孫 一，朱 榮,梁永橋,馬建設(shè)

(1.吉林大學(xué)體育學(xué)院，吉林 長春 130012；2.溫州醫(yī)科大學(xué),浙江 溫州 325035)

骨骼肌可根據(jù)功能需要而發(fā)生適應(yīng)性變化，因此具有良好的可塑性。規(guī)律運(yùn)動(dòng)可誘導(dǎo)骨骼肌發(fā)生生理性適應(yīng)，如線粒體生物合成、血管發(fā)生以及肌纖維類型分布改變等，最終提高機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力并產(chǎn)生良性健康效應(yīng)[1]。雖然運(yùn)動(dòng)可對(duì)機(jī)體所有器官組織產(chǎn)生影響，但運(yùn)動(dòng)的健康效應(yīng)主要來源于骨骼肌適應(yīng)。深入了解運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)骨骼肌適應(yīng)的具體機(jī)制對(duì)于提高運(yùn)動(dòng)能力以及為慢性病患者制定行之有效的運(yùn)動(dòng)康復(fù)方案具有重要意義。

哺乳動(dòng)物的骨骼肌是機(jī)體最重要的動(dòng)力器官，是由結(jié)構(gòu)與功能迥異的不同類型肌纖維構(gòu)成的嵌合體(mosaic)。肌纖維根據(jù)形態(tài)、代謝和收縮特性可大致分為慢肌(I型)和快肌(II型)兩大類。根據(jù)肌球蛋白重鏈(myosin heavy chain，MHC)亞型可分為I、IIa、IId/x和IIb四型[2, 3]。肌纖維類型是決定運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力特別是耐力和爆發(fā)力水平的重要因素。此外，在長期臥床、衰老、心衰等病理狀態(tài)下，骨骼肌II型纖維比例增加，同時(shí)發(fā)生代謝異常和肌萎縮，最終導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)耐力下降并影響生存質(zhì)量[2]。因此，調(diào)控肌纖維類型分布是提高機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力、延緩甚至逆轉(zhuǎn)肌萎縮并提高生存質(zhì)量的策略之一。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)能夠改變肌纖維類型分布，目前比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為，長期持續(xù)耐力訓(xùn)練可誘導(dǎo)肌肉適應(yīng)性變化，上調(diào)線粒體密度并提高氧有氧代謝能力并促使I型肌纖維比例增加[4]。

近年來，在傳統(tǒng)持續(xù)耐力訓(xùn)練基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種新穎訓(xùn)練模式——高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練(high intensity interval training，HIT)。持續(xù)耐力訓(xùn)練和HIT均可改善骨骼肌代謝并最終提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，包括上調(diào)骨骼肌線粒體容量、氧化能力、糖原儲(chǔ)備、毛細(xì)血管密度，減少底物水平磷酸化，增加最大攝氧量(maximal oxygen uptake，VO2max)并提高有氧運(yùn)動(dòng)能力。由于兩種訓(xùn)練模式可誘導(dǎo)相似的生理性適應(yīng)，因此HIT具有省時(shí)、有效等突出特點(diǎn)[5-8]，此外HIT運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短、存在間歇而更易被接受[9]。多項(xiàng)研究證實(shí)，即使運(yùn)動(dòng)總時(shí)間約4 min的低負(fù)荷HIT亦可改善VO2max、提高運(yùn)動(dòng)能力以及上調(diào)線粒體容量[5, 7]。HIT已在競技體育和大眾健身中廣泛應(yīng)用，其安全性也得到了大樣本隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)和Meta-分析的證實(shí)[10]。多項(xiàng)研究結(jié)果提示，HIT改善有氧運(yùn)動(dòng)能力的機(jī)制主要與外周適應(yīng)有關(guān)，其中γ過氧化物酶體增殖物活化受體輔活化蛋白1 (peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator 1 alpha，PGC-1α)表達(dá)上調(diào)以及線粒體基因轉(zhuǎn)錄激活誘導(dǎo)的線粒體生物合成增加起決定作用[4, 11, 12]，然而不同類型肌纖維對(duì)于HIT是否產(chǎn)生相似變化尚不得而知。目前存在三點(diǎn)疑慮：(1)由于高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)主要?jiǎng)訂TII型肌纖維，但HIT時(shí)肌纖維的募集方式有待證實(shí)；(2)HIT對(duì)不同類型肌纖維有氧、無氧代謝的影響未見報(bào)道；(3)長期HIT對(duì)肌纖維類型分布產(chǎn)生何種影響；(4)研究證實(shí)，活化腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)、p38促分裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK)和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(Calcinerin，CaN)信號(hào)通路參與肌纖維類型分布的生理過程[4]，但上述信號(hào)途徑在HIT誘導(dǎo)肌纖維類型重塑中的作用尚不清楚。深入探索HIT時(shí)肌纖維的募集方式以及不同類型肌纖維對(duì)HIT的適應(yīng)規(guī)律與機(jī)制對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)HIT具有省時(shí)有效優(yōu)勢(shì)以及拓展HIT在競技體育和大眾健身中的應(yīng)用具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。因此本研究旨在探討急性(1次)和長期(8周)HIT對(duì)不同類型骨骼肌纖維代謝與分布的影響及可能機(jī)制。我們假設(shè)，急性HIT主要?jiǎng)訂TII型肌纖維并激活多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，而長期HIT提高機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力的同時(shí)誘導(dǎo)不同類型肌纖維代謝與分布特征發(fā)生適應(yīng)性改變。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

健康雄性SPF級(jí)Sprague-Dawley(SD)大鼠30只，體重250～300 g，由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。動(dòng)物飼養(yǎng)于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，溫度24℃～26℃，濕度60%～70%，12 h晝夜交替光照，每籠5只，自由進(jìn)食水。將動(dòng)物隨機(jī)分為安靜對(duì)照(resting control，r-C)組、急性HIT(acute high intensity interval training，a-HIT)組和長期HIT(chronic high intensity interval training，c-HIT)組，每組n=10只。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.3 一般情況觀察與記錄

實(shí)驗(yàn)過程中，觀察并記錄各組動(dòng)物體重(g)、攝食量(g)以及精神狀態(tài)、活動(dòng)情況、體毛色澤、大便形態(tài)等的變化。

1.4 運(yùn)動(dòng)能力測(cè)定

c-HIT組大鼠在末次訓(xùn)練后48 h同r-C組進(jìn)行一次遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，方案為：10 min跑臺(tái)熱身運(yùn)動(dòng)(速度5 m/min)后，起始負(fù)荷設(shè)定為10 m/min ，每3 min遞增5 m/min，直至力竭。力竭判定標(biāo)準(zhǔn)：動(dòng)物跟不上預(yù)定速度，大鼠臀部壓在籠具后壁，后肢隨轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶后拖達(dá)30 s以上，毛刷刺激驅(qū)趕無效，行為特征為呼吸深急、幅度大，精神疲倦，俯臥位垂頭，刺激后無反應(yīng)。用力竭時(shí)間(min)表示運(yùn)動(dòng)能力。

1.5 動(dòng)物取材

分離比目魚肌(慢肌，I型肌纖維為主)和脛骨前肌(快肌，II型肌纖維為主)，將組織分為三部分，一部分制作組織切片進(jìn)行肌纖維類型測(cè)定，一部分新鮮組織進(jìn)行酶活性和糖原含量檢測(cè)，另一部分進(jìn)行蛋白表達(dá)測(cè)定。取材時(shí)將后兩部分新鮮組織用錫紙包裹迅速投入液氮中并轉(zhuǎn)移至﹣80℃低溫冰箱凍存待測(cè)。

1.6 代謝酶活性測(cè)定

取500 μg組織置于5 mL含0.3 mol/L蔗糖、10 mmol/L咪唑(4℃、pH 7.4)的溶液中，使用勻漿器進(jìn)行充分研磨，將組織勻漿液離心15 min(4℃、3 000 rpm)后取上清。使用南京建成生物工程研究所提供的檢測(cè)試劑盒，應(yīng)用UV-120-20紫外分光光度計(jì)檢測(cè)各組動(dòng)物骨骼肌琥珀酸脫氫酶(succinate dehydrogenase，SDH)和乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)活性，單位：U/mg。

1.7 肌糖原含量測(cè)定

使用722型光柵分光光度計(jì)以蒽酮法測(cè)定各組肌糖原含量，方法為[15]：取50 mg骨骼肌勻漿液用400 μL氫氧化鉀(濃度30%)消化30 min，隨后加入800 μL無水乙醇沸水浴10 min。待冷卻后離心30 min(4℃、3000 g)，棄上清并將沉淀物懸浮于1 ml三氯乙酸(濃度5%)中。取100 μL溶液與600 μL的蒽酮溶液(濃度0.2%)混勻，沸水浴5 min。冷卻后以空白管調(diào)零，測(cè)定各樣品與葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液在620 nm處的吸光度，描計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線后計(jì)算肌糖原含量(單位：μg/mg)。

1.8 肌纖維類型測(cè)定

利用ATP酶染色法鑒定I型和II型骨骼肌纖維：骨骼肌標(biāo)本置于4%的多聚甲醛緩沖液中固定4～8 h后進(jìn)行常規(guī)石蠟包埋、切片(5 μm)，用ATP酶染色法鑒定肌纖維類型：堿預(yù)孵(pH 10.6)后，I型肌纖維ATP酶活性被抑制，II型肌纖維ATP酶活性仍然保持，故II型纖維被染成深色，I型纖維則著色較淺。封固后，切片用顯微照相圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行照相，用Simple PCI圖像分析軟件分析肌纖維類型分布以及肌細(xì)胞橫截面積(cross-sectional area，CSA)。

1.9 蛋白表達(dá)量測(cè)定

利用Western Blot法測(cè)定AMPKα、磷酸化AMPKα(phosphorylation of AMPKα，p-AMPKα)、p38 MAPK、p-p38 MAPK、CaN、PGC-1α、活化T細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T cells，NFAT)c1亞基(NFATc1)蛋白表達(dá)量。取50 mg骨骼肌組織研磨、勻漿裂解，離心(4℃、15000 g)30 min，用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定總蛋白濃度。取10 μg蛋白樣品經(jīng)15% SDS-PAGE分離后轉(zhuǎn)移至PVDF膜。一抗4℃靜置過夜，二抗37℃孵育1.5 h，充分洗滌后，使用ECL發(fā)光成像，掃描各條帶灰度值。以β-actin為內(nèi)參蛋白，計(jì)算目的蛋白的表達(dá)量=目的蛋白灰度值/β-actin灰度值，以r-C組比目魚肌目的蛋白表達(dá)量為基準(zhǔn)，計(jì)算各組與基準(zhǔn)的倍數(shù)表示蛋白相對(duì)表達(dá)量。

1.10 MHC亞型測(cè)定

方法同1.9(Western Blot法)。成像掃描后，MHC呈現(xiàn)為四條清晰的條帶，即I、IIa、IId/x和IIb。根據(jù)蛋白質(zhì)分子量的差異，不同MHC亞型在凝膠電泳中遷移率不同，I>IIb>IId/x>IIa。用凝膠圖像分析軟件分析MHC各亞型灰度值并計(jì)算其百分構(gòu)成比(%)。

1.11 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有數(shù)據(jù)以“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，組間比較使用單因素方差分析(One-Way ANOVA)，多重比較使用Bonferroni檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)學(xué)差異為P<0.05。統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS 17.0。

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)期間動(dòng)物的一般情況

整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間各組動(dòng)物均較活潑，未出現(xiàn)精神異常、掉毛、體毛凌亂、無光澤、大便形態(tài)改變等不適反應(yīng)與過度疲勞狀態(tài)。攝食量和體重在三組間均無顯著性差異(P>0.05)。見圖1和圖2。

圖1 各組攝食量的變化

圖2 各組體重的變化

2.2 運(yùn)動(dòng)能力的變化

8周運(yùn)動(dòng)后，c-HIT組大鼠力竭時(shí)間明顯延長，較r-C組提高了39.2%(P<0.05)。見圖3。

圖3 運(yùn)動(dòng)能力的變化注：與r-C組比較，*P<0.05

2.3 糖原含量的變化

各組比目魚肌糖原含量均高于脛骨前肌(P<0.05)。與r-C組比較，a-HIT組糖原含量下降(比目魚?。憨?8.1%，P<0.05；脛骨前?。憨?9.4%，P<0.05)，c-HIT組糖原含量升高(比目魚?。?57.0%，P<0.05；脛骨前?。?62.5%，P<0.05)，但a-HIT組比目魚肌和脛骨前肌糖原含量降低的幅度以及c-HIT組糖原含量升高的幅度并無顯著性差異(P>0.05)。見圖4。

2.4 酶活性的變化

各組比目魚肌SDH活性均高于脛骨前肌(P<0.05)，LDH活性均低于脛骨前肌(P<0.05)。與r-C組比較，c-HIT組比目魚肌和脛骨前肌SDH活性均升高(P<0.05)，LDH只在脛骨前肌升高(P<0.05)；a-HIT組比目魚肌和脛骨前肌SDH和LDH均無顯著性改變(P>0.05)。見圖5和圖6。

圖4 糖原含量的變化注：與r-C組比較，*P<0.05；與脛骨前肌比較，#P<0.05

圖5 SDH活性的變化注：與r-C組比較，*P<0.05；與脛骨前肌比較，#P<0.05

圖6 LDH活性的變化注：與r-C組比較，*P<0.05；與脛骨前肌比較，#P<0.05

2.5 肌纖維類型分布與CSA的變化

ATP酶染色見圖7和圖8，其中I型肌纖維著色較深，II型肌纖維著色較淺。肌纖維分布和CSA見圖9和圖10。與r-C組比較，c-HIT組比目魚肌和脛骨前肌I型肌纖維比例增加(P<0.05)，II型肌纖維比例減少(P<0.05)，CSA無顯著性變化(P>0.05)，a-HIT組肌纖維比例和CSA均無顯著性變化(P>0.05)。

圖7 比目魚肌ATP酶染色

圖8 脛骨前肌ATP酶染色

圖9 比目魚肌和脛骨前肌I型與II型肌纖維分布注：與r-C組比較，*P<0.05

圖10 比目魚肌和脛骨前肌CSA注：與II型肌纖維比較，*P<0.05

2.6 蛋白表達(dá)量的變化

各組比目魚肌p-AMPKα/AMPKα、p-p38 MAPK/p38 MAPK、PGC-1α表達(dá)量均高于脛骨前肌(P<0.05)，CaN和NFATc1表達(dá)量均低于脛骨前肌(P<0.05)。與r-C組比較，a-HIT組p-AMPKα/AMPKα(比目魚?。?45.0%，P<0.05；脛骨前肌：+40.0%，P<0.05)、p-p38 MAPK/p38 MAPK(比目魚?。?51.0%，P<0.05；脛骨前?。?47.5%，P<0.05)、CaN(比目魚?。?43.6%，P<0.05；脛骨前?。?36.7%，P<0.05)、PGC-1α(比目魚肌：+34.0%，P<0.05；脛骨前肌：+40.1%，P<0.05)和NFATc1(比目魚肌：+45.1%，P<0.05；脛骨前?。?41.6%，P<0.05)表達(dá)量均升高，但升高的幅度并無顯著性差異(P>0.05)；c-HIT組PGC-1α(比目魚肌：+135.2%，P<0.05；脛骨前?。?129.6%，P<0.05)和NFATc1(比目魚?。?187.2%，P<0.05；脛骨前肌：+169.5%，P<0.05)顯著性升高，但升高的幅度并無顯著性差異(P>0.05)。見圖11～15。

圖11 p-AMPKα蛋白表達(dá)量注：與r-C組比較，*P<0.05；與脛骨前肌比較，#P<0.05

圖12 p-p38 MAPK蛋白表達(dá)量注：與r-C組比較，*P<0.05；與脛骨前肌比較，#P<0.05

圖13 CaN蛋白表達(dá)量注：與r-C組比較，*P<0.05；與脛骨前肌比較，#P<0.05

圖14 PGC-1α蛋白表達(dá)量注：與r-C組比較，*P<0.05；與脛骨前肌比較，#P<0.05

圖15 NFATc1蛋白表達(dá)量注：與r-C組比較，*P<0.05；與脛骨前肌比較，#P<0.05

2.7 MHC亞型的變化

與r-C組比較，c-HIT組比目魚肌MHC IIa型和IIb型比例減少(P<0.05)，I型比例增加(P<0.05)，脛骨前肌MHC IIb和IId/x型減少(P<0.05)，IIa和I型增加(P<0.05)；a-HIT組MHC各亞型均無顯著性改變(P>0.05)。見表1和表2。

表1 比目魚肌MHC亞型的變化

注：與r-C組比較，*P<0.05

表2 脛骨前肌MHC亞型的變化

注：與r-C組比較，*P<0.05

3 討論

3.1 急性HIT時(shí)肌纖維的募集方式及對(duì)肌細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的影響

肌纖維的募集方式一般用不同類型肌纖維糖原耗竭的程度表示[4]。持續(xù)亞極量運(yùn)動(dòng)時(shí)肌纖維募集方式與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)，低強(qiáng)度時(shí)I型肌纖維首先被募集，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加，II型肌纖維逐漸動(dòng)員[4]?；诖宋覀兺茰y(cè)，HIT時(shí)強(qiáng)度較高，因此理應(yīng)主要?jiǎng)訂TI型肌纖維。然而出乎意料的是，本研究中雖然a-HIT組比目魚肌和脛骨前肌糖原含量均下降，但下降的幅度并無顯著性差異，提示HIT可同時(shí)募集快肌和慢肌纖維，這與Greenhaff等以超極量運(yùn)動(dòng)(supramaximal exercise)為模型得到的結(jié)果基本一致(同時(shí)動(dòng)員I和IIa型)[16]。其可能的解釋是，HIT時(shí)強(qiáng)度較高(無氧代謝為主，同時(shí)產(chǎn)生大量乳酸)而動(dòng)員II型肌纖維，間歇期雖然完全休息，但運(yùn)動(dòng)中消耗的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)、磷酸肌酸(phosphocreatine，PCr)等能量底物再合成以及乳酸清除依賴于機(jī)體的有氧代謝系統(tǒng)，而且在反復(fù)多次HIT時(shí)，運(yùn)動(dòng)開始階段無氧代謝供能的比例較高，隨后有氧代謝參與再合成ATP的比例逐漸增加[17]，因此HIT間歇期氧化能力較強(qiáng)的I型肌纖維同時(shí)被動(dòng)員。

研究發(fā)現(xiàn)，急性運(yùn)動(dòng)能夠激活肌細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[18]，每次急性運(yùn)動(dòng)的積累效應(yīng)(即長期運(yùn)動(dòng))最終可改善線粒體容量和氧化能力。AMPK/PGC-1α、MAPK/PGC-1α和CaN/NFAT是調(diào)控肌纖維類型分布最重要的三條信號(hào)通路[4]。運(yùn)動(dòng)時(shí)能量狀態(tài)改變(如AMP/ATP比值升高)活化AMPK，自由基和機(jī)械應(yīng)力作用激活MAPK，AMPK和MAPK共同促進(jìn)PGC-1α表達(dá)上調(diào)，后者具有促進(jìn)慢肌纖維表達(dá)、線粒體生物合成、氧化磷酸化和脂肪酸氧化等作用，其在骨骼肌中表達(dá)水平的高低與肌纖維類型關(guān)系密切；胞漿鈣離子濃度增加激活CaN并使NFAT去磷酸進(jìn)入胞核，誘導(dǎo)慢肌纖維基因表達(dá)增加[4]。然而不同肌纖維對(duì)于急性HIT的反應(yīng)則鮮有關(guān)注。本研究發(fā)現(xiàn)，比目魚肌和脛骨前肌中p-AMPKα、p-p38 MAPK、CaN以及PGC1-1α和NFATc1在運(yùn)動(dòng)后即刻均顯著性上調(diào)，且增加的幅度在不同類型肌肉間并無顯著性差異，提示急性HIT時(shí)不同肌纖維多種信號(hào)途徑存在基本一致的激活模式。Bartlett等[11]證實(shí)，持續(xù)耐力訓(xùn)練(70%VO2max)和HIT(90%VO2max)激活肌細(xì)胞內(nèi)信號(hào)途徑(PGC-1、AMPK、p38和p53等)的作用效果類似，而Egan等[19]則指出，肌細(xì)胞信號(hào)途徑的激活與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。此外，Trisha等[20]發(fā)現(xiàn)，HIT后AMPK和p38無顯著性變化，而Gibala等[21]的研究結(jié)果與本研究一致，其機(jī)制未明。由于Trisha等的運(yùn)動(dòng)時(shí)間(20 s)低于Gibala等[21](30 s)和本研究(2.5 min)，推測(cè)可能與HIT方案特別是高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間有關(guān)。因此，運(yùn)動(dòng)激活肌細(xì)胞內(nèi)與線粒體生物合成等事件相關(guān)聯(lián)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可能存在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間閾值，然而關(guān)于“閾值”的范圍尚無定論。

總之，一次急性HIT能夠同時(shí)募集快肌和慢肌纖維并激活肌細(xì)胞內(nèi)與線粒體生物合成、慢肌基因表達(dá)上調(diào)等事件相關(guān)聯(lián)的多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。

3.2 長期HIT對(duì)不同類型肌纖維代謝與分布的調(diào)節(jié)

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠上調(diào)線粒體有氧代謝酶的活性和表達(dá)量，增加毛細(xì)血管密度以及肌細(xì)胞內(nèi)的甘油三酯和糖原儲(chǔ)備量，進(jìn)而提升骨骼肌的氧化能力并最終改善運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[1]。多項(xiàng)研究證實(shí)[4, 5, 7, 11, 12]，HIT能夠有效改善有氧、無氧運(yùn)動(dòng)能力，其機(jī)制主要與運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的外周適應(yīng)(主要是骨骼肌)有關(guān)，此外，與持續(xù)耐力訓(xùn)練相比，HIT可募集更多的肌纖維參與收縮。因此，本研究對(duì)不同類型肌纖維對(duì)于長期HIT的適應(yīng)性改變(代謝與分布)進(jìn)行深入探索。

3.2.1 有氧代謝能力以及肌纖維分布的變化

本研究發(fā)現(xiàn)，與r-C組比較，c-HIT組遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)的力竭時(shí)間明顯延長，提示運(yùn)動(dòng)能力改善。SDH是線粒體內(nèi)參與有氧代謝的關(guān)鍵酶，其表達(dá)量與線粒體氧化能力和線粒體容量正相關(guān)。Shepherd等[22]報(bào)道，長期HIT后線粒體細(xì)胞色素C氧化酶(cytochorome c oxidase，COX)表達(dá)升高，但Larsen等[23]指出 COX與線粒體容量相關(guān)性較低(r =0.55)，而SDH則與線粒體容量高度相關(guān)(r =0.73)，本研究選取SDH作為骨骼肌有氧代謝能力的參數(shù)更有說服力。在本研究中，c-HIT組比目魚肌和脛骨前肌SDH活性較r-C組上調(diào)，說明不同類型肌纖維的氧化能力均得到明顯提高。此外，c-HIT組與線粒體生物合成相關(guān)的基因PGC-1α表達(dá)量顯著性上調(diào)。上述不同類型肌纖維的適應(yīng)性改變與急性HIT時(shí)肌纖維的激活模式基本一致，提示一次HIT時(shí)所募集的肌纖維種類決定了該類型肌纖維在多次HIT后氧化能力得到提高。結(jié)合本研究的結(jié)果，我們認(rèn)為，急性HIT能夠同時(shí)動(dòng)員快肌和慢肌纖維并激活肌細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，每次急性HIT的積累效應(yīng)(即長期運(yùn)動(dòng))最終可同時(shí)改善兩類肌纖維線粒體容量和氧化能力。

骨骼肌可根據(jù)功能需求而發(fā)生表型適應(yīng)性改變。HIT對(duì)于肌纖維類型分布的影響尚無定論，有研究證實(shí)，HIT和持續(xù)耐力訓(xùn)練均可提高I型肌纖維比例[20, 24]，但另有學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，HIT后IIa型增加，I型減少[25]，可能與運(yùn)動(dòng)模型以及選取的肌肉標(biāo)本有關(guān)。本研究ATP酶染色法發(fā)現(xiàn)，c-HIT組比目魚肌和脛骨前肌中I型肌纖維比例增加，II型肌纖維比例減少；MHC亞型電泳結(jié)果則顯示，比目魚肌中IIb和IIa型肌纖維比例減少，I型增加，而脛骨前肌中IIb和IId/x型減少，IIa和I型增加。雖然兩種方法得到的結(jié)果不盡相同，但比較肯定的是長期HIT后I型肌纖維比例升高，其機(jī)制可能與長期運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)PGC-1α表達(dá)上調(diào)有關(guān)。骨骼肌PGC-1α 特異性過表達(dá)上調(diào)I型肌纖維比例，線粒體生物合成增加，抗疲勞能力增加；而骨骼肌特異性敲除PGC-1α 將下調(diào)I型肌纖維比例并增加IId/x和IIb等酵解型纖維[26]。細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PGC-1α輔助肌細(xì)胞增強(qiáng)因子-2 (myocyte enhancer factors-2， MEF2)誘導(dǎo)I型肌纖維中慢肌肌鈣蛋白和肌紅蛋白的表達(dá)[27]。

3.2.2 無氧代謝能力的變化

LDH是機(jī)體糖代謝中無氧酵解過程的一種重要酶，LDH活性高低在一定程度上能反映糖酵解能力的高低。在本研究中，c-HIT組LDH活性在脛骨前肌顯著性上調(diào)，而比目魚肌則無顯著性改變，提示長期HIT只提高了快肌纖維的無氧代謝(糖酵解)能力。人體試驗(yàn)顯示[7]，HIT可同時(shí)改善機(jī)體的有氧和無氧運(yùn)動(dòng)能力，而持續(xù)耐力訓(xùn)練只能夠提高機(jī)體的有氧運(yùn)動(dòng)能力，本研究在分子水平(LDH活性)和細(xì)胞(不同類型肌纖維分布)水平上證實(shí)了上述結(jié)論。HIT同時(shí)提高有氧、無氧代謝能力的具體機(jī)制尚不得而知，結(jié)合本研究的結(jié)果以及既往的研究報(bào)道，我們認(rèn)為，持續(xù)耐力訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不高(中等或者低強(qiáng)度)，只能刺激有氧供能系統(tǒng)，主要募集慢肌肌纖維并增加I型肌纖維比例，而HIT強(qiáng)度較高(至少高于無氧閾)，可同時(shí)激活有氧和無氧供能系統(tǒng)，快肌和慢肌纖維同步募集，并上調(diào)快肌中I型和IIa型肌纖維比例。

此外，Gibala等[28]指出，骨骼肌對(duì)乳酸等代謝產(chǎn)物的緩沖能力改善是HIT提高機(jī)體無氧運(yùn)動(dòng)能力的重要因素。另外一個(gè)重要的機(jī)制是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能狀態(tài)(即神經(jīng)-肌肉調(diào)控)如肌纖維募集速率、傳入神經(jīng)纖維興奮頻率以及運(yùn)動(dòng)單位的同步化等。Creer等[29]將受試者分為HIT聯(lián)合耐力訓(xùn)練組和單純耐力訓(xùn)練組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4周聯(lián)合運(yùn)動(dòng)能夠增加運(yùn)動(dòng)單位的募集速率并提高無氧運(yùn)動(dòng)能力，而單純耐力訓(xùn)練組則無上述改變，提示神經(jīng)-肌肉功能改善是HIT提高無氧能力的重要原因之一。

4 結(jié)論

本研究針對(duì)急性HIT后肌纖維的募集方式和相關(guān)信號(hào)通路以及長期HIT誘導(dǎo)不同類型肌纖維代謝和分布的差異進(jìn)行了深入探討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，(1)一次急性HIT能夠同時(shí)募集快肌和慢肌纖維并激活細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑(AMPK、MAPK和CaN)。(2)長期HIT提高快肌中I型和IIa型肌纖維以及慢肌中I型肌纖維比例；增加快肌和慢肌糖原含量，上調(diào)快肌和慢肌氧化酶(SDH)活性并促進(jìn)PGC-1α表達(dá)(線粒體生物合成)，進(jìn)而改善氧化代謝能力；上調(diào)快肌纖維酵解酶(LDH)活性，改善其無氧代謝能力。(3)長期HIT可顯著提高機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力。

從運(yùn)動(dòng)處方的角度考量，多種運(yùn)動(dòng)方式中能夠最大限度募集肌纖維并激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路者將誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生最大程度的適應(yīng)性改變，由于HIT可同時(shí)動(dòng)員I型和II型肌纖維，改善有氧、無氧代謝水平和運(yùn)動(dòng)能力，因此是一種省時(shí)有效的訓(xùn)練模式。

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