負重跑訓練對老齡大鼠骨骼肌能量代謝和收縮特性的影響

楊惠玲 趙 喆 楊 霖 高前進

(石家莊學院體育系，河北 石家莊 050035)

有研究報道70歲以下的老年人群中有13%～24%患有肌肉衰減癥，而80歲以上的老年人中肌肉衰減則超過50%〔1，2〕。老年人肌肉功能可通過科學的抗阻力訓練得到改善，但目前抗阻力訓練對老年骨骼肌影響的研究大多是從組織形態學或生化角度進行觀察，而抗阻力訓練對老年人骨骼肌收縮特性影響的研究卻少有報道。因此本實驗通過測定負重跑訓練前后骨骼肌收縮特性的變化，以期闡明抗阻力訓練對老年人骨骼肌影響的機制。

1 材料與方法

1.1實驗分組 清潔級18月齡(相當于人年齡55～60歲〔3〕)雄性SD大鼠20只隨機分為安靜對照組(對照組)，負重跑訓練組(訓練組)，每組10只。大鼠購自河北醫科大學實驗動物中心，選用國家標準嚙齒類動物干飼料喂養，自由飲食，自然光照，室溫18℃～22℃，濕度40%～45%。

1.2運動方案 負重方案采用大鼠最大負重負荷的30%，在0℃坡度的跑臺上以15 m/min的速度跑2 min，間歇2 min為一組。每次訓練跑6組。隔天訓練，每周日休息，共訓練6 w。對照組無訓練，其他飼養條件同訓練組〔4〕。

1.3大鼠體重與肌肉濕重測量 6 w后戊巴比妥鈉麻醉大鼠(40 mg/kg體重)，分別稱量對照組和訓練組大鼠體重。取右側比目魚肌(SOL)和趾長伸肌(EDL)測量濕重后用于能量代謝產物的測量，左側比目魚肌和趾長伸肌用于離體收縮功能測量。心臟取血2 ml，3 000 r/min，4℃離心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)的測定〔5〕

1.4.1儀器和試劑 惠普1050型高效液相色譜儀，包括惠普1050系列自動進樣系統、四元梯度泵、DAD二極管陣列檢測器及HP3D化學工作站；日本Rikakikai公司Eyela FD凍干機；日本Ace公司nissei AM-6高速組織勻漿機；瑞士METTLER電子分析天平；美國Beckman公司J2-21型低溫超速離心機；日本三洋超低溫冰箱；ZIEGRA公司ZBE30-107制冰機。ATP、ADP和PCr等試劑均為分析純，美國Sigma公司出品；TBA、高壓液相級乙腈、NaH2P04、NaOH、HClO4等均為分析純(天津化學試劑二廠)。

1.4.2色譜條件 HC-C18柱(4.6 mm×250 mm)；流動相為濃度42%甲醇，流速1.0 ml/min；檢測波長254 mm；柱溫為室溫25℃，壓力約為21 000 Pa；檢測進樣量為5 μl。

1.4.3標本處理 從液氮中取出骨骼肌標本，置于凍干機中過夜凍干，然后做成凍干粉。把肌肉粉末倒入小試管中，編號，加蓋密封，置于-80℃低溫冰箱中保存。測定前準確稱取骨骼肌凍干粉60 mg左右，放入5 ml聚乙烯微離心管中，然后滴入預冷的濃度為0.4 mol/L的過氯酸2 ml，用預冷的電動高速勻漿機勻漿2 min，然后低溫離心10 min；吸取400 μl上清液放入另一試管中，加入2 mol/L的KHCO380 μl，然后再低溫離心10 min，取上清液200 μl保存于-80 ℃低溫冰箱中待分析。

1.5離體SDL和EDL生物力學功能測量〔6，7〕戊巴比妥鈉麻醉大鼠(40 mg/kg體重)，剪開大鼠皮膚取下SOL，用0號絲線將近心端肌腱結扎，用Krebs-Henseleit溶液洗凈肌肉表面血液，順肌纖維方向縱向剪下寬度約3 mm的全長肌肉條，然后水平置于容量為1 ml的肌槽中，近心端肌腱固定于等長張力傳感器(TB-651日本光電)上，遠心端則夾于肌槽的彈簧夾中。用27℃Krebs-Henseleit溶液按10 ml/min行非循環灌流。灌流液組成(mmol/L)：120.0氯化鈉(NaCl)，4.7氯化鉀(KCl)，1.2磷酸氫鈉(NaH2PO4)，1.2硫酸鎂(MgSO4)，2.5氯化鈣(CaCl2)，20.0碳酸氫鈉(NaHCO3)，10.0葡萄糖。溶液以95%O2和5%CO2的混合氣體充分氧合，使pH維持在7.4±0.20。采用鉑金絲場刺激，電刺激器(SEN-3301，日本光電)輸出脈寬20 ms、間隔20 ms與電壓為6 V的方波脈沖刺激。先平衡約20 min，然后以0.1 mm增量，逐步拉伸SOL至等長收縮張力為最大時的肌肉初長Lmax位置，平衡10 min，記錄肌肉長度與張力。SOL實驗完成后，EDL，按相同方法平衡，平衡時的刺激條件為脈寬10 ms、間隔20 s與電壓6 V的方波脈沖。強直收縮時，以脈寬20 ms 、間隔40 ms 與電壓為6 V的方波脈沖刺激45 s，使肌肉產生高頻強直收縮，記錄高頻強直收縮變化曲線。SOL試驗完成后，取按相同方法固定與平衡，采用脈寬5 ms、間隔10 ms與電壓為6 V的方波脈沖刺激45 s。10 min后，肌肉抗疲勞性測量使用低頻疲勞方案30 Hz，300 ms，每次刺激2 s,共5 min。為了更好比較肌肉抗疲勞特征，肌肉強直張力值被標準化，都用百分比表示，以初始測得的張力值為標準(100%)，所有刺激產生的張力除以初始張力值，乘以100%。刺激時間點，前60 s分別在8、16、24、32、40、48、56 s刺激，然后分別在第60、120、180、240、300 s刺激。實驗結束后，用濾紙吸干肌肉表面附著的水分并稱質量，再按文獻〔8〕公式計算每一肌肉的橫截面積(CSA)，張力數據用CSA作歸一化處理。

1.6統計學分析 采用SPSS10.0統計軟件進行單因素方差分析。

2 結 果

2.1負重跑訓練對大鼠體重與肌肉濕重的影響 喂養6 w后，對照組大鼠隨年齡增長體重出現明顯增加，由405.20 g增加到456.70 g。訓練組體重增加的更加明顯，與對照組及6 w前相比均顯著增加。負重跑訓練組SOL和EDL濕重增加，與對照組相比具有顯著差異(P<0.05)。見表1。

表1 負重跑訓練前后大鼠體重與肌肉濕重變化

2.2負重跑訓練對大鼠SOL、EDL能量代謝產物含量影響 6 w后訓練組SOL和EDL中PCr含量增加，與對照組相比有顯著差異(P<0.05)，ATP、ADP、Cr含量沒有顯著變化(P>0.05)。見表2。

表2 負重跑訓練對SOL、EDL能量代謝產物含量變化的影響

2.3負重跑訓練對大鼠SOL、EDL生物力學特性的影響 訓練組SOL最大收縮張力、最大強直收縮張力均增大，達到最大收縮張力時間縮短，從峰值張力舒張一半時間縮短，但只有舒張一半時間與對照組具有顯著性差異(P<0.05)。EDL訓練后最大收縮張力和最大強直收縮張力均增大，最大收縮張力時間縮短，且與對照組具有顯著性差異(P<0.05)。見表3。

表3 負重跑訓練對SOL、EDL收縮特性的影響

2.4負重跑訓練對大鼠SOL、EDL抗疲勞性影響 負重跑訓練對大鼠SOL抗疲勞性的影響主要發生在刺激的后4 min，在開始刺激的前1 min，對照組和訓練組張力分別降低到初始張力的(60±9.0)%和(71±10.2)%，但是在后4 min，對照組張力繼續降低，而負重訓練組肌張力沒有進一步降低，第5分鐘時對照組張力降到初始張力的(25±9.2)%，訓練組張力降到初始張力的(51±10)%(圖1)。負重跑訓練對EDL抗疲勞性有一定影響，但與對照組比較不具有顯著性差異(圖2)，5 min疲勞方案的刺激后，對照組張力降到初始張力的(61±9.8)%，訓練組張力降到初始張力的(70±9)%。在開始刺激后對照組和訓練組張力出現漸進性增加，這種增加持續到32 s，然后開始降低。120 s刺激后張力已經回落到初始張力水平(100%)。值得注意的是肌肉張力增加的幅度，對照組在第32秒時達到初始張力的(127±15)%，訓練組達到初始張力的(168±11)%，訓練組張力增加幅度比對照組大(P<0.05)。

與對照組比較：1)P<0.05,下圖同

圖2 兩組EDL抗疲勞性

3 討 論

眾多研究報道抗阻力訓練能夠降低老年人體脂肪含量，增加瘦體重，對總體重有較小或沒有影響〔9～11〕。但本研究結果與前人研究結果〔9～11〕不同，原因可能與“實驗對象年齡”有關，18月齡大鼠相當于人類55～60歲，而前人的研究選擇的老年人年齡在70歲左右，大鼠或者是人類在55歲之前隨年齡增長體重也自然增長，70歲以后隨著消化和肌肉功能的衰退，體重才隨年齡增長逐漸下降。本實驗負重訓練對瘦體重的影響與前人研究結果〔9～11〕是相同的，負重訓練使SOL和EDL重量顯著增加，體脂肪含量降低?？棺枇τ柧氃黾蛹∪庵亓康脑蚴怯捎诳棺枇τ柧毮艽碳ぜ∪獾鞍踪|合成、使肌肉肥大。目前，運動醫學界普遍接受的觀點是，老年人骨骼肌具有明顯的可訓練性，科學的運動，特別是規律的抗阻訓練可以維持和改善老年人骨骼肌力量素質，提高老年人健康水平和生活質量〔12〕。

負重訓練使大鼠體重和肌肉重量增加的同時，SOL和EDL的能量代謝產物含量也出現了增長，PCr含量顯著增加，其他各能量代謝產物含量沒有出現顯著性變化。Jubrias等〔13〕研究表明老齡骨骼肌是通過大的能量改變來適應運動訓練的。與本文的研究結果一致。

肌肉收縮特性研究使用離體SOL和EDL肌條30℃灌流方法，測量其單次收縮和強直收縮。本研究結果提示6 w的負重跑訓練使老年大鼠骨骼肌收縮特性均出現了良好的變化。但是，負重跑訓練對EDL影響更顯著，分析其原因可能是增齡引起的肌肉量減少主要是由于Ⅱ型肌纖維橫截面積減小，有研究證明ⅡA和ⅡB肌纖維橫截面積隨增齡降低15%～25%〔14〕，負重跑訓練屬于抗阻力訓練，能幫助保持和增大Ⅱ型肌纖維質量，正如很多研究認為抗阻力訓練促進肌肉肥大可通過以下機制：抗阻力訓練可以刺激細胞內結合水的增加、使細胞滲透壓升高，同時刺激蛋白質的合成，而蛋白質合成的增加則刺激了去脂體重的增加和肌肉力量的增長。

本實驗結果提示抗阻力訓練對慢肌影響并不顯著，但是由于能量系統活動發生了變化，所以肌漿網(SR)Ca2+泵的活動也發生了變化。Ca2+泵活動時所需ATP主要來自PCr，PCr增加可導致Ca2+泵活動增強。實驗采用的低頻刺激方案由重復的亞極量強度強直刺激組成。刺激導致的低頻疲勞使無機磷酸鹽和H+增加〔15〕，無機磷酸鹽和H+降低肌原纖維對Ca2+的敏感性，由此導致疲勞性的張力降低〔16〕。這種類型的疲勞方案導致的張力降低也是與肌肉的有氧供能能力相關的。高有氧供能能力的肌肉更具有抗疲勞性。30%最大負荷負重跑訓練后SOL抗疲勞性增強是與增加的有氧供能能力相關的，與Brannon等〔17〕報告的結果相一致，Brannon等〔17〕的研究證實負重訓練增加了慢縮的SOL有氧供能能力，而沒有增加快縮的股外側肌的有氧能力，說明了影響是有肌纖維類型依賴性的。

本實驗結果提示疲勞測試產生這種影響的機制是由于增加了PCr，而EDL是快肌對PCr非常敏感，PCr能增強快肌短時間爆發式用力的能力。綜上，負重跑訓練對老年大鼠骨骼肌具有良好的營養作用。

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