有氧间歇训练对心梗大鼠心肌线粒体呼吸功能的影响

E盈互I墨【Z墨番叠团ZO，O年25卷第A期JOURNALOFTUNV0125NO62010囝匦有氧间歇训练对心梗大鼠心肌线粒体呼吸功能的影响马晓宁摘要目的观察心梗大鼠R周有氧间歇训练后，心肌线粒体呼吸功能及电子传递链复合物酶活性变化，探讨间歇训练对心肌能量代谢及线粒体呼吸功能影响。方法成年雄性SD大鼠6周龄41只，造模后随机分3组假心梗组，心梗组。间歇训练组10只，组。观察心梗面积、血流动力学，线粒体呼吸率、ROS、PO及线粒体呼吸链复合物酶活性。结果训练后，心梗面积减少12体重、心重及血压与安静组相比无硅著性变化；血流动力学虽较安静组有负性变化与心梗组相比则有明镀改善；心肌线粒体RCR维持在较高水平；ROS显著性低于心梗组；复合物I与心梗组相比有极显著性升高，复合物活性则有显著性升高，复合物和活性无显著性变化。结论间歇训练有效维持线粒体膜结构；复合物酶活性改变町能与ROS降低相关。关键词心梗；|HJ歇训练；呼吸功能；活性氧；复合物酶活中图分类号G8044文献标识码A文章编号1005OOOO201006052904INFLUENCEOFAEROBICTRAININGONMITOCHONDRIALRESPIRATORYFUNCTIONOFMYOCARDIALINFARCTIONRATSMAXIAONINGDEPTOFPE，NANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGYNANYANG473003，CHINAABSTRACTOBJECTIVETOOBZERVETHEMYOCARDIALMITOCHONDRIALRESPIRATORYFUNCTIONANDTHEELECTRONTRANSPORTCHAINCOMPLEXACTIVITYOFMYOCARDIALINFARCTIONRATSAFTER8WEEKSOFACMBICINTERVALTRAINING，ANDEXPLORETHEINTERVALTRAININGONMYOCARDIALENERGYMETABOLISMANDMITOCHONDRIALRESPIRATORYFUNCTIONINRATSMETHODS加ADULTMALESDRATS6WEEKS。AFTERTHEMODELRANDOMLYDIVIDEDINTO3GROUPSSHAMMIGROUP；MYOCARDIALINFARCTIONGROUP；INTERVALTRAININGGROUP，10RATSINEACHGROUPMYOCARDIALINFARCTSIZEHEMEDYNAMLCS。MITOCHONDRIALRESPIRATIONROSPOANDMITOEHONDRIALRESPIRATORYCHAINCOMPLEXACTIVITYWEREOBSERVEDRESULTSAFTERTRAININGINFARCTSIZEREDUCEDBY12；BODYWEIGHT。HEARTWEILGHTANDBLOODPRESSUREHADNOSIGNIFICANTCHANGECOMPAREDWITHTHEQUIET；QUIETERGROUPWERESIGNIFICANTLYIMPMVEDCOMPAREDWITHTHEMIGROUPALTHOUGHHEMEDYNAMICCHANGESWERENEGATIVE；MITOCHONDRIALRCRATAHIGHERLEVEL；ROSSIGNIFICANTLYLOWERTHANTHEMIGROUP；COMPLEX1W鹊SIGNIFICANTINCREASEDCOMPAREDWITHTHEMIGROUP；ACTIVITYOFCOMPLEXINSIGNIFICANTLYINCREASED；COMPLEXIIANDIVHADNOSIGNIFICANTCHANGEINACTIVITYCONCLUSIONTHEINTERVALTRAININGCANEFFECTIVELYMAINRAINTHEMLTOCHONDRIALNLEMBRANESTRUCTURE；COMPLEXCHANGESINACTIVITYMAYRELATETOTHEREDUCEDROSKEYWORDSMYOCARDIALINFARCTION；INTERVALTRAINING；RESPIRATORYFUNCTION；REACTIVEOXYGENSPECIES；COMPLEXACTIVITY缺血性心脏病ISCHEMICHEARTDISEASESIHD因其高发病内钙增多使肌浆网及线粒体消耗大量ATP；同时，线粒体内的率、高死产率已经成为危害人类健康的主要疾病之一。而急性CA2离子与含磷酸根的化合物反应形成磷酸钙，干扰线粒体氧心梗是直接导致缺血性心脏病发生重要原因。其直接导致局部化磷酸化使能量代谢障碍，ATP生成减少进一步加重线粒体血供不足引起组织能量供给匮乏。造成细胞凋亡加速，最终引损伤。起组织坏死。所以如何尽快恢复缺血心肌组织血液灌注、恢复对于IR损伤的治疗，目前研究主要集中在缺血预适应和能量供应、遏制组织坏死是心肌缺血后治疗首要任务。后适应两方面。而运动作为治疗IR损伤。主要运用在预适应领然而，无论是直接恢复缺血域血液再灌注，还是作为补救域称之为“运动预适应”；在缺血后领域，则尚未提出“运动后适措施的冠脉侧枝循环形成。其结果都会造成缺血再灌注应”这一概念。近年来随着康复疗法方式的不断更新。出现了新ISCHEMIAREPERFUSIONL，R损伤。在缺血再灌注过程中，线粒体的康复方法。有氧间歇训练AEROBICINTERVALTRAININGAIT就是作为能镀合成的主要细胞器则成为再灌注损伤的主要靶点。钙其中之一。其源于间歇训练法，其主要是对多次练习的1HJ歇时间超载足IR损伤形成的辛要原闪之一。钙超载CALCIUMOVERLOAD做L严格规定，使机体处于不完全恢复状态下，反复进行练习的是指各种原阂引起的细胞内钙浓度明娃增多并导致细胞结构损训练方法。伤和功能代谢障碍的现象。该损伤主要过程是缺I衄使细胞内近年来众多研究表明，有氧间歇训练在治疗众多疾病如二ATP含嚣减少，钠泵活性降低造成细胞浆内钠含最增高；再灌注型糖尿病、堵塞性肺病12L、冠脉疾病、心衰M月等效果均优于单时缺JLIL的细胞重新获得氧及营养物质供应，细胞内高NA除激一中等强度有氧训练，故本实验从有氧间歇训练在改善和提高活钠钾泵外还迅速激活NA7CA2交换蛋向，以加速NA“向细胞急性心肌缺ILIL心肌线粒体呼吸功能，改善心肌能最恢复角度对外转运同时将大量CA2转入细胞内造成细胞内钙超载。细胞其保护作用做探讨分析。收稿日期20100823；修回日期20101026录用日期20101028作者简介RB晓I。1977一男河南南阳人讲师研究力向为运动J心血管研究。作者单位南陬I理I学院体育教学部河南南阳473003。万方数据囫JOURNALOFTUSV0125NO620102010年第25卷第6期14统计学处理1研究材料和方法实验数据用平均值标准差I士S表示，采用PASW11研究对象和动物造模”ASFICTSSPSS180进行单I爿素方筹分析检验，显著性水平为6周龄雄性SD大鼠40只购自第四军医大学动物中心。P005，非常显著性水平为P0OL；采用PRISM503统汁作图。体重160180G，分笼饲养，每笼10只自由饮食，室温23U2实验结果25湿度4060，A然光照，自ILI饮食。饲养L周，建市心梗模型其巾假心梗开胸穿线而不结扎21心肌梗死面积统计10只，J余均为心梗模型开胸结扎。结果显示，训练后心梗火鼠心肌梗死面积显著性减小见12运动方案表1。建模后，自卡恢复L周。剔除死产个体，随机分成3组，每表1心肌梗死面积统计表N10TABLE1MYOCARDIALINFARCTSIZEJ组10只假心梗组CON；心梗组MI；心梗有氧问歇组MII|11。假心梗组和心梗安静组不运动，间歇训练组训练方案为适应性训练15MMIN，30RAIN大5大周I周后，以最人吸氧量注与A梗组相比PEL表示有极显著性差异的4050热身10RAIN，之后进JIIH歇性大强度有氧运动752_2间歇训练对心梗后大鼠心脏功能指标改变85VJH。速度为22MMIN运动4MIN；3MIN6575D1表2可知心梗丌以造成大鼠体重减轻心脏代偿性肥厚V0。，速度1819MRAIN之后依次交替进行，最后冷却LMIN心脏重苗增加，降低IIIL压收缩JK和舒张压，减小左心宅收缩结束训练。实验过程共进行8周。未脏增大舒张未压。TLPDTMAX显酱性降低；问歇训练NR以维持13实验方法夫鼠体重IFI常保持血JK在正常水平，有效地维持左室收缩末131心功能测定按LMLL200G体重剂鼍腹腔注射20呜旭维持序窜舒张未压，X,TDPDTMAX也钉问样效用，且均有显著拉地溶液麻醉大鼠。行彳T颁动脉插管，多功能电生理记录仪惟差异P005。而对丁心脏蓖情则无明渺影响，POWERLAB4SP，ADINSTRUMENTS，AUSTRALIA记录主动脉、左心室压表2间歇训练对心梗后大鼠心脏功能指标改变一10TABLE2INTERVALTRAININGONCARDIACFUNCTIONAFTERMYOCARDIAL力曲线。测鲢左窜舒张未压I,VEIP及DPDTMAX。，INFARCTIONINDICATORSOFCHANGE132线粒体制备及蛋白定量利HJ筹速离心法提取心肌细体蓖学收缩K俐I螽张条策艇。X。揣胞线粒体，心功能指标榆测完毕迅速摘取心脏取下心室肌组，GMRAMII。TIGMM1”1“”“、RD嚣PDLLHGMMIIGMMHG嚣。J织，剪碎置于03AMOL，I蔗糖、10MMOLI咪唑PH744OCCON42I磁1J尹8藩1静6058搿溶液中，使J|】电动玻璃匀浆器进行研磨，组织匀浆液在4屯条件下使用低温超速离心机800G，离心10MIN弃沉淀取I清液MI篓龋；1瑟至；1住手J鹭S懋产器篓冉次离心4，10000G。离心20MIN，沉淀物即为心肌线粒体。MIAI笺。器；1臀咚乏1警6张产搿BCA试荆盒碧云天测定线粒体蛋R1浓度。133线粒体呼吸功能测定依据文献方法1671氧电极注用LI11凡RR1L、POSTHOC检验进行单因素方差分析各组之间差平的显著性POI5和”PO01B安静对照CON组中J5和PHANSATECH，UK法测定线粒体耗氧。反也室温度保持37。孵1OI与心梗MI组育线粒体取LMG置反应室巾加入37预热测定介质笔反应23线粒体呼吸功能改变体2ML。分别以琥珀酸终浓度5MMO儿、苹果酸和铃氰酸终图I表明心梗组B安静组辑J比3态呼吸水平极显著性降浓度均为25MMOLL为底物，测定无AIP耗氖速度STATE4低析I开J歇洲练组3态呼吸J安静组虽有娃著性降低但与心梗RESPIRATI11及ADP终浓度025MM，11加入后的耗氯速度绀相比却有极娃著性升高4态呼吸变化和3态卡H反。FII心梗组STATE3RESPIRATIT，LRL，计算怠呼吸加ADP后耗氧速率及RCR降低，而有氧阳1歇训练训练组则硅著性升高，提示J能有态呼吸ADP耗尽后耗氧速率即堆佗时问内每毫克线粒效地遏制线粒体呼吸功能降低作厢，心梗间歇组RCR则彳R娃著体堡白所消耗掉的摩尔原了氧NMOIMINMGT蛋R1；呼吸控性升高I，比值心梗组略有降低FFL各组之IHJ均无娃善性变化。制率RCRADP供给充分时线粒体氧耗速率乏AIP耗尽时25有氧间歇训练对线粒体呼吸链复合物的影响氧耗速率之比RCRMIV态呼吸；33磷氧比值为反应体系中图2娃爪与安静组相比心梗组大鼠线粒体电子传递链复加入AIP摩尔数与凶此析消耗氧苗摩尔原子数之比磷氧比合物I、酶活性行极显著性降低POOI，复合物无显著性值ADP耗氧苗。变化踟05复合物则有酿著件降低PO05；F“L歇训练町134线粒体呼吸链酶复合物COMPLEXI、活性测定极显善件抑制复合物I活性降低显著性升高南于心梗造成的COMPLEXI测定依据TROUNCE等的方法嘲测定混合液10XBUFFER复合物活性FFL对于复合物、活性无娃著性影响户如05。O5MOLLTRISHCL1BSA10BLMOL抗霉索A3MMOIKCN26有氧间歇训练对线粒体呼吸ROS水平影响O5MMOLFL辅酶Q线粒体终浓度20UEDMLDCPIP浓度2100图3显示心梗后心肌线粒体ROS水平极显著性升高PPMOLLDCPIP吸光系数为E21MMOIEM山L，200“MOLL001；AIT町以有效遏制这种升高趋势PO05但与对照组相NADH启动反应37600IM扫描2MJN另以I述体系加入3比，其水平仍然处于一个较高水平P005O斗MOL1鱼藤酮作为测定李白。ROMPLEX11、M、IV测定依据文献倒。3讨论135活性氧ROS测定采HJH2DCFDA法191用荧光测定荧光光谱仪检测设定为488RIM激发光和525NM发射光。本实验主要研究发现1AIT可以有效对抗由丁急性心肌万方数据LLZI一有氧问歇LJJJ练对心梗大鼠心肌线牲体呼吸功能的影响JOURNALFJ，TUSV0125NO62010圃护以及其内红可能机制进行讨论。31间歇训练对大鼠心脏功能影响善L善实验结果表明，左IJI降支结扎后，造成心肌大而积缺血梗死面积高达38，IL|J歇洲练组心肌梗死面积则娃著性降低，达到躬I,IHHB“两H7L董26。有效地逆转了心肌缺ILIL造成的组织坏死。一IIL一心过呈同时。南心功能指标来看，I日J歇训练叮以有效抑制心梗造成的大鼠体重减轻；较好的维持血胍无论是收缩胝还是舒张胍，保持在心事收缩压和舒张压可以纠JF心肌缺M瞳成的士D洲TM蹦病理状态；心脏霞蜒在心梗TLITLLI1歇训练组都有所增加。FU尤瞳著性差异，FUX,TM压、左心事收缩肤均等心脏功能指标却存在硅著性差异，其形成原因NR能是，心梗安静组大鼠心肌代偿性肥厚，形成病理性心肌囊构，虽然霞鲢增加F11功能却下降；LH歇训练有效遏制病理惟的心肌霞崾的形成，抑制病理性心肌肥厚产CONMJAITCONMIAIT图1大鼠心肌组织线粒体氧化呼吸功能变化FN10生；J川时心肌纤维增粗，形成类似于所渭的“运动心脏12I”，提高FIGURE1MYOCARDIALTISSUECHANGESINRESPIRATORYFUNCTIONOF心功能。MITOCHONDDA32间歇训练对大鼠心肌细胞线粒体呼吸功能影响注CON为安静对照组；MI为心梗组；AIT代表有氧间歇训练组图线粒体膜结构主要是磷脂。磷脂结构及组成正常与否，直接ASTATE3表示线粒体三态呼吸图BSTATE4表示线粒体四态呼吸；图ILCIL表示三态四态图IPO磷氧比值表示生成影响线牲体结构和功能。在存在自南基或缺M缺氧损伤时，磷脂ATP与因此而消耗的氧原子比值用BONFERRONLSPOSTHC检验进行单因素方差分析各组之间差异的显著性PO05和”P101与安静极易降解，使膜脂质组分发生改变导致膜脂质流动性发生变对照CON组；4PJ05和”P01与心梗MI组。化，最终影响到与膜结合的膜蛋白或膜酶活性导致其牛物膜功AB能障碍，造成氧化磷酸化过程解耦联。相关研究发现，心梗后，大鼠心窜霞构早期心肌线粒体4态呼吸升高，3态呼吸、RCR、磷氧比值均显著下降，其呼吸功能和氧化磷酸化能力明娃受损，这NR能是急性心肌梗死后形成慢性心力衰竭的重要原闪J。实验结果显示心梗8周后心梗组大鼠3态呼吸显著性降低提示线粒体膜结构有小同程度的损伤或溶解，4态呼吸处于较高水平提爪其耗氧功能降低进一步反映其膜结构损伤使氧化呼吸功能受阻，导致呼吸功能降低。间歇训练提高线粒体呼吸率。改善心功能。其可能机理为心肌缺IIIL后，LHJ歇训练在大强度训练时加剧心肌缺血而强度较小时又使缺IIIL心肌得到血液灌注，如此反复缺血一再灌注，其作用效果类似缺血后适应3L。激活体内相关生存通路或相关活性物质，增强心肌对缺IIIL环境耐受性。改善心功能。栩关研究表明后适应改善不仅改善心功釜萎抵能同时提高线粒体呼吸牢113I。薹33有氧间歇训练对线粒体呼吸链复合物酶活性和活性氯IROS影响线牲体呼吸链电子传递链是位于线粒体内膜I二酶系，主OU下LI犁I，IV细胞色素C泛醌要南4个酶复合体EOMPLEXCONMIMIAIT辅酶QCOQ库以及复合物VH一ATP酶等组成。圈38周AIT跑台训练后各组大鼠心肌线粒体活性氧FROS水平线粒体呼吸链其基本功能是转换底物氧化还原势能为质子FIGURE38WEEKSOFAITTREADMILLTRAININGONROSOFHEAD电化学辨能后者F耳转化为ATP合成的高能磷酸键能。当电子MITOCHONDRIA注CON为安静对照组；MI为心梗组AIT代表有氧间歇训练组，新对连续地通过复合体I，时，往这一I个阶段，其标准还原势鲜的O脏组织线粗体用H21FIA染色采测定线毫I体活性氟ROS以CON组作为标注时照敷值统计平均敷标；位盖用变化都能释放；I足够FIIH能来形成ATP。复合体催化的氧B，NFIRRONISPOSTHOC拴验进行单闪素方差分析各组之间差异的显著化一还原反应巾，所释放FIF|I能小足以形成ATP其作H是将性。PO05和”PO01与安静对照CON组WPO05和叫KJJ1与心梗MI组。FAIH2的电子脱卜片转运纠电子传递链。F此N见C0I缺IFIT|JI起的心肌收缩功能下降；2首次研究BELFLAIT彳效保IV存能ILT代谢LLI起小L,QFFJJ其活性改变势必影响能聃代护心肌绀织，维持线粒体IF常呼吸功能。，3AI，R抑制心肌缺JOL谢ILLIITRH能变化鄙叮以A接或N接反映线牲体呼吸功能变化。造成的RS水F过度升高减少ROS埘FI线粒体RI身编护5的在III常，卜JILL状态F绝人郎分的氰在线粒体内被电F传递链传电F传递链笈介物I、酶活性的降低埘J维持电产传递递来的电子还_【L；为水极小部分3。4氧被I乜F住传递过程活动具，FRI五嘤意义。闪此，将从AIT对人鼠心脏线粒体功能保IFJ“漏FFJ”的电子单价还原从IFIJ形成超钮LIJ离子成为细胞内活万方数据囫JOURNALOFTUSV0125NO620102010年第25卷第6期性氧REACTIVEOXYGENSPECIES，ROS主要来源，ROS丰要以超氧较少受到ROS攻击，仍能提供合成正常复合物的肽段有关。阴离子O，、过氧化氢HO、羟自由基OH等形式存在。4总结生理条件下线粒体内存在有效的抗氧化机制，自由基可被抗氧化酶如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等间歇训练使线粒体呼吸功能得到改善，呼吸率RCR提高。和抗氧化物如维牛素C、维生素E等清除114。SL。FU在某些病理其内在保护机制NR能足间歇训练模拟缺血后适应，减少缺血心状态下，该系统平衡被打破，如心梗导致的缺血、缺氧等。肌线粒体ROS水平，提高电子传递链复合物I、酶活性，减小心梗导致心肌局部血液供应不足，引起组织缺血缺氧，线粒其对心肌线粒体损伤作用，维持线粒体膜的完整。提高呼吸功体自身抗氧化系统不足以清除过多自由基。由于MTDNA缺乏组能，从而保护心肌。蛋白保护游离，无内含子，与氧化磷酸化场所线粒体内膜相距甚近，复制快速且无校读PROOFREADING功能以及缺乏有效的参考文献DNA修复机制，所以MTDNA较易受自由基攻击，氧化损伤而引【L】TJONNAAE，1月SJ，ROGNMOO。ETA1AEROBICINTERVALTRAININGVERSUS起突变，其突变率是核DNA的】0倍。C,TMTINUONSMODERATEEXERCISPATREATMENTFORTHEMETABOLICSYNDROMEA线粒体能最转导系统的功能性装配依赖于核DNANDNAPILOTSTUDYIJICIRCULATION，2008，LL84346P35412LPUHANMA。BUSHINGG，HUNEMANNHJETA1INTERVALVEI4USONTINUONS和MTDNA的共同表达，尽管MTLNA只合成约10的线粒体蛋HI小一INTENSITYEXERCISEINCHRONKOBSTRUCTIVEPULMONARYDISEAA广1质，但线粒体蛋白质合成体系的产物均为呼吸链正常功能所RANDOMIZEDTRIALLJIANNINTERNMED200614511816825必需。MTDNA包含有22个TRNA基闪，2个RRNA基因。13个【31WARBUNONDEMCKENZIEDCHAYKOWSKYMJELA1EFFECTIVENESSOF有关氧化磷酸化多肽编码的基因，即复合物INADHCOQ还HIGHINTENSITYINLERVALTRAININGFORTHEREHMFILITATIONOFPATIENTSWITH原酶的NDI、NI2、ND3、ND4、ND4L、ND5和ND6。复合物CORUNARYARTERYDISEASELJLAMJCARDI012005959L0801084COQ一细胞色素C还原酶的细胞色素B，复合物1V细胞色素EF41WISLOFFIJ，SLOYLENA，LOENNECHENJP，ELA1SUPERIORCARDIOVASCULAR氧化酶的COI、CO、CO，以及复合物VATPASE的业单位EFFECTOFAEWBICINTERVALTRAININGVERSUSMODERATECONLINUNUSTRAININGINHEARTFAILUREPATIENTSARANDOMIAMLSTUDYIJLCIRCULARION，2X17，L156和8ABL。所有这些哑单位都是呼吸链的组成成分，闲而自2430863094接参与氧化磷酸化。MTDNA的RRNA和TRNA基L为为线粒体蛋15LBHKERSPJ，DENOLLETJ，POSMIERSNM，ETA1COMBINEDENDURANCE,白合成提供结构RNA。同时也是13种多肽表达所必需。急剧RESISTANCETRAININGVSENDURANCETRAININGINPATIENTSWITHCHRONICHEART增多的氧自由基就能通过FENTON反应导致电子传递链酶复合FAILUREAPROSPECTIVERANDOMIZEDSTUDY【JJEURHEARTJ，2008，2915体内的FES巾心失活，从而使线粒体能量合成FJ现障碍，呼吸L858L866链损伤丌引起线粒体合成ATP功能发牛障碍，造成线粒体及细【6】YANGSTANTM，WEEA，ELA1MITOCHONDRIALRESPIRATORYFUNCTIONAND胞内蛋白质、脂类及核酸的氧化最终导致线粒体功能F降；同ANTIOXIDANTCAPACITYINNORMALANDCIRRHOTICLIVERSFOLLOWINGPARTIAL时线粒体的功能障碍又町导致A由基产生增多。过多的氧自由HEPATECTOMYLJLCELLMOLL咖SCI2004612220229基不能被及时清除，义可引起生物膜结构蛋白质和脂质过氧化【7JTRETTERL，SIPOSIADAMVIZIVINITIATIONOFNENRONALDAMAGEBYIANDOXIDATIVESTRESSINPKINMNSDISEASELJ】损害线粒体膜的通透性，引起电子传递链活性的进一步下降进COMPLEXDEFICIENCYNEUROCHEMICALRESEARCH。2004293569577而形成恶性循环使氧自由基牛成进一步增加I1,61。18LRRUUNEEIA，KIMYI。，JUNAS，ELA1ASSESSMENTOFMITOEHONDRIAL实验结果显示，心梗后，大鼠体内ROS水平极娃著性上升OXIDATIVEPHOSPHORYLATIONINPATIENTMUWLPBIOPSIES1YMPHOBLA,TSANDP001，这与相对应的电子传递链复合物酶活的变化之I日J具TRANSMITOEHONDRIALCELLLINES【J1METHODSENZYMOL，1996，264484509有内在一致性。复合物L、活性极显著件降低P001，复合【91ROYALLJA，ISCHIROPOULOSHEVALUATIONOF