有氧运动对大鼠骨骼肌线粒体Na+ ，K + -ATP酶和Ca 2+ -ATP酶及线粒体肿胀的影响

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.37.031

中国组织工程研究 ›› 2010, Vol. 14 ›› Issue (37): 6971-6974.doi: 10.3969/j.issn.1673-8225.2010.37.031

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有氧运动对大鼠骨骼肌线粒体Na⁺，K⁺ -ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶及线粒体肿胀的影响

曹颖¹，张敏²，董嘉良¹，郭彦青¹，赵晓丽¹，王丽艳¹，陈立军²，康英姿¹

¹天津医科大学生物化学教研室，天津市 300070；² 武警医学院生物化学教研室，天津市 300162

出版日期:2010-09-10 发布日期:2010-09-10
通讯作者: 陈立军，教授，武警医学院生物化学教研室，天津市 300162 chenlijun67@eyou.com
作者简介:曹颖★，女，1985年生，江西省人，天津医科大学在读硕士，主要从事生物化学教学与研究工作。 bulinna09@163.com
基金资助:
天津医科大学科学基金(2009XK10)，项目名称：抗氧化活性多肽IAAICA在缺血后处理保护机制中的作用；武警医学院重点项目(WKH2009Z02)，项目名称：不同训练负荷条件下身体机能的代谢评定及机制探讨。

Effects of aerobic exercise on the activity of mitochondrial Na⁺ , K⁺-ATPase, Ca ²⁺ -ATPase and mitochondrial swelling

Cao Ying¹, Zhang Min², Dong Jia-liang¹, Guo Yan-qing¹, Zhao Xiao-li¹, Wang Li-yan¹, Chen Li-jun², Kang Ying-zi¹

¹Department of Biochemistry, Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China; ² Department of Biochemistry, Medical College of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300162, China

Online:2010-09-10 Published:2010-09-10
Contact: Chen Li-jun, Professor, Department of Biochemistry, Medical College of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300162, China chenlijun67@eyou.com
About author:Cao Ying★, Studying for master’s degree, Department of Biochemistry, Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China bulinna09@163.com
Supported by:
the Science Foundation of Tianjin Medical University, No. 2009XK10*; the Key Project of Medical College of Chinese People’s Armed Police Force, No. WKH2009Z02*

摘要/Abstract

摘要：

背景：研究表明有氧运动可提高线粒体功能，但在不同时期的作用特点还不明确。
目的：观察不同周期有氧运动对大鼠骨骼肌线粒体Na⁺，K⁺ -ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶以及线粒体肿胀的影响。
方法：将SD大鼠随机分为正常对照组，有氧运动2，4和6周组。正常对照组不进行有氧运动，其余3组则参照BedfordTG标准，采用跑台运动方式，建立有氧运动模型进行相应的运动周期锻炼。测定各组大鼠骨骼肌线粒体Na⁺，K⁺ -ATP酶和Ca ²⁺-ATP酶的活性以及线粒体肿胀程度。
结果与结论：有氧运动2周组各指标与对照组比较无差异。有氧运动4和6周组线粒体Na⁺，K⁺-ATP酶、Ca ²⁺ -ATP酶活性均增高(P < 0.05)，线粒体肿胀程度降低(P < 0.05)。实验结果表明，有氧运动可保护线粒体Na⁺，K⁺ -ATP酶、Ca ²⁺ -ATP酶的活性，提高线粒体功能，但需要一定的时间积累。

关键词: 有氧运动, 线粒体, Na⁺, K⁺ -ATP酶, Ca ²⁺ -ATP酶, 线粒体肿胀

Abstract:

BACKGROUND: Studies have shown that aerobic exercise can improve mitochondrial function. However, the effect features of aerobic exercise with different periods on bodies remain poorly understood.
OBJECTIVE: To investigate the effects of aerobic exercise with different periods on the activity of mitochondrial Na⁺, K+-ATPase and Ca2+-ATPase, as well as mitochondrial swelling.
METHODS: Sprague Dawley rats were randomly separated into four groups, namely, control, 2-week, 4-week and 6-week aerobic exercise groups. The control mice had not undergone treadmill running. The other 3 groups carried on the corresponding period of exercise in the way of treadmill running, and the aerobic exercise mode was designed by referencing Bedford TG standard. Then the skeletal muscle mitochondria were isolated by differential centrifugation to measure their Na⁺ , K⁺-ATPase and Ca ²⁺ -ATPase activities, as well as the extent of mitochondrial swelling.
RESULTS AND CONCLUSION: There were no significant differences between the control group and 2-week aerobic exercise group. However, with the exercise prolonged, the Na⁺,K⁺-ATPase and Ca ²⁺-ATPase activities increased (P < 0.05) and the extent of the mitochondrial swelling decreased (P < 0.05). The present findings demonstrate that, aerobic exercise can protect the activity of mitochondrial Na⁺ , K⁺-ATPase and Ca ²⁺ -ATPase and increase the function of mitochondria. But it needs some time to adapt.

中图分类号:

R318

曹颖，张敏，董嘉良，郭彦青，赵晓丽，王丽艳，陈立军，康英姿. 有氧运动对大鼠骨骼肌线粒体Na⁺，K⁺ -ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶及线粒体肿胀的影响[J]. 中国组织工程研究, 2010, 14(37): 6971-6974.

Cao Ying, Zhang Min, Dong Jia-liang, Guo Yan-qing, Zhao Xiao-li, Wang Li-yan, Chen Li-jun, Kang Ying-zi. Effects of aerobic exercise on the activity of mitochondrial Na⁺ , K⁺-ATPase, Ca ²⁺ -ATPase and mitochondrial swelling[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2010, 14(37): 6971-6974.

参考文献

引言

材料方法

讨论

实验中选取的模型为严格参照Bedford TG标准而设立的有氧运动模型，即根据运动强度(包括跑台的坡度和速度等)的大小确定最大氧消耗量以确保机体以有氧代谢为主。与人体有氧运动相对应，具有一定的实践指导意义。另外，在动物分组前，选择适应性饲养和适应性跑台运动，可减少组间因营养、和基础活动量的不同而造成的偏倚，具有一定的稳定性和有效性。在选取指标上，线粒体为适应运动方式最为敏感的细胞器，而线粒体Na⁺，K⁺-ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶位于线粒体内膜中^[8] ，可维持线粒体膜电化学梯度^[9] ，是线粒体结构、功能变化的灵敏指标。线粒体肿胀源于线粒体膜电位的缺失及线粒体通透性转换孔的开放^[10] 。而线粒体通透性转换孔开放可引起线粒体基质蛋白的渗透压升高，导致基质水肿，进而线粒体外膜破裂，线粒体失功能，可评价线粒体对抗外界应激的能力。
目前，有研究表明有氧运动可以提高骨骼肌细胞膜Na⁺，K⁺-ATP酶活性^[11]以及提高肌细胞钙调控的能力，其中包括肌浆网Ca ²⁺ -ATP酶活性升高等^[12] 。而对线粒体ATP酶影响的研究较少。实验对线粒体ATP酶活性进行观察，发现有氧运动可以提高线粒体Na⁺ ，K⁺ -ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶活性。可见有氧运动对线粒体、细胞膜及其它细胞器上ATP酶活性的改变具有一定的对应性。另外，有氧运动能否降低骨骼肌线粒体肿胀的程度，目前还存在争议。在本次线粒体肿胀实验中，基线吸光度值下降程度无显著性差异，而钙组的却存在差异，可知吸光度下降程度的不同主要由线粒体肿胀引起。实验结果表明有氧运动可以降低线粒体肿胀程度，其原因可能在于线粒体ATP酶可以维持线粒体膜电化学梯度，而线粒体肿胀可源于膜电位的缺失。提高线粒体ATP酶活性可以稳定膜电位，从而在一定程度上降低线粒体肿胀。此外，线粒体Na⁺，K⁺-ATP酶活性增高可以增加钠排出，减少线粒体钠水潴留，降低线粒体肿胀。Na⁺，K⁺ -ATP酶除维持跨膜的电化学钠、钾离子梯度^[13]外，由于线粒体内膜上存在Na⁺/Ca ²⁺ 、Na⁺ /H⁺以及H⁺ /Ca ²⁺ 交换体^[14-15] ，其还可降低线粒体内游离钙浓度，减少线粒体钙超载。而钙超载是线粒体通透性转换孔开放最基础的刺激因子，减少钙超载可减少线粒体通透性转换孔的开放，从而降低线粒体肿胀程度。可见，有氧运动可以保护线粒体功能。线粒体的主要功能是为机体能量代谢提供ATP。钙在调控线粒体功能和ATP合成过程中起着重要的作用^[16] 。其中最基本的功能就是刺激氧化磷酸化。线粒体Ca ²⁺ -ATP酶可通过水解ATP主动将胞浆中的钙离子转运至线粒体，使线粒体游离钙[Ca ²⁺ ]m的升高，上调整个氧化磷酸化机制，加快呼吸链速率和增加ATP的合成，为有氧运动提供的大量能量。可见，有氧运动也可以提高线粒体功能。另外，Hardie等^[17]研究认为，阻断线粒体Ca ²⁺ -ATP酶活性可导致胞浆内钙离子浓度升高，从而激活磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶，增加糖酵解，并使得乳酸生成增加。线粒体Ca ²⁺ -ATP酶活性增高可延缓运动带来的疲劳。
然而，规律的有氧运动对骨骼肌线粒体的保护作用并非一蹴而就。Green等^[18]在研究有氧运动对骨骼肌肌膜和T管Na⁺，K⁺-ATP酶的影响中发现，经过6 d的有氧训练可以提高酶的含量和活性，而为期3 d的有氧运动却与对照组无显著性差异。在本实验中，虽然运动的方式有所不同，指标的选择也有一定差异，但也得到类似结果。本实验结果中，有氧运动2周组的Na⁺，K⁺-ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶活性以及线粒体肿胀程度与对照组相比，无显著性差异。而4周、6周组Na⁺，K⁺-ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶活性较对照组高，线粒体肿胀程度较对照组低。可见，有氧运动对线粒体ATP酶和肿胀程度的影响需要一定时间积累。此外，有氧运动6周组Na⁺，K⁺-ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶活性比4和2周组高，而4周组又比2周组高，即随着运动时间的延长，Na⁺，K⁺-ATP酶和Ca ²⁺ - ATP酶活性逐渐增高。在线粒体肿胀程度方面，虽然4和6周组较2周组低，但两组差异无显著性意义。可见，有氧运动可以降低线粒体肿胀的程度，但却很有限。
实验结果表明，有氧运动可以提高骨骼肌线粒体Na⁺，K⁺ -ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶活性，以及降低线粒体肿胀的程度。对保护和提高线粒体功能以及延缓运动带来的疲劳有一定的作用，然而此作用需要一定时间的积累。但是，再延长训练时间或者是增大训练强度对大鼠骨骼肌线粒体Na⁺，K⁺ -ATP酶、Ca ²⁺ -ATP酶的活性以及线粒体肿胀程度有何影响，将值得进一步研究探讨。

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有氧运动对大鼠骨骼肌线粒体Na⁺，K⁺ -ATP酶和Ca ²⁺ -ATP酶及线粒体肿胀的影响

Effects of aerobic exercise on the activity of mitochondrial Na⁺ , K⁺-ATPase, Ca ²⁺ -ATPase and mitochondrial swelling

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