准液的配制以及心肌腺昔酸标准曲线.......................93.6.4样品处理及分析.....................................103.6.5标准曲线计算公式.，.....................................103.7呼吸链氧化酶活性的测定........................................113.7.1样品准备..............................................113.7.2测试方法...............................................113.8抗氧化酶与MDA的测定.........................................113.8.1样品处理........................................113.8.2心肌蛋白测定:双缩脉法..................................12\n3.8.3超氧化物歧化酶SOD测定:黄嘿吟氧化酶法。.......................123.8.4丙二醛MDA测定..........................................133.8.5谷肤甘肤过氧化物酶GSH一Px测定...........................134研究结果与分析................................................144.1不同强度耐力训练对大鼠心脏功能的变化........................144.2不同强度耐力训练对心肌腺普酸含量与能荷的变化..................164.3不同强度耐力训练对心肌呼吸链氧化酶活性的变化..................174.4不同强度耐力训练对心肌抗氧化能力的变化.......................75讨论5.1耐力运动训练对心脏功能的影响\n研究发现，运动训练可以使得心脏增大。运动性心脏增大对于不同性质的运动训练具有专一性反应。一般来说，耐力性运动可以使得心脏增大是以心室腔增大为主，也有报到心肌厚度也增加。前人的许多研究证明，长期系统的中低强度有氧运动对机体正常功能的发挥与改善有良好的影响，会使机体产生良好的适应性改变;还对心肌内一些化学物质含量与活性的变化、心脏内部超微结构变化以及心功能的改善等方面产生积极作用。这些包括安静心率的降低，适应性心脏肥大，心肌放松机制和收缩功能的改善以及心脏自己本身内分泌的适应性改变〔3〕。在本实验中，大鼠经过7周的三种不同强度的耐力训练，发现其对大鼠的心脏功能有不同的影响。经过训练，发现小、中强度耐力训练的\n-->大鼠心率显著低于安静组;大强度组心率虽然低于安静组，但并无统计学意义。LvSPP、士dP/dt~则在小、中强度时显著上升，大强度时候有所下降;而LvEDP在小中强度时显著下降，大强度时稍微上升。这就表明大鼠心脏发生了变化，通过小中强度耐力训练后，心率下降，而反应心肌收缩功能和舒张功能的压力瞬时变化指标士dp/dt。。上升了，说明心肌可能发生生理性肥大，心肌的收缩功能和舒张功能得到了增强，出现能量节省化。而LvSPP、LVEDP在相同强度训练后分别出现升高和下降，说明了通过训练，大鼠左心室舒张期充盈的时间延长了，使得舒张末的压力相对的下降，同时左心室收缩压的最大值上升，这样不仅有利于左室的排空，也有利于左室的充盈，提示着大鼠心肌收缩功能和舒张功能得到提高和增强〔9〕。本实验结果与田振军的研究一致。田振军〔8〕通过对大鼠6周每天12Omin的游泳训练进行研究，发现心肌收缩力增强，LVP(左心室内压)升高，dp/dtmax增加，心脏发生生理性肥大。这是心肌对长期小、中强度耐力运动训练所产生的良好适应。在本实验中，还发现长期进行大强度耐力训练，大鼠心肌心率升高，与安静组无显著性差异，同时LvS即、士dp/dtmax相对也下降了，LVEDP则上升，与安静组还存在着显著性差异。这说明心功能可能降低。有研究指出〔川运动超负荷可导致心肌发生缺血缺氧性损伤，心肌细胞间质以及心内膜下大量胶原增生，降低了心脏的顺应性，心脏收缩和舒张功能受损。由研究结果判断，大强度耐力训练己经对大鼠心肌造成损伤，从而影响了心脏的收缩和舒张功能的正常发挥，进而降低了机体运动能力。综合上述，大鼠心脏对长期小、中强度耐力运动训练产生了良好的适应，心脏的收缩功能和舒张功能得到增强，而长期大强度耐力训练会是心肌细胞受损，从而减弱了心功能。\n5.2耐力运动训练对心肌线粒体能量代谢的影响心肌是机体内耗氧量最多的组织之一。这是由心肌组织的超微结构所决定的:心肌细胞周围含有大量的毛细血管，血液循环旺盛;而且心肌细胞的肌红蛋白含量很高，这就有利于氧弥散到细胞内;还有，心肌细胞内线粒体的含量特别多，且体积大，细胞色素等氧化酶体系的活性高。这些超微结构特点就保证了心肌组织氧的供应与利用。因此，心肌有很强的有氧氧化能力〔8〕。有氧代谢，通过氧化磷酸化生成ATP，是长时间耐力性运动的重要能量。正常细胞的有氧代谢，依赖于线粒体底物的氧化及线粒体内膜呼吸链的氧化磷酸化。然而，线粒体又是细胞内一个结构和功能复杂、敏感易变的细胞器〔侧。线粒体是能量合成的主要场所，能够迅速把储存在脂肪酸、糖和乳酸能量转化为高能磷酸盐，为心肌细胞多种功能提供能量。能量物质进入线粒体之后氧化生成aCetyl一CoA并进入三梭酸循环，aCetyl一CoA在三梭酸循环氧化生成NADH和FADH可将电子传递给电子传递链，经氧过程(oxPH0s)产生ATP。\nATP转移至胞列酶催反应和细胞的特异过程所利用〔49〕。ATP的产生一定是以电子传递为前提和基础，然而呼吸链只有在ATP生成时才能推动电子的传递，这两者之间是相辅相成，互相联系的。细胞色素C氧化酶(CCO)做为这一藕联过程的关键电子载体，含量的多少与其活性的高低都会影响到呼吸链电子传递过程中的效率，还会直接影响机体能量的产生〔50〕。细胞中的线粒体是呼吸和产生ATP的部位，其内膜含有呼吸链和氧化磷酸化系统的全部酶，其中包含NADH脱氢酶、CCO等多种酶，电子通过这些酶，最后由CCO传递给分子氧(在电子传递链上的各种成分都要先通过氧化还原反应，把NADH提供的电子依次向下传递，最终电子就会被氧分子接受，还原为HZO，同时释放出能量供机体需要)〔51〕。........................................6结论6.1经过7周不同强度的耐力训练大鼠心脏对长期小、中强度耐力运动训练产生了良好的适应，心脏的收缩功能和舒张功能得到增强，而长期大强度耐力训练会使心肌细胞受损，从而减弱了心功能。6.2中等强度的耐力训练增加心肌腺普酸、呼吸链氧化酶(NADH、CCO)的含量，能量代谢水平得到加强;长时间大强度的耐力训练会引起细胞线粒体损伤，降低心肌能量代谢能力，进而降低机体的运动能力。\n6.3中等强度的耐力训练提高心肌的抗氧化酶SOD、GsH的活性，增强心肌抗氧化防御系统的能力，能够有效清除产生的MDA，防止细胞受到自由基的攻击;长时间大强度的耐力训练会引起MDA的大量生成，降低抗氧化酶的活性，清除能力降低，细胞线粒体损伤，机能下降。6.4中等强度耐力训练增加心肌腺普酸、呼吸链氧化酶(NADH、CCO)的含量，能量代谢水平得到加强，同时心功能也在增强;长时间大强度的耐力训练会引起细胞线粒体损伤，降低心肌能量代谢能力，进而降低心脏功能。6.5适宜强度的耐力训练可通过抗氧化作用而改善能量代谢水平，增强心功能，而大强度耐力训练降低抗氧化能力而使得能量代谢水平受到抑制，影响心功能的运行。.................................