1 引言

骨骼肌的收縮和舒張是人體產(chǎn)生各種運動的基礎(chǔ)其，機能在運動訓(xùn)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(guān)系[1]。近年來，國外對不同強度訓(xùn)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(xùn)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(xùn)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(nèi)關(guān)于有氧運動對不同年齡大鼠骨骼肌纖維類型轉(zhuǎn)化的研究還不多見，而本研究采用同等強度的訓(xùn)練對青年、中年和老年大鼠進行訓(xùn)練，旨在探討同等強度訓(xùn)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(xùn)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(cè)面反映了肌纖維的不同特點，為學(xué)者們?nèi)媪私狻⒄J識骨骼肌肌纖維類型的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與功能適應(yīng)的機理。運動訓(xùn)練對肌肉的功能產(chǎn)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(guān)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(xué)界研究熱點。研究結(jié)果可以為科學(xué)的訓(xùn)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(wù)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(xué)技術(shù)部2006年頒布的《關(guān)于善待實驗動物的指導(dǎo)性意見》規(guī)定。

2.2 訓(xùn)練方案

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

2.3 取材與標本制備

達到預(yù)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(jié)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(xué)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(nèi)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(xué)軟件進行處理。

3 結(jié)果

3.1 比目魚肌ATP酶染色結(jié)果

3.1.1比目魚肌Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維面密度變化

如表1所示，十周訓(xùn)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(xué)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比目魚肌Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維數(shù)密度變化

如表2所示，十周訓(xùn)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型纖維數(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(xué)意義。

表2 比目魚?、裥秃廷蛐图±w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(jié)果

如表3所示，十周訓(xùn)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(xué)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(jié)果顯示：十周訓(xùn)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(chǎn)生的影響也不同。一定范圍內(nèi)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(jīng)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(xùn)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(xùn)練可以引起慢肌纖維選擇性肥大[4]。

ATP酶染色結(jié)果顯示：與對照組相比，有氧運動可誘導(dǎo)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(dǎo)青年運動組Ⅰ型肌纖維數(shù)密度顯著大于有氧運動誘導(dǎo)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(dǎo)Ⅰ型肌纖維數(shù)密度則不太顯著。本研究推測運動誘導(dǎo)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(dǎo)比目魚Ⅱ型肌纖維向Ⅰ型肌纖維轉(zhuǎn)化，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)比目魚肌Ⅱ型肌纖維向Ⅰ型肌纖維轉(zhuǎn)化，且大鼠的年齡越小，Ⅱ型肌纖維向Ⅰ型肌纖維轉(zhuǎn)化的數(shù)量就越多，年齡越大，則轉(zhuǎn)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(jīng)證實在哺乳動物的肌肉發(fā)育過程中，細胞凋亡是調(diào)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(guān)注于成肌纖維的凋亡情況，人們已經(jīng)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(jīng)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(chǎn)生大量的氧自由基，攻擊細胞膜，可能會誘導(dǎo)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(chǎn)生運動誘導(dǎo)細胞的凋亡，而且中等強度的運動更容易導(dǎo)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(jīng)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(jié)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(jié)論

5.1有氧運動能夠誘導(dǎo)大鼠比目魚?、蛐图±w維向Ⅰ型肌纖維轉(zhuǎn)化，且隨著年齡的增大，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化的數(shù)量就越多。

5.2有氧運動能夠誘導(dǎo)一定的比目魚肌細胞發(fā)生凋亡，其中誘導(dǎo)老年運動組發(fā)生細胞凋亡最為顯著，誘導(dǎo)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

[1]田野.運動生理學(xué)高級教程[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.不同強度的運動訓(xùn)練對大鼠骨骼肌自由基的影響[J].中國應(yīng)用生理學(xué)雜志，2006，22（3）：367-368.

[4]王煜，周里，葉鳴，金雯，許競.不同強度的跳躍訓(xùn)練對大鼠骨骼肌纖維類型影響的實驗研究[J].西安體育學(xué)院學(xué)報，2005（5）：55-57.

[5]鄒明新，宋吉銳，董敏輝.大強度持續(xù)跑訓(xùn)練對發(fā)育期大鼠腓腸肌外側(cè)頭肌纖維形態(tài)學(xué)影響的研究[J].沈陽體育學(xué)院學(xué)報，2006，25（5）：50-53.

[6]李平，吳曉燕，趙宇豪，徐涌.干擾素對骨骼肌細胞代謝穩(wěn)態(tài)的影響及分子機制[A].中國病理生理學(xué)會第九屆全國代表大會及學(xué)術(shù)會議論文摘要[C].2010.

[7]李保良，趙曉山，羅仁，孫曉敏，陳晶，李俊，張琪.亞健康疲勞狀態(tài)血清對骨骼肌細胞蛋白質(zhì)表達的影響[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)；2009，（11）：2095-2100.

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(xué)。