氨基酸維生素對(duì)力竭游泳大鼠骨胳肌超微結(jié)構(gòu)及相關(guān)酶的影響

惠華強(qiáng)，孫金山，徐紀(jì)平，肖立寧，黃 文，李兆申

疲勞是一種復(fù)雜的生理和心理現(xiàn)象，是機(jī)體腦力與體力活動(dòng)過度，精神刺激過多，反復(fù)做某種單調(diào)活動(dòng)所致。骨骼肌在運(yùn)動(dòng)性疲勞的發(fā)生、發(fā)展和損害中是最主要的靶器官，研究已證實(shí)疲勞進(jìn)程轉(zhuǎn)歸與骨骼肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、酶學(xué)等變化密切相關(guān)［1-2］。氨基酸和維生素是維持人體生命活動(dòng)必需的有機(jī)物，也是保持人體健康的重要活性物質(zhì)，氨基酸和維生素的缺乏是導(dǎo)致和加重疲勞的主要原因之一，也是造成疲勞不能快速恢復(fù)的重要因素之一［3-4］。目前，關(guān)于氨基酸維生素制劑抗疲勞的研究報(bào)道較少，本研究將觀察氨基酸維生素制劑對(duì)游泳力竭大鼠骨胳肌超微結(jié)構(gòu)及相關(guān)酶譜的影響，初步探討氨基酸維生素制劑緩解運(yùn)動(dòng)疲勞的作用和機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 雄性SD大鼠36只，體質(zhì)量200～220 g，購自第二軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，分籠飼養(yǎng)，每籠6只。

1.2 主要試劑與設(shè)備 復(fù)方氨基酸膠囊(商品名為和安)，批號(hào)為091108，其組份為8種人體必需的氨基酸和11種維生素;氨基酸果糖粉固體飲料(商品名為萬和威力特)，批號(hào)為20091103，每袋15 g，配料為果糖、檸檬酸、谷氨酰胺、精氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、維生素C、食用香精、氯化鈉、活性鈣等，均為深圳萬和制藥有限公司產(chǎn)品。日立H-7650分析透射電鏡(日立公司產(chǎn)品)，大鼠腓腸組織中calpain-1、calpain-2、ubiquitin、一氧化氮合酶(NOS)檢測(cè)試劑盒(南京建成生物研究所產(chǎn)品)。

1.3 動(dòng)物模型制作 采用數(shù)字表法將36只SD大鼠隨機(jī)分為3組:復(fù)方氨基酸膠囊組(膠囊組)，給予膠囊3粒溶于500 ml飲用水中;空白對(duì)照組(對(duì)照組)，給予普通飲用水;氨基酸果糖粉固體飲料組(沖劑組)，給予飲料30 g溶于500 ml飲用水中。所有動(dòng)物給予國家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物飼料，自由攝食，動(dòng)物房溫度21～23℃ ，相對(duì)濕度50% ～55%。所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)前均未受過任何刺激干擾，實(shí)驗(yàn)前先給予適應(yīng)環(huán)境飼養(yǎng)5 d。采用無負(fù)重游泳方式建立大鼠運(yùn)動(dòng)疲勞模型，實(shí)驗(yàn)時(shí)間總長(zhǎng)為14 d。在內(nèi)壁光滑的泳池中進(jìn)行訓(xùn)練，水深50 cm，水溫(25±1)℃，每池次游泳大鼠6只，游泳過程中防止大鼠互相拽抱。第1～3天，游泳訓(xùn)練時(shí)間為30 min;第4～6天，每天遞增10 min;第7～9天，每天1次力竭性游泳訓(xùn)練;第10～14天，每天2次力竭性游泳訓(xùn)練，2次間隔6 h。游泳力竭的標(biāo)準(zhǔn):大鼠沉到水下10 s仍不能返回水面，出水后呼吸深急、幅度大，雙目無光，反應(yīng)遲鈍，體位為俯臥或端坐，被握持時(shí)四肢下垂。

1.4 指標(biāo)觀察 于末次力竭游泳結(jié)束后1 h(實(shí)驗(yàn)第14天)進(jìn)行，用2%戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉大鼠，處死后立即取3組大鼠的右側(cè)腓腸肌組織，0℃下切成約1 mm3大小，經(jīng)俄酸處理，環(huán)氧樹脂包埋，超薄(0.1 μm)切片，醋酸雙氧鈾染色，電鏡下觀察骨骼肌超微結(jié)構(gòu)。冰袋上迅速分離腓腸肌，置－80℃凍存;精確稱重，冰浴中超聲粉碎成勻漿液，4℃靜置10 min，3000 ×g低溫離心15 min;取上清液，經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過濾后分裝，－80℃凍存待檢測(cè)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，組間比較采用SNK-q檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化 膠囊組和沖劑組肌細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)線粒體和肌絲結(jié)構(gòu)基本完整，肌纖維排列尚整齊，肌漿網(wǎng)組織清晰，未見斷裂和空泡樣變。對(duì)照組肌細(xì)胞明顯腫脹變性，線粒體可見不同程度損傷，伴有膜、嵴松散、彎曲、溶解、斷裂現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)空泡化。見圖1。提示補(bǔ)充氨基酸維生素制劑可以有效地降低力竭疲勞造成的大鼠骨骼肌損傷，提高大鼠抗疲勞損害的能力。

圖1 3組大鼠骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化(HE×15 000)

2.2 骨骼肌相關(guān)酶檢測(cè) 膠囊組和沖劑組大鼠腓腸肌組織中calpain-1、calpain-2和ubiquitin與對(duì)照組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，NOS與對(duì)照組比較差異也有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。見表1。

表1 3組大鼠骨骼肌相關(guān)酶檢測(cè)(μmol/g，)

表1 3組大鼠骨骼肌相關(guān)酶檢測(cè)(μmol/g，)

注:與對(duì)照組比較aP＜0.05;NOS為一氧化氮合酶

3 討論

疲勞，尤其是力竭運(yùn)動(dòng)所致疲勞的發(fā)生和發(fā)展過程中骨骼肌將消耗大量的能量，ATP是主要的供能物質(zhì)，ATP水平對(duì)骨骼肌生理功能的維持和細(xì)胞生存是十分重要的，骨骼肌的收縮和舒張均需要細(xì)胞內(nèi)ATP的消耗，Ca2+-ATP酶通過水解ATP而將細(xì)胞內(nèi)Ca2+泵到肌漿網(wǎng)間隙中，當(dāng)持續(xù)或過度肌肉收縮和舒張后，導(dǎo)致骨骼肌疲勞，可出現(xiàn)ATP儲(chǔ)備的降低、線粒體的“過勞”及其結(jié)構(gòu)的破壞［5-6］。本研究中，筆者觀察力竭游泳疲勞大鼠模型線粒體超微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)骨骼肌線粒體腫脹，并有不同程度損傷，伴有膜、嵴松散、彎曲、溶解、斷裂現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)空泡化。提示線粒體作為將多種食物性底物轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、產(chǎn)生ATP和熱能的主要細(xì)胞器，不僅在疲勞的發(fā)生、發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色，而且在預(yù)防和快速恢復(fù)疲勞的研究中也是重要的突破口。

Calpain是鈣激活中性半胱氨酸內(nèi)肽酶，包括calpain-1、calpain-2和 calpain-3等多種同工酶。研究表明，calpain參與骨骼肌細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度的調(diào)節(jié)，激活不同信號(hào)通路，發(fā)揮促進(jìn)和愈合骨骼肌損傷的功效［7］。Ubiquitin是由76個(gè)氨基酸組成的多肽鏈，其序列具有高度保守特點(diǎn)，骨骼肌蛋白質(zhì)在降解前需要多聚泛素鏈相連接，即產(chǎn)生蛋白質(zhì)的泛素化。疲勞發(fā)生時(shí)，ubiquitin大量激活使蛋白質(zhì)被特異性識(shí)別、結(jié)合并迅速降解［8］。NOS是一種同工酶，分別存在于內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、神經(jīng)吞噬細(xì)胞及神經(jīng)細(xì)胞中，在損傷修復(fù)和組織再生中起重要作用，可以催化產(chǎn)生一氧化氮(NO)，促進(jìn)骨骼肌缺血損傷的修復(fù)［9］。本研究中，筆者對(duì)力竭游泳疲勞大鼠骨骼肌組織中calpain、ubiquitin和NOS進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)伴隨骨骼肌線粒體的損害、ATP濃度降低，組織中calpain、ubiquitin升高，NOS降低，提示骨骼肌過度疲勞可導(dǎo)致組織的損傷及相關(guān)酶的變化。

氨基酸是與生命活動(dòng)密切相關(guān)的蛋白質(zhì)的基本組成單位，是人體必不可少的物質(zhì)，氨基酸在運(yùn)動(dòng)過程中提供能量，且與運(yùn)動(dòng)能力有密切的關(guān)系。支鏈氨基酸(亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸等)是一類主要在肌肉中代謝的氨基酸。有研究表明，在動(dòng)物或人體運(yùn)動(dòng)過程中補(bǔ)充支鏈氨基酸后，具有提高機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力、延緩疲勞的發(fā)生，加快疲勞恢復(fù)等作用［10］。研究也表明精氨酸是體內(nèi)NO合成的前體物質(zhì)，運(yùn)動(dòng)中可刺激機(jī)體分泌多種重要激素，同時(shí)在尿素循環(huán)中可加速氨排出體外、延緩疲勞發(fā)生［11］。本研究觀察到，給予適當(dāng)?shù)陌被岷途S生素制劑干預(yù)可以明顯減輕力竭疲勞大鼠骨骼肌的損傷，同時(shí)可以觀察到calpain、ubiquitin的降低和保護(hù)性物質(zhì)NOS的增高。補(bǔ)充氨基酸維生素制劑對(duì)于預(yù)防和快速恢復(fù)力竭疲勞所致大鼠骨骼肌的損傷有明顯的作用效果，可能成為一種具有良好抗疲勞作用的遴選制劑。

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