運動對增齡性大鼠比目魚肌肌纖維類型的影響

1 引言

骨骼肌的收縮和舒張是人體產生各種運動的基礎其，機能在運動訓練中的作用一直備受人們重視，而骨骼肌的收縮能力與肌纖維類型有著密切的關系[1]。近年來，國外對不同強度訓練對大鼠骨骼肌纖維類型的影響做了大量的研究。研究表明，小強度的運動訓練使骨骼?、裥图±w維百分比增多，Ⅱ型肌纖維百分比減少；中等強度和大強度訓練使Ⅰ型肌纖維百分比減少，Ⅱ型肌纖維百分比增多。目前國內關于有氧運動對不同年齡大鼠骨骼肌纖維類型轉化的研究還不多見，而本研究采用同等強度的訓練對青年、中年和老年大鼠進行訓練，旨在探討同等強度訓練對不同年齡大鼠比目魚肌肌纖維類型的變化，從一個新的角度去觀察有氧訓練對不同年齡大鼠骨骼肌肌纖維類型的影響。

不同類型的骨骼肌纖維從不同側面反映了肌纖維的不同特點，為學者們全面了解、認識骨骼肌肌纖維類型的結構與功能提供了重要的線索；另外，觀察不同類型骨骼肌纖維在一些后天環(huán)境因素作用下的變化規(guī)律，也有助于我們從多方面探討骨骼肌肌纖維的結構與功能適應的機理。運動訓練對肌肉的功能產生巨大的影響，它直接影響著運動成績的提高與肌體的健康水平。骨骼肌的收縮能力與肌纖維類型有密切關系，具有不同類型肌球蛋白重鏈的肌纖維在收縮力量[2]。收縮速度和抗疲勞能力方面有明顯的差異。從基因角度、基因表達水平，研究骨骼肌肌纖維類型的變化規(guī)律及機制，是當前國際運動生理學界研究熱點。研究結果可以為科學的訓練和運動健身提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 實驗對象與分組

健康3.0月齡，14月齡和22月齡雄性（Sprague-Dawley，SD）大鼠72只，（購自長沙市開福區(qū)東創(chuàng)實驗動物科技服務部，證號：湘scxk2009-003），分為青年對照組（YC，n=12）、青年運動組（YE，n=12）、中年對照組（MC，n=12）、中年運動組（ME，n=12）、老年對照組（OC，n=12）和老年運動組（OE，n=12）。以國家標準嚙齒類動物飼料飼養(yǎng)，實驗期間室溫保持20-23℃，相對濕度為45%-55%。大鼠自由飲水，并保持每天換飲水和加足飼料，堅持1～2天換一次墊料，實驗動物均無跑臺運動史。實驗過程中對動物的處置符合中華人民共各國科學技術部2006年頒布的《關于善待實驗動物的指導性意見》規(guī)定。

2.2 訓練方案

采用PT動物跑臺，0坡度，實驗動物每天訓練1次，每周運動6天。第一周訓練強度為15m/min×15min，第二周訓練強度為15m/min×20min，第三周訓練強度為18m/min×25min，第四周訓練強度為18m/min×30min，第五周訓練強度為21m/min×35min，第六周訓練強度為21m/min×40min，第七周訓練強度為22m/min×45min，第八周訓練強度為22m/min×45min，第九周訓練強度為22m/min×45min，第十周訓練強度為22m/min×45min。

2.3 取材與標本制備

達到預定運動時間后24h將大鼠用2%的戊巴比妥鈉腹腔麻醉，斷頭處死。取大鼠右后肢比目魚肌，用冰生理鹽水洗去殘留的血跡，盡可能去掉脂肪組織和結締組織，部分置于4%中性多聚甲醛固定液中固定24小時后，進行常規(guī)石蠟包埋，用于組織切片標本的制備；另外一部分比目魚肌組織立即放入液氮中冷凍，最后放入-80℃超低溫冰箱中保存。

2.4 指標檢測

2.4.1ATP酶染色

2.4.2細胞凋亡檢測

2.5 統(tǒng)計學分析

所有數(shù)據(jù)用平均值±標準差表示；各組間顯著性差異采用方差分析，組內采用T檢驗，顯著性水平為α=0.05，即Ρ<0.05具有顯著性差異或意義，Ρ<0.01具有非常顯著性差異或意義。所有數(shù)據(jù)均用SPSS17.0統(tǒng)計學軟件進行處理。

3 結果

3.1 比目魚肌ATP酶染色結果

3.1.1比目魚?、裥秃廷蛐图±w維面密度變化

如表1所示，十周訓練后，與對照組相比，青年運動組，中年運動組和老年運動組大鼠比目魚?、裥图±w維面密度均增加，但差異均不顯著（p>0.05）。不具有統(tǒng)計學意義。

表1 比目魚?、裥秃廷蛐图±w維面密度變化（mm2）

組別 Ⅰ Ⅱ

YC 0.7092±0.014 0.2405±0.012

YE 0.8073±0.071 0.1875±0.02

MC 0.7153±0.018 0.2413±0.017

ME 0.8055±0.060 0.1877±0.03

OC 0.7014±0.024 0.2452±0.022

OE 0.8038±0.049 0.1890±0.04

3.1.2比目魚?、裥秃廷蛐图±w維數(shù)密度變化

如表2所示，十周訓練后，與對照組相比，青年運動組、中年運動組和老年運動組比目魚?、裥屠w維數(shù)密度均增加，差異顯著（p<0.05），Ⅱ型纖維數(shù)密度均減少，但差異不顯著，不具有統(tǒng)計學意義。

表2 比目魚肌Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維數(shù)密度變化（條/mm2）

組別 Ⅰ Ⅱ

YC 0.1781±0.032 0.1385±0.027

YE 0.3159±0.038 0.1265±0.075*

MC 0.1795±0.028 0.1388±0.032

ME 0.3154±0.035 0.1247±0.072*

OC 0.1813±0.034 0.1375±0.041

OE 0.3121±0.029 0.1239±0.074*

注：*表示與安靜對照組相比，P<0.05.

3.2 比目魚肌TUNEL細胞凋亡檢測結果

如表3所示，十周訓練后，與對照組相比，青年運動組、中年運動組和老年運動組比目魚肌細胞凋亡率都有明顯的下降，差異顯著（p<0.05）。中年運動組與青年運動組相比比目魚肌細胞凋亡率差異不顯著（p>0.05），不具有統(tǒng)計學意義，但青年運動組與老年運動組相比，比目魚肌細胞凋亡率差異顯著（p<0.05）。

表3 細胞凋亡檢測（%）

組別 細胞凋亡率

YC 3

YE 20

MC 7

ME 30

OC 10

OE 60

4 討論

4.1 運動對不同年齡大鼠比目魚肌纖維的影響

比目魚肌屬于典型慢肌。ATP酶染色結果顯示：十周訓練后，與對照組相比，青年運動組、中年運動組和老年運動組比目魚肌Ⅰ型肌纖維面密度均增加，Ⅱ型肌纖維面密度均相對減少，由此推測，有氧運動能夠引起慢肌纖維橫截面積增大[3]。而實驗證明有氧運動對不同年齡層次的大鼠所產生的影響也不同。一定范圍內年齡越小，有氧運動對比目魚?、裥图±w維面密度的作用越強。觀察青年運動組、中年運動組和老年運動組，經過組間的比較，比目魚?、裥图±w維面密度隨年齡的遞增而減少。青年運動組與老年運動組相比較，差異顯著，而中年運動組和青年運動組、老年運動組相比較，差異不是很明顯。已有研究表明，系統(tǒng)的運動訓練可以使骨骼肌收縮蛋白含量增加，肌纖維面積增大，肌肉功能得到改善。通常認為，耐力訓練可以引起慢肌纖維選擇性肥大[4]。

ATP酶染色結果顯示：與對照組相比，有氧運動可誘導青年運動組、中年運動組和老年運動組比目魚?、裥图±w維數(shù)密度顯著增加，Ⅱ型肌纖維數(shù)密度減少，但差異不顯著[5]。青年運動組與老年運動組相對照，有氧運動誘導青年運動組Ⅰ型肌纖維數(shù)密度顯著大于有氧運動誘導老年運動組的Ⅰ型肌纖維數(shù)密度，而中年運動組相對于青年運動組和老年運動組，運動誘導Ⅰ型肌纖維數(shù)密度則不太顯著。本研究推測運動誘導Ⅰ型肌纖維數(shù)密度顯著增加，Ⅱ型肌纖維數(shù)密度減少的原因可能有兩方面，一方面為有氧運動誘導比目魚Ⅱ型肌纖維向Ⅰ型肌纖維轉化，導致Ⅰ型肌纖維數(shù)量增多，而Ⅱ型肌纖維數(shù)量減少。另一方面可能為運動誘導比目魚?、蛐图±w維發(fā)生細胞凋亡，使Ⅱ型肌纖維數(shù)密度減少。雖有研究顯示一定強度的運動能夠誘導細胞發(fā)生凋亡，但本研究傾向于支持第一種推測，即有氧運動誘導比目魚?、蛐图±w維向Ⅰ型肌纖維轉化，且大鼠的年齡越小，Ⅱ型肌纖維向Ⅰ型肌纖維轉化的數(shù)量就越多，年齡越大，則轉化的數(shù)量越少[6]。

4.2 運動對不同年齡大鼠比目魚肌細胞凋亡的影響

早期的研究已經證實在哺乳動物的肌肉發(fā)育過程中，細胞凋亡是調節(jié)肌纖維數(shù)量和形態(tài)的主要因素，而近來大量的研究關注于成肌纖維的凋亡情況，人們已經發(fā)現(xiàn)在某些刺激因素的作用下，如肌營養(yǎng)不良、缺血再灌注、去神經肌萎縮、廢用性肌肉萎縮及慢性心力衰竭等情況下，骨骼肌會出現(xiàn)凋亡，一些研究也發(fā)現(xiàn)運動過程中伴隨著骨骼肌細胞凋亡。

對于引起細胞凋亡的可能機制，有研究發(fā)現(xiàn)，對快肌纖維和慢肌纖維進行比較研究時發(fā)現(xiàn)，由于單位體積慢肌纖維中含有的線粒體數(shù)量大于快肌纖維，而慢肌纖維的代謝特點是有氧氧化型的。因此在運動中，尤其是中等強度的運動中，慢肌纖維中更容易產生大量的氧自由基，攻擊細胞膜，可能會誘導更多細胞凋亡。Radak等（1995）研究發(fā)現(xiàn)，大鼠進行力竭性跑臺運動后即刻比目魚肌和脛骨前肌中MDA含量顯著性升高，并且，比目魚肌中MDA的含量在運動后即刻，運動后1天和3天都顯著性高于脛骨前肌中MDA的含量。分析認為，氧化型肌纖維（慢肌纖維）由于具有更多的線粒體，可能會通過電子遞氫鏈生成更多的自由基，這可能是引起慢肌纖維出現(xiàn)更為嚴重的損傷的原因之一。

本研究發(fā)現(xiàn)，未進行運動的大鼠骨骼肌中也出現(xiàn)了凋亡的細胞，但數(shù)量卻很少，而進行了運動的大鼠的比目魚肌出現(xiàn)了更多的散在分布的TUNEL陽染的細胞核。周婕等人研究發(fā)現(xiàn)，相比較快肌而言，慢肌更容易產生運動誘導細胞的凋亡，而且中等強度的運動更容易導致細胞凋亡[7]。比目魚肌是典型的慢肌，因此在有氧運動的前提下，比目魚肌發(fā)生凋亡的概率比較高。比較青年運動組、中年運動組和老年運動組，采用同等強度的運動，老年運動組比目魚肌細胞發(fā)生凋亡的數(shù)量顯著高于青年運動組和中年運動組，且中年運動組比目魚肌細胞凋亡的數(shù)量高于青年運動組。雖然細胞凋亡發(fā)生在個體成熟的過程中，年齡層次對細胞凋亡存在著很大的影響，但從本實驗的研究成果來看，經過對照組的比較，年齡這個因素卻并沒有干擾到本實驗的研究結果。但施加運動的因素后，隨著年齡的遞增，細胞凋亡的個數(shù)也逐漸增多。

5 結論

5.1有氧運動能夠誘導大鼠比目魚肌Ⅱ型肌纖維向Ⅰ型肌纖維轉化，且隨著年齡的增大，轉化的數(shù)量呈現(xiàn)下降的趨勢，年齡越小，Ⅱ型肌纖維向Ⅰ型肌纖維轉化的數(shù)量就越多。

5.2有氧運動能夠誘導一定的比目魚肌細胞發(fā)生凋亡，其中誘導老年運動組發(fā)生細胞凋亡最為顯著，誘導青年運動組發(fā)生細胞凋亡的數(shù)量最少，因此，有氧運動對比目魚肌細胞凋亡的影響隨著年齡的遞增而增加。

參考文獻

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作者簡介

魏霞（1992-），女，湖南岳陽人，在讀碩士，研究方向：運動生理學。