负重跑训练对老龄大鼠骨骼肌能量代谢和收缩特性的影响

杨惠玲 赵 喆 杨 霖 高前进

(石家庄学院体育系，河北 石家庄 050035)

有研究报道70岁以下的老年人群中有13%～24%患有肌肉衰减症，而80岁以上的老年人中肌肉衰减则超过50%〔1，2〕。老年人肌肉功能可通过科学的抗阻力训练得到改善，但目前抗阻力训练对老年骨骼肌影响的研究大多是从组织形态学或生化角度进行观察，而抗阻力训练对老年人骨骼肌收缩特性影响的研究却少有报道。因此本实验通过测定负重跑训练前后骨骼肌收缩特性的变化，以期阐明抗阻力训练对老年人骨骼肌影响的机制。

1 材料与方法

1.1实验分组 清洁级18月龄(相当于人年龄55～60岁〔3〕)雄性SD大鼠20只随机分为安静对照组(对照组)，负重跑训练组(训练组)，每组10只。大鼠购自河北医科大学实验动物中心，选用国家标准啮齿类动物干饲料喂养，自由饮食，自然光照，室温18℃～22℃，湿度40%～45%。

1.2运动方案 负重方案采用大鼠最大负重负荷的30%，在0℃坡度的跑台上以15 m/min的速度跑2 min，间歇2 min为一组。每次训练跑6组。隔天训练，每周日休息，共训练6 w。对照组无训练，其他饲养条件同训练组〔4〕。

1.3大鼠体重与肌肉湿重测量 6 w后戊巴比妥钠麻醉大鼠(40 mg/kg体重)，分别称量对照组和训练组大鼠体重。取右侧比目鱼肌(SOL)和趾长伸肌(EDL)测量湿重后用于能量代谢产物的测量，左侧比目鱼肌和趾长伸肌用于离体收缩功能测量。心脏取血2 ml，3 000 r/min，4℃离心10 min取上清液，-70℃保存。

1.4大鼠SOL和EDL、磷酸肌酸(PCr)、肌酸(Cr)、三磷酸腺苷(ATP)、二磷酸腺苷(ADP)的测定〔5〕

1.4.1仪器和试剂 惠普1050型高效液相色谱仪，包括惠普1050系列自动进样系统、四元梯度泵、DAD二极管阵列检测器及HP3D化学工作站；日本Rikakikai公司Eyela FD冻干机；日本Ace公司nissei AM-6高速组织匀浆机；瑞士METTLER电子分析天平；美国Beckman公司J2-21型低温超速离心机；日本三洋超低温冰箱；ZIEGRA公司ZBE30-107制冰机。ATP、ADP和PCr等试剂均为分析纯，美国Sigma公司出品；TBA、高压液相级乙腈、NaH2P04、NaOH、HClO4等均为分析纯(天津化学试剂二厂)。

1.4.2色谱条件 HC-C18柱(4.6 mm×250 mm)；流动相为浓度42%甲醇，流速1.0 ml/min；检测波长254 mm；柱温为室温25℃，压力约为21 000 Pa；检测进样量为5 μl。

1.4.3标本处理 从液氮中取出骨骼肌标本，置于冻干机中过夜冻干，然后做成冻干粉。把肌肉粉末倒入小试管中，编号，加盖密封，置于-80℃低温冰箱中保存。测定前准确称取骨骼肌冻干粉60 mg左右，放入5 ml聚乙烯微离心管中，然后滴入预冷的浓度为0.4 mol/L的过氯酸2 ml，用预冷的电动高速匀浆机匀浆2 min，然后低温离心10 min；吸取400 μl上清液放入另一试管中，加入2 mol/L的KHCO380 μl，然后再低温离心10 min，取上清液200 μl保存于-80 ℃低温冰箱中待分析。

1.5离体SDL和EDL生物力学功能测量〔6，7〕戊巴比妥钠麻醉大鼠(40 mg/kg体重)，剪开大鼠皮肤取下SOL，用0号丝线将近心端肌腱结扎，用Krebs-Henseleit溶液洗净肌肉表面血液，顺肌纤维方向纵向剪下宽度约3 mm的全长肌肉条，然后水平置于容量为1 ml的肌槽中，近心端肌腱固定于等长张力传感器(TB-651日本光电)上，远心端则夹于肌槽的弹簧夹中。用27℃Krebs-Henseleit溶液按10 ml/min行非循环灌流。灌流液组成(mmol/L)：120.0氯化钠(NaCl)，4.7氯化钾(KCl)，1.2磷酸氢钠(NaH2PO4)，1.2硫酸镁(MgSO4)，2.5氯化钙(CaCl2)，20.0碳酸氢钠(NaHCO3)，10.0葡萄糖。溶液以95%O2和5%CO2的混合气体充分氧合，使pH维持在7.4±0.20。采用铂金丝场刺激，电刺激器(SEN-3301，日本光电)输出脉宽20 ms、间隔20 ms与电压为6 V的方波脉冲刺激。先平衡约20 min，然后以0.1 mm增量，逐步拉伸SOL至等长收缩张力为最大时的肌肉初长Lmax位置，平衡10 min，记录肌肉长度与张力。SOL实验完成后，EDL，按相同方法平衡，平衡时的刺激条件为脉宽10 ms、间隔20 s与电压6 V的方波脉冲。强直收缩时，以脉宽20 ms 、间隔40 ms 与电压为6 V的方波脉冲刺激45 s，使肌肉产生高频强直收缩，记录高频强直收缩变化曲线。SOL试验完成后，取按相同方法固定与平衡，采用脉宽5 ms、间隔10 ms与电压为6 V的方波脉冲刺激45 s。10 min后，肌肉抗疲劳性测量使用低频疲劳方案30 Hz，300 ms，每次刺激2 s,共5 min。为了更好比较肌肉抗疲劳特征，肌肉强直张力值被标准化，都用百分比表示，以初始测得的张力值为标准(100%)，所有刺激产生的张力除以初始张力值，乘以100%。刺激时间点，前60 s分别在8、16、24、32、40、48、56 s刺激，然后分别在第60、120、180、240、300 s刺激。实验结束后，用滤纸吸干肌肉表面附着的水分并称质量，再按文献〔8〕公式计算每一肌肉的横截面积(CSA)，张力数据用CSA作归一化处理。

1.6统计学分析 采用SPSS10.0统计软件进行单因素方差分析。

2 结 果

2.1负重跑训练对大鼠体重与肌肉湿重的影响 喂养6 w后，对照组大鼠随年龄增长体重出现明显增加，由405.20 g增加到456.70 g。训练组体重增加的更加明显，与对照组及6 w前相比均显著增加。负重跑训练组SOL和EDL湿重增加，与对照组相比具有显著差异(P<0.05)。见表1。

表1 负重跑训练前后大鼠体重与肌肉湿重变化

2.2负重跑训练对大鼠SOL、EDL能量代谢产物含量影响 6 w后训练组SOL和EDL中PCr含量增加，与对照组相比有显著差异(P<0.05)，ATP、ADP、Cr含量没有显著变化(P>0.05)。见表2。

表2 负重跑训练对SOL、EDL能量代谢产物含量变化的影响

2.3负重跑训练对大鼠SOL、EDL生物力学特性的影响 训练组SOL最大收缩张力、最大强直收缩张力均增大，达到最大收缩张力时间缩短，从峰值张力舒张一半时间缩短，但只有舒张一半时间与对照组具有显著性差异(P<0.05)。EDL训练后最大收缩张力和最大强直收缩张力均增大，最大收缩张力时间缩短，且与对照组具有显著性差异(P<0.05)。见表3。

表3 负重跑训练对SOL、EDL收缩特性的影响

2.4负重跑训练对大鼠SOL、EDL抗疲劳性影响 负重跑训练对大鼠SOL抗疲劳性的影响主要发生在刺激的后4 min，在开始刺激的前1 min，对照组和训练组张力分别降低到初始张力的(60±9.0)%和(71±10.2)%，但是在后4 min，对照组张力继续降低，而负重训练组肌张力没有进一步降低，第5分钟时对照组张力降到初始张力的(25±9.2)%，训练组张力降到初始张力的(51±10)%(图1)。负重跑训练对EDL抗疲劳性有一定影响，但与对照组比较不具有显著性差异(图2)，5 min疲劳方案的刺激后，对照组张力降到初始张力的(61±9.8)%，训练组张力降到初始张力的(70±9)%。在开始刺激后对照组和训练组张力出现渐进性增加，这种增加持续到32 s，然后开始降低。120 s刺激后张力已经回落到初始张力水平(100%)。值得注意的是肌肉张力增加的幅度，对照组在第32秒时达到初始张力的(127±15)%，训练组达到初始张力的(168±11)%，训练组张力增加幅度比对照组大(P<0.05)。

与对照组比较：1)P<0.05,下图同

图2 两组EDL抗疲劳性

3 讨 论

众多研究报道抗阻力训练能够降低老年人体脂肪含量，增加瘦体重，对总体重有较小或没有影响〔9～11〕。但本研究结果与前人研究结果〔9～11〕不同，原因可能与“实验对象年龄”有关，18月龄大鼠相当于人类55～60岁，而前人的研究选择的老年人年龄在70岁左右，大鼠或者是人类在55岁之前随年龄增长体重也自然增长，70岁以后随着消化和肌肉功能的衰退，体重才随年龄增长逐渐下降。本实验负重训练对瘦体重的影响与前人研究结果〔9～11〕是相同的，负重训练使SOL和EDL重量显著增加，体脂肪含量降低。抗阻力训练增加肌肉重量的原因是由于抗阻力训练能刺激肌肉蛋白质合成、使肌肉肥大。目前，运动医学界普遍接受的观点是，老年人骨骼肌具有明显的可训练性，科学的运动，特别是规律的抗阻训练可以维持和改善老年人骨骼肌力量素质，提高老年人健康水平和生活质量〔12〕。

负重训练使大鼠体重和肌肉重量增加的同时，SOL和EDL的能量代谢产物含量也出现了增长，PCr含量显著增加，其他各能量代谢产物含量没有出现显著性变化。Jubrias等〔13〕研究表明老龄骨骼肌是通过大的能量改变来适应运动训练的。与本文的研究结果一致。

肌肉收缩特性研究使用离体SOL和EDL肌条30℃灌流方法，测量其单次收缩和强直收缩。本研究结果提示6 w的负重跑训练使老年大鼠骨骼肌收缩特性均出现了良好的变化。但是，负重跑训练对EDL影响更显著，分析其原因可能是增龄引起的肌肉量减少主要是由于Ⅱ型肌纤维横截面积减小，有研究证明ⅡA和ⅡB肌纤维横截面积随增龄降低15%～25%〔14〕，负重跑训练属于抗阻力训练，能帮助保持和增大Ⅱ型肌纤维质量，正如很多研究认为抗阻力训练促进肌肉肥大可通过以下机制：抗阻力训练可以刺激细胞内结合水的增加、使细胞渗透压升高，同时刺激蛋白质的合成，而蛋白质合成的增加则刺激了去脂体重的增加和肌肉力量的增长。

本实验结果提示抗阻力训练对慢肌影响并不显著，但是由于能量系统活动发生了变化，所以肌浆网(SR)Ca2+泵的活动也发生了变化。Ca2+泵活动时所需ATP主要来自PCr，PCr增加可导致Ca2+泵活动增强。实验采用的低频刺激方案由重复的亚极量强度强直刺激组成。刺激导致的低频疲劳使无机磷酸盐和H+增加〔15〕，无机磷酸盐和H+降低肌原纤维对Ca2+的敏感性，由此导致疲劳性的张力降低〔16〕。这种类型的疲劳方案导致的张力降低也是与肌肉的有氧供能能力相关的。高有氧供能能力的肌肉更具有抗疲劳性。30%最大负荷负重跑训练后SOL抗疲劳性增强是与增加的有氧供能能力相关的，与Brannon等〔17〕报告的结果相一致，Brannon等〔17〕的研究证实负重训练增加了慢缩的SOL有氧供能能力，而没有增加快缩的股外侧肌的有氧能力，说明了影响是有肌纤维类型依赖性的。

本实验结果提示疲劳测试产生这种影响的机制是由于增加了PCr，而EDL是快肌对PCr非常敏感，PCr能增强快肌短时间爆发式用力的能力。综上，负重跑训练对老年大鼠骨骼肌具有良好的营养作用。

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