运动对增龄性大鼠比目鱼肌肌纤维类型的影响

1 引言

骨骼肌的收缩和舒张是人体产生各种运动的基础其，机能在运动训练中的作用一直备受人们重视，而骨骼肌的收缩能力与肌纤维类型有着密切的关系[1]。近年来，国外对不同强度训练对大鼠骨骼肌纤维类型的影响做了大量的研究。研究表明，小强度的运动训练使骨骼肌Ⅰ型肌纤维百分比增多，Ⅱ型肌纤维百分比减少；中等强度和大强度训练使Ⅰ型肌纤维百分比减少，Ⅱ型肌纤维百分比增多。目前国内关于有氧运动对不同年龄大鼠骨骼肌纤维类型转化的研究还不多见，而本研究采用同等强度的训练对青年、中年和老年大鼠进行训练，旨在探讨同等强度训练对不同年龄大鼠比目鱼肌肌纤维类型的变化，从一个新的角度去观察有氧训练对不同年龄大鼠骨骼肌肌纤维类型的影响。

不同类型的骨骼肌纤维从不同侧面反映了肌纤维的不同特点，为学者们全面了解、认识骨骼肌肌纤维类型的结构与功能提供了重要的线索；另外，观察不同类型骨骼肌纤维在一些后天环境因素作用下的变化规律，也有助于我们从多方面探讨骨骼肌肌纤维的结构与功能适应的机理。运动训练对肌肉的功能产生巨大的影响，它直接影响着运动成绩的提高与肌体的健康水平。骨骼肌的收缩能力与肌纤维类型有密切关系，具有不同类型肌球蛋白重链的肌纤维在收缩力量[2]。收缩速度和抗疲劳能力方面有明显的差异。从基因角度、基因表达水平，研究骨骼肌肌纤维类型的变化规律及机制，是当前国际运动生理学界研究热点。研究结果可以为科学的训练和运动健身提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 实验对象与分组

健康3.0月龄，14月龄和22月龄雄性（Sprague-Dawley，SD）大鼠72只，（购自长沙市开福区东创实验动物科技服务部，证号：湘scxk2009-003），分为青年对照组（YC，n=12）、青年运动组（YE，n=12）、中年对照组（MC，n=12）、中年运动组（ME，n=12）、老年对照组（OC，n=12）和老年运动组（OE，n=12）。以国家标准啮齿类动物饲料饲养，实验期间室温保持20-23℃，相对湿度为45%-55%。大鼠自由饮水，并保持每天换饮水和加足饲料，坚持1～2天换一次垫料，实验动物均无跑台运动史。实验过程中对动物的处置符合中华人民共各国科学技术部2006年颁布的《关于善待实验动物的指导性意见》规定。

2.2 训练方案

采用PT动物跑台，0坡度，实验动物每天训练1次，每周运动6天。第一周训练强度为15m/min×15min，第二周訓练强度为15m/min×20min，第三周训练强度为18m/min×25min，第四周训练强度为18m/min×30min，第五周训练强度为21m/min×35min，第六周训练强度为21m/min×40min，第七周训练强度为22m/min×45min，第八周训练强度为22m/min×45min，第九周训练强度为22m/min×45min，第十周训练强度为22m/min×45min。

2.3 取材与标本制备

达到预定运动时间后24h将大鼠用2%的戊巴比妥钠腹腔麻醉，断头处死。取大鼠右后肢比目鱼肌，用冰生理盐水洗去残留的血迹，尽可能去掉脂肪组织和结缔组织，部分置于4%中性多聚甲醛固定液中固定24小时后，进行常规石蜡包埋，用于组织切片标本的制备；另外一部分比目鱼肌组织立即放入液氮中冷冻，最后放入-80℃超低温冰箱中保存。

2.4 指标检测

2.4.1ATP酶染色

2.4.2细胞凋亡检测

2.5 统计学分析

所有数据用平均值±标准差表示；各组间显著性差异采用方差分析，组内采用T检验，显著性水平为α=0.05，即Ρ<0.05具有显著性差异或意义，Ρ<0.01具有非常显著性差异或意义。所有数据均用SPSS17.0统计学软件进行处理。

3 结果

3.1 比目鱼肌ATP酶染色结果

3.1.1比目鱼肌Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维面密度变化

如表1所示，十周训练后，与对照组相比，青年运动组，中年运动组和老年运动组大鼠比目鱼肌Ⅰ型肌纤维面密度均增加，但差异均不显著（p>0.05）。不具有统计学意义。

表1 比目鱼肌Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维面密度变化（mm2）

组别 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比目鱼肌Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维数密度变化

如表2所示，十周训练后，与对照组相比，青年运动组、中年运动组和老年运动组比目鱼肌Ⅰ型纤维数密度均增加，差异显著（p<0.05），Ⅱ型纤维数密度均减少，但差异不显著，不具有统计学意义。

表2 比目鱼肌Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维数密度变化（条/mm2）

组别 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：*表示与安静对照组相比，P<0.05.

3.2 比目鱼肌TUNEL细胞凋亡检测结果

如表3所示，十周训练后，与对照组相比，青年运动组、中年运动组和老年运动组比目鱼肌细胞凋亡率都有明显的下降，差异显著（p<0.05）。中年运动组与青年运动组相比比目鱼肌细胞凋亡率差异不显著（p>0.05），不具有统计学意义，但青年运动组与老年运动组相比，比目鱼肌细胞凋亡率差异显著（p<0.05）。

表3 细胞凋亡检测（%）

组别 细胞凋亡率

YC 3

YE 20

MC 7

ME 30

OC 10

OE 60

4 讨论

4.1 运动对不同年龄大鼠比目鱼肌纤维的影响

比目鱼肌属于典型慢肌。ATP酶染色结果显示：十周训练后，与对照组相比，青年运动组、中年运动组和老年运动组比目鱼肌Ⅰ型肌纤维面密度均增加，Ⅱ型肌纤维面密度均相对减少，由此推测，有氧运动能够引起慢肌纤维横截面积增大[3]。而实验证明有氧运动对不同年龄层次的大鼠所产生的影响也不同。一定范圍内年龄越小，有氧运动对比目鱼肌Ⅰ型肌纤维面密度的作用越强。观察青年运动组、中年运动组和老年运动组，经过组间的比较，比目鱼肌Ⅰ型肌纤维面密度随年龄的递增而减少。青年运动组与老年运动组相比较，差异显著，而中年运动组和青年运动组、老年运动组相比较，差异不是很明显。已有研究表明，系统的运动训练可以使骨骼肌收缩蛋白含量增加，肌纤维面积增大，肌肉功能得到改善。通常认为，耐力训练可以引起慢肌纤维选择性肥大[4]。

ATP酶染色结果显示：与对照组相比，有氧运动可诱导青年运动组、中年运动组和老年运动组比目鱼肌Ⅰ型肌纤维数密度显著增加，Ⅱ型肌纤维数密度减少，但差异不显著[5]。青年运动组与老年运动组相对照，有氧运动诱导青年运动组Ⅰ型肌纤维数密度显著大于有氧运动诱导老年运动组的Ⅰ型肌纤维数密度，而中年运动组相对于青年运动组和老年运动组，运动诱导Ⅰ型肌纤维数密度则不太显著。本研究推测运动诱导Ⅰ型肌纤维数密度显著增加，Ⅱ型肌纤维数密度减少的原因可能有两方面，一方面为有氧运动诱导比目鱼Ⅱ型肌纤维向Ⅰ型肌纤维转化，导致Ⅰ型肌纤维数量增多，而Ⅱ型肌纤维数量减少。另一方面可能为运动诱导比目鱼肌Ⅱ型肌纤维发生细胞凋亡，使Ⅱ型肌纤维数密度减少。虽有研究显示一定强度的运动能够诱导细胞发生凋亡，但本研究倾向于支持第一种推测，即有氧运动诱导比目鱼肌Ⅱ型肌纤维向Ⅰ型肌纤维转化，且大鼠的年龄越小，Ⅱ型肌纤维向Ⅰ型肌纤维转化的数量就越多，年龄越大，则转化的数量越少[6]。

4.2 运动对不同年龄大鼠比目鱼肌细胞凋亡的影响

早期的研究已经证实在哺乳动物的肌肉发育过程中，细胞凋亡是调节肌纤维数量和形态的主要因素，而近来大量的研究关注于成肌纤维的凋亡情况，人们已经发现在某些刺激因素的作用下，如肌营养不良、缺血再灌注、去神经肌萎缩、废用性肌肉萎缩及慢性心力衰竭等情况下，骨骼肌会出现凋亡，一些研究也发现运动过程中伴随着骨骼肌细胞凋亡。

对于引起细胞凋亡的可能机制，有研究发现，对快肌纤维和慢肌纤维进行比较研究时发现，由于单位体积慢肌纤维中含有的线粒体数量大于快肌纤维，而慢肌纤维的代谢特点是有氧氧化型的。因此在运动中，尤其是中等强度的运动中，慢肌纤维中更容易产生大量的氧自由基，攻击细胞膜，可能会诱导更多细胞凋亡。Radak等（1995）研究发现，大鼠进行力竭性跑台运动后即刻比目鱼肌和胫骨前肌中MDA含量显著性升高，并且，比目鱼肌中MDA的含量在运动后即刻，运动后1天和3天都显著性高于胫骨前肌中MDA的含量。分析认为，氧化型肌纤维（慢肌纤维）由于具有更多的线粒体，可能会通过电子递氢链生成更多的自由基，这可能是引起慢肌纤维出现更为严重的损伤的原因之一。

本研究发现，未进行运动的大鼠骨骼肌中也出现了凋亡的细胞，但数量却很少，而进行了运动的大鼠的比目鱼肌出现了更多的散在分布的TUNEL阳染的细胞核。周婕等人研究发现，相比较快肌而言，慢肌更容易产生运动诱导细胞的凋亡，而且中等强度的运动更容易导致细胞凋亡[7]。比目鱼肌是典型的慢肌，因此在有氧运动的前提下，比目鱼肌发生凋亡的概率比较高。比较青年运动组、中年运动组和老年运动组，采用同等强度的运动，老年运动组比目鱼肌细胞发生凋亡的数量显著高于青年运动组和中年运动组，且中年运动组比目鱼肌细胞凋亡的数量高于青年运动组。虽然细胞凋亡发生在个体成熟的过程中，年龄层次对细胞凋亡存在着很大的影响，但从本实验的研究成果来看，经过对照组的比较，年龄这个因素却并没有干扰到本实验的研究结果。但施加运动的因素后，随着年龄的递增，细胞凋亡的个数也逐渐增多。

5 结论

5.1有氧运动能够诱导大鼠比目鱼肌Ⅱ型肌纤维向Ⅰ型肌纤维转化，且随着年龄的增大，转化的数量呈现下降的趋势，年龄越小，Ⅱ型肌纤维向Ⅰ型肌纤维转化的数量就越多。

5.2有氧运动能够诱导一定的比目鱼肌细胞发生凋亡，其中诱导老年运动组发生细胞凋亡最为显著，诱导青年运动组发生细胞凋亡的数量最少，因此，有氧运动对比目鱼肌细胞凋亡的影响随着年龄的递增而增加。

参考文献

[1]田野.运动生理学高级教程[M].北京：高等教育出版社，2003，（8）.

[2]LinYS，KuoHL，KuoCF，ctal.Antioxidantadministrationinhabitsexercise-inducedthymocyteapoptosisinrat.Med.sci，1999，31（11）：1594-1598.

[3]任昭君.不同强度的运动训练对大鼠骨骼肌自由基的影响[J].中国应用生理学杂志，2006，22（3）：367-368.

[4]王煜，周里，叶鸣，金雯，许竞.不同强度的跳跃训练对大鼠骨骼肌纤维类型影响的实验研究[J].西安体育学院学报，2005（5）：55-57.

[5]邹明新，宋吉锐，董敏辉.大强度持续跑训练对发育期大鼠腓肠肌外侧头肌纤维形态学影响的研究[J].沈阳体育学院学报，2006，25（5）：50-53.

[6]李平，吴晓燕，赵宇豪，徐涌.干扰素对骨骼肌细胞代谢稳态的影响及分子机制[A].中国病理生理学会第九届全国代表大会及学术会议论文摘要[C].2010.

[7]李保良，赵晓山，罗仁，孙晓敏，陈晶，李俊，张琪.亚健康疲劳状态血清对骨骼肌细胞蛋白质表达的影响[J].中国组织工程研究与临床康复；2009，（11）：2095-2100.

作者简介

魏霞（1992-），女，湖南岳阳人，在读硕士，研究方向：运动生理学。