耐力訓(xùn)練后停訓(xùn)對(duì)大鼠骨骼肌肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)功能的影響

劉遠(yuǎn)新

(西安體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)系,陜西西安 710068)

耐力訓(xùn)練后停訓(xùn)對(duì)大鼠骨骼肌肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)功能的影響

劉遠(yuǎn)新

(西安體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)系,陜西西安 710068)

目的:觀察大鼠耐力訓(xùn)練后停訓(xùn)對(duì)骨骼肌肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)功能的影響。方法:選用 2月齡健康純種雄性 SD大鼠 40只,隨機(jī)分組即正常對(duì)照組(NC)8只、耐力訓(xùn)練組(TC)8只、耐力停訓(xùn)組(DT)24只。其中耐力訓(xùn)練組和耐力停訓(xùn)組的訓(xùn)練周期均為 6周,6周訓(xùn)練后將耐力停訓(xùn)組根據(jù)停訓(xùn)的不同周期隨機(jī)分為 3組,即耐力停訓(xùn) 2周組 (DT1組),耐力停訓(xùn) 4周組 (DT2組),耐力停訓(xùn) 6周組 (DT3組)。采用動(dòng)物跑臺(tái)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行遞增負(fù)荷的耐力訓(xùn)練,達(dá)到耐力訓(xùn)練模型標(biāo)準(zhǔn)后,再采用不同周期的停訓(xùn)模型。使用全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀進(jìn)行血液學(xué)指標(biāo)的測(cè)定,采用酶偶聯(lián)法對(duì)大鼠骨骼肌肌漿網(wǎng) Ca2+-ATP酶活性進(jìn)行測(cè)定;熒光分光光度計(jì)對(duì)大鼠肌漿網(wǎng)最大 Ca2+攝取量和釋放量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果:①骨骼肌肌漿網(wǎng) Ca2+-ATP酶活性和最大 Ca2+攝取量:訓(xùn)練組較正常對(duì)照組顯著增加 (P＜0.01);停訓(xùn)2周組與訓(xùn)練組比較變化不大 (P＞0.05);而停訓(xùn) 4周、6周組與訓(xùn)練組相比較出現(xiàn)顯著下降 (P＜0.01)。②骨骼肌肌漿網(wǎng)最大 Ca2+釋放量:訓(xùn)練組與正常對(duì)照組相比出現(xiàn)顯著性增加 (P＜0.05);停訓(xùn) 2周組與訓(xùn)練組比較差異不顯著 (P＞0.05);而停訓(xùn) 4周、6周組與訓(xùn)練組比較下降顯著 (P＜0.01)。結(jié)論:經(jīng)耐力訓(xùn)練 6周后,大鼠骨骼肌肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶活性增強(qiáng),最大鈣攝取及釋放量出現(xiàn)增加。而停訓(xùn) 2周時(shí)骨骼肌肌漿網(wǎng) Ca2+-ATP酶活性、最大鈣攝取及釋放量下降不顯著。停訓(xùn) 4周及更長(zhǎng)時(shí)間骨骼肌肌漿網(wǎng) Ca2+-ATP酶活性及最大鈣攝取及釋放量下降顯著。

耐力訓(xùn)練;停訓(xùn);骨骼肌;肌漿網(wǎng);鈣轉(zhuǎn)運(yùn)

長(zhǎng)期堅(jiān)持訓(xùn)練會(huì)使機(jī)體對(duì)訓(xùn)練刺激產(chǎn)生適應(yīng),突然停止訓(xùn)練機(jī)體就會(huì)產(chǎn)生不適,即產(chǎn)生停訓(xùn)后效應(yīng),引起一系列生理生化反應(yīng),而停訓(xùn)引起的各種生理生化的變化是訓(xùn)練可逆性原則的具體體現(xiàn)。因此,對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員,如何合理安排停訓(xùn)時(shí)間,就成為保持其肌肉耐力素質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這就要求教練員必須熟悉和掌握停訓(xùn)對(duì)運(yùn)動(dòng)員機(jī)體的影響,才能合理安排賽季,指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行科學(xué)的耐力訓(xùn)練。

目前關(guān)于停訓(xùn)問題國內(nèi)研究相對(duì)較少,國外研究大都從生理生化角度探討停訓(xùn)對(duì)整體運(yùn)動(dòng)能力的影響,對(duì)骨骼肌的研究較少[1-6]。骨骼肌收縮是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的基礎(chǔ),肌漿網(wǎng)(Sarcoplasmic Reticulum,SR)對(duì)鈣的釋放和攝取是骨骼肌收縮和舒張活動(dòng)中的關(guān)鍵事件,其功能失衡可能是運(yùn)動(dòng)性骨骼肌疲勞發(fā)生的原因之一[7,8]。運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌鈣轉(zhuǎn)運(yùn)功能的變化對(duì)于正確認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌的生物學(xué)作用,提高骨骼肌的收縮速度與力量具有重要的意義。目前對(duì)于長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練或者速度力量性運(yùn)動(dòng)方式對(duì)其影響的規(guī)律還未見系統(tǒng)報(bào)道,而觀察耐力訓(xùn)練后停訓(xùn)時(shí) SR功能變化對(duì)骨骼肌收縮性能的影響報(bào)道較少。通過建立遞增負(fù)荷的大鼠耐力訓(xùn)練模型,比較耐力訓(xùn)練前后及不同時(shí)間停訓(xùn)后 SR上 Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)能力的變化,從而探討耐力訓(xùn)練及停訓(xùn)對(duì)大鼠骨骼肌 SRCa2+轉(zhuǎn)運(yùn)能力的變化規(guī)律及可能的作用機(jī)理,為正確認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體的影響規(guī)律,提高骨骼肌收縮能力以及預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷、消除運(yùn)動(dòng)性疲勞等機(jī)制研究提供更好的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

1.1.1 動(dòng)物分組 健康雄性 SD大鼠(40只、2月齡)購于西安交通大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心,體重約 (220±20)g。經(jīng)常規(guī)飼養(yǎng)1周后,隨機(jī)分為 5組,即正常對(duì)照組(NC組)8只、訓(xùn)練對(duì)照組(TC組)8只、耐力停訓(xùn)組共三組 (DT1組、DT2組、DT3組)分別 8只,即耐力停訓(xùn) DT1組 (停訓(xùn)時(shí)間為 2周)、耐力停訓(xùn)DT2組(停訓(xùn)時(shí)間為 4周)、耐力停訓(xùn)DT3組(停訓(xùn)時(shí)間為 6周)。標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物飼料喂養(yǎng),標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類普通飼料由西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供。自由進(jìn)食飲水。室溫(20±2)℃,相對(duì)濕度 50%±10%,通風(fēng)良好每天光照時(shí)間 8h。期間每天記錄飲食量,每周末稱一次體重,并觀察大鼠在跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)前后表現(xiàn)。

1.1.2 動(dòng)物模型的建立 訓(xùn)練方法:參照Bedford[9]運(yùn)動(dòng)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)動(dòng)組(TC組、DT1組、DT2組、DT3組)大鼠均采用跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)模式,訓(xùn)練強(qiáng)度相當(dāng)于 60%～65%VO2max。大鼠購進(jìn)后,先進(jìn)行適應(yīng)性喂養(yǎng) 1周,訓(xùn)練對(duì)照組和耐力停訓(xùn)各組遞增訓(xùn)練周期均為 6周,所有訓(xùn)練組大鼠每天在 +5°跑臺(tái)上以 10m/min的速度進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練 5～10min。

訓(xùn)練方案:第 1階段為遞增負(fù)荷的耐力訓(xùn)練階段:訓(xùn)練對(duì)照組和耐力停訓(xùn)組進(jìn)行遞增訓(xùn)練周期均為 6周 (表 1)。第 2階段為停訓(xùn)階段:前 6周的運(yùn)動(dòng)方式同一般訓(xùn)練對(duì)照組,從第 7周開始停止訓(xùn)練。根據(jù)不同的停訓(xùn)周期隨機(jī)分為三組即耐力停訓(xùn) DT1組 (停訓(xùn)時(shí)間為 2周)、耐力停訓(xùn)DT2組(停訓(xùn)時(shí)間為 4周)、耐力停訓(xùn)DT3組(停訓(xùn)時(shí)間為 6周)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器及試劑

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器 2000型杭州立泰有限科技公司生產(chǎn)的鼠類跑臺(tái)、日本島津UV3000型紫外可見分光光度儀、日本日立850型熒光分光光度劑、Themo Forma美國產(chǎn) -80℃冰箱、CBS4001美國產(chǎn)液氮冷凍機(jī)、美國 SIG MA公司 3K30冷凍離心機(jī)、美國 Sys mex F-800全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)主要試劑 Ca2+濃度變化的指示劑 (熒光探針Flou-3)、PMSF(sigma產(chǎn)品)、Hepes(德國進(jìn)口分裝)、EGTA、蔗糖、DMSO、PEP、NADH、NaN3(進(jìn)口分裝)、Mg-ATP、AgNO3、KCl、GaCl2等。

表1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物訓(xùn)練情況

1.3 實(shí)驗(yàn)取材及樣本制備

6周訓(xùn)練結(jié)束時(shí)各隨機(jī)取正常對(duì)照組和訓(xùn)練對(duì)照組 8只,隨機(jī)取耐力停訓(xùn) 3組DT1、DT2、DT3各 8只,分別在總實(shí)驗(yàn)周期第 8、10、12周訓(xùn)練結(jié)束后,麻醉后處死大鼠,腹主動(dòng)脈采血 1ml使用全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀進(jìn)行血液學(xué)指標(biāo)的測(cè)試,然后取左側(cè)腓腸肌樣本,剔除筋膜,經(jīng)預(yù)冷無菌生理鹽水沖洗血液后用濾紙吸干表面液體,置液氮中迅速冷凍,后移于 -80℃的低溫冰箱中保存待用。待整個(gè)訓(xùn)練過程結(jié)束后解凍、勻漿、離心采集好的腓腸肌肌肉樣本,并提取上清液,進(jìn)行蛋白含量測(cè)定。具體方法采用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行 SR Ca2+-ATP酶活性的測(cè)定,熒光探針 Flou-3及熒光分光光度計(jì)進(jìn)行 SR對(duì)鈣的攝取及釋放能力測(cè)定,腓腸肌勻漿液中蛋白含量測(cè)定采用雙縮脲法進(jìn)行。

1.4 指標(biāo)測(cè)試

1.4.1 大鼠腓腸肌 Ca2+-ATPase活性測(cè)定[10]采用日本島津UV3000型紫外分光光度計(jì)及其專業(yè)動(dòng)力學(xué)測(cè)定程序進(jìn)行Ca2+-ATPase活性測(cè)定。具體實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法:Ca2+-ATPase活力測(cè)定采用酶偶聯(lián)法,其中部分測(cè)定體系組成稍做調(diào)整[10]。

1.4.2 大鼠腓腸肌肌漿網(wǎng) Ca2+攝取和釋放的測(cè)定[10]Ca2+的攝取和釋放采用日立 850型熒光分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量,利用熒光探針標(biāo)記法即熒光探針 (Flou-3)對(duì)鈣的攝取和釋放能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)定量監(jiān)測(cè)。

1.4.3 主要觀測(cè)指標(biāo) 各組大鼠血液學(xué)變化指標(biāo)和骨骼肌肌漿網(wǎng)鈣ATP酶活性、肌漿網(wǎng)最大 Ca2+攝取量和釋放量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

2 研究結(jié)果

2.1 各組大鼠腓腸肌肌漿網(wǎng)鈣ATP酶活性、最大 Ca2+攝取和釋放量

如表 2所示:肌漿網(wǎng) Ca2+-ATPase活性和最大 Ca2+攝取量:TC組較NC組顯著性增加(P＜0.01);DT1組與 TC組比較變化不大 (P＞0.05);DT2、DT3組較 TC組下降差異顯著(P＜0.01)。

表2 各組大鼠骨骼肌肌漿網(wǎng)鈣ATP酶活性、腓腸肌肌漿網(wǎng)最大 Ca2+攝取量

如表 3所示:肌漿網(wǎng)最大 Ca2+釋放量:TC組較 NC組顯著增加 (P＜0.05);DT1組較 TC組下降但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P＞0.05);DT2、DT3組較 TC組下降顯著 (P＜0.01)。

表3 各組大鼠骨骼肌腓腸肌肌漿網(wǎng)最大 Ca2+釋放量

2.2 各組大鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)┭簩W(xué)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果比較

如表 4所示:6周的耐力訓(xùn)練后 TC組較NC組相比血液學(xué)指標(biāo) (紅細(xì)胞數(shù)量、紅細(xì)胞壓積及血紅蛋白含量)變化波動(dòng)不大,無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 (P＞0.05)。

表4 各組大鼠血液學(xué)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果比較

如表 5所示:DT1與 TC組比較血液學(xué)指標(biāo) (紅細(xì)胞數(shù)量、紅細(xì)胞壓積及血紅蛋白含量)均明顯升高且統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著性差異(P＜0.05或 P＜0.01),DT2組與 DT1組比較 3個(gè)指標(biāo)均呈下降趨勢(shì),僅 Hct與 TC組比較有顯著性差異 (P＜0.05),DT3組 3個(gè)指標(biāo)仍呈下降趨勢(shì),與 TC組比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 (P＞0.05)。

表5 各組大鼠血液學(xué)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果比較

3 討論

3.1 耐力訓(xùn)練對(duì)骨骼肌肌漿網(wǎng)鈣攝取能力的影響及可能機(jī)理探討

研究顯示,訓(xùn)練對(duì)照 TC組肌漿網(wǎng) Ca2+-ATP酶活性和最大 Ca2+攝取量較正常對(duì)照 NC組明顯增加且有顯著性差異,表明 6周的耐力訓(xùn)練使骨骼肌 SR對(duì)鈣的最大攝取量出現(xiàn)增加?？赡艿臋C(jī)制如下:①SRCa2+-ATP酶活性增加可能是其主要機(jī)制 (表 2),研究顯示,SRCa2+-ATP酶活性測(cè)定結(jié)果并不能完全體現(xiàn)肌漿網(wǎng)對(duì)鈣的攝取能力。故測(cè)定的 SRCa2+-ATP酶活性有時(shí)會(huì)與 SR對(duì)鈣的攝取能力出現(xiàn)分離現(xiàn)象[11-12]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)最大鈣攝取量和 Ca2+-ATP酶活性兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行同時(shí)測(cè)定,來說明肌漿網(wǎng)對(duì)鈣的攝取能力。結(jié)果顯示,6周的耐力訓(xùn)練使骨骼肌肌漿網(wǎng) Ca2+-ATPase活性和最大 Ca2+攝取量均增加。②SR對(duì) Ca2+攝取增加的機(jī)理可能與生物活性物質(zhì)如 cAMP(環(huán)磷酸腺苷)及 CaM(鈣調(diào)素)的激活增加 SR對(duì)鈣的攝取有關(guān)[13]。已有研究顯示運(yùn)動(dòng)可增加肌肉中 Ca M及 cAMP的含量。研究顯示,激活的 CaM蛋白激酶通路不僅可激活 Ca2+-ATP酶蛋白中的無活性部分,同時(shí)也會(huì)使慢肌異構(gòu)體激活[14],以上研究結(jié)果均提示耐力運(yùn)動(dòng)可能會(huì)起到生理啟動(dòng)子的作用。Levine等人的研究[15]曾表明:W istar雌性大鼠經(jīng)每天游泳 30 min長(zhǎng)達(dá) 12周的訓(xùn)練后,訓(xùn)練與非訓(xùn)練組大鼠 SR對(duì)鈣的攝取并無顯著差別,但加入 Ca M后訓(xùn)練組大鼠 SR對(duì)鈣的攝取明顯增加,而其Ca2+-ATP酶的活力并無顯著差異。研究結(jié)果提示鈣調(diào)素介導(dǎo)的 SR對(duì)鈣的攝取增加,可能不依賴于 Ca2+-ATP酶的活性增加作用。而研究顯示 cAMP作為細(xì)胞內(nèi)一種主要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物質(zhì)可能通過激活蛋白激酶 A(PKA)來實(shí)現(xiàn)其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,PKA可能會(huì)使相應(yīng)鈣通道發(fā)生磷酸化作用,從而相應(yīng)增加細(xì)胞膜上的有效鈣通道數(shù)量。這些結(jié)果表明 SR對(duì)鈣的攝取能力增加可能與 cAMP的激活有關(guān)。③同時(shí) SR對(duì)Ca2+攝取增加還可能與 SR囊腔內(nèi) Ca2+空間和結(jié)合區(qū)域增加以及 Ca2+-ATP酶活性增加從而導(dǎo)致 SR數(shù)目增加有關(guān)。而已有的研究表明,蛋白周轉(zhuǎn)增加會(huì)造成 Ca2+-ATP酶降解和合成相對(duì)速率的改變,可能是肌肉收縮活動(dòng)改變其適應(yīng)能力和重塑能力的基礎(chǔ)[16]。

3.2 耐力訓(xùn)練對(duì)骨骼及肌漿網(wǎng)鈣釋放能力的影響及可能的機(jī)理探討

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,訓(xùn)練對(duì)照 TC組 SR對(duì) Ca2+釋放量較正常對(duì)照NC組明顯增加且有顯著性差異 (見表 3),表明 6周耐力訓(xùn)練可導(dǎo)致骨骼肌 SRCa2+釋放量增加。研究顯示, Ca2+釋放通道是骨骼肌 SR對(duì) Ca2+攝取和釋放的主要結(jié)構(gòu),直接影響骨骼肌的運(yùn)動(dòng)能力,與骨骼肌的興奮收縮耦聯(lián)密切相關(guān)。耐力訓(xùn)練導(dǎo)致骨骼肌 SRCa2+釋放量增加,其可能的機(jī)制:①研究顯示運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)使 SR的 Ca2+釋放通道活性增加[17]。在肌肉興奮收縮耦聯(lián)過程中,細(xì)胞內(nèi)大量 Ca2+的快速聚集和肌膜的去極化是兩個(gè)必不可少的因素[18]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+的快速聚集可能由 SR上的骨骼肌 Ca2+釋放通道來完成,鈣釋放通道又被稱為 Ryanodine受體 (Ryanodinereceptor, RyR),即細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上介導(dǎo)鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要離子通道。骨骼肌 Ca2+釋放通道是 SR對(duì) Ca2+攝取和釋放的主要結(jié)構(gòu),在興奮 -收縮耦聯(lián)過程中起重要作用。而肌膜的去極化可由二氫吡啶受體來感受。研究顯示,二氫吡啶受體和骨骼肌Ca2+釋放通道之間存在功能上的耦聯(lián)。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后骨骼肌中二者受體蛋白表達(dá)水平的增高會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)肌肉的力量能力,從而發(fā)展肌肉的力量和收縮速度。而研究表明,骨骼肌肌漿網(wǎng)上 Ca2+釋放通道蛋白上存在許多配體結(jié)合位點(diǎn),可以與不同的內(nèi)源性調(diào)節(jié)蛋白如鈣調(diào)素、二氫吡啶受體、FK-506結(jié)合蛋白等和Mg2+、Ca2+等調(diào)節(jié)離子相互作用,共同調(diào)節(jié)通道的活性[19,20]。但目前運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌 Ca2+釋放通道表達(dá)水平的變化研究尚未見報(bào)道,還有待進(jìn)一步探討其可能的發(fā)生機(jī)制。②不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)骨骼肌 SR Ca2+釋放通道的影響不同:目前研究運(yùn)動(dòng)影響 SR上骨骼肌 Ca2+釋放通道對(duì)Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)能力的影響主要集中在急性運(yùn)動(dòng)。而長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)對(duì)其影響規(guī)律尚未見系統(tǒng)報(bào)道。Matsunaga等人的[21]研究表明一次高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌 SR Ca2+釋放通道的含量無明顯影響,它可能僅通過提高 SR對(duì) Ca2+的釋放能力而使 SR的功能下降。伊木清等人[22]研究表明過度訓(xùn)練及力竭時(shí)能增加 SR對(duì) Ca2+的攝取和釋放能力,提示可能是訓(xùn)練增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力的基礎(chǔ)之一,但同時(shí)也損傷了 SRCa2+相對(duì)釋放能力。也有學(xué)者得出相反的結(jié)果[23]。本實(shí)驗(yàn)采用 6周中等強(qiáng)度有氧耐力訓(xùn)練使骨骼肌 Ca2+釋放通道的活性增加,其原因可能是由于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后二氫吡啶受體和 Ryanodine受體兩種受體蛋白的表達(dá)水平相應(yīng)提高,并增強(qiáng)了肌肉的力量能力,同時(shí)發(fā)展了肌肉的收縮速度與力量。提高骨骼肌收縮速度與力量的訓(xùn)練方法的機(jī)制研究今后仍將進(jìn)行大量的工作。③血液生化指標(biāo)的結(jié)果表明,大鼠經(jīng)過 6周的耐力訓(xùn)練后,經(jīng)檢測(cè)乳酸堆積不多,提示本實(shí)驗(yàn)為中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷,該負(fù)荷主要以有氧代謝供能為主,氧氣供應(yīng)充足,運(yùn)動(dòng)中的攝氧量基本可以滿足需氧量。同時(shí) Hb含量、紅細(xì)胞數(shù)目與Hct變化不明顯,表明經(jīng)過長(zhǎng)期系統(tǒng)的耐力性訓(xùn)練后血液出現(xiàn)了機(jī)能性適應(yīng)性變化,血容量增加,并且血漿容量增加的更多,紅細(xì)胞容量增加相對(duì)較少,因此單位容積的紅細(xì)胞、紅細(xì)胞壓積增加不明顯,紅細(xì)胞內(nèi)粘度降低,紅細(xì)胞的變形能力提高,利于運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體的機(jī)能需要,使運(yùn)動(dòng)能力得到了提高。④肌肉中生物活性物質(zhì)如 cAMP及 CaM(鈣調(diào)素)可能會(huì)增加 SR對(duì) Ca2+攝取和釋放活性[13]:cAMP主要是通過蛋白激酶A(PKA)來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,PKA可增加細(xì)胞膜上有效鈣通道數(shù)量并使鈣通道磷酸化。而研究顯示,鈣與 Ca M復(fù)合物可通過激活依賴 CaM的蛋白激酶,使相應(yīng)的底物蛋白產(chǎn)生磷酸化的調(diào)節(jié)作用[24]。Kalinskii[25]等人研究表明:漸增運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和時(shí)間經(jīng)過 6周的跑臺(tái)耐力訓(xùn)練后,大鼠肌漿網(wǎng) Ca2+泵和鈣轉(zhuǎn)運(yùn)能力均增加 2倍,cAMP不依賴性的 SR膜磷酸化率也增加 1.3倍。結(jié)果提示 SRCa2+泵活力增加和 SR膜磷酸化率增加在大鼠橫紋肌的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)過程中可能起到了重要作用。但有關(guān) cAMP及 CaM升高對(duì)于骨骼肌肌漿網(wǎng)的影響尚未見系統(tǒng)報(bào)道,需要進(jìn)一步的研究探討其機(jī)制。

3.3 停訓(xùn)對(duì)骨骼肌肌漿網(wǎng)鈣攝取與釋放能力的影響及可能的機(jī)理探討

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:①DT1組與 TC組比較血液學(xué)指標(biāo) (紅細(xì)胞數(shù)量、紅細(xì)胞壓積及血紅蛋白含量)均明顯升高且統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著性差異,DT2組與DT1組比較 3個(gè)指標(biāo)均呈下降趨勢(shì),基本恢復(fù)到正常對(duì)照組水平,僅 Hct與 TC組比較有顯著性差異,DT3組 3個(gè)指標(biāo)仍呈下降趨勢(shì),與 TC組比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。②肌漿網(wǎng) Ca2+-ATPase活性和最大 Ca2+攝取量: DT1組與 TC組比較有下降趨勢(shì),但未達(dá)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;DT2、DT3組較 TC組下降顯著,統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著性差異。③肌漿網(wǎng)最大 Ca2+釋放量:DT1組與 TC組比較差異無顯著性意義;DT2、DT3組下降顯著,統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著性差異。以上結(jié)果顯示 SD大鼠在 4周以上停訓(xùn)階段骨骼肌肌漿網(wǎng)對(duì)鈣的攝取及釋放能力均呈下降趨勢(shì),表明長(zhǎng)期系統(tǒng)的耐力訓(xùn)練所帶來骨骼肌適應(yīng)性改變基本消失,從而導(dǎo)致骨骼肌的收縮與舒張能力明顯下降。其機(jī)制可能如下:①骨骼肌肌漿網(wǎng)數(shù)目或通道蛋白含量的增加可能會(huì)隨著耐力訓(xùn)練后停訓(xùn)周期的延長(zhǎng)出現(xiàn)下降趨勢(shì),從而導(dǎo)致骨骼肌肌漿網(wǎng)對(duì)鈣攝取和釋放能力出現(xiàn)下降。②SR膜上活性的 Ca2+-ATP酶蛋白在耐力訓(xùn)練后肌肉活動(dòng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)增加,隨停訓(xùn)周期的延長(zhǎng),骨骼肌 SR膜上的活性成分也會(huì)相應(yīng)有所下降,因此 Ca2+-ATP酶蛋白含量會(huì)相應(yīng)逐漸減少,從而引發(fā)了 SR對(duì)鈣的攝取能力的下降。③停訓(xùn)期能源物質(zhì)含量下降可能與 SR功能下降有關(guān)。若ATP含量缺乏,可能導(dǎo)致骨骼肌的鈣泵功能異常,細(xì)胞排鈣機(jī)能降低,從而導(dǎo)致 SR功能下降。W ilkie等曾發(fā)現(xiàn)由于ADP含量增加所造成ATP水解的自由能下降或局部ATP含量的下降等均可降低ATP的分解作用并減慢肌漿網(wǎng)的鈣泵作用。④造成停訓(xùn) 4周后 SR功能下降可能與肌肉耐力的下降有關(guān)。停訓(xùn) 2周時(shí)紅細(xì)胞數(shù)量、Hb含量及 Hct與訓(xùn)練對(duì)照組相比都出現(xiàn)了明顯升高且有顯著性差異,表明機(jī)體可能出現(xiàn)了超量恢復(fù),應(yīng)在此期間合理安排復(fù)訓(xùn),使機(jī)體耐力出現(xiàn)更大程度的恢復(fù)。而停訓(xùn) 4周后 VO2max和耐力能力下降較快可能與停訓(xùn) 4周后血容量、血漿容量、紅細(xì)胞數(shù)量、血紅蛋白濃度均降至訓(xùn)練前水平有關(guān)?？赡艿脑蚴怯捎陂L(zhǎng)期的耐力訓(xùn)練后停訓(xùn)使血液和血漿量的減少,導(dǎo)致每搏量和心輸出量的減少,從而導(dǎo)致骨骼肌從血流中攝氧能力下降,進(jìn)而引起肌肉耐力的下降。同時(shí)在停訓(xùn)期,肌肉組織的毛細(xì)血管供血量下降,從而影響肌肉的氧運(yùn)輸,造成肌肉氧化能力下降。但 Hct與血粘度變化有關(guān),停訓(xùn) 4周 Hct恢復(fù)較差,可能與停訓(xùn) 2周時(shí) Hct顯著升高,機(jī)體耐力出現(xiàn)了超量恢復(fù),因此造成了停訓(xùn) 4周時(shí)血粘度恢復(fù)較慢。⑤肌肉中兩種生物活性物質(zhì) cAMP(環(huán)磷酸腺苷)及 CaM(鈣調(diào)素)含量可能會(huì)隨著停訓(xùn)周期的延長(zhǎng)逐漸下降,從而導(dǎo)致停訓(xùn) 4周時(shí) SR對(duì) Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)能力出現(xiàn)下降。⑥造成停訓(xùn)后 SR功能下降可能與運(yùn)動(dòng)中機(jī)體 pH值改變有關(guān),研究顯示 pH值下降可通過抑制 SR對(duì)鈣的攝取和釋放而降低 SR功能。田野等報(bào)道,運(yùn)動(dòng)中機(jī)體 pH值的改變可以影響 SR的功能[26]。Levitsky等認(rèn)為,H+和 Ca2+會(huì)競(jìng)爭(zhēng)ATP酶上的 Ca2+結(jié)合部位,Mandel等研究發(fā)現(xiàn),當(dāng) pH值下降到 6.0時(shí),心肌和骨骼肌的 SR的 Ca2+-ATP酶蛋白的磷酸化過程下降。由于 pH值的下降可以通過抑制 SR的 Ca2+的攝取和釋放而降低 SR功能,這也許是造成停訓(xùn)后 SR功能變化的直接原因?？傊?目前關(guān)于停訓(xùn)后肌漿網(wǎng)功能變化的許多機(jī)制目前尚不十分明了,需進(jìn)一步研究探討其發(fā)生機(jī)制。

4 結(jié)論

1)采用耐力訓(xùn)練模式顯著增加了骨骼肌肌漿網(wǎng)對(duì)鈣的最大攝取釋放能力,從而使大鼠骨骼肌的收縮舒張能力相應(yīng)增加,這可能是耐力訓(xùn)練增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力的基礎(chǔ)之一。

2)停訓(xùn) 2周時(shí),骨骼肌肌漿網(wǎng)對(duì)鈣的最大攝取釋放能力變化不明顯,表明大鼠骨骼肌的收縮舒張能力變化不顯著。

3)停訓(xùn) 4周或更長(zhǎng)時(shí)間,骨骼肌肌漿網(wǎng)對(duì)鈣的最大攝取釋放能力下降顯著,表明大鼠骨骼肌收縮舒張能力下降顯著。為了保持系統(tǒng)訓(xùn)練使骨骼肌獲得的有氧運(yùn)動(dòng)能力,建議耐力訓(xùn)練后停訓(xùn)時(shí)間最長(zhǎng)不要超過 4周。

[1]Kari JM.Effect of acute exercise and detraining on insulin actionnin trained men[J].J Appl Physiol,1989,66(2):704-711.

[2]Mikines KJ.Effect of training and detraining on dose-respose relationshiP＜between glucose and insulin secretion[J].Am J Physiol, 1989,256(5):E588-E596.

[3]Berg K.Effect of reduced training volume on cardiac function, Vo2max and running perfor mance[J].J SportsMed Phy Fit,1989, 29(3):245-252.

[4]KjaerM.Effect of 5WK of detraining on epinephrine respose to insulin-induced hypoglyoe mia in athletes[J].J Appl Physiol, 1992,72(3):1201-1204.

[5]HerringJ.Effectof suspending exercise trainingon restingmetabolic rate in women[J].Med Sci Sports Exerc,1992,24(1):59-65.

[6]SheplayB.Physiological effectsof tapering in highly trained athletes [J].J Apple Physiol,1992,72(2):706-711.

[7]Kolbeck RC,Speir WA Theophylline,fatigue,and diaphragm contractility:cellular levels of 45Ca and cAMP[J].J Appl Physiol, 1991,70(5):1933-1937.

[8]Lunde PK,Sejersted OM.Intracellular calcium signalling in striated muscle cells.Scand J Clin Lab Invest[J].1997,57(7):559-568.

[9]Bedford TG,et al.Maximum Oxygen consumption of rats and its changeswith various experimental procedures[J].J Appl physiol. 1979,47(6):1278-1285.

[10]W illiams JH,Ward CW,Spangenburg EE,et al.Functional aspects of skeletalmuscle contractile apparatus and sarcoplas mic reticulum after fatigue[J].J Appl Physiol,1998,85(2):619-626.

[11]Kaakinen M,Papponen H,Metsikk?K.Microdomains of endoplasmic reticulum within the sarcoplasmic reticulum of skeletal myofibers[J].ExP＜Cell Res,2008,314(2):237-245.

[12]van der Poel C,Stephenson DG.Effects of elevated physiological temperatures on sarcoplasmic reticulum function in mechanically skinned muscle fibers of the rat[J].Am J Physiol Cell Physiol, 2007,293(1):C133-141.

[13]Torgan CE,DanielsMP.Calcineurin localization in skeletal muscle offers insights into potential new targets[J].J Histochem Cytochem,2006,54(1):119-128.

[14]HawdinsC,XuAnde,NaravananN.Sarcoplasmic reticulum calcium pumP＜in cardiac and slow twitch skeletal muscle but not fast twitch skeletal muscle undergoes phosphorylation by endogenous and exogenous Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase.Characterization of optimal conditions for calcium pumP＜phosphorylation[J].Biol Chem,1994,269:31198-31206.

[15]Levine SN,Kinascwitz GT.Exercise conditioning increases rat myocardial calcium uptake[J].J Appl Physiol,1986,60(5):1673-1679.

[16]ShkrylVM,ShirokovaN.Transfer and tunnelingofCa2+from sarcoplasmic reticulum to mitochondria in skeletal muscle[J].J Biol Chem,2006,281(3):1547-1554.

[17]Ferrington DA,Reijneveld JC,Bar PR,et al.Activation of the sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase induced by exercise[J].Biochim BiophysActa,1996,1279:203-213.

[18]ChiangW,Byrem T,Zhang H,Strasburg G.Binding property of avian skeletalmuscle ryanodine receptor isofor mswith dihydropyridine receptor and calmodulin[J].J Muscle Res Cell Motil,2007,28 (1):59-66.

[19]FillM,CJ.Ryanodine receptor calcium release channels[J].Physiol Rev,2002,82:30.

[20]韓紅梅,尹長(zhǎng)城.Ryanodine受體和內(nèi)源性調(diào)節(jié)蛋白的相互作用[J].細(xì)胞生物學(xué)雜志,2003,25(5):261-264.

[21]Matsunaga S,Yamada T,Mishima T,et al.Effect of high intensity training and acute exercise on in vitro function of rat sacroplasmic reticulum[J].Eur J Appl Physiol,2007,99(6):641-649.

[22]伊木清,周麗麗,許葆華,等,過度游泳訓(xùn)練及力竭降低大鼠骨骼肌肌漿網(wǎng) Ca2+相對(duì)釋放能力[J].中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2005, 24(6):668-675.

[23]Li JL,Wang XN,Fraser SF,et al.Effects of fatigue and sarcoplasmic reticulum Ca2+regulation in human skeletalmuscle[J].J Appl Physiol,2002,92(3):912-922.

[24]W rightDC,Geiger PC,Holloszy JO,et al.Contraction-andhypoxia -stimulated glucose transport is mediated by a Ca2+-dependent mechanism in slow-twitch rat soleusmuscle[J].Am J Physiol EndocrinolMetab,2005,288(6):1062-1066.

[25]Kalinskii M I,Gubskii L,Rudnitskaia ND,et al.ATP-dependent transport of calcium in themyocardial sarcoplas mis reticulum during adaptation to muscular activities[J].Vopr Med Khim,1989,35 (4):31-34.

[26]田 野.運(yùn)動(dòng)與肌漿網(wǎng)功能[J].體育科學(xué),1995(5):60-61.

Influence of Transportation Function of Calcium ion in Sarcoplasm ic Reticulum of SkeletalM uscle in RatDetra in ingM odels after Endurance Tra in ing

L IU Yuanxin
(D epar tm ent of Hum an Sports Science,X i’an Physical Education U niversity,X i’an710068,Shaanxi,China)

Objective:To explore the changes of transportation function of calcium ion in sarcoplasm ic reticulum of m uscle in rat detraining m odel after endurance training.M ethods:Forty healthy2-m onth-old m ale SD were selected and random ly divided to norm al control group(n=8),training control group(n=8)and detraining group(n=24).The increasing training period of training control group and detraining group lasted for6weeks,and then detraining group was random ly divided to3groups according to different detraining cycle:2weeks group(detraining1group),4w eeks group(detraining2 group)and6w eeks group(detraining3group).The rats did increasing endurance loading exercise on a treadm ill,w hile difference detraining intervals w as used in detraining group.A utom atic blood cell analyzer was used to detect Hem atology indexes.Enzym e coupling m ethod and fluorescence probetechnology w ere used to detect sarcoplasm ic reticulum Ca2+-ATPase(adenosine triphosphatase)and m axim um Ca2+uptake and release of gastrocnem ius m uscle.Results:The activity of Ca2+-ATPase and m axim um uptake and release Ca2+in training control group w as significantly increased compared w ith norm al control group(P＜0.01);w hile detraining2w eeks group was sim ilar to endurance training group(P＞0.05);detraining4and6weeks groups were significantly reduced compared w ith training control group(P＜0.01).The m ax im um release Ca2+in sarcoplasm ic reticulum of m uscle of training control grou was significantly increased(P＜0.05),and there w ere no significant differences be tw een detraining2w eeks grou and training control group(P＞0.05);w hile the m axim um release of Ca2+in sarcoplasm ic reticulum of detraining4and6w eeks group was significantly reduced(P＜0.01).Conclusions:Six-w eek endurance training enhances activity of Ca2+-ATPase in sarcoplasm ic reticulum of skeletalm uscle and increases m axim um Ca2+uptake and release;after detraining for2w eeks,activity of Ca2+-ATPase,and m ax im um Ca2+uptake and release are slightly reduced,w hile significantly reduced after m ore than4weeks of detraining.

endurance;detraning;skeleton m uscle;sarcoplasm ic reticulum;calcium;transportation

G804.7

A

1004-0560(2010)04-0064-05

2010-06-12;

2010-07-25

劉遠(yuǎn)新(1976-),女,講師,博士,主要研究方向?yàn)轶w育健康與促進(jìn)。

責(zé)任編輯:喬艷春

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