孫華偉,廖肇福，賴炳林，李艷梅，沈曉濤，鄭馨，

(暨南大學再生醫(yī)學教育部重點實驗室科技部及廣東省國際科技合作基地(暨南大學)暨南大學發(fā)育與再生生物學系，廣州 510632)

跑臺運動對高齡大鼠運動機能的改善作用

孫華偉,廖肇福，賴炳林，李艷梅，沈曉濤，鄭馨，

馮珊珊，齊緒峰，蔡冬青*

(暨南大學再生醫(yī)學教育部重點實驗室科技部及廣東省國際科技合作基地(暨南大學)暨南大學發(fā)育與再生生物學系，廣州 510632)

目的 探討大鼠運動機能隨增齡的變化規(guī)律，以及運動對高齡大鼠運動機能的改善作用。方法 對26月齡、8月齡和2月齡SD大鼠進行為期2周的中等強度跑臺運動干預，測定大鼠運動前后前肢拉力、耐力、軀體向上活動能力及極限速度4個機能指標，進行對比分析。結果 ①26月齡大鼠組的前肢拉力、耐力、軀體向上活動能力、極限速度均顯著低于8月齡組和2月齡組，且后3個指標呈現(xiàn)增齡性下降；②26月齡和8月齡組的前肢拉力運動后高于運動前，8月齡組和2月齡組的軀體向上活動能力運動后高于運動前；③運動干預前后4項指標的運動機能總評分進行比較，26月齡組運動后顯著高于運動前。結論 大鼠的前肢拉力、耐力、軀體向上活動能力及極限速度等4項運動機能指標呈增齡性下降，可作為大鼠運動機能的衰老指標。中等強度的跑臺運動能顯著改善高齡大鼠總運動機能的下降。

衰老；運動機能；跑臺運動訓練；大鼠

運動機能是衡量人體健康狀況的指標之一，可以通過測定移動、耐力、力量等來評價[1]。研究表明：拉力和步行速度等運動機能的下降與未來發(fā)生骨折機率的升高及認知能力的減退相關[2-4]。運動機能的下降是衰老引起人類機能與生活質量下降的主要表現(xiàn)之一，也是與衰老相關病理改變發(fā)生原因之一[5]。因此，建立與人類相對應的衰老動物模型的運動機能評價指標，對深入探討改善運動機能能否有效地改善衰老引起的病變具有重要意義。運動干預是現(xiàn)階段配合臨床術后恢復和延緩衰老的重要手段之一，運動干預在改善及緩解疾病，評價運動功能機體障礙發(fā)揮著重要作用[6-8]，以運動干預為手段的基礎研究及動物運動性模型的建立越來越多[9]，所以，以運動為輔助手段的研究對解決臨床上一些疾病的術后恢復和延緩衰老有重要意義。

最近有研究提示，小鼠的前肢牽拉力、耐力、軀體向上活動能力及極限速度4項運動機能指標與人類相應的機能指標具有極高的相似性[10]，但是上述指標在大鼠中是否存在隨增齡的衰老變化，及運動對該4個運動機能指標的影響，目前均未見報道。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

SPF級雌性2月齡(190～200 g)、8月齡(350 ～400 g)和26月齡(450～500 g)SD大鼠各15只，由廣東省醫(yī)學實驗動物中心提供【SCXK(粵)2013-0002】，飼養(yǎng)期間給予嚙齒類動物標準顆粒飼料(由暨南大學實驗動物中心提供)及自由飲水，晝夜明暗周期12 h/12 h，恒定濕度，室溫(23±2)℃。實驗大鼠飼養(yǎng)及組織取材均于暨南大學實驗動物中心屏障環(huán)境內【SYXK(粵)2012-0117】進行。動物的處置嚴格按照中華人民共和國科學技術部2006年頒布的《關于善待實驗動物的指導性意見》標準，并得到了暨南大學動物實驗倫理委員會的批準(批準號為20140509184949)。

1.2 儀器

大鼠的前肢拉力測定器、軀體向上活動能力測定器、極限速度測定器和耐力測定器按參考文獻研制[10]。 WA.115-9A生理-藥理電子刺激儀，購自北京卓川電子科技有限公司。ZH-PT計算機控制六跑道小動物跑臺，購自淮北正華生物儀器設備有限公司。

1.3 實驗分組

將45只SPF級雌性SD大鼠根據(jù)大鼠月齡的不同分為3組：2月齡組15只，8月齡組15只和26月齡組15只。

1.4 實驗方法

1.4.1 前肢拉力的測定

將大鼠懸掛在拉力桿上，大鼠前肢抓住拉力桿后，提起大鼠尾巴至身體水平懸空，讀取拉力計上的最大讀數(shù)。大鼠抓住拉力桿后會用力拉桿為有效數(shù)據(jù)。每只大鼠測5次，每次間隔3 min，以5次結果的平均值為評定結果。

1.4.2 軀體向上活動能力測定

大鼠在測定桶內的垂直站立次數(shù)可以反映大鼠的活動能力。將大鼠放置于測定桶內，大鼠前肢爬到桶壁上垂直站立或者整個身體伸直，計為垂直站立。記錄大鼠3 min內的垂直站立次數(shù)，每只大鼠測量3次，每次間隔3 min，取3次結果的平均值為評定結果。

1.4.3 耐力測定

將大鼠懸于耐力測定器的抓桿上方，讓大鼠前肢抓住抓桿，使大鼠通過前肢支撐懸掛于抓桿上，記錄大鼠從懸掛開始到掉落的時間。每只大鼠測5次，每次間隔3 min，以3次結果的平均值為評定結果。

1.4.4 極限速度測定

將大鼠放入測定器的暗箱里1 min后將大鼠拿出放在暗箱前端的跑道起點，利用電刺激儀刺激大鼠，大鼠以最大速度跑入暗箱中，記錄大鼠從起點到進入暗箱的時間。每只大鼠測量5次，每次間隔5 min，取5次結果的平均值為評定結果。

為了排除大鼠體重對4項指標的影響，均使用測定值對同一個體體重的比值。4項指標于運動干預前后各測定1次。

1.4.5 運動干預方案

按照以下中等強度[11-12]運動訓練方案訓練大鼠。見表1。

表1 大鼠跑臺運動訓練方案(m/min×min)

圖1 各項運動機能指標與大鼠體重的相關性分析Fig.1 Correlative analysis between the body weight and motor function indexes of the rats.

1.4.6 機能評分

機能評分參照已經(jīng)報道的方法[13]，大鼠的每項指標評分為：1-(指標最小值/大鼠指標)，即使用如下公式(1)進行計算：

(1)

其中，worst performance：大鼠每項指標中的最小值；current performance：大鼠運動機能指標。總機能評分=4項機能指標評分的平均值。

1.4.7 統(tǒng)計方法

2 結果

2.1 大鼠各項運動機能指標與大鼠體重之間呈現(xiàn)相關性

為了觀察體重對四個運動機能指標的影響，分析了大鼠體重與前肢拉力、耐力、軀體向上活動能力、極限速度的相關性。結果如圖1顯示：大鼠體重與前肢拉力呈正相關,Pearson相關系數(shù)為0.783，P<0.01；大鼠體重與耐力呈負相關，Pearson相關系數(shù)為-0.811，P<0.01；大鼠體重與軀體向上活動能力呈負相關，Pearson相關系數(shù)為-0.759，P<0.01；大鼠體重與極限速度呈負相關，Pearson相關系數(shù)為-0.840，P<0.01。結果提示：體重對4項指標均有影響，故本研究采用機能指標對體重的比值，以排除體重的影響。

2.2 大鼠運動機能指標值隨增齡而下降

26月齡、8月齡和2月齡大鼠的運動機體機能指標結果如圖2顯示：26月齡大鼠組的前肢拉力明顯低于8月齡組和2月齡組(P<0.05)，8月齡大鼠的拉力略低于2月齡大鼠的前肢拉力(P>0.05)。26月齡大鼠組的耐力顯著低于8月齡組和2月齡組(P<0.05)，8月齡大鼠組的耐力顯著低于2月齡組(P<0.05)。 26月齡大鼠組的軀體向上活動能力顯著低于8月齡組和2月齡組(P<0.05)，8月齡大鼠組的軀體向上活動能力顯著低于2月齡組(P<0.05)。26月齡大鼠組的極限速度顯著低于8月齡組和2月齡組(P<0.05)，8月齡大鼠極限速度顯著低于2月齡大鼠組(P<0.05)。上述結果提示：隨著年齡的增長，大鼠的前肢拉力、耐力、軀體向上活動能力、極限速度呈現(xiàn)下降趨勢，衰老使上述運動機能指標隨增齡而下降。

2.3 跑臺運動能顯著改善大鼠因增齡引起的前肢拉力下降

為了研究運動是否能改善隨增齡引起的機能指標下降，對上述年齡組的相同個體進行為期2周的中等強度跑臺運動干預，然后對其前肢拉力、耐力、軀體向上活動能力和極限速度進行測定，結果如圖3顯示：26月齡組和8月齡組的前肢拉力值運動后顯著增高(P<0.05)，2月齡組運動前后其前肢拉力的差異無顯著性(P>0.05)。26月齡組運動前后其軀體向上活動能力的差異無顯著性(P>0.05)，而8月齡組和2月齡組的軀體向上活動能力運動后顯著增(P<0.05)。26月齡組，8月齡組和2月齡組運動前后其耐力值和極限速度的差異無顯著性(P>0.05)。上述結果提示：跑臺訓練能有效改善高齡大鼠因增齡引起的前肢拉力下降，而其他指標改善效果不明顯。

2.4 各年齡段大鼠運動機能評分比較

4項運動機能指標綜合評分結果如圖4顯示：26月齡組運動后的機能總評分顯著高于運動前(P<0.05)，而8月齡組和2月齡組的運動后機能總評分雖然高于運動前，但差異無顯著性(P>0.05)。提示：大鼠的運動總機能呈現(xiàn)隨增齡而下降，中等強度的跑臺運動干預能顯著性改善年老組(26月齡)的運動機能。

圖2 大鼠運動機能指標隨增齡的變化Fig.2 Age-related changes of the motor function indexes of rats.

圖3 跑臺訓練前后大鼠各項運動機能指標Fig.3 Comparison of the motor function indexes before and after treadmill training

圖4 運動前后大鼠運動機能評分Fig.4 Comparison of the total motor function scores of the rats

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，大鼠的前肢拉力值與體重之間呈正相關，耐力值與體重成負相關，軀體向上活動能力值與體重呈負相關，極限速度值與體重呈負相關。提示：大鼠的上述機體機能指標值和體重具有相關性，因此，對上述4個指標進行對比分析時，應該排除體重的影響。

前期研究已證明： 4月齡以下的大鼠代表年青，12月齡代表中年，24月齡代表老年[14]。本研究分別使用2月齡、8月齡和26月齡大鼠代表年青、中年和老年，對前肢拉力、耐力、軀體向上活動能力和極限速度4個運動機能指標進行比較分析，發(fā)現(xiàn)：隨著年齡的增長，大鼠的上述4個機能指標均呈下降趨勢。而Justice等[10]分別在小鼠和人中對該4個指標的隨增齡變化進行對比分析，發(fā)現(xiàn)小鼠的變化與人的變化趨勢相一致，提示：使用小鼠作為模型，對上述四個指標隨增齡改變的觀察結果，同樣反映人的情況。本研究使用大鼠模型，對該四個指標隨增齡改變的觀察結果，結合Justice在小鼠的發(fā)現(xiàn)均提示：以大、小鼠為模型對上述四個指標的研究數(shù)據(jù)和結果也同樣適應于人類。

目前，國內外對運動干預與機體疾病的相關研究越來越多，運動干預的方式主要為跑臺訓練和游泳訓練，極少數(shù)采用轉輪法、曠野法及爬繩實驗[9]。有研究指出，跑臺運動訓練能夠防止蛋白同化激素引起的大鼠心肌機械功能障礙[11]，配合胰島素治療可以抑制大鼠糖尿病性神經(jīng)以及坐骨神經(jīng)疼痛[15]；同時，中等強度的游泳運動訓練能夠緩解衰老引起的大鼠心臟炎癥，心肌肥大以及心臟纖維化[16]；游泳訓練還能夠改善IR大鼠胰島素敏感性,可能與降低IR大鼠IL-1β的表達有關[17]等。這些研究表明有效的運動干預能夠明顯改善機體病變和緩解部分因衰老引起的癥狀。本研究采用中等強度的跑臺運動訓練，對不同年齡段的大鼠進行運動機能的研究，最后揭示：對大鼠進行為期2周的中等強度的跑臺運動干預，能顯著改善高齡大鼠因衰老引起的的運動機能下降。但是，2周的跑臺訓練并沒有明顯提高8月齡和12月齡大鼠的運動機能，其可能的原因是：1)4月齡和12月齡大鼠運動機能處于較高水平，可改善提高的空間較?。?)為期2周的跑臺訓練的時間過短，大鼠的運動機能并未得到充分提高。

因此，本研究結果證明：大鼠的前肢拉力、耐力、軀體向上活動能力及極限速度等4項運動機能指標呈增齡性下降，可作為大鼠運動機能的衰老指標。中等強度的跑臺運動能顯著改善高齡大鼠總運動機能的下降。同時本研究的結果也提示：1)本文的運動方案能有效改善隨增齡引起的運動機能下降，從而有效延緩衰老導致的機體運動機能下降；2)可以使用該四個運動機能指標在大鼠建模，去研發(fā)有效改善運動機能退行性衰老改變的各種運動處方、飲食和藥物干預配方。由于所觀察的四個機能指標與人類的改變具有相似性，因此，本研究結果也提示：1)中等強度的跑臺訓練可能對改善衰老引起的人體運動機能的下降有一定作用；2)使用大鼠作為模型，去研發(fā)有效改善運動機能退行性衰老改變的各種運動處方、飲食和藥物干預配方，其結果也可能適用于人類。

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Treadmill training improves the age-related decrease of rat motor function

SUN Hua-wei, LIAO Zhao-fu, LAI Bing-lin, LI Yan-mei, SHEN Xiao-tao，ZHENG Xin, FENG Shan-shan, QI Xu-feng, CAI Dong-qing*

(Key Laboratory of Regenerative Medicine (JNU-CUHK), Ministry of Education, Jinan University,Guangzhou 510632, China；International Base of Collaboration for Science and Technology,The ministry of Science and Technology & Guangdong Province, Jinan University, Guangzhou 510632； Department of Developmental & Regenerative Biology, Jinan University, Guangzhou 510632)

Objective To analyze the changes in motor function during rat aging and explore whether treadmill training improves the age-related decrease of rat motor function.Methods 2-month-old, 8-month-old and 26-month-old SD rats were used in this study. The motor function parameters, including forelimb grip strength, endurance, rearing count and scurry speed were assessed before and after treadmill training for two weeks. Results 1)The forelimb grip strength, endurance, rearing count and scurry speed of the 26-month-old rats were significantly lower than those of the 2-month-old and 8-month-old rats.Moreover, the last three parameters were decreased with aging. 2) Treadmill training not only considerably improved the forelimb grip strength of 26-month-old and 8-month-old rats, but also increased the rearing count of 8-month-old and 2-month-old rats. 3) Treadmill training significantly increased the total scores of the motor function of 26-month-old rats.Conclusions The motor function parameters (forelimb grip strength, endurance, rearing count and scurry speed) of rats show an age-related decline. Importantly, treadmill training can improve the age-related decrease of total scores of the motor function. These four parameters can be used as aging parameters for motor function in rat models.

Aging; Motor function; Treadmill training; Rat

CAI Dong-qing，E-mail: tdongbme@jnu.edu.cn

科技部港澳臺合作專項(2012DFH30060)；國家自然科學基金(30973158,81170324,81470433)；廣東省教育廳國際合作平臺項目(2012gjhz0003)；廣東省自然科學基金重點項目(04105826，S2012020010895)；863計劃(2007AA02Z105)；廣東省科技廳國際合作平臺項目(2009B050900007，2013B051000062)；廣東省科技計劃項目(2015B020211010)。

孫華偉(1990-)，男，碩士研究生，專業(yè)：生物化學與分子生物學。Email: 455859411@qq.com

蔡冬青(1963-)，男，教授，研究方向：心肌梗死的治療研究。Email: tdongbme@jnu.edu.cn

Q95-33

A

1005-4847(2017) 01-0048-06

10.3969/j.issn.1005-4847.2017.01.009

2016-06-21