65%～75%最大強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡小鼠骨骼肌線粒體氧化應(yīng)激與膜電位的影響

漆正堂,賀 杰,張 媛,丁樹哲

65%～75%最大強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡小鼠骨骼肌線粒體氧化應(yīng)激與膜電位的影響

漆正堂,賀 杰,張 媛,丁樹哲

目的:探討線粒體氧化應(yīng)激與增齡性骨骼肌流失之間的關(guān)系,進(jìn)一步揭示耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)增齡性骨骼肌流失的影響機(jī)制。方法:選用40只ICR小鼠建立2、4、6、8月齡增齡性骨骼肌流失模型;另選用40只ICR小鼠分為4組:青年對(duì)照組(YC)、青年運(yùn)動(dòng)組(YR)、老齡對(duì)照組(AC)和老齡運(yùn)動(dòng)組(AR);每組10只。對(duì)不同月齡小鼠采用遞增負(fù)荷進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試,YR、AR組小鼠按最大負(fù)荷的65%～75%進(jìn)行耐力訓(xùn)練,每天訓(xùn)練1 h,持續(xù)4周。取腓腸肌、股四頭肌稱重,熒光探針法檢測(cè)腓腸肌線粒體活性氧(ROS)產(chǎn)率與膜電位,ELISA法檢測(cè)腓腸肌8-羥基-脫氧鳥苷(8-OH-dG)含量。結(jié)果:1)4月齡組腓腸肌、左右股四頭肌濕重顯著高于2、6、8月齡組(P<0.05);但耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)AR、YR組小鼠骨骼肌濕重均無顯著影響。2)8月齡組線粒體ROS產(chǎn)率顯著高于2、4、6月齡組(P<0.01),6、8月齡組8-OH-dG含量顯著高于2月齡、4月齡組(P<0.05)。AR組8-OH-dG含量顯著高于AC組(P< 0.05)。3)與2月齡組比較,4、6、8月齡組線粒體膜電位顯著下降(P<0.01);與4、6月齡組比較,8月齡組線粒體膜電位進(jìn)一步顯著下降(P<0.01)。AR組線粒體膜電位顯著高于AC組(P<0.05)。結(jié)論:在增齡性骨骼肌流失的不同時(shí)期,先后出現(xiàn)線粒體膜電位下降、DNA氧化損傷加劇、ROS產(chǎn)率增加。65%～75%最大強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)提高了老齡小鼠骨骼肌的線粒體膜電位,表明耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡小鼠維持線粒體功能、防止肌細(xì)胞凋亡有重要意義,但也可能加劇DNA氧化損傷。建議老年人有必要從事耐力運(yùn)動(dòng)但不宜采用過高的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

耐力運(yùn)動(dòng);骨骼肌流失;活性氧;8-羥基-脫氧鳥苷;線粒體膜電位

骨骼肌質(zhì)量減少的原因很多,肌營(yíng)養(yǎng)不良、慢性消耗性疾病、神經(jīng)損傷、肢體固定、肌肉減負(fù)、衰老等都能引起不同程度、不同病理進(jìn)程的骨骼肌萎縮[21,24]。肌肉練習(xí)或運(yùn)動(dòng)只能預(yù)防或恢復(fù)某些原因引起的骨骼肌萎縮,神經(jīng)損傷、肢體固定、肌肉減負(fù)引起的肌萎縮可在神經(jīng)修復(fù)、肌肉負(fù)載后迅速恢復(fù),具有較好的可復(fù)性;而肌營(yíng)養(yǎng)不良、慢性消耗性疾病引起的肌萎縮運(yùn)動(dòng)后可復(fù)性較差[17,22]。介于二者之間的,是與衰老、年齡相關(guān)的骨骼肌萎縮是否可以通過運(yùn)動(dòng)得以延緩或矯正,如何運(yùn)動(dòng)才是有效的?學(xué)界一直有許多爭(zhēng)議。爭(zhēng)議的焦點(diǎn)在于骨骼肌衰老性萎縮的有關(guān)機(jī)制不明。衰老性肌萎縮的發(fā)生機(jī)制有兩種觀點(diǎn):一是,肌肉蛋白質(zhì)合成下降,分解增加[24],因此,應(yīng)該通過肌肉力量練習(xí)增加蛋白質(zhì)合成;二是,肌細(xì)胞凋亡增加[8],因此,加速細(xì)胞凋亡的耐力運(yùn)動(dòng)是不可取的。不僅如此,長(zhǎng)期耐力運(yùn)動(dòng)通常還會(huì)減損力量練習(xí)辛苦積累起來的肌肉質(zhì)量[2,19]。如何評(píng)價(jià)耐力運(yùn)動(dòng)與骨骼肌流失之間的關(guān)系?線粒體生物發(fā)生、體量增加是耐力運(yùn)動(dòng)最顯著的效應(yīng)之一[13],線粒體也是細(xì)胞凋亡的調(diào)控中心,大多數(shù)細(xì)胞凋亡是由線粒體介導(dǎo)的,線粒體氧化應(yīng)激、DNA損傷、膜電位都與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)[16]。本研究擬縱向觀察衰老對(duì)骨骼肌質(zhì)量與線粒體氧化應(yīng)激的影響,分析骨骼肌丟失與線粒體氧化應(yīng)激的關(guān)系;另一方面,本研究擬橫向觀察4周中等強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡小鼠骨骼肌線粒體氧化應(yīng)激與膜電位的影響,分析耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)增齡性骨骼肌丟失的影響機(jī)制,為運(yùn)動(dòng)延緩骨骼肌衰老提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組及飼養(yǎng)

1月齡、6月齡清潔級(jí)ICR雄性小鼠購(gòu)自上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司,1月齡體重18.0±1.1 g,6月齡體重43.2±2.7 g。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(滬)2007-0005。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用許可證號(hào):SYXK(滬)2004-0001。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物飼料(M01)及墊料(D01-F)由上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司提供,分籠飼養(yǎng),自由飲食,每周更換墊料2～3次,環(huán)境溫度20℃～23℃,相對(duì)濕度50%～70%,自然光照。每周稱重1次。1月齡(20只)、6月齡(20只)小鼠在飼養(yǎng)不同時(shí)間后宰殺,建立增齡模型;另取1月齡(20只)、6月齡(20只)小鼠各均分為運(yùn)動(dòng)組和對(duì)照組,建立運(yùn)動(dòng)模型。本實(shí)驗(yàn)中,增齡模型的2月齡組與運(yùn)動(dòng)模型的青年對(duì)照組實(shí)為同一組小鼠(表1)。

表1 本研究ICR小鼠分組方案一覽表Table 1 Animal Models of ICR Mice in Each G roup

1.2 運(yùn)動(dòng)方案

正式運(yùn)動(dòng)前,對(duì)不同月齡小鼠采用遞增負(fù)荷進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試,具體方法如下:跑臺(tái)起始速度0.8 km/h,每分鐘增加0.1 km/h,直至小鼠力竭。測(cè)試結(jié)果表明,1月齡、6月齡小鼠能承受的最大速度平均值分別為2.5 km/h和2.0 km/h,按最大負(fù)荷的65%～75%確定正式運(yùn)動(dòng)的負(fù)荷范圍,1月齡、6月齡小鼠運(yùn)動(dòng)負(fù)荷范圍分別是1.6～1.9 km/h和1.3～1.5 km/h[25]。YR、AR組小鼠按確定的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行耐力訓(xùn)練,每天訓(xùn)練1 h,持續(xù)4周。

1.3 骨骼肌取材與線粒體純化

最后一次訓(xùn)練后18 h,所有小鼠安靜狀態(tài)下斷頸處死,迅速分離左右下肢腓腸肌、股四頭肌,用生理鹽水洗凈,稱重。右側(cè)腓腸肌加入預(yù)冷的勻漿介質(zhì)(0.075 M蔗糖、0.225 M山梨醇、1 mM EGTA、0.1%BSA,10 mM Tris-HCl,pH 7.4),剪碎后勻漿,采用差速離心法純化線粒體,反復(fù)洗滌線粒體沉淀,純化后重懸于勻漿介質(zhì)[9]。

1.4 線粒體ROS與膜電位檢測(cè)

采用DCFH-DA熒光探針檢測(cè)線粒體的ROS水平。取100μl線粒體懸液加入0.2 ml PBS(0.1 M,pH 7.4)和5μl DCFH-DA(1 mM),總體積約0.3 ml。37℃孵育15 min,使探針充分進(jìn)入線粒體;用熒光酶標(biāo)儀在激發(fā)波長(zhǎng)499 nm、發(fā)射波長(zhǎng)521 nm下檢測(cè)DCF生成,37℃檢測(cè)2 min?？瞻讓?duì)照管加入300μl PBS和5μl DCFH-DA,用于檢測(cè)DCFH-DA自發(fā)熒光。蛋白定量采用考馬斯亮藍(lán)法,計(jì)算DCF的生成速率(pmol/min·mg)。

采用JC-1熒光探針檢測(cè)線粒體膜電位。取適量JC-1 (200X)按照每50μl加入8 ml超純水的比例稀釋JC-1,充分溶解并混勻JC-1,然后再加入2 ml JC-1染色緩沖液(5X),混勻后即為JC-1染色工作液。取180μl JC-1染色工作液中加入20μl純化的線粒體。混勻后直接用熒光酶標(biāo)儀進(jìn)行時(shí)間掃描(time scan),激發(fā)波長(zhǎng)為485 nm,發(fā)射波長(zhǎng)為590 nm。蛋白定量采用考馬斯亮藍(lán)法。

1.5 8-OH-dG檢測(cè)

采用8-羥基-脫氧鳥苷(8-OH-dG)ELISA試劑盒(R&D公司)檢測(cè)DNA氧化損傷。詳細(xì)操作步驟按說明書進(jìn)行,蛋白定量采用考馬斯亮藍(lán)法。

1.6 數(shù)據(jù)處理

各檢測(cè)結(jié)果以M±SE表示,3組以上的多重比較用SPSS 15.0軟件進(jìn)行方差分析,兩組之間的比較進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異顯著性標(biāo)準(zhǔn),以P<0.01為差異非常顯著性標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 體重與骨骼肌濕重

表2顯示,4月齡組小鼠體重顯著高于2月齡組(P< 0.01),但顯著低于8月齡組(P<0.01);4月齡組小鼠腓腸肌、左右股四頭肌濕重顯著高于2、6、8月齡組(P<0.05)。表3顯示,YR組小鼠體重顯著低于YC組(P<0.05),但耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡、青年小鼠骨骼肌濕重均無顯著影響。

表2 本研究ICR小鼠骨骼肌濕重的增齡性變一覽表Table 2 Changes in Muscle Wet Weight of ICR Mice during Ageing (n=10)

表3 本研究運(yùn)動(dòng)對(duì)ICR小鼠骨骼肌濕重的影響一覽表T able 3 Effects of Endurance Training on Muscle Wet Weight of ICR Mice (n=8)

2.2 線粒體活性氧(ROS)產(chǎn)率與DNA氧化損傷

表4顯示,8月齡組小鼠線粒體ROS產(chǎn)率顯著高于2、4、6月齡組(P<0.01),6、8月齡組小鼠8-OH-dG含量顯著高于2月齡、4月齡組(P<0.05)。表5顯示,在YC與YR、AC與AR組之間,線粒體ROS產(chǎn)率無顯著性差異, AR組小鼠8-OH-dG含量顯著高于AC組(P<0.05),但YC組與YR組之間無顯著性差異。

表4 本研究不同月齡ICR小鼠骨骼肌線粒體ROS產(chǎn)率與DNA氧化損傷一覽表Table 4 Mitochondrial ROS Production and DNA Oxidative Damage in Skeletal Muscle of ICR Mice during Ageing(n=8)

表5 本研究運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌線粒體ROS產(chǎn)率與DNA氧化損傷的影響一覽表Table 5 Effects of Endurance Training on Mitochondrial ROS Production and DNA Oxidative Damage in Skeletal Muscle of ICR Mice(n=8)

2.3 線粒體膜電位(ΔΨ)

表6顯示,與2月齡組小鼠比較,4、6、8月齡組線粒體膜電位顯著下降(P<0.01);與4、6月齡小鼠比較,8月齡組線粒體膜電位進(jìn)一步顯著下降(P<0.01)。與AC組比較,AR組線粒體膜電位顯著升高(P<0.05),YC與YR組之間無顯著性差異。

表6 本研究各組小鼠骨骼肌線粒體膜電位比較一覽表Table 6 Mitochondrial Membrane Potential(ΔΨ)of Skeletal Muscle in Each G roup (n=8)

3 討論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,小鼠體重、腓腸肌、股四頭肌濕重在2～4月齡快速增長(zhǎng),4月齡以后骨骼肌濕重呈下降趨勢(shì),但體重繼續(xù)增長(zhǎng)。不難推斷,骨骼肌相對(duì)濕重(骨骼肌濕重/體重)在4月齡以后會(huì)急劇下降。從中不難發(fā)現(xiàn)ICR小鼠的生長(zhǎng)規(guī)律,4月齡是ICR小鼠生長(zhǎng)的巔峰時(shí)期,肌肉流失在6～8月齡已非常顯著,本實(shí)驗(yàn)較好地模擬了增齡性骨骼肌流失。本實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡、青年小鼠骨骼肌濕重均無顯著影響,但對(duì)青年小鼠的體重增長(zhǎng)有顯著抑制作用。表明耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌質(zhì)量并無顯著減損,甚至對(duì)青年小鼠的骨骼肌質(zhì)量還有相對(duì)增加的作用。

骨骼肌流失、細(xì)胞凋亡的諸多機(jī)制都與線粒體ROS產(chǎn)率、膜電位崩潰、DNA氧化損傷增加有關(guān)。線粒體ROS是線粒體在有氧呼吸過程中,電子傳遞“落單”時(shí)產(chǎn)生的超氧自由基及其衍生物。在衰老、敲除CuZn-SOD基因、脊髓側(cè)索硬化癥(ALS)引起的肌萎縮模型中,線粒體ROS產(chǎn)率都急劇增加;線粒體ROS產(chǎn)率與肌萎縮程度呈高度正相關(guān)[15,23]。Muller FL(2007)研究發(fā)現(xiàn),去神經(jīng)支配后7天骨骼肌線粒體ROS產(chǎn)率增加30倍,表明線粒體ROS產(chǎn)率增加是神經(jīng)損傷性肌萎縮的發(fā)生機(jī)制之一[18]。本實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律,在8月齡骨骼肌流失模型中,線粒體ROS產(chǎn)率相對(duì)4月齡增加了近200%,相對(duì)2月齡增加了100%;但在6月齡肌萎縮模型中未見有線粒體ROS產(chǎn)率顯著增加。線粒體ROS產(chǎn)率與運(yùn)動(dòng)時(shí)相有密切關(guān)系,運(yùn)動(dòng)能迅速激活ROS產(chǎn)率增加,并隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間持續(xù)而加速,運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期逐漸下降[3]。耐力運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞凋亡與ROS產(chǎn)率增加有關(guān)[7]。運(yùn)動(dòng)性ROS與靜息狀態(tài)下線粒體ROS不僅產(chǎn)率差異巨大,而且生理效應(yīng)也迥然不同。靜息狀態(tài)下線粒體ROS水平一般較低,對(duì)線粒體及基因組損傷較小;靜息狀態(tài)下線粒體ROS產(chǎn)率增加,意味著氧化應(yīng)激加劇,基因損傷加重,這對(duì)于細(xì)胞存活極為不利[6]。運(yùn)動(dòng)性ROS產(chǎn)生能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,但運(yùn)動(dòng)造成的一過性ROS增加也能刺激線粒體生物發(fā)生[14]。適度的ROS刺激對(duì)線粒體生物發(fā)生是十分必要的。有報(bào)道顯示,過度補(bǔ)充抗氧化劑維生素C能抑制骨骼肌線粒體生物發(fā)生[11],但不能抑制運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的線粒體生物發(fā)生[28]。原因可能是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了ROS產(chǎn)率一過性增加,這對(duì)啟動(dòng)線粒體生物發(fā)生至關(guān)重要。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在6～8月齡期間,線粒體ROS產(chǎn)率有顯著激增,骨骼肌流失現(xiàn)象卻在6月齡已顯現(xiàn),表明線粒體ROS產(chǎn)率增加有滯后性,線粒體ROS產(chǎn)率與骨骼肌流失之間的因果關(guān)系值得推敲。本實(shí)驗(yàn)中,耐力運(yùn)動(dòng)并沒有影響小鼠骨骼肌靜息狀態(tài)下的線粒體ROS產(chǎn)率,也沒有影響骨骼肌質(zhì)量。耐力運(yùn)動(dòng)可一過性增加線粒體ROS產(chǎn)率甚至氧化損傷,但不會(huì)影響靜息狀態(tài)下線粒體ROS產(chǎn)率,這對(duì)于減少骨骼肌靜息態(tài)氧化損傷、維持骨骼肌質(zhì)量才是重要的,對(duì)骨骼肌線粒體生物發(fā)生也是必要的。因此,為防止骨骼肌流失,限制老年人從事耐力運(yùn)動(dòng)是沒有必要的。

8-OH-dG是ROS氧化損傷細(xì)胞核DNA或線粒體DNA后形成的產(chǎn)物。8-OH-dG在體內(nèi)穩(wěn)定存在,一旦形成不再被進(jìn)一步代謝。由于8-OH-dG不能由細(xì)胞內(nèi)外的dG通過非DNA氧化途徑形成,因此,機(jī)體內(nèi)8-OH-dG含量可以較好地反映體內(nèi)DNA氧化損傷[12]。研究早已發(fā)現(xiàn),隨著年齡增長(zhǎng),細(xì)胞核DNA、線粒體DNA、骨骼肌中8-OH-dG含量呈漸進(jìn)性增高,而線粒體DNA中8-OH-dG增高的比例更為顯著[20]。表明線粒體DNA氧化損傷隨年齡增長(zhǎng)更突出。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,6月齡、8月齡組小鼠骨骼肌8-OH-dG含量超出4月齡組2.5倍,約是2月齡組的1.8倍。表明骨骼肌隨年齡增長(zhǎng)DNA氧化損傷加劇,這與8月齡組線粒體ROS產(chǎn)率增加可能緊密相關(guān)。6月齡組與4月齡組比較,未見線粒體ROS產(chǎn)率增加,但DNA氧化損傷已凸顯,反映出骨骼肌DNA抗氧化能力隨衰老而下降。運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)青年小鼠8-OH-dG含量影響不顯著,但顯著增加了老齡小鼠8-OH-dG含量。運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的ROS對(duì)骨骼肌DNA也有氧化損傷[1],AR組8-OH-dG含量增高表明,老齡小鼠對(duì)運(yùn)動(dòng)性氧化損傷的抵抗能力不如青年小鼠。研究結(jié)果暗示,65%～75%最大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡小鼠骨骼肌DNA的氧化損傷還是非常顯著的,這可能提示老年人從事耐力運(yùn)動(dòng)不適宜采用過高強(qiáng)度。

線粒體膜電位是線粒體膜內(nèi)外離子梯度形成的電位差,膜電位是線粒體進(jìn)行氧化磷酸化和質(zhì)子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、合成ATP的基礎(chǔ)條件,反映線粒體的功能狀況。線粒體膜電位下降是細(xì)胞凋亡的前兆[27]。在心肌衰老模型中,可觀察到線粒體膜受損、膜電位降低,還可觀察到ATP合成降低、質(zhì)子漏增加、ROS產(chǎn)率增加、呼吸鏈抑制等一系列伴隨性線粒體功能下降[10,26]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著年齡增長(zhǎng),ICR小鼠骨骼肌線粒體膜電位遞減,2月齡最高,其次是4～6月齡,8月齡最低,反映出骨骼肌細(xì)胞凋亡隨年齡增長(zhǎng)可能不斷增加,從而誘發(fā)骨骼肌流失。本實(shí)驗(yàn)也顯示,耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)青年小鼠線粒體膜電位沒有顯著影響,但顯著提高了老齡小鼠線粒體膜電位。這對(duì)維持老齡小鼠骨骼肌線粒體功能、防止細(xì)胞凋亡是比較有利的適應(yīng)。從骨骼肌濕重的絕對(duì)值看,盡管本實(shí)驗(yàn)沒有觀察到耐力運(yùn)動(dòng)增加骨骼肌質(zhì)量,但耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)線粒體膜電位的提高,對(duì)維持骨骼肌功能和正常能量代謝顯然是有利的。也有一種相反的觀點(diǎn)認(rèn)為,由于蛋白質(zhì)合成能耗較高,對(duì)老年人來說是一種負(fù)擔(dān),過多的肌肉蛋白質(zhì)合成或周轉(zhuǎn)(turnover)將與其他重要器官爭(zhēng)奪能源。因此,從力量練習(xí)中獲得的肌肉質(zhì)量往往在肌肉減負(fù)后會(huì)迅速流失,以減少不必要的能耗;從這一意義來看,增齡性骨骼肌流失是維持機(jī)體能量供需平衡的一種必要。衰老,包括增齡性骨骼肌流失,是生命不可抗拒的發(fā)展趨勢(shì),運(yùn)動(dòng)不可能阻止衰老和骨骼肌流失。對(duì)老年人而言,骨骼肌體積和質(zhì)量的流失不可避免,甚至是必要的,老年人從事耐力運(yùn)動(dòng)的目的應(yīng)在于維持線粒體功能以及骨骼肌的基本活動(dòng)能力,而不是增加一些不必要的高能耗器官。

綜合很多研究都發(fā)現(xiàn),反映線粒體功能的ROS產(chǎn)率、膜電位、ATP合成、鈣轉(zhuǎn)運(yùn)、DNA氧化損傷之間存在千絲萬縷的牽制關(guān)系[4,5],很難說清各功能指標(biāo)之間的因果關(guān)系,這反映線粒體在各功能方向須是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的。但本研究?jī)H在8月齡組小鼠中發(fā)現(xiàn)骨骼肌流失、線粒體ROS產(chǎn)率增加、膜電位降低、DNA氧化損傷加劇同步出現(xiàn),其他月齡組并不表現(xiàn)出同步性,4月齡組小鼠最先出現(xiàn)了膜電位下降,6月齡組出現(xiàn)了骨骼肌流失和DNA氧化損傷加劇, 8月齡組才出現(xiàn)ROS產(chǎn)率增加。這些不匹配現(xiàn)象說明骨骼肌衰老是一個(gè)漸進(jìn)性過程,許多指標(biāo)不一定能靈敏地反映衰老的進(jìn)程,線粒體膜電位在骨骼肌質(zhì)量頂峰時(shí)期最早出現(xiàn)下降。本研究推測(cè),線粒體膜電位或許可以作為骨骼肌衰老的預(yù)警指標(biāo),評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)效果也可用線粒體膜電位變化作為科學(xué)依據(jù)。levels in rat organs[J].Biochem Biophys Res Commun,1998, 243(3):678-682.

4 小結(jié)

在增齡性骨骼肌流失的不同時(shí)期,先后出現(xiàn)線粒體膜電位下降、DNA氧化損傷加劇、ROS產(chǎn)率增加。65%～75%最大強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)提高了老齡小鼠骨骼肌的線粒體膜電位,表明耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡小鼠維持線粒體功能、防止肌細(xì)胞凋亡有重要意義,但也可能加劇DNA氧化損傷。建議老年人有必要從事耐力運(yùn)動(dòng),但不宜采用過高的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

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Effects of Endurance Training on Mitochondrial Oxidative Stress and Membrane Potential in Ageing Skeletal Muscle with 65%～75%Maximum Running Capacity

QI Zheng-tang,HE Jie,ZHAN G Yuan,DING Shu-zhe

Purpose:To investigate the relationship between mitochondrial oxidative stress and skeletal muscle loss,and the effects of ageing and endurance training on muscle atrophy.Methods:2,4,6 or 8 month old ICR mice were established an experimental model of ageing-induced muscle loss,another 40 ICR mice(1 or 6 month old)were distributed into four groups: young and sedentary(YC,n=10),young and trained(YR,n=10),old and sedentary(AC,n =10)or old and trained(AR,n=10).Running test was firstly used to determine the maximum running capacity of young or old mice,exercise training consisted of 60 min of treadmill exercise at 65%～75%maximum running capacity per day,6 days/wk.Gastrocnemius and quadriceps were excised and weighed after 4-week training,fluorescence probe was used to detect mitochondrial ROS production and membrane potential,ELISA was used to detect the content of 8-OH-dG in mice gastrocnemius.Results:1)Gastrocnemius and quadriceps wet weight of 4 month old mice was higher than that of 2,6,8 month old(P<0.05).However,exercise training had no significant effect on muscle wet weight in YR and AR mice.2)Mitochondrial ROS level of 8 month old mice was higher than that of 2,4,6 month old(P<0.01).The content of 8-OH-dG of 6,8 month old mice was higher than that of 2,4 month old(P<0.05). The content of 8-OH-dG of AR mice was increased than AC mice(P<0.05).3)Mitochondrial membrane potential(Δψ)of 4,6,8 month old mice was decreased than 2 month old(P <0.01),theΔψo(hù)f 8 month old mice was more decreased than 4,6 month old(P<0.01). TheΔψo(hù)f AR mice was increased than AC mice(P<0.05).Conclusion:During the ageing process and skeletal muscle loss,the decreased membrane potential occurred firstly,DNA oxidative damage was increased secondly,and ROS production was increased finally.Endurance training with 65-75%maximum running capacity increased mitochondrial membrane potentialin ageing skeletal muscle,suggesting that endurance training was likely to maintain mitochondrial function and prevent muscle apoptosis,but induce more DNA damage in skeletal muscle. Our results suggested it is necessary for old people to do endurance exercise,but it is not proper to take a program with high intensity.

endurance training;skeletal muscle loss;ROS;8-O H-dG;mitochondrial membrane potential

G804.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1000-677X(2010)10-0046-06

2010-08-02;

2010-09-23

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30871212);教育部2007年度新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(790013P8)。

漆正堂(1979-),男,湖北黃岡人,講師,博士,研究方向?yàn)榫€粒體運(yùn)動(dòng)適應(yīng)及其信號(hào)調(diào)控,E-mail:qzht79@163.com。

華東師范大學(xué)體育與健康學(xué)院,上海200241 East China Normal University,Shanghai 200241,China.