金其貫,劉 霞,李淑艷,常永娜,李寧川

反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)對大鼠骨骼肌損傷和蛋白質(zhì)降解機(jī)制的影響

金其貫,劉 霞,李淑艷,常永娜,李寧川

目的:探討連續(xù)離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對骨骼肌中Calpain和Ubiquitin含量的影響及其與骨骼肌損傷之間的關(guān)系;方法:雄性SD大鼠29只隨機(jī)分為對照組、離心訓(xùn)練后即刻組、24 h組和7天組。訓(xùn)練組大鼠連續(xù)進(jìn)行7天的下坡跑運(yùn)動(dòng),分別在末次訓(xùn)練后即刻,24 h和第7天取股四頭肌,測定股四頭肌的超微結(jié)構(gòu)、血清LDH和CK活性以及骨骼肌中Calpain-1、Calpain-2和Ubiquitin含量;結(jié)果:1)7天離心訓(xùn)練后即刻和24 h,股四頭肌超微結(jié)構(gòu)的損傷性變化呈漸進(jìn)性加重,離心訓(xùn)練后24 h組出現(xiàn)明顯的肌絲壞死。訓(xùn)練后第7天仍不能完全恢復(fù)。血清CK和LDH活性的變化與大鼠股四頭肌超微結(jié)構(gòu)的變化相一致。2)與對照組相比,末次訓(xùn)練后即刻骨骼肌中Calpain-1、Calpain-2和Ubiquitin含量均顯著升高;訓(xùn)練后24 h,Calpain-1和Calpain-2含量進(jìn)一步升高,其中,Calpain-1顯著高于對照組和訓(xùn)練后24 h組,Calpain-2雖顯著高于對照組,但與訓(xùn)練后即刻組相比無顯著性差異;而Ubiquitin含量顯著低于訓(xùn)練后即刻組。訓(xùn)練后第7天,Calpain-1和Calpain-2含量顯著低于訓(xùn)練后24 h組,但仍然高于對照組;而Ubiquitin含量雖高于訓(xùn)練后24 h組和對照組,但無顯著性差異;結(jié)論:1)連續(xù)的離心運(yùn)動(dòng)可能對骨骼肌纖維的損傷產(chǎn)生一定的累加作用;2)短期連續(xù)的離心訓(xùn)練后,骨骼肌中Calpain和Ubiquitin的動(dòng)態(tài)變化幾乎與骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化相一致。離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練導(dǎo)致骨骼肌中Calpain和Ubiquitin含量的增加,可能是導(dǎo)致骨骼肌累積性損傷的重要機(jī)制。

離心運(yùn)動(dòng);骨骼肌;超微結(jié)構(gòu);肌肉損傷;Calpain;Ubiquitin;鼠;動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

隨著國內(nèi)外競技體育日趨激烈的競爭,對高水平運(yùn)動(dòng)員的體力、體能要求越來越高,大運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練已成為各運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目提高運(yùn)動(dòng)成績的重要手段。研究證實(shí),大運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練,尤其是離心運(yùn)動(dòng)或離心工作為主的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致骨骼肌延遲性損傷[1,2,4],引起運(yùn)動(dòng)能力下降,且由鈣依賴性蛋白酶(Calpain)和泛素(Ubiquitin)結(jié)合途徑參與的肌肉蛋白的水解對肌肉的結(jié)構(gòu)和功能變化均起到重要作用[5,7]。然而,反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)對骨骼肌損傷的影響及其Calpain和Ubiquitin的變化規(guī)律目前還不完全清楚。本研究以大鼠為研究對象,通過觀察連續(xù)離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練7天后即刻、1天和7天骨骼肌超微結(jié)構(gòu)、Calpain-1、Calpain-2、Ubiquitin含量以及血清CK和LDH活性的變化,探討反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)后骨骼肌損傷及其蛋白質(zhì)的降解機(jī)制,為進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)延遲性肌肉損傷的發(fā)生機(jī)理與防治方法提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。組織,剪碎,移入玻璃勻漿器,加入預(yù)冷的生理鹽水至總體積3 ml,在冰浴中用玻璃勻漿器仔細(xì)研磨,制備10%肌組織勻漿。將勻漿液低溫離心(4℃,3 500 rpm)10 min,取上清液-80℃保存,以備測定Calpain-1和Calpain-2以及Ubiquitin蛋白的含量。

1.4 主要指標(biāo)及其測試方法

肌組織透射電鏡切片的制作在我校測試中心進(jìn)行,儀器為荷蘭PHILIPS公司生產(chǎn)的Tecnai 12型透射電子顯微鏡。血清LDH和CK采用全自動(dòng)生化分析儀測試,試劑購自中生北控生物科技股份公司,儀器為日立7150型全自動(dòng)生化分析儀。肌組織中Calpain-1和Calpain-2以及Ubiquitin蛋白的含量采用ELISA方法測定,ELISA試劑盒購自上海希美生物科技有限公司(RD產(chǎn)品),測定儀器為美國生產(chǎn)的ELX800型酶標(biāo)儀;肌組織蛋白采用考馬氏亮蘭法測定,試劑盒購自南京建成生物研究所,測試儀器為日本產(chǎn)的UV-2450型分光光度計(jì)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù),結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(X ±SD)表示,統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用單因素方差分析和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),P≤0.05表示為顯著性差異,P≤0.01表示為極顯著性差異。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物分組

雄性SD大鼠29只,隨機(jī)分為對照組(n=7)、離心訓(xùn)練后(Eccentric training,ET)即刻(ET0,n=7)、24 h(ET24, n=8)和訓(xùn)練后7天組(ET7d,n=7)。所有大鼠實(shí)驗(yàn)前均未進(jìn)行過跑臺運(yùn)動(dòng)。動(dòng)物飼養(yǎng)室符合國家二級動(dòng)物飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),分籠飼養(yǎng),每籠5只,飼養(yǎng)籠選用塑料制品,并配用不銹鋼罩,玻璃吸水瓶和不繡鋼吸水管,墊料為消毒碎木屑,每1～2天更換1次。飼養(yǎng)溫度21℃～24℃,光照時(shí)間為12 h左右,國家標(biāo)準(zhǔn)固體混合飼料喂養(yǎng),自由飲食。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

對照組:不進(jìn)行任何形式的運(yùn)動(dòng)。

訓(xùn)練后即刻組(ET0):大鼠在在動(dòng)物跑臺上進(jìn)行下坡跑,速度16 m/min,坡度為-16°,運(yùn)動(dòng)100 min后休息10 min,再運(yùn)動(dòng)100 min,總運(yùn)動(dòng)時(shí)間為200 min。連續(xù)7天,每天1次。在末次訓(xùn)練后即刻取材。

訓(xùn)練后24 h組(ET24):訓(xùn)練方案同訓(xùn)練后即刻組,在末次訓(xùn)練后24 h取材。

訓(xùn)練后7天組(ET7d):訓(xùn)練方案同訓(xùn)練后即刻組,在末次訓(xùn)練后第7天取材。

1.3 取材

將大鼠用2%的戊巴比妥腹腔注射進(jìn)行麻醉,抽取靜脈血2 ml,靜置0.5 h后分離血清,并在3 h內(nèi)測定血清中乳酸脫氫酶(LDH)和肌酸激酶(CK)活性。同時(shí)在股四頭肌上取一小塊肌肉,迅速切成一塊米粒大小的組織塊,置于5%的戊二醛溶液中固定,以備制作電鏡切片;另取一塊股四頭肌迅速放入液氮中保存,然后準(zhǔn)確稱量0.3 g肌

2 結(jié)果

2.1 反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)后各組大鼠骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的變化

如圖1所示,對照組大鼠骨骼肌肌絲排列整齊,肌節(jié)結(jié)構(gòu)完整,肌漿網(wǎng)清晰可見;7天離心訓(xùn)練后即刻,大鼠股四頭肌的超微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為肌原纖維排列不規(guī)則,肌絲排列卷曲,肌Z線變細(xì),肌漿網(wǎng)增大、模糊。7天離心訓(xùn)練后24h組大鼠肌絲雜亂,斷裂溶解,無明顯完整的肌節(jié)結(jié)構(gòu),提示有肌絲壞死,在其附近線粒體大量增生,近圓形,水腫,在損傷的肌原纖維周圍肌漿網(wǎng)消失。離心訓(xùn)練后7天,大鼠股四頭肌的超微結(jié)構(gòu)雖然與訓(xùn)練后即刻組和訓(xùn)練后24 h組相比,有顯著改善,但是仍表現(xiàn)為肌原纖維排列不規(guī)則,肌節(jié)不完整,Z線變細(xì),肌絲卷曲,肌漿網(wǎng)腫脹等。

圖1 反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)后各組大鼠股四頭肌超微結(jié)構(gòu)變化圖Figure1 the changes of rat quadriceps ultrastructure in each group after repeated eccentric exercise

2.2 反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)后各組大鼠血清LDH和CK活性的變化

如表1所示,大鼠經(jīng)過連續(xù)7天的離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后即刻和24 h,血清LDH活性均顯著高于對照組,訓(xùn)練后第7天血清LDH活性雖然顯著低于訓(xùn)練后即刻組和訓(xùn)練后24 h組,但仍顯著高于對照組。與此同時(shí),大鼠經(jīng)過連續(xù)7天的離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后即刻和24 h,血清CK活性均顯著高于對照組,訓(xùn)練后第7天血清CK活性雖然顯著低于訓(xùn)練后即刻組和訓(xùn)練后24 h組,但仍顯著高于對照組。

表1 反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)后血清LDH和CK活性動(dòng)態(tài)變化一覽表Table 1 The Dynamic Changes of Serum LDHand CK Activity after Repeated Eccentric Exercise

2.3 反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)后各組大鼠肌組織中Calpain-1和Calpain-2以及Ubiquitin含量的變化

由表2所示,與對照組相比,末次訓(xùn)練后即刻骨骼肌中Calpain-1、Calpain-2和Ubiquitin含量均顯著升高;末次訓(xùn)練后24 h,Calpain-1和Calpain-2含量進(jìn)一步升高,其中, Calpain-1顯著高于對照組和訓(xùn)練后即刻組,Calpain-2雖顯著高于對照組,但與訓(xùn)練后即刻組相比無顯著性差異;而Ubiquitin含量顯著低于訓(xùn)練后即刻組。末次訓(xùn)練后第7天,Caipain-1和Calpain-2含量顯著低于訓(xùn)練后24 h組,但仍然高于對照組;而Ubiquitin含量雖高于訓(xùn)練后24 h組和對照組,但均無顯著性差異。

表2 反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)后各組大鼠肌組織中Calpain-1、Calpain-2和Ubiquitin含量變化一覽表Table 2 The Dynamic Changes of Calpain-1, Calpain-2 and Ubiquitin Content in Muscle after Repeated Eccentric Exercise

3 討論

3.1 反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)對大鼠骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的影響

在體育運(yùn)動(dòng)中,骨骼肌損傷多見于周期性運(yùn)動(dòng)的耐力項(xiàng)目,它是因反復(fù)運(yùn)動(dòng)所致的肌纖維損傷,并且易發(fā)于骨骼肌離心運(yùn)動(dòng)時(shí)相[4]。然而,連續(xù)性的離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與骨骼肌損傷之間的研究卻不多見,且研究結(jié)果也并不一致[1,2,4,6,8,9]。有研究發(fā)現(xiàn),向心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以增加離心運(yùn)動(dòng)所致的延遲性肌肉損傷的敏感性[8],而先前的離心訓(xùn)練對后續(xù)的損傷性運(yùn)動(dòng)引起的骨骼肌損傷具有一定的保護(hù)作用[6]。但是,有研究發(fā)現(xiàn),先前的向心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練并不能加劇離心運(yùn)動(dòng)所致的肌肉損傷,與向心訓(xùn)練相比,離心訓(xùn)練也不能緩和肌肉損傷的程度[9]。有學(xué)者讓大鼠進(jìn)行1次離心運(yùn)動(dòng)和1周的離心訓(xùn)練,比較了運(yùn)動(dòng)后即刻、運(yùn)動(dòng)后1～7天大鼠股四頭肌超微結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),連續(xù)7天同樣強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的破壞無積累現(xiàn)象,停止運(yùn)動(dòng)后7天基本恢復(fù)。與此同時(shí),他們進(jìn)行了人體試驗(yàn),讓大學(xué)生進(jìn)行1次離心運(yùn)動(dòng)和1周的離心訓(xùn)練,同樣比較了運(yùn)動(dòng)后即刻、運(yùn)動(dòng)后1～7天血清CK活性和Mb的含量以及肌肉酸痛的程度,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對照組相比,從1次離心運(yùn)動(dòng)后即刻開始血清CK和Mb含量均顯著升高,運(yùn)動(dòng)后第3天達(dá)峰值,運(yùn)動(dòng)后第7天恢復(fù)到安靜時(shí)水平。而1周運(yùn)動(dòng)組從末次訓(xùn)練結(jié)束,血清CK活性和Mb含量均顯著高于對照組,末次訓(xùn)練后第7天雖有恢復(fù),但仍顯著高于對照組。與此同時(shí),與1次運(yùn)動(dòng)組相比,在運(yùn)動(dòng)后1～7天,血清CK活性和Mb含量以及肌肉的酸痛程度均顯著升高(P≤0.05)[2]。由此可見,人體試驗(yàn)反映肌肉損傷的生化標(biāo)志物的變化和動(dòng)物試驗(yàn)中骨骼肌的超微結(jié)構(gòu)變化之間存在不一致的現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步研究連續(xù)離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的影響,本研究讓大鼠在跑臺上進(jìn)行連續(xù)7天的下坡跑訓(xùn)練,觀察了在末次訓(xùn)練即刻、24 h和訓(xùn)練后第7天大鼠股四頭肌的超微結(jié)構(gòu)以及血清LDH和CK活性的變化。結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),7天離心訓(xùn)練后即刻,大鼠股四頭肌的超微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為肌原纖維排列不規(guī)則,肌絲排列卷曲,Z線變細(xì),肌漿網(wǎng)增大、模糊。末次訓(xùn)練后24 h組大鼠肌絲雜亂,斷裂溶解,無明顯完整的肌節(jié)結(jié)構(gòu),提示有肌絲壞死,在其附近線粒體大量增生,近圓形,水腫,在損傷的肌原纖維周圍肌漿網(wǎng)消失。7天離心訓(xùn)練后第7天,大鼠股四頭肌的超微結(jié)構(gòu)雖然與訓(xùn)練后即刻組和訓(xùn)練后24 h組相比,有顯著改善,但是仍表現(xiàn)為肌原纖維排列不規(guī)則,肌節(jié)不完整, Z線變細(xì),肌絲卷曲,肌漿網(wǎng)腫脹等。另外,大鼠經(jīng)過連續(xù)7天的離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后即刻和24 h,血清LDH和CK活性均顯著高于對照組,訓(xùn)練后第7天血清LDH和CK活性雖然顯著低于訓(xùn)練后即刻組和訓(xùn)練后24 h組,但仍顯著高于對照組。由此可見,連續(xù)7天的離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后,大鼠股四頭肌發(fā)生了較為嚴(yán)重的損傷,末次訓(xùn)練后第7天肌肉的損傷仍不能完全恢復(fù)。血清CK和LDH活性的變化與大鼠股四頭肌超微結(jié)構(gòu)的變化相一致。從而說明,在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)大強(qiáng)度的離心運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致骨骼肌纖維的損傷產(chǎn)生一定的累加作用,骨骼肌對損傷并不能產(chǎn)生良好的適應(yīng),這與羅杰偉的結(jié)果相似[1]。

3.2 反復(fù)離心運(yùn)動(dòng)對大鼠骨骼肌Calpains和Ubiquitin含量的影響

蛋白質(zhì)是骨骼肌的基本組成成分。骨骼肌的收縮裝置是由一系列高度規(guī)則有序的特定蛋白質(zhì)構(gòu)成的。骨骼肌中的收縮蛋白和維持正常形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞骨架也是由特定形態(tài)和結(jié)構(gòu)的蛋白構(gòu)成的。大強(qiáng)度或不習(xí)慣的運(yùn)動(dòng),尤其是離心工作可導(dǎo)致細(xì)胞骨架破壞,收縮裝置中Z盤破壞,收縮蛋白損傷,并伴隨著血漿肌紅蛋白(Mb)、肌酸激酶(CK)水平上升,而運(yùn)動(dòng)后骨骼肌的這些損傷性變化可能與骨骼肌蛋白的降解有關(guān)。

研究表明,Calpain系統(tǒng)和Ubiquitin途徑可能是運(yùn)動(dòng)延遲性肌肉損傷中組織結(jié)構(gòu)破壞的重要機(jī)制[5,7]。體外實(shí)驗(yàn)證明,Calpain能從Z板處釋放α-肌動(dòng)蛋白和肌凝蛋白,這種依賴Calpain系統(tǒng)釋放肌動(dòng)蛋白和肌凝蛋白的過程的發(fā)生早于泛素對肌肉蛋白的水解作用[10]。μ-calpain(Calpain-1)和m-calpain(Calpain-2)在體外可水解多種骨骼肌骨架蛋白,因此,Calpain的激活被認(rèn)為啟動(dòng)了肌肉蛋白水解系統(tǒng),從而導(dǎo)致進(jìn)一步的肌肉結(jié)構(gòu)和功能改變以及肌肉損傷。而Calpains和Ubiquitin途徑在反復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的肌肉損傷過程中的變化規(guī)律尚未明了。最近有學(xué)者研究了重復(fù)離心運(yùn)動(dòng)對骨骼肌損傷以及Calpain-Calpastatin基因表達(dá)的影響。他們讓受試者進(jìn)行1組負(fù)重臺階試驗(yàn),觀察了在運(yùn)動(dòng)前、運(yùn)動(dòng)后3 h、24 h和運(yùn)動(dòng)后第3、5、7天骨骼肌中Calpain系統(tǒng)以及Calpastatin基因表達(dá)的情況。在第1次運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)后8周,再次重復(fù)同樣的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),第2次離心運(yùn)動(dòng)后肌肉最大隨意收縮力量的下降程度、肌肉酸痛程度以及血漿Mb、CK活性的升高幅度均比第1次運(yùn)動(dòng)后顯著降低;在2次運(yùn)動(dòng)后Calpain-1的基因表達(dá)均無顯著性變化,與運(yùn)動(dòng)前相比,Calpain-2的基因表達(dá)在第1次運(yùn)動(dòng)后24 h上升42%,而在第2次運(yùn)動(dòng)后24 h上升65%,且具有顯著性差異(P<0.05);而Calpain-3的基因表達(dá)在2次運(yùn)動(dòng)后隨著時(shí)間的延長表現(xiàn)為顯著性下調(diào)(P<0.01),但在2次運(yùn)動(dòng)后的相同時(shí)段無顯著性差異[12]。另外,又有學(xué)者研究了不同負(fù)荷長期跑臺運(yùn)動(dòng)對大鼠腓腸肌calpains和calpastatin mRNA及活性表達(dá)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對照組相比,μ-calpain和m-calpain的mRNA表達(dá)均無明顯改變,n-calpain mRNA表達(dá)在小負(fù)荷運(yùn)動(dòng)3周和大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)5周后下降。m-calpain活性在大負(fù)荷和小負(fù)荷運(yùn)動(dòng)3周和5周后顯著升高;μ-calpain活性在小負(fù)荷運(yùn)動(dòng)3周、5周和大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)3周、5周和7周后顯著下降。n-calpain活性運(yùn)動(dòng)后呈下降趨勢,但無顯著性差異。從而認(rèn)為,mcalpain與μ-calpain、n-calpain在運(yùn)動(dòng)后呈現(xiàn)不同的變化趨勢,調(diào)節(jié)機(jī)制不盡相同,升高的m-calpain活性在運(yùn)動(dòng)性肌肉損傷過程中可能起到重要作用,長時(shí)間重復(fù)性運(yùn)動(dòng)可使m-calpain對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生適應(yīng)。μ-calpain在長期跑臺運(yùn)動(dòng)后并未表現(xiàn)出明顯差異,n-calpain活性的下降及calpastatin活性的升高可能與肌肉損傷有關(guān)[3]。而有學(xué)者研究了對重復(fù)離心運(yùn)動(dòng)引起的肌肉損傷的細(xì)胞適應(yīng),他們讓受試者在相隔5.5周進(jìn)行了2次離心運(yùn)動(dòng),結(jié)果發(fā)現(xiàn),第2次離心運(yùn)動(dòng)后血清CK活性升高幅度顯著降低,骨骼肌Z線流只出現(xiàn)在第1次運(yùn)動(dòng)后,而2次運(yùn)動(dòng)后,骨骼肌中Calpain含量保持不變,但Ubiquitin結(jié)合蛋白含量顯著升高,且第2次離心運(yùn)動(dòng)后升高幅度更大。從而認(rèn)為骨骼肌對離心運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)主要表現(xiàn)在Ubiquitin途徑蛋白水解活性的增加和血清CK活性的減弱[11],造成這些研究結(jié)果的差異可能是由于實(shí)驗(yàn)方案的不同。

為了進(jìn)一步研究連續(xù)離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對骨骼肌中Calpain和Ubiquitin含量的影響及其與骨骼肌損傷之間的關(guān)系,本研究讓大鼠在跑臺上進(jìn)行了連續(xù)7天的下坡跑訓(xùn)練,在末次訓(xùn)練后即刻、24 h和第7天,測定了股四頭肌中Calpain-1、Calpain-2和Ubiquitin含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對照組相比,末次訓(xùn)練后即刻骨骼肌中Calpain-1、Calpain-2和Ubiquitin含量均顯著升高;末次訓(xùn)練后24h,Calpain-1和Calpain-2含量進(jìn)一步升高,其中,Calpain-1顯著高于對照組和訓(xùn)練后即刻組,Calpain-2雖顯著高于對照組,但與訓(xùn)練后即刻組相比無顯著性差異;而Ubiquitin含量顯著低于訓(xùn)練后即刻組。訓(xùn)練后第7天,Calpain-1和Calpain-2含量顯著低于訓(xùn)練后24 h組,但仍然高于對照組;而Ubiquitin含量雖高于訓(xùn)練后24 h組和對照組,但均無顯著性差異。而且它們的動(dòng)態(tài)變化幾乎與骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化相一致。從而說明,短期連續(xù)的離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能導(dǎo)致骨骼肌中Calpain和Ubiquitin含量的增加,這些變化可能是導(dǎo)致骨骼肌累積性損傷的重要機(jī)制。因此,在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的實(shí)際中,當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行大強(qiáng)度的離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí),特別是在訓(xùn)練的早期,應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)母深A(yù)措施,如采用鈣離子抑制劑、增加蛋白質(zhì)等,通過抑制骨骼肌中Calpain或Ubiquitin途徑減輕骨骼肌蛋白的降解,防止骨骼肌的累積性損傷,但其有效措施還有待于進(jìn)一步研究。研究[J].中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2003,22(2):138-142.

[3]王立靖,段立公,李旭坤,等.不同負(fù)荷長期跑臺運(yùn)動(dòng)對大鼠腓腸肌calpains和calpastatin mRNA及活性表達(dá)的影響[J].中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2008,27(5):579-583.

[4]張海平,高巖.維生素E對離心運(yùn)動(dòng)大鼠骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的影響[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13(7):1313-1316.

[5]趙洪玉,錢雯.泛素-蛋白酶體途徑與各種病理狀態(tài)下的骨骼肌代謝[J].中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2004,23(6):715-718.

[6]BALNAVE C D,THOMPSON M W.Effect of training on eccentric exercise-induced muscle damage[J].J Appl Physiol, 1993,75(4):1545-1551.

[7]BARTOLI M,RICHARD I.Calpains in muscle wasting[J].Int J Biochem Cell Bio,2005,37(10):2115-2133.

[8]GLEESON N,ESTON R,MARGINSON V,et al.Effects of prior concentric training on eccentric exercise induced muscle damage[J].Br J Sports Med,2003,37(2):119-125.

[9]NOSAKA K,NEWTON M.Concentric or eccentric training effect on eccentric exercise-induced muscle damage[J].Med Sci Sports Exe,2002,34(1):63-69.

[10]SAIDO T C,SORIMACHI H,SUZU KI K.Calpain:New perspective in molecular diversity and physiological pathological in volvement[J].FASEB J,1994,8(11):8814-8822.

[11]STUPKA N,TARNOPOLSKY M A,YARDLEY N J,et al. Cellular adaptaiion to repeated eccentric exercise-induced muscle damage[J].J Appl Physiol,2001,91(4):1669-1678.

[12]VISSING K,OVERGAARD K,NEDERGAARD A,et al. Effects of concentric and repeated eccentric exercise on muscle damage and calpain-calpastatin gene expression in human skeletal muscle[J].Eur J Appl Physiol,2008,103(3):323-332.

4 結(jié)論

1.在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)大強(qiáng)度的離心運(yùn)動(dòng)可能對骨骼肌纖維的損傷產(chǎn)生一定的累加作用,骨骼肌對損傷并不能產(chǎn)生良好的適應(yīng)。

2.短期連續(xù)的離心訓(xùn)練后的骨骼肌中,Calpain和Ubiquitin的動(dòng)態(tài)變化幾乎與骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化相一致。離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練導(dǎo)致骨骼肌中Calpain和Ubiquitin含量的增加,可能是導(dǎo)致骨骼肌累積性損傷的重要機(jī)制。

[1]羅吉偉,余斌,覃承訶,等.反復(fù)力竭運(yùn)動(dòng)后大鼠骨骼肌線粒體超微結(jié)構(gòu)改變及維生素E的保護(hù)作用[J].第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003,23(12):1326-1328.

[2]田野,馬鵬鵬,郭時(shí)杰,等.連續(xù)運(yùn)動(dòng)后延遲性肌肉損傷的適應(yīng)性

Effects of Repeated Eccentric Exercise on Skeletal Muscle Injury and the Mechanism of Proteolysis in Rat

J IN Qi-guan,LIU Xia,LI Shu-yan,CHANG Yong-na,LI Ning-chuan

Objective:To investigate the effects of continuous eccentric exercise training on Calpain and Ubiquitin content skeletal muscle and its relationship with skeletal muscle injury. Methods:29 male SD rats were randomly divided into control group,immediately post-training group(ET0),24h post-training group(ET24)and 7 days post-training group(ET7d).Training rats consecutive downhill running for 7 days.Quadriceps were taken immediately,24h and 7th day after the last bout of eccentric exercise respectively,the changes of ultrastructure,serum LDH and CK activity and Calpain-1,calpain-2,Ubiquitin concentrations were observed. Results:1)Ultrastructural changes of quadriceps injury showed gradual increase immediately and 24h at the last bout of eccentric exercise,the apparent necrosis of myofilament occurred at 24h post-training.It still not fully recovered at 7th day after training.The changes of serum CK and LDH activity had consistent with ultrastructural changes.2)Compared with the control group,Calpain-1,Calpain-2 and Ubiquitin levels in skeletal muscle were significantly increased immediately after the last training.At 24h post-training,Calpain-1 and Calpain-2 levels further increased,including Calpain-1 significantly higher than that in control group and ET0 group,Calpain-2 significantly higher than in control group,but there was no significant difference compared with ET0 group,while Ubiquitin content was significantly lower than that in ET0 group.At the 7th post-training,Caipain-1 and Calpain-2 were significantly lower than those in ET24 group,but still higher than control group.While Ubiquitin levels in ET7d group was higher than that in ET24 group and the control group,but there were no significant difference.Conclusion:1)Repeated eccentric exercise might produce a certain cumulative effect on skeletal muscle damage.2)The dynamic changes of Calpain and Ubiquitin content in skeletal muscle after short-term repeated eccentric training was almost consistent with the dynamic changes of skeletal muscle ultrastructure.Eccentric exercise training might result in the in-crease of Calpain and Ubiquitin levels in skeletal muscle,which might be an important mechanism about cumulative damage of skeletal muscle.

repeated eccentric exercise;skeletal muscle;ultrastructure;muscle injury;Calpain; Ubiquitin

G804.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1000-677X(2010)06-0076-05

2010-04-16;

2010-05-22

國家體育總局應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(IK0408208)。

金其貫(1965-),男,江蘇興化人,教授,博士,碩士研究生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生理和身體機(jī)能評定,Tel: (0514)87997009,E-mail:qgjin@yzu.edu.cn;劉霞(1972-),女,湖南臨澧人,副教授,博士,碩士研究生導(dǎo)師,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)能力提高的解剖、生理機(jī)制,Tel: (0514)87991082,E-mail:liuxia727@sohu.com;李淑艷(1978-),女,山東濰坊人,講師,碩士,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)解剖,Tel:(0514)87991082,E-mail:leeshuyan01@sina. com;常永娜(1983-),女,河南新鄉(xiāng)人,E-mail: chunzhang531@163.com;李寧川(1965-),男,江蘇鹽城人,教授,博士,碩士研究生導(dǎo)師,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物化學(xué),Tel:(0514)87997009,E-mail:linc@yzu.edu.cn。

揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院,江蘇揚(yáng)州225002 Yangzhou University,Yangzhou 225002,China.