楊惠玲 趙 喆 楊 霖 高前進(jìn)

(石家莊學(xué)院體育系，河北 石家莊 050035)

有研究報(bào)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(xué)的抗阻力訓(xùn)練得到改善，但目前抗阻力訓(xùn)練對(duì)老年骨骼肌影響的研究大多是從組織形態(tài)學(xué)或生化角度進(jìn)行觀察，而抗阻力訓(xùn)練對(duì)老年人骨骼肌收縮特性影響的研究卻少有報(bào)道。因此本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定負(fù)重跑訓(xùn)練前后骨骼肌收縮特性的變化，以期闡明抗阻力訓(xùn)練對(duì)老年人骨骼肌影響的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)分組 清潔級(jí)18月齡(相當(dāng)于人年齡55～60歲〔3〕)雄性SD大鼠20只隨機(jī)分為安靜對(duì)照組(對(duì)照組)，負(fù)重跑訓(xùn)練組(訓(xùn)練組)，每組10只。大鼠購自河北醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，選用國家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物干飼料喂養(yǎng)，自由飲食，自然光照，室溫18℃～22℃，濕度40%～45%。

1.2運(yùn)動(dòng)方案 負(fù)重方案采用大鼠最大負(fù)重負(fù)荷的30%，在0℃坡度的跑臺(tái)上以15 m/min的速度跑2 min，間歇2 min為一組。每次訓(xùn)練跑6組。隔天訓(xùn)練，每周日休息，共訓(xùn)練6 w。對(duì)照組無訓(xùn)練，其他飼養(yǎng)條件同訓(xùn)練組〔4〕。

1.3大鼠體重與肌肉濕重測(cè)量 6 w后戊巴比妥鈉麻醉大鼠(40 mg/kg體重)，分別稱量對(duì)照組和訓(xùn)練組大鼠體重。取右側(cè)比目魚肌(SOL)和趾長(zhǎng)伸肌(EDL)測(cè)量濕重后用于能量代謝產(chǎn)物的測(cè)量，左側(cè)比目魚肌和趾長(zhǎng)伸肌用于離體收縮功能測(cè)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(cè)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(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)、四元梯度泵、DAD二極管陣列檢測(cè)器及HP3D化學(xué)工作站；日本Rikakikai公司Eyela FD凍干機(jī)；日本Ace公司nissei AM-6高速組織勻漿機(jī)；瑞士METTLER電子分析天平；美國Beckman公司J2-21型低溫超速離心機(jī)；日本三洋超低溫冰箱；ZIEGRA公司ZBE30-107制冰機(jī)。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(jí)乙腈、NaH2P04、NaOH、HClO4等均為分析純(天津化學(xué)試劑二廠)。

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

1.4.3標(biāo)本處理 從液氮中取出骨骼肌標(biāo)本，置于凍干機(jī)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(hào)，加蓋密封，置于-80℃低溫冰箱中保存。測(cè)定前準(zhǔn)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(yù)冷的濃度為0.4 mol/L的過氯酸2 ml，用預(yù)冷的電動(dòng)高速勻漿機(jī)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(xué)功能測(cè)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(hào)絲線將近心端肌腱結(jié)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(zhǎng)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(zhǎng)張力傳感器(TB-651日本光電)上，遠(yuǎn)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(huán)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(chǎng)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(zhǎng)收縮張力為最大時(shí)的肌肉初長(zhǎng)Lmax位置，平衡10 min，記錄肌肉長(zhǎng)度與張力。SOL實(shí)驗(yàn)完成后，EDL，按相同方法平衡，平衡時(shí)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(qiáng)直收縮時(shí)，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(chǎn)生高頻強(qiáng)直收縮，記錄高頻強(qiáng)直收縮變化曲線。SOL試驗(yàn)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(cè)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(qiáng)直張力值被標(biāo)準(zhǔn)化，都用百分比表示，以初始測(cè)得的張力值為標(biāo)準(zhǔn)(100%)，所有刺激產(chǎn)生的張力除以初始張力值，乘以100%。刺激時(shí)間點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用濾紙吸干肌肉表面附著的水分并稱質(zhì)量，再按文獻(xiàn)〔8〕公式計(jì)算每一肌肉的橫截面積(CSA)，張力數(shù)據(jù)用CSA作歸一化處理。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS10.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié) 果

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

表1 負(fù)重跑訓(xùn)練前后大鼠體重與肌肉濕重變化

2.2負(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)大鼠SOL、EDL能量代謝產(chǎn)物含量影響 6 w后訓(xùn)練組SOL和EDL中PCr含量增加，與對(duì)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(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)SOL、EDL能量代謝產(chǎn)物含量變化的影響

2.3負(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)大鼠SOL、EDL生物力學(xué)特性的影響 訓(xùn)練組SOL最大收縮張力、最大強(qiáng)直收縮張力均增大，達(dá)到最大收縮張力時(shí)間縮短，從峰值張力舒張一半時(shí)間縮短，但只有舒張一半時(shí)間與對(duì)照組具有顯著性差異(P<0.05)。EDL訓(xùn)練后最大收縮張力和最大強(qiáng)直收縮張力均增大，最大收縮張力時(shí)間縮短，且與對(duì)照組具有顯著性差異(P<0.05)。見表3。

表3 負(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)SOL、EDL收縮特性的影響

2.4負(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)大鼠SOL、EDL抗疲勞性影響 負(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)大鼠SOL抗疲勞性的影響主要發(fā)生在刺激的后4 min，在開始刺激的前1 min，對(duì)照組和訓(xùn)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(duì)照組張力繼續(xù)降低，而負(fù)重訓(xùn)練組肌張力沒有進(jìn)一步降低，第5分鐘時(shí)對(duì)照組張力降到初始張力的(25±9.2)%，訓(xùn)練組張力降到初始張力的(51±10)%(圖1)。負(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)EDL抗疲勞性有一定影響，但與對(duì)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(duì)照組張力降到初始張力的(61±9.8)%，訓(xùn)練組張力降到初始張力的(70±9)%。在開始刺激后對(duì)照組和訓(xùn)練組張力出現(xiàn)漸進(jìn)性增加，這種增加持續(xù)到32 s，然后開始降低。120 s刺激后張力已經(jīng)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(duì)照組在第32秒時(shí)達(dá)到初始張力的(127±15)%，訓(xùn)練組達(dá)到初始張力的(168±11)%，訓(xùn)練組張力增加幅度比對(duì)照組大(P<0.05)。

與對(duì)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(bào)道抗阻力訓(xùn)練能夠降低老年人體脂肪含量，增加瘦體重，對(duì)總體重有較小或沒有影響〔9～11〕。但本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果〔9～11〕不同，原因可能與“實(shí)驗(yàn)對(duì)象年齡”有關(guān)，18月齡大鼠相當(dāng)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(zhǎng)體重也自然增長(zhǎng)，70歲以后隨著消化和肌肉功能的衰退，體重才隨年齡增長(zhǎng)逐漸下降。本實(shí)驗(yàn)負(fù)重訓(xùn)練對(duì)瘦體重的影響與前人研究結(jié)果〔9～11〕是相同的，負(fù)重訓(xùn)練使SOL和EDL重量顯著增加，體脂肪含量降低。抗阻力訓(xùn)練增加肌肉重量的原因是由于抗阻力訓(xùn)練能刺激肌肉蛋白質(zhì)合成、使肌肉肥大。目前，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)界普遍接受的觀點(diǎn)是，老年人骨骼肌具有明顯的可訓(xùn)練性，科學(xué)的運(yùn)動(dòng)，特別是規(guī)律的抗阻訓(xùn)練可以維持和改善老年人骨骼肌力量素質(zhì)，提高老年人健康水平和生活質(zhì)量〔12〕。

負(fù)重訓(xùn)練使大鼠體重和肌肉重量增加的同時(shí)，SOL和EDL的能量代謝產(chǎn)物含量也出現(xiàn)了增長(zhǎng)，PCr含量顯著增加，其他各能量代謝產(chǎn)物含量沒有出現(xiàn)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(yīng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的。與本文的研究結(jié)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(cè)量其單次收縮和強(qiáng)直收縮。本研究結(jié)果提示6 w的負(fù)重跑訓(xùn)練使老年大鼠骨骼肌收縮特性均出現(xiàn)了良好的變化。但是，負(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)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(fù)重跑訓(xùn)練屬于抗阻力訓(xùn)練，能幫助保持和增大Ⅱ型肌纖維質(zhì)量，正如很多研究認(rèn)為抗阻力訓(xùn)練促進(jìn)肌肉肥大可通過以下機(jī)制：抗阻力訓(xùn)練可以刺激細(xì)胞內(nèi)結(jié)合水的增加、使細(xì)胞滲透壓升高，同時(shí)刺激蛋白質(zhì)的合成，而蛋白質(zhì)合成的增加則刺激了去脂體重的增加和肌肉力量的增長(zhǎng)。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示抗阻力訓(xùn)練對(duì)慢肌影響并不顯著，但是由于能量系統(tǒng)活動(dòng)發(fā)生了變化，所以肌漿網(wǎng)(SR)Ca2+泵的活動(dòng)也發(fā)生了變化。Ca2+泵活動(dòng)時(shí)所需ATP主要來自PCr，PCr增加可導(dǎo)致Ca2+泵活動(dòng)增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)采用的低頻刺激方案由重復(fù)的亞極量強(qiáng)度強(qiáng)直刺激組成。刺激導(dǎo)致的低頻疲勞使無機(jī)磷酸鹽和H+增加〔15〕，無機(jī)磷酸鹽和H+降低肌原纖維對(duì)Ca2+的敏感性，由此導(dǎo)致疲勞性的張力降低〔16〕。這種類型的疲勞方案導(dǎo)致的張力降低也是與肌肉的有氧供能能力相關(guān)的。高有氧供能能力的肌肉更具有抗疲勞性。30%最大負(fù)荷負(fù)重跑訓(xùn)練后SOL抗疲勞性增強(qiáng)是與增加的有氧供能能力相關(guān)的，與Brannon等〔17〕報(bào)告的結(jié)果相一致，Brannon等〔17〕的研究證實(shí)負(fù)重訓(xùn)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(cè)肌的有氧能力，說明了影響是有肌纖維類型依賴性的。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示疲勞測(cè)試產(chǎn)生這種影響的機(jī)制是由于增加了PCr，而EDL是快肌對(duì)PCr非常敏感，PCr能增強(qiáng)快肌短時(shí)間爆發(fā)式用力的能力。綜上，負(fù)重跑訓(xùn)練對(duì)老年大鼠骨骼肌具有良好的營(yíng)養(yǎng)作用。

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