不同强度力竭运动模型大鼠肝细胞凋亡及相关变化.pdf

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1、中国组织工程研究与临床康复 第 13 卷 第 50 期 20091210 出版 Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research December 10, 2009 Vol.13, No.50 P.O. Box 1200, Shenyang 110004 9822 1Department of Plastic Surgery, The Third Hospital of Central South University, Changsha 410013, Hunan Province, China; 2School

2、of Biological Science and Technology, Central South University, Changsha 410013, Hunan Province, China Chen Tie- fu, Attending physician, Department of Plastic Surgery, The Third Hospital of Central South University, Changsha 410013, Hunan Province, China shanniyahoo. Correspondence to: Li Shan- ni

3、, Studying for doctorate, Lecturer, School of Biological Science and Technology, Central South University, Changsha 410013, Hunan Province, China li_shanniyahoo. Received: 2009- 06- 25 Accepted: 2009- 09- 09 不同强度力竭运动模型大鼠肝细胞凋亡及相关变化 陈铁夫1,李善妮2? Effects of various exhaustive exercise on hepatic apoptos

4、is in rats Chen Tie- fu1, Li Shan- ni2 Abstract BACKGROUND: Previous studies demonstrated that exercise modes easily cause hepatic injury and result in hepatic apoptosis. However, the mechanisms remain unclear. OBJECTIVE: To observe the hepatic apoptosis, changes of hepatic glycogen, NO, and calcium

5、 levels following establishing various exhaustive exercise models. DESIGN, TIME AND SETTING: The randomized, controlled, animal experiment of ultrastructure observation was performed at the Physical Education School of Hunan Normal University, and Department of Histology and Embryology, Central Sout

6、h University, from January 2004 to December 2006. MATERIALS: Thirty male Sprague Dawley rats, aged 8 weeks, weighing (219.219.5) g, were randomly divided into control, middle intensity exercise and high intensity exercise groups according to Berdford models, with 10 animals in each group. METHODS: R

7、ats in the exercise group were performed 3 days treadmill training with speed of 10 m/min, in running platform with 0, followed by 3 days rest. After that, rats in the middle intensity exercise group were training with initial velocity of 10 m/min for 12 minutes, and than gradually increased exercis

8、e load to 19.3 m/min, until rats were exhausted. In the high intensity exercise groups, the initial velocity was 26.8 m/min, until rats were exhausted. The training was performed once per day for 30 successive days. There was no exercise training in the control group. MAIN OUTCOME MEASURES: The leve

9、ls of hepatic glycogen, NO, Ca2+, and hepatic apoptosis were measured after exercise. RESULTS: Totally 30 rats were included in the final analysis. All rats finished exercise without resistance. The exhaustive exercise time in the middle intensity exercise group was (234.6060.05) min, which was (92.

10、4034.61) min in the high intensity exercise group. Compared to the control group, the contents of hepatic glycogen and NO were decreased, while Ca2+ level and hepatic apoptosis index were increased in 2 exercise groups (P 0.05, P 0.01), in particular notable in the middle intensity exercise group (P

11、 0.05). CONCLUSION: Both middle and high intensity exhaustive exercise can lead to hepatic apoptosis, which may be the great accumulation of Ca2+ in mitochondrion and the lower contents of liver glycogen and NO content. The changes may be associated with exhaustive exercise time. Chen TF, Li SN. Eff

12、ects of various exhaustive exercise on hepatic apoptosis in rats.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2009;13(50): 9822- 9825. http:/ http:/ 摘要 背景:国内外不少实验证明,不同运动方式容易造成肝损伤,导致不同程度的肝细胞凋亡,其具体机制尚不明确。 目的:建立不同强度力竭运动模型,观察运动后大鼠肝细胞凋亡和肝糖元、NO、钙浓度变化。 设计、时间及地点: 随机对照动物实验,超微结构观察,于 2004- 01/2006- 12在

13、湖南师范大学体育学院运动人体科学实验室、 中南大学组胚实验室完成。 材料:30 只8 周龄雄性 SD大鼠,体质量(219.2 19.5) g,根据 Berdford运动模型将大鼠以随机数字表法分为对照组,中等 强度、大强度力竭运动组,每组 10 只。 方法:运动组先进行 3 d的适应性跑台训练,速度为 10 m/min,坡度为 0 。休息 3 d后,中等强度力竭运动组初始速度为 10 m/min, 持续 12 min, 逐渐增加运动负荷,达到速度为 19.3 m/min, 持续到力竭。大强度力竭运动组初始速度为 26.8 m/min, 持续到力竭。共 30 d,1 次/d。对照组不进行运动训练

14、。 主要观察指标:运动后即刻取肝组织检测肝糖元、NO 和 Ca2+及肝细胞凋亡情况。 结果:30只大鼠全部进入结果分析。不同强度力竭运动组大鼠都完成了运动,整个运动过程中未出现拒跑现象,中等强度力 竭运动组力竭运动时间为(234.60 60.05) min,大强度力竭运动组力竭运动时间为(92.40 34.61) min。与对照组比较,两种 强度力竭运动后,大鼠肝组织肝糖元含量、NO 浓度均下降,线粒体 Ca2+浓度、肝细胞凋亡指数均升高(P 0.05,P 0.01), 中等强度力竭运动组效果更明显(P 0.05)。 结论:中、大强度力竭运动均可导致大鼠肝细胞凋亡,肝糖元含量、NO 浓度下降,

15、线粒体 Ca2+浓度升高,中等强度力竭运 动效果更为显著,可能与力竭运动时间长有关。 关键词:运动;肝糖元;凋亡;NO;钙离子 doi:10.3969/j.issn.1673- 8225.2009.50.004 陈铁夫,李善妮? . 不同强度力竭运动模型大鼠肝细胞凋亡及相关变化J.中国组织工程研究与临床康复,2009, 13(50):9822- 9825. http:/www.crter.org http:/ 基础医学 9823 1 中南大学附属三 医院整形外科,湖 南 省 长 沙 市 410013; 2中南大 学生物科学与技 术学院,湖南省长 沙市 410013 陈铁夫,男, 1967 年生

16、,湖南省桃江 市人,汉族,主治 医师,主要从事创 面修复研究。 shanniyahoo. 通讯作者:李善 妮,在读博士,讲 师,中南大学生物 科学与技术学院, 湖南省长沙市 410013 li_shanni 中图分类号:R- 332 文献标识码:B 文章编号:1673- 8225 (2009)50- 09822- 04 收稿日期: 2009- 06- 25 修回日期: 2009- 09- 09 (20090415026/GW Z) 0 引言 细胞凋亡是多细胞生物生命过程中不可缺 少的部分,是保证多细胞生物个体正常发育成熟 和维持正常生理过程所必须的。但是当组织细胞 凋亡异常时,可导致各种疾

17、病的发生。国外有学 者认为过多的肝细胞凋亡实际上可引起炎症和 坏死,肝脏中嗜中性白细胞炎症完全依赖于细胞 凋亡这一始发事件,有些凋亡的肝细胞可能引发 活动旺盛的嗜中性白细胞爆发,这种爆发会导致 大量氧化原子团和蛋白水解酶的释放,从而杀死 成百上千的肝细胞,因此阻止细胞凋亡可能是一 个新的控制炎症的途径,这也就意味着肝细胞凋 亡可能是肝衰竭的一个早期过程1。 运动能否造成肝细胞凋亡,近几年来已成 为运动医学研究的热点。 国内外不少实验证明, 不同运动方式容易造成肝损伤,导致肝不同程 度的凋亡。 袁海平等2发现运动后肝细胞凋亡增 加,且随着运动强度的加大,细胞凋亡百分率 升高, 反映机体抗氧化能力

18、的超氧化物歧化酶、 谷胱甘肽过氧化物酶显著降低,而丙二醛水平 显著升高。说明运动可诱导肝细胞凋亡,而运 动后机体抗氧化能力下降,可能是凋亡发生的 机制之一。李雷等3发现,运动性疲劳后,肝细 胞中Ca2+浓度增加,超氧化物歧化酶/丙二醛降 低,细胞凋亡数目增多,从而得出细胞凋亡与 运动性疲劳同步发生,诱导细胞发生凋亡的因 素均会导致疲劳。轻度间隔性有氧运动能使肝 脏中超氧化物歧化酶活性明显升高,谷胱甘肽 过氧化物酶活性下降,丙二醛水平下降不明显, 对肝脏抗氧化能力影响不大,提示在此种强度 下,肝损伤较小,而且凋亡抑制4。Concordet 等5在大鼠力竭运动后发现肝中的谷胱甘肽下 降,线粒体膜电

19、位降低,氧自由基增多,细胞 色素C释放,Bcl- 2表达下降,从而导致肝细胞 凋亡。有研究发现通过急性长期运动可以提高 AMP/ATP比率,激活一磷酸腺苷酸蛋白激酶, 使肝细胞凋亡增加。 本实验采用不同强度力竭运动模型,观察 其对大鼠肝细胞凋亡和肝糖元、NO、钙含量的 影响,探讨力竭运动对肝细胞凋亡的影响,寻 求力竭运动与肝细胞凋亡的相关性。 1 材料和方法 设计:随机对照动物实验,超微结构观察。 时间及地点:于2004- 01/2006- 12在湖南 师范大学体育学院运动人体科学实验室、中南 大学组胚实验室完成。 材料:30只8周龄雄性SD大鼠,体质量 (219.219.5) g,由中南大学

20、湘雅医学院实验 动物学部提供。根据Berdford运动模型将大鼠 随机数字表法分为对照组1,中等强度、大强 度力竭运动组,每组10只。实验过程中对动物 处置符合科学技术部2006年关于善待实验动 物的指导性意见的要求6。 实验仪器与试剂: 运动方式:运动方式为电动跑台训练。对照 组安静饲养,不进行运动训练。运动组先进行 3 d的适应性跑台训练,速度为10 m/min,坡 度为0 。休息3 d后,第7天按不同强度的力竭 运动进行实验。中等强度力竭运动组初始速度 为10 m/min,持续时间12 min,逐渐增加运动 负荷,达到速度为19.3 m/min(相当于76% VO2max),持续到力竭。

21、大强度力竭运动组初始 速度为26.8 m/min(相当于92.3% VO2max),持 续到力竭。两组坡度均为10 。到运动末期, 动物未能坚持原跑速,先后滞跑道后1/3处达3 次以上,刺激驱赶无效;停跑后体征表现为: 呼吸急促,神情倦怠,腹卧位,对刺激反应迟 钝,此时界定小鼠已达到力竭标准。运动训练 30 d,1次/d。 肝糖元、NO和Ca2+及肝细胞凋亡的测定:运 动后即刻断头取血、取组织。取肝组织3份, 称质量,采用不同方法制成不同的待测液。肝 糖元含量和Ca2+浓度的测定均按照南京生物工 试剂与仪器 来源 JEM1230 透射电子显微镜 820 轮转组织切片机 Nikon E600 显

22、微照相图像 采集系统 722 型光栅分光光度计 AE260S 电子分析天平 SHH.W21.600 型三用电 热恒温水箱 TGL- 16C台式高速离心机 PT 动物跑台 SK- 1 快速混匀器 原位末端标记细胞凋亡检测 试剂盒 NO,肝糖元,蛋白定量, Ca2+试剂盒 日本电子公司 美国 AO 公司 日本尼康 上海第三分析仪器厂 梅特勒托利多仪器 (上海)有限公司 天津市莱斯特仪器 有限公司 湖南星科科学仪器设备 有限公司 浙江杭州立泰科技 有限公司 江苏中大仪器厂 深圳晶美生物工程 有限公司 南京建成生物工程 有限公司 www.CRTER.org 陈铁夫,等. 不同强度力竭运动模型大鼠肝细胞

23、凋亡及相关变化 ISSN 1673- 8225 CN 21- 1539/R CODEN: ZLKHAH 陈铁夫,等. 不同强度力竭运动模型大鼠肝细胞凋亡及相关变化 P.O. Box 1200, Shenyang 110004 9824 www.CRTER.org 程研究所提供的试剂盒进行。采用硝酸还原酶法测定肝 脏内NO的含量。采用TUNEL法对肝脏凋亡细胞进行检 测。具体操作按细胞凋亡检测试剂盒进行。计算每100 个细胞中的平均阳性凋亡细胞数,即凋亡指数。 TUNEL 切片照片用NIKEO电子显微成像系统照相。 主要观察指标:肝糖元、NO和Ca2+及肝细胞凋亡 情况。 设计、实施、评估者:

24、由全体作者共同完成。 统计学分析:用SPSS 12.0统计软件分析所有数 据,所有的数据用x _ s表示。组间差异比较,采用单t 检验;组内差异采用单因素方差分析法,并使用图凯 法(tukey)进行多重比较,显著性水平为=0.05。所有 数据均使进行分析。统计学处理由周婕,李善妮,陈 铁夫完成。 2 结果 2.1 实验动物数量分析 30只大鼠均进入结果分析。 2.2 大鼠力竭运动情况 不同强度力竭运动组20只大 鼠都完成了运动,整个运动过程中基本未出现拒跑现 象,中等强度、大强度力竭运动组的力竭运动时间分别 为(234.6060.05),(92.4034.61) min。 2.3 肝组织肝糖元

25、含量的测定 对照组糖元含量为 (20.933.30) mg/g,中等强度、大强度力竭运动组分别 为(3.811.29),(11.561.62) mg/g。与对照组相比,两 种强度力竭运动后,肝细胞中糖原含量显著减少(P 0.01);中等强度力竭运组较大强度力竭运动组明显(P 0.05)。 2.4 肝组织NO含量的测定 对照组大鼠NO含量为 (6.542.60) mol/g,中等强度、大强度力竭运动组分 别为(1.830.41),(3.330.59) mol/g。与对照组相比, 两种强度力竭运动后,肝细胞中糖原含量显著减少(P 0.01);中等强度力竭运组较大强度力竭运动组明显(P 0.05)。

26、 2.5 肝线粒体Ca2+含量的测定 对照组线粒体Ca2+含 量为(0.230.26) mol/g,中等强度、大强度力竭运动 组分别为(2.080.60),(0.890.29) mol/g。中等强度 力竭运动后,肝细胞中 Ca2+含量比对照组增加了 804%(P 0.05);大强度力竭运动组肝细胞中Ca2+含量 增加了287%(P 0.05)。不同强度力竭运动组间差异有 显著性意义(P 0.05)。 2.6 肝细胞凋亡情况 在对照组中肝细胞未检测到 TUNEL阳染细胞核,见图1a;中等强度力竭运动组出 现了散在的TUNEL阳染细胞核,见图1b,凋亡指数为 (33.408.38)%;大强度力竭运

27、动组肝细胞中检测到细 胞凋亡,见图1c,凋亡指数为(13.50 3.81)%;不同强 度力竭运动组间差异有显著性意义(P 0.05)。 3 讨论 3.1 肝糖元与肝细胞凋亡的关系 王雨等7证实增加 供肝组织的糖元含量能减轻肝细胞的一系列坏死性改 变,同时可拮抗肝实质细胞凋亡的发生;汤礼军等8的 研究也表明,增加供肝组织糖元含量能有效地抑制细胞 凋亡。本实验结果显示,随着运动时间的延长,肝糖元 的消耗明显,尤其是中等强度的力竭运动,糖原几乎耗 竭,说明肝脏长时间处于低糖原状态对肝细胞凋亡有一 定得影响。由此可见,在中等强度长时间运动过程中, 应该适当补充葡萄糖,有效防止由于糖缺乏而致使肝细 胞凋

28、亡或损伤。本实验可证明低糖原可引起细胞凋亡数 增多,糖原的消耗与运动时间具有相关性。 3.2 NO与细胞凋亡的关系 早在20世纪80年代,许多 学者研究发现NO能诱导细胞凋亡,但确切机制尚不清 楚。最近有资料报道NO介导的细胞凋亡可能与改变线 粒体功能,调节bcl- 2、bax、p53及p21等基因的表达有 关9- 10。NO在体内扮演着生理和病理的双重角色,对肝 脏具有保肝和损害肝脏的双重作用2- 4。王玉梅等11在研 究NO与爆发性肝衰竭细胞凋亡的关系时发现,阻断NO 作用不能拮抗肝细胞凋亡和肝脏生化学及组织学的变化, 提示NO可能具有抑制肝细胞凋亡发生的作用; Kluck等12 Figu

29、re 1 TUNEL staining of hepatic cells of rats (800) 图 1 大鼠肝细胞 TUNEL 染色( 800) a: Normal hepatic cells (arrow) b: In the middle intensity exercise group, the nuclei presented chocolate brown, apoptotic cells exhibited the crescent shape typi- cal with highly condensed chroma- tin (arrow showed apoptoti

30、c cells) c: In the high intensity exercise group, the nuclei presented chocolate brown with little highly condensed chromatin (arrow showed apoptotic cells) 9825 发现NO可消耗细胞内还原型谷胱甘肽,还原型谷胱甘肽 的减少可导致p53的激活,继而引起细胞凋亡。 本实验表明,随着运动时间的延长,NO含量降低, 肝细胞凋亡增加。说明随着运动时间的增加,糖原接近 耗竭,脂肪成为主要能量物质,蛋白质参与供能的比例 增大,因此合成NO的底物精氨酸

31、的消耗亦增多,这可 能导致NO的合成减少,最终导致肝细胞凋亡随NO含量 的降低而增加。 3.3 线粒体Ca2+含量与肝细胞凋亡的关系 在正常生 理情况下, Ca2+作为细胞内第二信使, 在维持细胞增殖、 分裂、运动、能量代谢、氧代谢、Ca2+依赖蛋白激酶和 磷脂酶的激活等方面发挥着重要作用。肝细胞内液的 Ca2+浓度约为0.2 mol/L,细胞外液的Ca2+浓度为 1.3 mmol/L左右,即肝细胞始终处于胞内外1万倍浓度 梯度的内环境中,且胞内相对于胞外基质呈负电荷。悬 殊的电化学梯度正是Ca2+发挥第二信使作用所必需的, 也说明肝细胞有着强有力的Ca2+稳态调节机制。 已经有大量的研究证实

32、细胞内钙失衡是启动细胞 凋亡的关键因素13- 27。本实验发现,经过急性力竭运动 后,大鼠肝线粒体的Ca2+浓度都上升了,这似乎表明线 粒体聚钙与细胞凋亡之间存在着某种联系。 由实验结果可以推测出中、大强度急性力竭运动均 可导致大鼠肝细胞凋亡;中等强度力竭运动导致肝细胞 凋亡更为显著,可能与力竭运动时间长有关;中、大强 度急性力竭运动导致大鼠肝细胞凋亡可能是线粒体内 Ca2+的大量积聚所致,肝糖元的消耗是引起肝细胞凋亡 的一个因素,NO含量的减少亦可导致肝细胞发生凋亡。 4 参考文献 1 Lan XL,He Y,Shen YX,et al.Zhongguo Yixue Yingxiang Ji

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