高原習(xí)服過程中骨骼肌脂肪氧化利用特點、機制及意義.pdf

1、研究背景： 高原習(xí)服的本質(zhì)亟需更全面和深入的認識。維持能量平衡是細胞代謝在高原習(xí)服過程中主要的適應(yīng)性改變，其中骨骼肌組織對能量代謝的調(diào)整，如代謝底物的選擇，則是組織、細胞能量平衡維持的根本。 儲備量極其豐富的脂肪對于靜息和收縮的肌肉組織是一種非常重要的氧化底物，但高原習(xí)服對骨骼肌脂肪酸氧化利用的影響目前仍有分歧。由于脂肪的“耗氧效應(yīng)”，傳統(tǒng)上認為在高原習(xí)服過程中骨骼肌對脂肪的依賴性減小，但并不能很好地解釋高原習(xí)服過程中出

2、現(xiàn)的一些間接反映脂肪氧化利用增強的現(xiàn)象，如血液中脂肪酸含量升高，肌肉中糖原儲備增加等。 我們先前的研究發(fā)現(xiàn)，高原習(xí)服過程中大鼠腓腸肌對葡萄糖的攝取率增加，同時葡萄糖轉(zhuǎn)運體在細胞膜上功能活性的貯備以及在細胞內(nèi)數(shù)量的儲備增加，此時糖原含量較急性高原暴露時亦顯著升高，提示高原習(xí)服引起的骨骼肌葡萄糖攝取率和葡萄糖轉(zhuǎn)運體儲備的增強主要用于糖原儲備，此時腓腸肌能量的維持可能主要有賴于脂肪的氧化，由于沒有測定脂肪和葡萄糖氧化利用情況，尚不能完

3、全解釋高原習(xí)服過程中骨骼肌組織脂肪氧化利用的本質(zhì)。此外，研究表明耐力訓(xùn)練會引起機體對脂肪氧化的依賴性增強，以節(jié)省肌糖原和血葡萄糖，減少肌肉和血乳酸的堆積，所有這些代謝性適應(yīng)反應(yīng)在中等強度運動狀態(tài)下耐力的提高中起重要的作用，但在高原習(xí)服過程中的作用目前尚不清楚。研究高原習(xí)服過程中骨骼肌組織對脂肪氧化利用的變化規(guī)律、機制及意義對闡明高原習(xí)服和/或適應(yīng)的本質(zhì)具有重要意義。 目的： 本課題擬通過觀察高原習(xí)服過程中(5，00.m，

4、1天，15天和30天)大鼠腓腸肌脂肪氧化率和攝取率以及脂肪氧化代謝相關(guān)基因、蛋白表達等的變化，探討高原習(xí)服過程中骨骼肌組織脂肪氧化利用的特點、機制及意義。 方法： 雄性健康成年Sprague-Dawley大鼠隨機分為平原對照組、高原暴露1天組、高原暴露15天組和高原暴露30天組。高原暴露組在模擬海拔5，00.m低壓艙內(nèi)飼養(yǎng)，每天23h。平原對照組在平原動物房內(nèi)飼養(yǎng)。飼養(yǎng)到規(guī)定時間后，平原組在平原、高原暴露組在模擬海拔5，

5、00.m低壓艙內(nèi)股動脈放血處死全部實驗動物(10％氨基甲酸乙酯麻醉，1ml/100g體重，ip)，收集血漿測定血漿非酯化脂肪酸(NEFA)含量，取大鼠兩側(cè)腓腸肌組織薄片用于葡萄糖氧化率、脂肪酸氧化率和攝取率的測定，取部分腓腸肌組織置液氮凍存。同位素法測定離體腓腸肌組織葡萄糖氧化率、脂肪酸氧化率和脂肪酸攝取率，比色法測定骨骼肌NEFA含量，HLPC法測定ATP、磷酸肌酸(PCr)含量，酶法測定葡萄糖、糖原和乳酸含量，RT-PCR法測定與脂

6、肪氧化相關(guān)的基因如脂肪酸易位酶(fatty acid translocase，F(xiàn)AT/CD36)、肉毒堿軟脂?；D(zhuǎn)移酶I(carnitinepalmitoyltransferase I，CPT-I)、丙酮酸脫氫酶激酶4(pyruvate dehydrogenase kinaseisoenzyme4，PDK4)、乙酰輔酶A羧化酶β(acetyl-CoA carboxylase2，ACC-2)、過氧化物酶體增殖劑活化受體δ(peroxiso

7、me proliferator activated receptorδ，PPAR-δ)mRNA表達水平，免疫印跡法測定ACC-2和CPT-I蛋白表達水平，同位素法測定CPT-I活性。此外，PAS反應(yīng)顯示肌糖原，電鏡觀察肌肉組織中糖原顆粒的變化。 另取雄性健康成年Sprague-Dawley大鼠隨機分為：平原對照組、急性高原暴露組和慢性高原暴露組。平原對照組、急性高原暴露組和慢性高原暴露組與前述平原對照組、高原暴露1天組和高原暴露

8、30天組的飼養(yǎng)條件相同。飼養(yǎng)到規(guī)定時間后每組又均分為兩組，即靜息組和力竭運動組。平原組在平原、高原暴露組在模擬海拔5，00.m低壓艙內(nèi)，靜息組于安靜狀態(tài)、力竭運動組在跑臺上行一次性力竭運動后(跑臺速度20 m/min，坡度+10)即刻股動脈放血處死全部實驗動物(10％氨基甲酸乙酯麻醉，1ml/100g體重，ip)。用前述方法分別測定相應(yīng)的指標。 結(jié)果與結(jié)論： 1、急性高原暴露(1天)骨骼肌PCr含量顯著降低，隨暴露時間延

9、長逐漸回升，高原暴露30天恢復(fù)到平原水平；ATP含量在各組之間無顯著性差異，表明高原習(xí)服過程中骨骼肌組織ATP水平可維持穩(wěn)定。 2、高原習(xí)服過程中骨骼肌組織脂肪氧化利用的變化 (1)高原習(xí)服過程中血漿和骨骼肌組織NEFA含量顯著升高； (2)高原暴露15天和30天骨骼肌組織脂肪酸氧化率和攝取率較平原和急性高原暴露時顯著升高，而平原和急性高原暴露間無顯著性差異。 (3)急性高原暴露骨骼肌組織PPAR-δ m

10、RNA表達水平顯著下調(diào)，高原暴露30天骨骼肌PPAR-δ mRNA表達水平較急性高原暴露時顯著上調(diào)，高原暴露30天與平原組無顯著性差異。 (4)高原暴露15天和30天骨骼肌組織CD36 mRNA表達水平較急性高原暴露時顯著上調(diào)，而平原和急性高原暴露間無顯著性差異。 (5)高原暴露30天骨骼肌組織CPT-I mRNA表達水平顯著上調(diào)，CPT-I蛋白表達水平較急性高原暴露時顯著下調(diào)，隨著暴露時間的延長逐漸上調(diào)。 (6

11、)高原暴露使骨骼肌組織CPT-I活性顯著下降，但隨著暴露時間的延長活性逐漸恢復(fù)，高原暴露30天骨骼肌組織CPT-I活性較急性高原暴露時顯著升高。 (7)高原暴露15天和30天骨骼肌組織ACC-2 mRNA表達水平顯著下調(diào)，ACC-2蛋白表達水平較急性高原暴露時顯著下調(diào)，隨著暴露時間的延長逐漸上調(diào)。 以上結(jié)果提示，高原習(xí)服過程中骨骼肌組織對脂肪氧化利用能力增強。 3、高原習(xí)服過程中骨骼肌組織葡萄糖氧化利用的變化

12、 (1)高原習(xí)服過程中骨骼肌組織乳酸含量呈先升后降趨勢。急性高原暴露時顯著升高，隨著暴露時間延長逐漸降低，高原暴露30天后接近平原水平。 (2)急性高原暴露骨骼肌組織葡萄糖含量顯著降低，隨著暴露時間延長顯著升高，甚至超過平原水平。 (3)高原暴露后骨骼肌葡萄糖氧化率顯著降低，高原暴露各組間無顯著性差異。 (4)高原暴露時骨骼肌糖原含量呈先降后升趨勢。急性高原暴露骨骼肌組織糖原含量顯著降低，隨著暴露時間延長逐漸

13、升高，高原暴露30天后接近平原水平。 (5)高原暴露1天骨骼肌PAS反應(yīng)明顯減弱，細胞質(zhì)內(nèi)糖原顆粒明顯減少；高原暴露15天和30天骨骼肌PAS反應(yīng)比高原暴露l天明顯增強，細胞質(zhì)內(nèi)糖原顆粒顯著增多，染色較深，接近正常水平。 (6)電鏡顯示：高原暴露5天骨骼肌組織細胞基質(zhì)中糖原顆粒減少；高原暴露15天、30天骨骼肌組織細胞基質(zhì)中糖原顆粒明顯增多。 (7)高原暴露30天組骨骼肌PDK4 mRNA表達較平原組和急性高原暴

14、露組顯著升高，而急性高原暴露組與平原組間無顯著性差異。 以上結(jié)果提示，高原習(xí)服過程中骨骼肌組織對葡萄糖的依賴性減低，利用減少，而骨骼肌糖原儲備增加。 4、高原暴露對運動能力的影響 (1)急性高原暴露大鼠力竭運動時間較平原時顯著降低，同時骨骼肌PCr、ATP、葡萄糖和糖原含量以及脂肪酸氧化率亦顯著降低，而乳酸含量顯著升高，提示急性高原暴露后大鼠運動能力下降，這與機體能量供應(yīng)下降有關(guān)，此時機體有氧氧化能力顯著降低，能

15、量的維持主要依賴糖酵解提供能量。 (2)慢性高原暴露大鼠力竭運動時間較急性高原暴露時顯著延長，接近平原水平，同時骨骼肌中PCr、ATP和乳酸含量顯著升高，葡萄糖氧化率較靜息時亦顯著升高，而糖原含量顯著降低，提示慢性高原暴露后大鼠運動能力提高，慢性高原暴露后運動能力的提高與能量供應(yīng)平衡恢復(fù)以及葡萄糖氧化供能增加有關(guān)。 (3)慢性高原暴露力竭運動后，骨骼肌組織脂肪酸攝取率和CPT-I活性升高，力竭運動時間和骨骼肌組織CPT-

16、I活性之間呈正相關(guān)關(guān)系，Y=28.056X+63.399(r=0.897，p<0.05)，提示慢性高原暴露后運動能力的提高與高原習(xí)服誘導(dǎo)的骨骼肌組織對脂肪酸氧化利用增強有關(guān)。 (4)高原暴露力竭運動后，力竭運動組間骨骼肌組織PPAR6 mRNA、ACC-2 mRNA表達水平無顯著性差異；CPT-I mRNA表達水平、ACC-2蛋白表達水平和CPT-I蛋白表達水平慢性高原暴露組較急性高原暴露組顯著上調(diào)。 總之，高原習(xí)服過程