急性不同强度至力竭运动对大鼠肝细胞凋亡的影响_图文

1、第29卷第5期北京体育大学学报V ol.29N o.5 2006年5月Journal of Beijing S port University May.2006急性不同强度至力竭运动对大鼠肝细胞凋亡的影响李善妮1,瞿树林2,汤长发2(1.中南大学湘雅学院生物化学系,湖南长沙410078;2.湖南师范大学体育学院,湖南长沙410012摘要:研究方法:将成年雄性S D大鼠30只随机分为对照组、中等强度至力竭运动组和大强度至力竭运动组。测定肝线粒体中的Ca2+含量,观察凋亡肝细胞核,以探寻运动与肝细胞凋亡的相关性。研究结果:1对照组的肝细胞中检测到少量T UNE L阳性细胞核,ME组、HE组出现凋亡

2、细胞核;运动组与安静组相比,差异显著(p<0.05,并且不同强度组组间的差异显著(p<0.05;2HE染色显示运动组肝细胞明显肿胀,肝窦变窄甚至消失,核变小,深染,肝小叶轮廓改变。3中等强度力竭性运动后,肝线粒体钙含量比对照组增加263%,差异非常显著(p<0.01。运动组线粒体钙含量有大量的增加,与对照组相比差异具有显著性意义,不同强度组间的差异显著(p<0.05。结论:线粒体内Ca2+的大量积聚可能激活了细胞凋亡的启动程序,这使得中等强度力竭运动更易于导致肝细胞凋亡。关键词:细胞凋亡;运动;肝细胞;线粒体钙离子中图分类号:G804.23文献标识码:A文章编号:100

3、7-3612(200605-0634-03R esearch on E ffects of Acute Exerciser to Exhaust on Liver Apoptosis in R atsLI Shan2ni1,QU Shu2lin2,T ANG Chang2fa2(1.Biochemistry Department of School Medicine of Central S outh University,Changsha410078,Hunan China;2.Institute of Physical Education,Hunan N ormal University,

4、Changsha,410012,Hunan ChinaAbstract:M eth ods F orty male adult S D rats were rand omly divided into three groups:control(C,middle intensity exercise(MEand high intensity exercise(HE.T he mitoch ondrial Ca2+content were examined,the apoptotic liver cell were detect2ed by T UNE L.Results:1Fewer T UNE

5、 L positive in the liver was detected in liver of the control group.In HE group and inME group,there were a number of detected apoptosis cells in liver,(p<0.05,which was significant when com pared withthe control group,while the deference between tw o exercise groups was significant(p<0.05;2In

6、 the HE stain,liverbulged in exercise group,sinus hepaticus narrowed or died away,kary on diminished and deep dyed;liver lobule of outlinechange;3T he mitoch ondrial Ca2+in the liver was increased by263%after middle intensity exercise,and the result of thecom paris on with control group was signific

7、ant(p<0.01,while there were increases in the exercise groups,the deferencebetween tw o exercise groups was significant(p<0.05.K ey w ords:apoptosis;exercise;liver;mitochondrial calcium观察急性力竭运动后肝细胞凋亡现象,以此来探讨运动对肝细胞凋亡的影响,寻求运动与肝细胞凋亡的相关性,探讨肝细胞凋亡与运动损伤、运动性疲劳的关系,为科学训练提供实验依据。1研究对象与方法1.1研究对象成年雄性S D大鼠30只

8、,由中南大学湘雅医学院动物学部提供。体重219.2±19.5g,分笼饲养,自由饮食,国家标准啮齿类动物饲料饲养(中南大学湘雅医学院动物学部提供。室温2024,光照时间为7:0019:00。2.3%VO2max的速度运动至力竭。1.2指标检测投稿日期:2004-12-13基金项目:湖南省2003年自然科学基金资助课题(29040214作者简介:李善妮(1969-,女,湖南邵东人,讲师,硕士,研究方向运动医学。2实验结果2.1大鼠运动情况运动组的20只大鼠都较好地完成了运动,整个运动过程中基本未出现拒跑的现象,中等强度运动组组别数量细胞凋亡指数对照组1013.50±3.8133

9、代表运动组与对照组比,3p <0.0533p <0.01#代表中度强度至力竭运动组与大强度至力竭运动组比,#p <0.05#p <0.01(以下各表相同 (a 对照组大鼠肝细胞的T UNE L 染色切片,绿色的是正常的肝细胞核,×600 ;(b 中等强度至力竭运动组大鼠肝细胞T UNE L 染色切片,绿色的是正常肝细胞核,棕色细胞核为凋亡细胞核,× 600;箭头表示凋亡小体;(c 大强度至力竭运动组大鼠肝细胞T UNE L 染色切片,绿色的是正常肝细胞核,棕色细胞核为凋亡细胞核,×600;箭头表示凋亡小体图1T UNE L 阳性标记细胞核结

10、果使用T UNE L 法对凋亡细胞核进行标记,结果(表1可知在对照组中,肝细胞未检测到T UNE L 阳染细胞核;中等强度力竭运动后即刻出现了散在的T UNE L 阳染细胞核,凋亡指数为(33.40±8.38%;大强度力竭运动后即刻肝细胞中检测到细胞凋亡,凋亡指数为(13.50±3.81%;运动组与对照组差异显著(p <0.05,不同强度运动组组间的差异显著(p <0.05。发现,对照组大鼠肝细胞结构完整,肝索清楚,核大,呈圆形。但经过力竭运动后,中等强度至力竭组和大强度至力竭组肝细胞明显肿胀,肝窦变窄甚至消失,核变小,深染,汇管区及小叶间血管扩张淤血,并见肝小

11、叶轮廓改变等病理性变化,随着疲劳程度的加深。其中中等强度至力竭运动组变化明显于大强度至力竭运动组(图2。2.3肝细胞线粒体C a 2+含量结果显示,两种强度的力竭运动后,肝细胞中C a 2+含量都显著增加了,中等强度至力竭运动后,肝细胞中C a 2+含量比对照组增加了804%,差异显著(p <0.05;大强度至力竭运动后,肝细胞中C a 2+含量增加了287%,差异显著(p <0.05,同时不同运动组组间之间差异显著 (p <0.05。(d 对照组大鼠肝细胞的HE 染色切片,×600;536第5期李善妮,等:急性不同强度至力竭运动对大鼠肝细胞凋亡的影响 (e 中等强

12、度至力竭运动组大鼠肝细胞的HE 染色切片,×600;箭头表示凋亡小体 ;(f 大强度至力竭运动组大鼠肝细胞的HE 染色切片,×600;箭头表示核深染、变小。图2HE 染色结果表2急性不同强度至力竭运动对大鼠Ca 2+含量的影响组别数量Ca 2+含量/nm ol mgpro -1对照组100.23±0.26中度强度力竭运动组10 2.08±0.603#大强度力竭运动组100.89±0.2933讨论3.1运动对大鼠肝细胞凋亡的影响运动能否造成肝细胞凋亡,近年已成为运动医学研究热点。本研究发现:随着运动时间的延长,细胞凋亡数增多。中等强度组的细胞凋亡

13、数比大强度组细胞凋亡明显。原因可能是随着运动时间的延长,肝出现缺血再灌注,加重了肝的功能障碍和结构损伤。缺血再灌注损伤的严重程度关键在于缺血时间的长短、侧支循环的形成情况、对缺氧的需求程度以及电解质浓度。在实验中,中等强度运动组的力竭运动时间为(234.6±60.05min ,大强度运动组的力竭运动时间为(92.4±34.61min 。说明了运动组均产生了肝缺血再灌注损伤。同时由于中等强度力竭运动组的运动时间是大强度运动组力竭时间的2.5倍,故结果显示中等强度力竭运动组更易于凋亡,其凋亡程度与运动时间相关。肝缺血再灌注损伤原因可能主要是能量代谢障碍,氧化磷酸化脱偶联,高能磷

14、酸化合物缺乏、氧自由基增多有关。3.2线粒体Ca 2+含量与肝细胞凋亡的关系在生理情况下,Ca 2+作为细胞内第二信使,在维持细胞增殖、分裂、运动、能量代谢、氧代谢、Ca 2+依赖蛋白激酶和磷脂酶的激活等方面发挥着重要作用1-3。国内外不少专家学者对Ca 2+浓度与细胞凋亡的关系有争议。zhou 等认为细胞内游离钙浓度升高诱导细胞凋亡4-6。K ono 等发现细胞内游离钙浓度的升高抑制细胞调亡7-9。本研究发现,经过急性力竭运动后,大鼠肝线粒体的Ca 2+浓度都上升了,其中中等强度力竭运动后线粒体Ca 2+浓度增加具有显著意义,这似乎表明线粒体聚钙与细胞凋亡之间存在着某种联系。本研究的结果可以

15、推出如下假设:长时间的力竭运动导致缺氧,损伤线粒体结构和功能,胞内ATP 合成减少,胞膜受损,跨膜Ca 2+内流增加,内质网等胞内钙库释放Ca 2+增多,胞膜Ca 2+泵排Ca 2+能力和内质网膜Ca 2+-Mg 2+-ATP 酶摄Ca 2+能力下降,Ca 2+滞留于胞内9。氧化性应激使胞内G SH/G SSH 比值下降,引起胞膜Ca 2+通道蛋白变构,Ca 2+内流增加,内质网Ca 2+通道蛋白功能性巯基结构改变,Ca 2+大量异常释放,胞内Ca 2+重新分布。细胞内钙离子浓度升高,线粒体为了维持细胞内正常的钙离子浓度而摄钙作用加强,最初这种摄钙作用可以减缓胞内钙离子的急剧上升对细胞所造成的

16、损伤,但是当线粒体钙离子过载时,会导致线粒体膜电位降低,MPTP 开放,ATP 合成减少,导致细胞死亡。而细胞内钙过量可以进一步通过产生各种氧自由基、NO和其毒性产物过氧亚硝基阴离子(ONOO -的方式,过度活化蛋白激酶C (PK C ,Ca 2+/Ca 调蛋白依赖的蛋白激酶、磷酸磷脂酶、蛋白质酶、蛋白磷酸酶、黄嘌呤氧化酶、核酸内切酶及一氧化氮合成酶等造成糖原、磷脂、DNA 、蛋白质等生物大分子降解,损伤细胞线粒体功能,加重细胞酸中毒,最终导致细胞凋亡。4结论研究结果显示,经过急性力竭运动后,大鼠的肝细胞都不同程度地出现了凋亡情况,其中以中等强度力竭运动导致肝细胞凋亡最为显著。与此相应的,肝细

17、胞线粒体Ca 2+含量显著增加,这提示线粒体内Ca 2+的大量积聚可能激活了细胞凋亡的启动程序,这使得中等强度运动更易于导致肝细胞凋亡。参考文献:1Ilan Y,R oy -ch owdhury ,Prakash R ,etal.M assive repopulation of rat liverby transplantation of hepatocytes into specific lobes of the liver and ligation of portal vein branches to other lobersJ .T ransplantation ,1997,64(1:8

18、-13.2T rum p B F ,Berezesky I K.T he role of cytoplasm ic Ca 2+in cell injury ,necrosis and apoptosis.Curr Opin Cell Biol ,1992,4(1:227-232.3Bellom o G,Perotti M ,T addei F ,et al.T um or necrosis factor induces apop 2tosis in m am m ary aden ocarcin om a cells by an increase in intranuclear free Ca

19、2+concentration and DNA fragm entation.Cancer Research ,1992,52(5:1342-1346.4Z h ou G,Z hang G.Ind om ethacin induces apoptosis of k562cell sactivation ofcaspases and delevation of intracellular free calciumJ .Z h ong hua xue ye za zhi ,2001,22:241-244.5Shen ZY,Shen WY,Chen MH ,etal.Nitric oxideand calcium ions in apoptotices ophageal carcin om a cells induced by arsenite J .W ord J G astroenterol ,2002,8:40-43.6Lin SY,Chang Y T ,Liu JD ,etal.M olecular m echanisms of apoptosis inducedby m ag