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编号:10292811
不同强度运动对大鼠心肌线粒体功能的影响
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     作者:张钧 许豪文 毛丽娟

    单位:张钧(扬州大学体育学院,江苏 扬州 225002);许豪文 毛丽娟(华东师范大学)

    关键词:运动;自由基;线粒体

    现代康复000940

    摘要:目的 探讨不同强度运动对心肌线粒体功能的影响及与运动性疲劳的关系。方法 以不同时间游泳为运动模式,观察了90min运动、力竭运动和力竭运动后24h心肌线粒体脂质过氧化水平、抗氧化能力、游离钙浓度及磷脂酶A2活性的变化。结果 90min运动后心肌线粒体各项指标未见明显变化。力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化水平显著提高,抗氧化能力和游离钙浓度显著下降,磷脂酶A2活性显著增高(P<0.01)。力竭运动后24h皆基本恢复。结论 力竭运动可造成线粒体损伤和心肌损伤,适度运动不造成线粒体和心肌损伤。
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    中图分类号:G804.2 文献标识码:A

    文章编号:1007-5496(2000)09-1356-02

    Changes of function in myocardial mitochondria of rats after exercise

    ZHANG Jun,XU Hao-wen,MAO Li-juan

    (Physical Education Dept,Yangzhou University,Yanzhou 225002,China)

    Abstract:Objective To probe into effects of exercise on myocardial mitochondria of rats and related fatigue.Methods The alterations of 90 minutes swimming,exhaustive swimming and 24 hours recovery after exhaustive swimming on the mitochondria lipid peroxidation level,antioxidative ability,free calcium content and PLA2activity in myocardium of rats were investigated. Result The lipid peroxidation level,antioxidative ability,free calcium content and PLA2 activity had no significant changes 90 min after swimming.The lipid peroxidation level increased significantly,antioxidative ability and free calcium content decreased significantly,PLA2 activity increased significantly after exhaustive swimming(P<0.01).The lipid peroxidation level,antioxidative ability,free calcium content and PLA2 activity had recovered 24 hours later.Conclusion This might be one of the important factors for the injury of myocardial mitochondria and myocardium induced by exhaustive swimming.
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    Key words:exercise;free radical;mitochondrial

    自60年代以来人们一直对线粒体与运动的关系密切关注,有关运动与线粒体结构功能关系的研究已取得了不少有价值的成果。但至今研究不同强度的运动其自由基对线粒体膜通透性影响的报道较少,本研究进一步就不同强度的运动对自由基生成、线粒体膜通透性、线粒体内Ca2+浓度等一系列因素的影响进行探讨,以了解不同强度运动对心肌线粒体结构功能的变化与运动性疲劳的关系。

    1 资料与方法

    1.1实验对象与分组250~300g雄性SD大鼠,由中科院上海实验动物中心提供。随机分为A、B、C、D4组,即安静对照组、90min运动组、力竭运动组、力竭运动后24h恢复组,每组8只。大鼠分笼饲养,自由进食,室温(15±3)℃。

    1.2动物运动模型无训练的大鼠在100cm×50cm×50cm的泳槽中游泳,水温(33±1)℃。90min运动组,让大鼠在此槽中游泳90min后,立即断头取材。力竭运动组,让大鼠游泳至力竭,迅速取出断头取材,力竭判断标准按Thomas等[1]报道的文献,力竭运动时间为(5.27±1.38)h。力竭运动后24h恢复组为大鼠力竭运动后迅速取出,恢复24h后断头取材,力竭判断标准同上,力竭运动时间为(4.86±1.49)h。
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    1.3实验方法

    1.3.1大鼠心肌线粒体分离及蛋白定量方法大鼠断头处死后,加分离介质在冰浴中剪碎(分离介质含0.25mol/L蔗糖,0.5mmol/LEGTA和3mmol/LHepes,pH7.4)。然后匀浆制成心肌匀浆液,倒入离心管中,用低温高速离心机依文献方法[2]用差速离心法分离线粒体。以上所有操作过程均在0~4℃温度下进行。心肌线粒体蛋白定量采用Bradford[3]的方法进行。

    1.3.2线粒体脂质过氧化水平、超氧化物歧化酶(SOD)活性、还原性谷胱甘肽(GSH)含量测定以丙二醛(MDA)含量作为脂质过氧化水平指标。用MDA测试盒测定线粒体MDA含量;以SOD和GSH为线粒体抗氧化水平的指标,用SOD测试盒测定线粒体SOD的活性,用GSH测试盒测定线粒体GSH,以上测试盒均由南京建成生物公司提供。

    1.3.3线粒体游离钙的测定线粒体用负载介质制成悬浮液,以Fura-2AM为Ca2+荧光指示剂,参照Mccormark[4]方法进行,用岛津荧光分光光度计测定其溶度,以340和380nm双波长激发,505nm发射,并根据其荧光强度比率计算游离钙的浓度。负载介质为甘露醇195nmol/L,蔗糖65mmol/L,HEPES6mmol/L,琥珀酸3mmol/L,Tris0.005mmol/L,0.4%牛血清蛋白,pH为7.4。
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    1.3.4线粒体膜磷脂酶A2(PLA2)活性的测定[5]取样本在60℃水浴30min后冷却,取2只烧杯分别为测定管和对照管。然后向对照管内加入8ml底物缓冲液,1.1ml15mmol/LEDTA和0.4ml样本,向测定管内加入8ml低物缓冲液,0.2ml0.5mol/LCaCl2和0.4ml样本。两管在37℃水浴60min。再向对照管内加0.2ml0.5mol/LCaCl2,向测定管内加1.1ml15mmol/LEDTA。混匀后用pH计分别测定两管的pH值,用新标定的稀盐酸(0.002~0.006mol/L)将对照管的pH值滴定至测定管的pH值,以所消耗的盐酸计算测定管中酶的活力。(底物缓冲液含PC3.75mmol/L,甘氨酸0.1mol/L,硼酸3.75mmol/L,去氧胆酸钠6.03mmol/L)

    1.4统计学分析按常规方法计算各指标的平均数、标准差,样本间进行t检验分析。
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    表1 不同强度的运动对大鼠心肌线粒体MDA、SOD、GSH、游离钙、PLA2的影响 组别

    MDA(nmol/mgProt)

    SOD(μ/mgProt)

    GSH(Mg/mgProt)

    FreeCa2+(nmol)

    PLA2(nmol.ml-1.min-1)

    A

    13.54±2.60

    26.86±3.21
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    2.29±0.23

    92.98±14.38

    31.56±13.95

    B

    15.19±2.06

    26.04±3.56

    2.44±0.41

    76.09±17.79

    34.14±5.55

    C

    27.95±4.08

    15.07±2.40
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    0.67±0.07

    59.77±18.13

    91.22±38.69

    D

    15.43±4.47

    27.16±3.64

    2.23±0.20

    124.44±19.14

    37.57±12.58

    注:为与A组相比(P<0.01)

    2 结果

, 百拇医药     2.1不同强度的运动对大鼠心肌线粒体MDA、SOD、GSH的影响(见表1)运动力竭组MDA含量和安静组相比有显著性差异,其他两组MDA含量和安静组相比均无显著性差异。结果表明,力竭运动时线粒体脂质过氧化水平显著提高。

    比较各组线粒体SOD活性和GSH含量发现,力竭组与对照组相比有显著性降低,力竭运动后24h恢复组、90min运动组与安静组相比无显著性差异。说明力竭运动可造成心肌线粒体抗氧化能力显著降低,90min运动不造成抗氧化能力下降,力竭运动24h后基本恢复。

    2.2不同强度的运动对大鼠心肌线粒体游离钙含量的影响(见表1)力竭运动时心肌线粒体游离钙含量显著下降,而90min运动组和24h恢复组与安静组相比均未有显著性差异。说明力竭运动可造成线粒体游离钙含量显著下降,90min运动对线粒体游离钙无明显改变,力竭运动后24h已基本恢复。

    2.3不同强度的运动对大鼠心肌线粒体PLA2活性的影响(见表1)运动力竭组PLA2活性与安静组相比有显著性差异,力竭后24h恢复组和90min运动组PLA2活性虽高于安静组,但与安静组相比无显著性差异。说明,力竭运动可造成心肌线粒体PLA2的活性显著提高,24h后基本恢复,而90min运动对其PLA2活性无明显改变。
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    3 讨论

    本实验结果表明,大鼠力竭游泳时心肌线粒体MDA显著升高,说明脂质过氧化水平升高。丁树哲等[6]用ESR观察到力竭游泳和跑步后心肌自由基增加,心肌线粒体MDA增加。和本实验结果一致。本实验还观察到90min游泳后心肌线粒体MDA未有显著性增加,可能是由于运动时间短尚未引起自由基明显增加。而力竭运动后24hMDA已恢复到安静水平已得到广泛证实。

    机体内抗氧化系统对防止和减轻心肌组织自由基损伤及线粒体损伤有重要作用。抗氧化系统中一种重要的抗氧化酶是超氧化物歧化酶(SOD),有关运动对机体抗氧化酶,特别是SOD活性影响的报道已有很多。本实验结果和他们的报道基本一致,即:力竭游泳后心肌线粒体SOD活性显著下降,90min运动时未见显著改变,力竭运动后24h已基本恢复。本实验结果还表明,SOD活性和脂质过氧化程度呈负相关,提示力竭运动后心肌线粒体自由基产生和清除之间的平衡受到破坏,说明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原因之一。抗氧化系统中还有一种重要的抗氧化剂是还原性谷胱甘肽(GSH)。本实验结果表明,大鼠90min游泳后心肌线粒体GSH升高,但无显著性差异;力竭运动后心肌线粒体GSH显著下降,24h后已基本恢复。有关力竭运动引起GSH下降的报道已有很多。这些结果和本实验结果基本一致。有关90min运动后GSH升高的原因,作者认为可能是运动时间较短,运动应激引起抗氧化能力出现暂时升高所致。
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    有关运动对线粒体钙稳态影响的报道已有很多。王文信等[7]报道了力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度下降,总钙浓度显著增加的实验结果。本实验结果表明,大鼠90min游泳后,心肌线粒体游离钙含量下降,但无统计学意义。力竭运动后心肌线粒体游离钙含量显著下降,力竭运动后24h游离钙含量最高,但也无统计学意义,其可能机制为:(1)力竭运动后线粒体摄钙能力下降。(2)力竭运动可使线粒体钙释放能力加强。(3)运动可导致线粒体无机磷(Pi)增加,使游离钙和Pi结合形成磷酸钙沉淀增加,使线粒体中游离钙浓度下降。

    本实验结果还表明,大鼠力竭运动时心肌线粒体膜上PLA2活性显著升高,90min运动和力竭运动后24h,PLA2活性和安静组比较均未有显著差异。PLA2活性和Ca2+浓度密切相关。由于力竭运动时,线粒体摄Ca2+能力下降,释放Ca2+能力加强,使胞浆内Ca2+浓度增高,从而激活了线粒体膜上的PLA2,使前列腺和白三烯生成增多,造成心肌组织的损伤。PLA2的激活又使磷脂氧化酶系统产生脂质过氧化反应,膜磷脂分解,膜上出现大量新的钙通道,线粒体膜通透性增强,使线粒体内游离钙释放加强,造成线粒体膜和线粒体的损伤。Jackson[8]发现PLA2抑制物可减少骨骼肌力竭运动引起的肌肉酶流失,因而支持了胞浆内Ca2+溶度增加,可激活PLA2,改变膜磷脂代谢,从而造成线粒体损伤的观点。
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    作者简介:张钧(1963-),男,博士,研究方向:运动人体学。

    参考文献:

    [1]Thomas DP,Marshall KI.Effects of repeated exhaustive exercise on my-ocardial subcellular membrance structure[J].Int J Sports Med, 1988,9 (4):257- 260

    [2]Vaghy PL,Johnson JD,Matlib MA,et al.Selective inhibition of Na+- in duced Ca2+ release from heart mitochondria by diltiazem and certain other Ca2+ antagonist drug[J].J Biol Chem,1982,257(2):6 000- 6 002
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    [3]Bradford MM.A rapid and sensitive method for the quantition of microgram guantition of protein utiliying the principle of protein- dye binding[J]. Anal Biochem,1976,72(3):248- 254

    [4]Mccormark JG,Browne HM,Davies NJ,et al.Study on mitochondrial Ca2+-transport and matrix Ca2+ using fure- 2- loaded rat heart mitochondria [J].Biochim Biophy Acta,1989,973(3):420- 437

    [5]陈思锋.体液和组织磷脂酶A2简便快速测定法[J].第二军医大学学报,1989,10(2):254-256
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    [6]丁树哲,许豪文,程伯基.运动中内源性自由基对大鼠心肌线粒体膜分子动力学影响[J].生物化学和生物物理学报,1991,23(4):243-246

    [7]王文信,丁树哲,许豪文.长时间游泳运动对大鼠心肌线粒体功能的影响[J].生物化学和生物物理学报,1994,26(4):243-246

    [8]Jackson SH,Wiffen JK,Johnston A,et al.The disposition of inhaled lysine the phyline in volunteers[J].Eur J Clin Pharmacol,1984,26(5):635-637

    收稿日期:2000-04-13, 百拇医药