（运动人体科学专业论文）游泳耐力训练对不同周龄小鼠心肌代谢酶的影响.pdf

2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 摘要 国内外学者从细胞、分子水平对运动训练对骨骼肌和心肌的影响进行了大量的研 究，许多研究表明耐力训练可以使线粒体酶活性增加和骨骼肌有氧代谢酶活性提高。 而运动训练对心肌代谢酶的影响及其年龄特征，相关研究尚不多见。为了了解不同年 龄者进行早期有氧训练对心肌代谢酶的影响，本研究以3 6 只雌性k m 小大鼠为对象， 分别从3 周龄、6 周龄、1 2 周龄开始进行有氧训练6 周，了解小鼠生长发育过程中心 肌代谢酶变化的年龄特征，观察不同周龄组耐力训练对心肌代谢酶的影响，探讨耐力 训练对心肌代谢酶产生最佳刺激的适宜年龄，为有氧训练的早期专门化提供理论依据 和参考。 有氧训练以2 9 6 体重的负重负荷进行游泳6 0 m i n 次，训练6 周后，休息一天，用 4 戊巴比妥那麻醉致死，取心肌分别用作冰冻切片和石蜡切片( 横切面) 。用 n a c h l a s 法( 改良) 区分肌纤维类型。酶组织化学方法测定琥珀酸脱氢酶( s d h ) 、 乳酸脱氢酶( l d h ) 、h t p a s e 酶；p a s 反应显示糖原。o l y m p u s 光学显微镜下观察， i m a g e p r 0 6 0 图像分析，s p s s l l 5 统计处理。 综合研究结果认为： 1 经过6 周耐力训练后各周龄训练组小鼠心肌的有氧氧化酶s d h 的的活性明显 增强( 3 w 、6 w 组p o 0 1 ；1 2 w 组p o 0 5 ) ，与对照组相比，3 w 、6 w 、1 2 w 组小鼠心肌 s d h 平均积分光密度值分别增加了1 2 7 6 1 、9 9 5 9 、3 7 7 4 ，表明有氧训练能使有 氧代谢酶活性选择性增强。 2 经过6 周耐力训练后各周龄训练组小鼠心肌乳酸脱氢酶( l d h ) 活性增强( 3 w 、 6 w 组p o 0 1 ；1 2 w 组p o 0 5 ) ，与对照组相比，3 w 、6 w 、1 2 w 组小鼠心肌l d h 平均积 分光密度值分别增加了5 2 3 9 、4 4 4 3 、2 7 3 3 ，表明有氧训练能使有氧代谢酶活 性选择性增强。 3 经过6 周耐力训练后各周龄训练组小鼠心肌h t p a s e 活性增强( 3 w 组p o 0 1 ： 6 w 、1 2 w 组p o 0 5 ) ，3 w 、6 w 、1 2 w 组小鼠心肌h t p a s e 平均积分光密度值分别增加了 4 1 5 2 、2 3 8 6 、2 4 5 6 ，表明有氧训练能使有氧代谢酶活性选择性增强。 4 经过6 周耐力训练后肌糖原含量明显增加( 3 w 组p o o l ：6 w 、1 2 w 组p o 0 5 ) ， 3 w 、6 w 、1 2 w 组小鼠心肌h t p a s e 平均积分光密度值分别增加了4 4 2 6 、2 4 4 4 、2 5 3 2 ， 表明有氧训练能使有氧供能物质肌糖原储备量选择性增加。 5 经过6 周耐力训练后，心肌代谢酶各个指标均以3 w 组小鼠变化最为明显， 提示如果要提高有氧代谢能力早期训练效果比较好。 关键词；有氧耐力训练，不同周龄，小鼠，心肌代谢酶 i v 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 a b s t r a c t m a n ys t u d i e s ，w h i c hi sa b o u tt h ee f f e c t i o no f s p o r t st r a i n i n gt os k e l e t a l m u s c l ea n dc t h o , cm u s e l e ， h a v eb e e nd o w nb yt h es c h o l a r sh e m ea n da b r o a da tt h el e v e lo f e e l la n dm o l e c u l e l o t so f s t u d i e s i n d i c a t et h a te n d u r a n c et r a i n i n gc a ni n c r e a s et h ea c t i v i t yo f m i t o c h o n d r i a lo u z y i n e sa n da e r o b i c m e t a b o l i s me n z y m eo f s k e l e t a lm u s c l e b u tf e wr e s e a r c h e sw e r o nt h ee f f o c t i o no f s p o r t st r a i n i n gt o m y o c a r d i a lm e t a b o l i s me n z y m ea n da r ea g ec h a r a c t e r i s t i c s i no r d e rt or e s e a r c ht h i s3 6f e m a l ek mm i c e w e r ed i v i d e di n t ot h r e eg r o u p s ，a n d6w e e k sa e r o b i ct r a i n i n gw e f ot a k e no ne a c hg r o u pa tt h ea g ef r o m3 w e e k 、6 w e e k 、1 2 w e e k c o m p r e h e n dt h ea g ec h a r a c t e r i s t i c so f t h em y o c a r d i a lm e t a b o l i s me n z y m e d u r i n gt h em i c eg r o w t ha n dd e v e l o p m e n t o b s e r v et h ee f f e c t i o no f e n d u r a n c e 圩u i u i n gt om y o c a r d i a l m e t a b o l i s me n z y m ea td i f f e r e n ta g eg r o u pr e s e a r c ht h es u i t a b l ea g e ，t h a te n d u r a n c ew a i n i n gw o u l d g i v et h eb e s ts t i m u l a t i o nt om y o c a r d i a lm e t a b o l i s me = i i z y m e p r o v i d et h e o r ya n dr e f e r e n c et ot h ee a r l i e r p e r i o da n ds p - i a l i z e da e r o b i ct r a i n i n g n a e r o b i ct r a i n i n gw a st a k e na tai n t e n s i t y0 1 2 b o d yw e i g h ts w i m m i n g a f t e r6w e e k s o n ed a y r e s t , t h e nn a r c o s i st od e a t hw i t h4 s e d a t i v ep e u t o b a r h i t a ls o d i u m , a n dt a k ec a r d i a cm u s c l e 。u s e dt o m a k ef r o z e ns o c = t i o na n dp a r a f f i ns e c t i o n ( c r o s ss e c t i o n ) t h ef i b r i l ss t y l ew a sc l a s s i f i e db yn a c h l a s m e t h o d ( i m p r o v e d ) as u c c i u e t ei ) e b y d r o g e n a s e ( s d h ) ，l a c t a t ed e h y d r o g e n a s e ( l d h ) 卿p a s ew a s m e a s u r e db ye n z y m a t i ct i s s u e sc h e m i c a lm e t h o d ，g l y c o g e nw a ss h o w e db yp a sr e a c t i o n o l y m p u s l i g h tm i c r o s c o p ew a su s e dt oo b s e r v e ，i m a g e p r 0 6 0w a su s e dt oi m a g ea l i a l y s i s ，a n du s e ds p s s l l 5t o d i s p o s e 刚撕s 6 r e s u l t sa n dc o n c l u s i o n s ： 1 a t k r6w e e k se n d u r a n c et r a i n i n g ，t h ea c t i v i t yo fs d ho fc a r d i a cm u s c l ew a si m p r o v e di ne a c h a g eg r o u po fm i c e ( g r o u p3 w 、6 wp o o l ；g r o u p1 2 wp o0 5 ) , c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p t h e a v e r a g em t e g r a lo dv a l u eo fs d ho fc a r d i a cm u s c l ei n c r e a s e db y1 2 7 6 1 、9 9 ，5 、3 7 7 4 i n g r o u p 3 w 、6 w 、1 2 w ，i n d i c a t et h a ta e r o b i ct r a i n i n gc a ui n c r e a s et h ea c t i v i t yo fa e r o b i cm e t a b o l i s m e 1 1 z y m es e l e c t i v e l y 2 a f t e r6w e e k se n d u r a n c et r a i n i n g ，t h ea c t i v i t yo fl d ho fc a r d i a cm u s c l ew a si m p r o v e di ne a c h a g eg r o u po f m i c e ( g r o u p3 w 、6 wp 0 0 1 ；g r o u p1 2 wp 0 0 5 ) , c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ，t h e a v e r a g ei n t e g r a lo dv a l u eo fl d ho fc a r d i a cm u s c l ei n c r e a s e db y5 2 3 9 、4 4 4 3 、2 7 3 3 i n g r o u p 3 w 、6 w 、1 2 w ，i n d i c a t et h a ta e r o b i ct r a i n i n gc a l li n c r e a s et h ea c t i v i t yo fa e r o b i cm e t a b o l i s m e n z y m es e l e c t i v e l y 3 a f t e r6w e e k se n d u r a n c et r a i n i n g ，t h ea c t i v i t yo fa t p a s eo fc a r d i a cm u s c l ew a si m p r o v e di n e a c ha g eg r o u po f m i c e ( g r o u p3 w 、6 wp 0 0 1 ；g r o u p1 2 w p 0 0 5 ) , c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ， t h ea v e r a g ei n t e g r a lo dv a l u eo f l d ho f c a r d i a cm u s c l ei n c r e a s e db y4 1 5 2 、2 3 8 6 、2 4 5 6 i l i g r o u p 3 w 、6 w 、1 2 w ，i n d i c a t et h a ta e r o b i ct r a i n i n gc a nm e r e a s et h ea c t i v i t yo fa e r o b i cm e t a b o l i s m v ! 竺! 茎墨堡童兰堕塑主兰竺堡塞 e l l z y l n es e l e c t i v e l y 4 a f t e r6w - - - - k s 盟d 黜c 。衄：i ：l i 避，t h em u s c l cg l y c o g e nw 嬲i n c r e a s e di ne a c ha g e 争po f m i c e ( g r o u p3 w 、6 wp 0 0 1 ；g r o u p1 2 wp o 0 5 ) ，t h ea v o r a g ei n t e g r a lo d v a l u eo fa t p a s eo fc a r d i a c m u s c l ei n c r e a s e db y4 4 2 6 、2 4 4 4 0 0 、2 53 2 i ng r o u p 3 w 、6 w 、1 2 w ，i n d i c a t e t h a ta e r o b i ct r a i n i n g c a l li n c r e a s et h ec a p a c i t yo fd y n a m o p h o r e - m u s c l eg l y c o g e ns e l e c t i v e l y 5 a f t e r6w e e k se n d 班a n c et r a i n i n g , e a c hi n d e xo f m y o c a r d i a lm e t a b o l i ce l l z y l n oc h a n g e d o b “o 慨i y ，e s p o c i a l l yi na g eg r o u p3 w , i n d i c a t et h a tt h eb e s tt i m e t oi m p r o v ea e r o b i cc a p a c i t yi sa tt h e e a r l yp e r m d k e yw o r d s ：a e r o b i ce n d u r a n c et r a i i n n g ；d i f f tw e e ka g e ；k mm i c e ；m y o c a r d i a lm e t a b o l i c e a l z y m c 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 学位论文原创性声明 本人郑重声明；所呈交的论文是我个人在导师指导下独立进行研究工作取得的研 究成果。除了文中特别加以标注引用的内容和致谢的地方外，论文中不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解武汉体育学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文，并编入 有关数据库。 作者签名：年月 日 1 i 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 第一章引言 能量代谢相关酶活性的变化最能迅速地反映各种训练其肌组织亚细胞结构的适 应和有氧代谢能力的水平，长期运动训练可引起心肌细胞中己糖激酶、丙酮酸激酶和 乳酸脱氢酶活性提高，这表明心肌组织糖酵解代射能力提高，加之，心肌中琥珀酸脱 氢酶活性的提高，n a d + 含量增加，说明心肌中糖的有氧化谢能力也是增加的。长期训 练后心肌线粒体能量产生能力的变化并没有骨骼肌的变化那么明显。动物研究发现， 训练后大鼠心肌的线粒体积和密度均未出现明显增加，但线粒体中线粒体蛋白含量， 泛醌和c y t c 的含量增高了，表明心肌氧化磷酸化能力提高。虽然对于训练引起心肌 酶学的改变尚存在一定的争议，但大多数实验研究表明心肌线粒体中大多数氧化酶的 活性是增加的，也就表明心肌组织的有氧代谢能力经训练后是有所提高的。 国内外学者从细胞、分子水平对运动训练对骨骼肌和心肌的影响进行了大量的研 究，许多研究表明耐力训练可以使线粒体酶活性增加和骨骼肌有氧代谢酶活性提高。 有报告指出，耐力训练可提高最大摄氧量1 0 1 5 ，而线粒体有氧代谢酶活性可增加 1 0 0 左右，所以有氧代谢酶活性的变化能迅速地反映有氧代谢能力的水平。 耐力训练对机体各个组织的影响是运动医学研究的重点之一。通过耐力训练，机 体各组织从各个方面产生了一系列的适应性变化，从而提高了机体有氧代谢能力。机 体各组织中能量代谢酶也发生了相应的变化。关于运动对心肌代谢酶的影响已经有了 大量的研究。而运动训练对心肌代谢酶的影响及其年龄特征，相关研究尚不多见。 为了了解不同年龄进行早期有氧训练对心肌代谢酶的影响，本研究以3 6 只雌性 l ( m 小大鼠为对象，分别从3 周龄、6 周龄、1 2 周龄开始进行有氧训练6 周，了解小 鼠生长发育过程中心肌代谢酶变化的年龄特征，观察不同周龄组耐力训练对心肌代谢 酶的影响，探讨耐力训练对心肌代谢酶产生最佳刺激的适宜年龄，为有氧训练的早期 专门化及耐力训练提供理论依据。 1 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 第二章文献综述 心脏作为人体最重要的动力器官，得到了充分的重视，进行了长期的研究。1 8 9 9 年，瑞典临床学家h e s c h e n 首先提出了运动员心脏( a t h l e t e sh e a r t ) 的概念。其后 运动心脏成为运动医学和运动生理学的重点研究课题之一，并发展成为- - f 7 新兴学科 一运动心脏学( s p o r t sc a r d i o l o g y ) 。对心脏的研究经历了一个由宏观到微观的过 程，1 9 7 9 年f e r r a r i o 等人提出了心肌重塑概念( m y o c a r d i a lr e m o d e l i n g ) ，认为运动 导致心肌结构的变化对维护正常心功能有利”1 ；1 9 8 9 年b a u m b a c h 等人又提了心脏重塑 ( c a r d i a cr e m o d e l i n g ) ，提出心血管发生相应的结构和功能的变化。1 ；1 9 9 4 年l b t a n 提出生理性和病理性心脏重塑概念( p h y s i o l o g i c a la n dp a t h o l o g i c a lc a r d i a c r e m o d e l i n g ) ，认为心肌肥大是心脏重塑的主要表现之一“”。在运动心脏研究的1 0 0 年里，大致经历了3 个阶段：2 0 世纪初从最初的叩诊、听诊到大体及器官水平的形态 测量，从运动心脏的重量、形态分型、心壁厚度、心脏面积等方面揭示心脏对运动的 适应；2 0 世纪五六十年代，新技术、新方法的运用，对运动心脏泵血功能、心脏肥大 机理进行探讨；2 0 世纪后期，分子生物学及计算机科学的发展，运动心脏的研究深入 到细胞、亚细胞、分子水平旧。本文综合文献资料，论述和探讨运动对心脏形态结构 以及生物学的影响。 2 1 运动对心脏形态学的影响 1 8 9 9 年瑞典医生h e n s c h e n 通过叩诊发现越野滑雪运动员心脏肥大，认为最大的心 脏将赢得比赛的胜利，并把这种运动员特有的大心脏称为运动员心脏( a t h l e t e s h e a r t ) 。随着科学技术的发展，国内外诸多学者通过x 线影像、超声心动图、核磁共 振图像等技术分析证实了运动员确有心脏肥大，同时伴有心功能的改变。 2 1 1 运动对心脏构型的影响 长期系统训练可引起运动员心脏形态、结构产生适应性变化。不同项目运动员心 脏肥大类型各异。一般耐力项目运动员心脏从心腔扩大为主，表现为心室厚度随着心 腔内径的扩大而成比例的增大，心肌细胞体积和肌纤维数量相对不变，其室壁厚度与 左室内径之比不变。力量项目运动员心脏以心壁增厚为主，心容积和心腔内径并无明 显变化，其室壁厚度与左室内径比值增大，为心脏肥大。 张志琪，田振军啪研究发现有氧运动组小鼠和大强度疲劳组与对照组比较，心系 数分别增加了1 5 7 4 和1 7 3 3 ，表明心脏发生不同程度的肥大；左室内压二阶导数分 别增加了4 7 1 7 和3 5 2 4 。表明有氧运动组心脏明显发生运动性肥大，心肌收缩功 能增强，大强度疲劳组也出现心肌肥大，但心肌收缩功能降低。运动训练导致心脏绝 对重量和相对重量的增加嘲叫“”“小”1 。b l o m q u i s t 对优秀运动员心重量和病理性心肌肥 厚的心重量进行测量后认为，优秀运动员的心重不会超过5 0 0 9 ，而病理性心重则超过 1 0 0 0 9 ，所以运动导致心脏重量增加是运动与心脏重塑的最直观表现“”。运动i j i i 练导 致左心室腔内径、室间隔厚度及左室游离壁厚度均增大，心肌细胞体积、长度及横截 面积显著增大“，这些是运动心脏几何构型变化的主要方面。在运动性心肌肥大中， 力量性训练如举重、投掷，以心室壁增厚为主，室腔不扩大；耐力性训练如自行车、 马拉松、越野、滑雪、长跑、游泳等，以心室腔及右心房扩大为主，室壁增厚不明显 2 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 i t 6 ，常芸，林福美“”等在对大鼠进行耐力训练后的对比发现，经过1 2 周耐力训练后 心脏重量和心脏重量指数均有所增高，分别增高8 和5 1 ，其中，心脏重量指数的增高 有显著性统计学意义，说明耐力训练已产生心脏肥大。完全停止训练8 周后再测心脏重 量。发现停训后心脏绝对重量和心脏重量指数与其对照组无显著差异，其中，心脏重量 指数较训练时显著降低2 4 ，表明由耐力训练引起的心脏肥大变化属适应性反应，为可 逆性改变。l u c e n am c “”对力竭性运动的大鼠心室影响进行研究指出，力竭性运动 会导致心肌细胞与间质之间的比值降低。力竭性运动即刻大鼠心室肌形态发生退行性 变化，主要表现在：肌小节中的肌原纤维从极度收缩的有组织状态变为肌原纤维失去 方向和z 线模糊的无组织状态、线粒体表现为肿胀并伴有嵴的瓦解和线粒体膜之间的 间隙变窄、细胞核表现为异染色质的数量增加。 动物实验结果证明，适宜的负荷可引起心肌的生理性肥大，不适宜的负荷可导致 心脏发生病理性肥大。近年来右心室构型变化的研究引起人们的重视。尽管对运动引 起心脏构型的重塑已经进行了大量的研究，但对运动引起的心房重塑及右室重塑还应 做深入的研究和探讨。 2 1 2 运动对心肌细胞的影响 心肌细胞在心脏组织结构和功能方面起着重要作用。研究表明，在不同负荷条件 下，心肌细胞肥大是一种适应性或代偿性生理病理变化过程。在构成心脏的细胞中， 心肌细胞仅为心脏细胞总数的1 3 ，而体积却约占心脏结构的7 5 。因此，近1 个世纪以 来，人们在运动引起心肌细胞肥大的研究中不断探索。李玉峰，王士雯“”对老年大鼠 进行有规律的游泳训练运动后发现呼吸控制率、碳氧比值明显增加，电子传递组分的 活性显著升高，说明长时间有规律的游泳运动能明显提高老年大鼠心肌线粒体的功 能，可能是运动改善了老年动物心脏功能的能量基础。冯启实验证明，适宜的运动 负荷可使心肌细胞发生生理性肥大，表现为心肌细胞体密度下降；心肌纤维增粗，肌 节变长；心肌收缩能力增加；心肌线粒体均匀体积增大；肌质网摄取钙能力增加；线 粒体嵴致密；基质电子密度增高。毛宗珍“等人的研究表明适宜负荷后，心脏发生生 理性重塑，心肌发生生理性肥大，主要是：线粒体数目增多，体积增大，轻度肿胀； 肌管系统轻度扩张；毛细血管增多。过度训练后，心脏发生病理性重塑，心肌发生缺 血缺氧性损伤。主要是；肌丝断裂；线粒体增多肥大，膜损伤，嵴模糊甚至消失，基 质溶解；胞核分叶、老化。雷志平等人嘧1 对s d 大鼠进行4 周的问歇性低氧训练后，电 镜下观察其急性运动后心肌组织的超微结构变化，并进行形态计量学分析。结果显示： 问歇性低氧训练和有氧运动相结合，可对心肌肌原纤维间线粒体的数量和体积产生一 定影响，并通过线粒体体积密度的增高和线粒体内膜及嵴的表面密度的增大，提高有 氧代谢能力。 田振军等啪1 研究发现过度负荷及过度训练可导致心肌肌丝紊乱，部分肌丝断 裂，并出现心肌纤维化，结缔组织增生，肌节异常，粗肌丝减少，无法区分a 带、i 带部分肌核溶解消失，线粒体肿胀，嵴断裂，呈现空泡样变，心肌细胞闰盘局部扩张， 收缩能力下降，同时还导致心肌线粒体钙超载，细胞膜受损。赵敬国。1 对大鼠进行1 周 力竭性训练，发现运动后即刻及3 0 分仍可表现为心脏充血部分心肌浊肿，3 小时只 可见有轻度心肌细胞浊肿，2 4 小时基本恢复正常。提示经过1 周反复的力蝎性游泳运 动可明显地提高心肌的适应能力表现为进行同样运动后心肌损伤的程度明显减轻。 张勇采用三级递增负荷跑台对大鼠进行力竭性运动试验，运动即刻测的大鼠心肌线 3 - 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 粒体丙二醛含量，发现心肌线粒体膜脂质过氧化水平显著性增高，从而影响到线粒体 呼吸链氧化磷酸化以及a t p 生成。步斌”1 通过对s d 大鼠建立过度训练模型，光镜下h e 切片观察不同训练时期样本，主要见心肌纤维浊肿，以2 0 天和3 0 天组更为严重。此外， 从5 天组开始，可见部分心肌细胞核周隙扩张，呈空泡状，核有压迹。训练3 0 天组，尚可 见心肌纤维灶状坏死。心肌问质l 天即出现水肿，1 0 天后可见较多的炎细胞浸润，训练 2 0 天和3 0 天组可见问质出血及间质结缔组织增生。透射电镜下见训练l 天组线粒体呈 局灶性肿胀，崤变短，部分线粒体完好。闰盘两端线粒体肿胀，有的心肌细胞核异染色 质集聚，常染色质稀疏，肌原纤维间间隙变大，不规整，毛细血管内皮细胞肿胀，其胞桨 内的线粒体嵴变短，内质网扩张，训练5 天组电镜下见线粒体大小不匀，多数肿胀，嵴变 短，有的线粒体异常肿大，嵴几乎消失或呈絮状致密斑状。闰盘连接处线粒体损伤严重， 膜不连续，有断裂，可见部分纵向嵴线粒体。肿胀的线粒体和扩张的内质网挤压核致呈 不规则状，有的核周隙扩张，可见肌原纤维断裂，甚至溶解。 2 1 3 运动对! l l z , b 肌细胞的结构影响 最近。大量研究表明，非心肌细胞在维持心脏结构与功能方面起着与心肌细胞同 等重要的作用。非心肌细胞包括心肌成纤维细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞、巨噬 细胞等多种细胞，在心肌组织中占很大比例。毛细血管则为各类细胞提供能量，输送血 液。大量文献表明，毛细血管在运动中发生了生理性或病理性重塑：适应的运动负荷导 致心肌组织中毛细血管数量增多，毛细血管内皮细胞中微饮小泡增加，毛细血管腔面 微绒毛状结构增加，毛细血管内皮细胞中微饮小泡增加，毛细血管腔面微绒毛状结构 增加，毛细血管腔室表面积增加，为运动心脏肥大及功能增强奠定基础。1 过度负荷及 过度训练可导致心肌细胞纤维化，间质成分增加，成纤维细胞增多，毛细血管密度下降， 心肌发生缺血性损伤。非心肌细胞中的成纤维细胞产生和分泌胶原蛋白，在心肌内以 胶原纤维的形式存在，构成心肌间质的三维空间的网络结构1 。胶原纤维对心肌细 胞起支持、排列作用，并在维持心脏正常收缩和舒张方面起重要作用。胡晓晟等”认 为在动脉性高血压的心肌肥大过程中，心肌间质原有胶原增粗，新胶原体积比原来缺 乏；胶原的心肌间质内、胶原体积比例增加导致问质纤维化，其结果造成问质网络结 构破坏，心室舒张期硬度增加，引起功能性障碍，使生理性向病理性转变。由此可见， 非心肌细胞重塑的研究有着非常重要的意义，在运动与心脏研究中，这方面将会成为 今后几年来的研究热点。步斌啪1 通过对s d 大鼠建立过度训练模型于光镜下观察到毛细 血管训练1 天组即出现内皮组织肿胀，核肿大，着色浅，细微结构不清：内皮细胞胞桨肿 胀，细血管及小动静脉淤血。从5 天组起，着色浅，细胞周界不清，也可见毛细血管损伤 重于心肌纤维，损害更明显。电镜下训练5 天组还可见毛细血管壁失去正常结构、壁变 薄；毛细血管内皮细胞胞质出现大量空泡，细胞核异染色质边集，常染色质稀疏，单个 或3 5 个不等的红细胞淤积在管腔内，有的毛细血管管腔变窄，甚至闭锁。训练1 0 天、 1 5 组上述病变更重，线粒体、内质网损害更明显，细胞核常染色质稀疏，异染色质集聚 更严重。未观察到心肌细胞或毛细血管的增生现象。 2 2 运动对心脏的生物学影响 运动对心脏的影响不仅表现在形态、功能方面，而且还表现在生物学方面。主要 包括心肌酶学指标和分子生物学指标两方面的适应性变化。 4 - 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 2 2 1 运动对心肌酶学指标的影响 长期运动训练可引起心肌细胞中已糖激酶、丙酮酸激酶和乳酸脱氢酶活性提高， 这表明心肌组织糖酵解代射能力提高，加之，心肌中琥珀酸脱氢酶活性的提高，n a d + 含量增加，说明心肌中糖的有氧化谢能力也是增加的。长期训练后心肌线粒体能量产 生能力的变化并没有骨骼肌的变化那么明显。动物研究发现，训练后大鼠心肌的线粒 体积和密度均未出现明显增加，但线粒体中线粒体蛋白含量，泛醌和c y t c 的含量增高 了，表明心肌氧化磷酸化能力提高。虽然对于训练引起心肌酶学的改变尚存在一定的 争议，但大多数实验研究表明心肌线粒体中大多数氧化酶的活性是增加的，也就表明 心肌组织的有氧代谢能力经训练后是有所提高的。对大鼠心肌的研究还发现，训练大 鼠心肌原纤维中a t p a s e 活性提高，其变化程度与训练强度、持续时间及运动方式密切 相关，耐力训练的作用相对较为明显，与跑台训练相比，游泳运动能产生更大幅度的 心肌肥大和心肌肌原纤维a t p a s e 活性的增加1 。 能量代谢相关酶活性的变化最能迅速地反映各种训练其肌组织亚细胞结构的适 应和有氧代谢能力的水平。耐力运动可使有氧代谢过程中重要的酶活性增加。如酸性 磷酸酶、肌酸激酶、乳酸脱氢酶、枸橼酸合成酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油脱氢酶和 丙酮酸激酶等活性增加。h o c h a c h k a 。1 、h e l i s s a 1 等的研究表明氧化酶活性和有氧运 动能力经耐力训练后明显增加。c a m p b e l l “1 报道：大鼠骨骼肌在负重的情况下，随肌纤 维增粗增大，s d h 的含量增加，活性增高。耐力练习对代谢酶的影响有许多报道，许多研 究表明，耐力练习可以提高人和鼠有氧氧化酶的活性胁m ”。文献报道嘲，急性运动和 长期耐力运动时，抗氧化酶如超氧化物岐化酶( s o d ) 和各耽甘肽过氧化物酶( g s h p x ) 等酶活性增加，心肌乳酸脱氢酶漏出减少。p l o u r d e 等洲研究认为，跑台训练1 0 周大 鼠心室肌的b 受体与鸟嘌呤调节蛋白( g s ) 的耦合性降低，心肌膜腺苷酸环化酶活性降 低。王茂叶1 对小鼠进行间歇性低氧训练后发现心肌组织中，低氧训练组比对照组和 运动组及低氧组中c c o 和s d h 含量均有非常显著性差异。卜于骏，丁树哲等“的研究发 现，耐力训练组大鼠心肌硫氧还蛋白还原酶活性显著高于安静对照组，而力竭组大鼠 心肌硫氧还蛋白还原酶活性显著低于安静对照组。代毅，柯遵渝1 借助于动物模型实 验，对间歇性低氧训练后大鼠心肌和骨骼肌有氧代谢酶的变化与运动能力的关系进行 研究。实验结果显示：经低氧训练后，大鼠心肌和骨骼肌的线粒体氧化酶s d h 和c c o 活性 明显高于平原对照组和平原训练组，低氧训练后的大鼠运动时间延长。彭延春“”小鼠 经8 周游泳训练后，8 月龄训练组的心肌肌浆网c a 2 + a t p 酶活性明显增高，1 2 月龄训练 组的心肌肌浆网c a * - a t p 酶活性增高更加显著，且能恢复到与年轻鼠相当的水平，而3 月龄训练组的心肌肌浆网c a 2 + _ a t p 酶活性则无明显改善。8 月龄训练组的心肌肌球蛋白 a t p 酶活性增加非常显著，1 2 月龄训练组的心肌肌球蛋白a t p 酶活性无明显增加。徐玉 林”采用大鼠强制游泳的方法，研究了高强度间歇训练和持续性训练对大鼠心肌肌球 蛋白c 矿一a t p 酶活性的影响。6 周训练后，两训练组大鼠的心肌肌球蛋白c a 2 + 一a t p 酶活性 均增强，且间训组增长幅度更大，说明运动强度比运动时间对肌球蛋白c a 2 + 一a t p 酶活性 的影响更强：持训组雌鼠比雄鼠心肌肌球蛋i ! i c a ”一a t p 酶活性的增长幅度大，提示心肌 收缩蛋白对运动强度和时间的适应存在性别差异。 王东辉等“”研究表明，s d 大鼠负重5 进行力竭性游泳，心肌丙二醛( m d a ) 和谷胱甘 肽过氧化物酶( g s 卜p x ) 都非常显著低于空白组，并且以力竭后6 小时组最为显著。表 明力竭游泳后心肌组织的脂质过氧化加强，尤其在力竭后6 d , 时的时相点。田振军， 熊正英“等采用b e c k m a n 自动生化分析仪对游泳过度训练的s d 大鼠心肌局部肌酸激 5 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 酶( c k ) 、天门冬氨酸氨基转移酶( a s t ) 、及其同工酶和超氧化物歧化酶( s o d ) 、 乳酸脱氢酶( l d h ) 活性进行了分析。结果表明，一般运动训练心肌局部c k 、a s t 及其同 工酶和s 0 1 ) 、l d h 活性显著升高；过度训练导致心肌局部上述酶活性显著降低。提示 一般运动训练使心肌有氧和无氧供能系统加强，过度训练导致心肌发生过度疲劳性损 伤。王沛“7 1 通过对大鼠进行力竭性运动训练建立大鼠的过度训练模型，测定血清中c k 、 c k m b 、h b d h 的活性以及心肌组织中s o d 活性和m d a 含量。研究结果表明经过8 周的运动 训练后，1h 训练组中心肌组织中s o d 活性、m d a 含量和s 0 d m d a 与对照组相比均无显著 性差异：而过度训练组心肌组织中，m d a 含量显著高于对照组，s o d 活性和s o d m d a 均显 著低于对照组和lh 训练组。结果表明过度训练对心肌细胞具有一定的损伤作用，过度 训练使心肌组织中氧自由基的生成显著增加，这可能也是血清心肌酶活性升高的机 制。步斌啪1 通过对s d 大鼠建立过度训练模型( 训练1 天组，训练5 天组，训练1 0 天组，训 练1 5 天组，训练2 0 天组，训练3 0 天组) ，酶组织化学观察研究发现定位于线粒体的s d h ( 琥珀酸脱氢酶) ，c c o ( 细胞色素氧化酶) 、i c d h ( 异柠檬酸脱氢酶) 酶活性从1 天组开始持续下降。g d h ( 谷氨酸脱氢酶) ，1 3 一o h b d ( b 羟基丁酸脱氢酶) 活性1 天组 无明显下降。5 天后持续下降；c k ( 肌酸激酶) 活性1 天组升高，5 天后下降。胞质内酶 l d h 。q g h b d ( 甘油一3 一磷酸脱氢酶) 活性早期( 1 5 ) 天上升。1 0 天后逐步趋于下降， 以2 0 天和3 0 天组最为突出。定位于毛细血管内皮细胞的a k p ( 碱性磷酸酶) ，5 一n ( 5 一核苷酸酶) ，a t p a s e ( - - 磷酸腺苷酶) 活性从1 天开始均为下降，5 天组后更明显。 溶酶体酶a c p ( 酸性磷酸酶) ，b - g r ( p 一葡萄糖酸酶) 活性在心肌细胞内为阴性反应，1 天组后毛细血管内皮细胞出现阳性反应，5 天组后间质内可见呈阳性反应的白细胞，3 0 天组坏死灶内呈强阳性反应。 2 2 2 运动对分子生物学指标的影响 张志琪，田振军啪采用激光扫描共聚焦显微技术，对不同运动负荷条件下小鼠心 肌活细胞内游离钙浓度的变化进行观察，有氧运动组与对照组比较心脏发生肥大，左 室内压力二阶导数增加，表明心肌收缩功能增强，静息期心肌细胞内游离 c a 2 + i 基值 无显著性变化，峰值显著性增加了1 5 7 2 ，达峰时间延长了3 8 5 ；大强度疲劳 组心肌肥大，但心肌收缩功能降低，静息期心肌细胞内游离 c a 2 + i 基值和峰值分别显 著增加了4 1 9 和2 0 6 3 ，达峰时间延长了7 4 8 。有氧运动组与大强度疲劳组 比较，心肌细胞内游离 c a 2 + i 峰值和达峰时间均有显著性差异。表明不同运动负荷影 响心肌细胞内游离 c a 2 + i 的变化，大强度疲劳训练可导致心肌细胞内游离 c a 2 + i 和静 息态基值大幅度升高，峰值后移。 李昭波等研究发现，运动性心肌肥大时，心肌含a t p a s e 活性高的n h i h c 含量增 加；高血压心肌肥大时，心肌含a t p a s e 活性低的b m i c 含量增加。常芸”通过定量反 转录聚合酶链式反应( q r t - p c r ) 技术对2 0 只经过1 2 周耐力训练的s d 大鼠心肌中m l c 一2 基因的表达进行了研究，发现与安静对照组相比，耐力训练组大鼠心室中m l c 一2 基因 的表达虽有升高，但无显著性差异；同样，训练组大鼠心房中m l c 一2 基因的表达也无 显著性差异。刘铁民。1 以力竭游泳大鼠为运动疲劳模型，观察大鼠力竭运动后心肌线 粒体脂质过氧化水平( m d a ) 和还原性谷胱甘肽( g s h ) 含量的变化，发现运行后即刻心肌 线粒体脂质过氧化水平显著升高，g s h 含量显著下降，说明运动后线粒体脂质过氧化 水平显著升高，而分解清除自由基的功能下降。 陈佩杰，魏勇分别使s d 大鼠进行低强度、中等强度和高强度跑台运动1 天、2 6 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 天和3 天，在末次运动结束后2 4 d 时以r t - p c r 法检测大鼠心肌细胞热休克蛋白7 2 m r n a 的表达，探讨不同运动强度和持续时间运动对大鼠心肌细胞热休克蛋白7 2 m r n a 表达的 影响。结果表明：在安静情况下大鼠心肌细胞存在h s p 7 2m r n a 的基础结构性表达；低 强度运动1 天后心肌细胞t t s p 7 2m r n a 表达与对照组相比无显著性差异，但随着运动时 间的延长。h s p 7 2m r n a 表达逐渐增加；中等强度运动后心肌细胞h s p 7 2m r n a 表达随运 动持续时间的延长显著增加，但运动2 天和3 天组表达量无显著性差异；大强度运动后 心肌细胞h s p 7 2m r n a 表达随运动持续时间的延长显著增加。 王海燕”以3 2 只7 周龄雄性s d 大鼠为研究对象，按体重随机分为慢性对照组、常 氧训练组、低氧安静组和低氧训练组4 组。经过4 周的训练后发现高原组与平原组相比 心室肌总蛋白含量有增加的趋势，以高原训练组增加最为明显，但无统计学意义；在 受到耐力性运动、低氧环境和低氧耐力性运动刺激时，大鼠心室肌l d h c 异形体的基因 表达和蛋白表达水平变化趋势基本一致，证明m i t c 同工酶转变主要发生在转录的阶 段但两者在比例上不同，说明可能存在转录后调节机制。 7 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 3 1 实验动物及分组 第三章研究方法 3 6 只健康雌性s p f 级k m d , 鼠( 购自湖北省实验动物研究中心) ，质量证书编号n o ： 0 0 3 8 8 4 3 ，许可证号：s c x k ( 鄂) 2 0 0 4 - 2 0 0 6 ；根据开始游泳训练的周龄不同分为3 周龄 组、6 n 龄组和1 2 周龄组，每组1 2 只( 每组分别随机设对照组6 只) ，啮齿类动物饲料 喂养，自由饮食，动物室温度2 2 - 2 8 c ，相对湿度5 0 5 5 。常规适应性喂养4 天，然后 对训练组进行训练。 3 2 主要实验仪器 表1 ：主要实验仪器列表 3 3 耐力训练动物模型的建立 对照组：常规饲养，不运动。 训练组：三组均按照自身2 的重量进行负重游泳训练。首先进行5 天适应性游泳 训练，前两天每天3 0 分钟，以后每天递增l o m i n ，正式训练后每天进行一次训练，训 练时间l h 左右。每周训练6 天，休息1 天，造模总时间为6 n 。矩形游泳3 个，每个游泳 池表面积为3 0 x 5 0 c m 2 ，水深5 0 c m ，水温控制在3 2 i 。c 。 3 4 取材及样品制备 游泳训练6 周后，次日( 2 4 h ) ，对照组、训练组小鼠均处死取材。用4 戊巴比妥 钠麻醉后，称取小鼠体重。打开胸腔，取出心脏，由心底部至心尖部剖开心脏，同时 暴露左、右心室壁，先取心肌5 3 x 2 m m 3