雷志軍，鄭 瀾，凡 婷，陳伊琳，林麗容

心臟結構和功能的增齡改變是心臟病發(fā)生的主要危險因素，這類疾病已嚴重影響中老年人群的健康和生存質量。衰老的自由基學說認為，自由基是導致機體衰老的主要原因，并可導致與衰老相關疾病的發(fā)生[1]。已有研究表明，適宜的運動能提高機體內源性抗氧化酶活性，延緩衰老[2,3]。線粒體是ATP和自由基生成的主要場所，線粒體形態(tài)結構的改變是其功能改變的可見形式，對線粒體形態(tài)學的研究能彌補酶的生化測定的不足[4]。本研究探討規(guī)律有氧運動對老齡大鼠心肌抗氧化酶活性和線粒體超微結構的影響，旨在說明有氧運動對心臟自然衰老過程中心肌增齡改變的影響。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗對象及分組

健康雌性18月齡Sprague-Dawley大鼠30只，體重460.5g±59.3g(由南華大學醫(yī)學院實驗動物學部提供)，隨機分為2組：老齡運動組和老齡對照組，每組15只；另安排一組3月齡Sprague-Dawley大鼠為年青對照組(取材時臨時購進)，體重約為180.4 g±46.5 g，共10只。國家標準嚙齒類動物飼料喂養(yǎng)，自由進食、進水，室溫23℃±2℃，相對濕度55%±5%，自然光照。所有動物在實驗前均未進行過跑臺運動。

1.2 訓練方案

大鼠經適應性運動后，采用遞增負荷跑臺運動，起始速度為15m/min，時間為15min，以后按照先增加運動時間再增加運動強度的原則依次進行遞增，運動時間增加幅度為5min，跑速增加幅度為1m/min，每一負荷持續(xù)時間為一周，每周訓練6次，最后兩周運動負荷維持不變，直至本實驗結束。每天下午4點30開始運動，星期天休息。

1.3 取材和指標的測定

訓練結束后12h內，實驗大鼠用1%戊巴比妥鈉按50mg/Kg深度麻醉，暴露胸腔，迅速取出心臟，浸入4℃生理鹽水中洗凈殘余血液，剔除心包和心外膜，用小剪刀剪碎，置液氮中貯存?zhèn)溆?。每組隨機抽取三只實驗大鼠，在心尖部取一小份心肌組織(1mm左右)，置于2.5%戊二醛磷酸緩沖液，用于制備電鏡檢測標本。

1.3.1生化指標測定心肌組織塊常溫解凍，濾紙拭干，取心肌組織(0.2g～1g)濾紙吸干，加入液氮碾磨成白色粉末，用0.86%冷生理鹽水，制備成10%心肌組織勻漿液，震蕩混勻。以2 500r/min速度4℃離心10min，取上清液分別用于丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX-Px) 的測定。MDA、SOD、CAT 和GPX-Px酶試劑盒均由南京建成生物工程研究所提供，嚴格按試劑盒要求進行操作。

1.3.2電鏡標本制取取出的心肌組織用2.5%戊二醛磷酸緩沖液預固定，0.1mol/L磷酸緩沖液漂洗三次，1%鋨酸緩沖液后固定，0.1mol/L磷酸緩沖液漂洗三次，丙酮逐級梯度脫水，環(huán)氧樹脂(Epon) 812包埋，半薄切片光學定位，然后制成超薄切片，醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛雙染色。用日立(HITACHI)H-7500透射電子顯微鏡20 000倍下觀察，德國奧林巴斯CCD系統(tǒng)拍照。

1.4 數(shù)據統(tǒng)計

2 實驗結果

2.1 運動對實驗大鼠心肌抗氧化酶活性的影響

老齡運動組大鼠較老齡安靜組大鼠心肌SOD、GSH-Px活性顯著增加(P<0.05)，老齡對照組大鼠心肌SOD、GSH-Px活性較年青對照組大鼠顯著下降(P<0.01)；老齡對照組大鼠CAT較年青對照組大鼠存在顯著降低(P<0.05)，老齡運動大鼠與老齡對照大鼠CAT活性無顯著性差異(見表1)。

表1 實驗大鼠心肌組織氧化抗氧化能力測試結果

注：與年青對照組大鼠比較，“*”表示P<0.05；“**”表示P<0.01；與老齡對照組大鼠比較，“#”表示P<0.05；“##”表示P<0.01。

2.2 運動對實驗大鼠心肌MDA含量的影響

老齡運動組大鼠較老齡對照組大鼠MDA含量顯著下降(P<0.05)，老齡對照組大鼠較年青對照組大鼠MDA含量顯著下降(P<0.01)(見表1)。

2.3 運動對實驗大鼠心肌線粒體形態(tài)學觀察結果

年青對照組大鼠心肌線粒體排列有序，線粒體完整性好，未見空泡或腫脹(見圖1A)；老齡對照組大鼠心肌線粒體出現(xiàn)內室腫脹，表現(xiàn)為不同程度的空化，部分出現(xiàn)灶性空化，嵴減少，形成較寬的電子透亮區(qū)，個別線粒體因高度腫脹出現(xiàn)界膜破裂、線粒體崩解(見圖1B)；老齡運動組大鼠心肌線粒體少數(shù)出現(xiàn)較小內室腫脹，但未見界膜破損(見圖1C)。

A：年青對照組大鼠心肌線粒體排列有序，線粒體膜完整(20 000)；B：老齡對照組大鼠心肌線粒體內室有不同程度空化，膜可見破裂(20 000)；C：老齡運動組大鼠心肌線粒體內室有較小腫脹，膜未見破裂(20 000)

圖1大鼠心肌組織線粒體超微結構的變化

3 分析與討論

心臟主要通過有氧代謝供能，是機體中耗氧率最高的器官之一。心肌線粒體氧化供能的同時也釋放出自由基，構成線粒體電子傳遞鏈中必須的中間環(huán)節(jié)。SOD是機體主要的抗氧化酶。本研究發(fā)現(xiàn)，老齡運動大鼠心肌中SOD較老齡不運動大鼠的顯著提高，表明在有規(guī)律的有氧運動刺激下，機體自由基含量增多，誘導性地增加了心肌中SOD的活性。SOD活性增強不僅有利于機體及時清除O2·-，避免O2·-對細胞膜的損傷或者透過細胞膜上的陰離子通道，對細胞核也能造成進一步的損害[5]。CAT和GSH-Px同為清除H2O2的酶，老齡運動組大鼠心肌GSH-Px活性增強，而CAT沒有統(tǒng)計學意義的改變，表明運動中心肌H2O2的清除主要由GSH-Px發(fā)揮抗氧化作用，這可能是因為在正常大氣壓氧下GSH-Px的活性最高，比SOD高1 478倍，比CAT高36倍，與這兩種酶的生物活性有關[6]。MDA含量出現(xiàn)隨齡增多的趨勢，表明機體脂質過氧化加重。運動組老齡大鼠相比安靜組老齡大鼠心肌MDA含量下降，說明規(guī)律的有氧運動能有效降低心肌脂質過氧化程度。

線粒體是細胞內氧化、儲能和供能的主要場所，同時也是細胞內自由基產生的主要場所，其產生的ROS占機體ROS總量的90%以上[7]。線粒體結構的完整是其功能正常發(fā)揮的保障，線粒體超微結構的改變，如腫脹、脊斷裂和空泡化等，可引起線粒體能量代謝失衡，ATP酶活性發(fā)生改變，鈣離子穩(wěn)態(tài)失調等系列功能的變化[8]。線粒體腫脹通常被看作是細胞損傷或老化的表現(xiàn)，而線粒體崩解則是細胞衰老變化的重要標志[4]。運動時機體耗能大幅增加是導致其超微結構改變的重要原因[10]。本研究結果顯示，老齡大鼠與年青大鼠相比，心肌線粒體膜破損，線粒體嵴減少、斷裂，而規(guī)律的有氧運動能使線粒體隨增齡的超微結構改變得到改善。線粒體膜和嵴的完整性能提高能量轉換的效益，保持線粒體呼吸鏈的通暢，避免因呼吸鏈活性受阻引起ROS生成進一步增多和積聚，從而引起線粒體內膜氧化損傷，降低膜流動性、導致膜脂質降解等。本實驗中運動組老齡大鼠心肌線粒體較不運動對照組老齡大鼠完整性好、損傷程度低，這可能是長期有氧運動提高心肌抗氧化酶活性，減少ROS對線粒體膜的損傷，是適宜運動延緩心肌衰老的表現(xiàn)之一。

4 結論

(1)長期有規(guī)律地進行有氧運動，能提高老齡大鼠心肌抗氧化酶活性，降低老齡運動組大鼠心肌MDA含量，保護心肌組織因衰老而導致的自由基的損害，延緩心肌衰老。

(2)長期有規(guī)律地進行有氧運動，能改善老齡大鼠心肌線粒體結構，保護線粒體膜和嵴的完整性，延緩心肌線粒體因衰老而導致的退行性變化。

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