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编号:10214926
低压缺氧对大鼠膈肌肌浆网钙摄取功能的影响
http://www.100md.com 《第三军医大学学报》 1999年第5期
     作者:刘刚 钱桂生

    单位:第三军医大学附属新桥医院呼吸内科研究所 重庆,400037

    关键词:高原;缺氧;肌;肌浆网;Ca2+;大鼠

    第三军医大学学报990512 提 要 目的:探讨慢性低压缺氧大鼠膈肌肌浆网Ca2+摄取功能的适应性变化。方法:建立慢性低压缺氧大鼠模型,利用双波长荧光光度计,用Fura-2荧光指示剂检测大鼠膈肌肌浆网Ca2+摄取功能。结果:慢性低压缺氧大鼠膈肌肌浆网Ca2+摄取功能明显增强。结论:慢性低压缺氧能增强大鼠膈肌兴奋-收缩耦联特性。

    中图法分类号 R348.2;R845.22

    Effects of hypobaric hypoxia on calcium uptake of sarcoplamic reticulum in rats
, 百拇医药
    Liu Gang, Qian Guisheng (Department of Respiratory Diseases, Xinqiao Hospital, Third Military Medical University, Chongqing, 400037)

    Abstract Objective: To observe the adaptive changes in calcium uptake of diaphragmatic sarcoplasmic reticulum in rat in response to moderate hypobaric hypoxia. Methods: After the model of hypobaric hypoxia was established in rats, calcium uptake by diaphragmatic sarcoplasmic reticulum was determined with dual-excitation fluorometer using Fura-2 free acid as the tracer. Results: The function of calcium uptake of diaphragmatic sarcoplasmic reticulum was significantly increased after chronic hypobaric hypoxia. Conclusion: Chronic moderate hypobaric hypoxia enhances the excitation-contraction coupling in the diaphragm in rats.
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    Key words altitude; hypoxia; diaphragm; sarcoplasmic reticulum; calcium; rat

    缺氧是影响机体自身平衡的常见原因之一。不同程度的缺氧会导致机体结构和功能不同的变化。目前,急性和慢性中、重度缺氧对心肌、骨胳肌的影响研究较多。但有关膈肌对缺氧适应性变化的研究甚少。本研究采用模拟中高度高原(海拔3000m)复制慢性低压缺氧模型,检测大鼠膈肌肌浆网(Sarcoplasmic reticulum,SR)钙摄取动力学的变化,以探讨低压缺氧时大鼠膈肌兴奋-收缩耦联特性的适应性变化。

    1 材料与方法

    1.1 实验动物

    Wisatr大鼠12只,体重(220±10)g,购自本校动物中心。随机分为2组。①对照组(n=6);②低压缺氧组(n=6):大鼠置本校低压舱内,模拟海拔3000m,缺氧8h/d、5d/周,共6周。两组动物均常规饲养。
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    1.2 取样

    大鼠用10%乌拉坦液按1ml/100g腹腔注射麻醉,速取膈肌,置预冷的标准Hanks液中,洗净血迹,去除膈肌肌腱和脂肪,称重,分离肌浆网备用。缺氧组在缺氧后12h内取样。

    1.3 肌浆网囊泡的分离

    参照Carl[1]方法加以改进。

    样本置缓冲液中(SR缓冲液含蔗糖0.25mol/L,Tris-HCl 10mmol/L,pH7.0,EDTA-Na 0.1mol/L),制备组织匀浆,匀浆用双层纱布过滤后,10000×g离心20min,弃沉淀,上清再40000×g离心45min,沉淀用0.6mol/L KCl混悬,然后再40000×g离心45min。最后沉淀物(即SR)用不含EDTA的上述SR缓冲液混悬。Lorry法蛋白定量,调蛋白浓度8mg/ml,液氮速冻后,置-70℃冰箱保存备用。SR提取过程在0~4℃之间进行。
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    1.4 肌浆网Ca2+摄取功能测定

    参照Kargacin等[2,3]进行。

    1.4.1 试剂及仪器 游离型Fura-2购自Sigma公司,Luminescence Spectrometer LS 50B,美国PE公司。

    1.4.2 双波长荧光光度计设置参数 激发波长340/380nm,发射波长510nm,340/380nm荧光强度每秒检测1次(检测在室温下进行)。

    1.4.3 Ca2+浓度计算

    [ION]t=Kd×(Rt-Rmin)/(Rmax-Rt)×Sf2/Sb2
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    [ION]2为t时间Ca2+浓度

    Kd为Fura-2对Ca2+的离解常数

    Rt为Fura-2在t时间的荧光强度比值

    Rmin为Fura-2在没有Ca2+时完全结合型的荧光强度比值

    Rmax为Fura-2在饱和Ca2+时完全结合型的荧光强度比值

    SFB=Sf2/Sb2为380nm处游离型Fura-2与结合型Fura-2荧光强度之比值

    1.4.4 SR对Ca2+摄取检测 反应液(mmol/L)含Tris-HCl 20,pH6.8,KCl 100, MgCl2 5,草酸钾5,CaCl2 0.1,ATP-Na2 4,Fura-2 2μm/ml和SR蛋白囊(Protein capsula) 20μg/ml,反应体积2ml。室温,反应液置石英杯中,用磁力搅拌籽混匀,待基线平衡后,用Ca2+(10mmol/L, 5μl)触发反应,测定340/380nm比值变化,再计算Ca2+浓度变化(用LS 508 B,Ca2+计算软件)。
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    1.4.5 统计学分析 数据以x±s表示,用SPSS(Statistics package for social science)软件,采用配对及非配对t检验。

    2 结果

    慢性低压缺氧组大鼠膈肌肌浆网Ca2+摄取功能明显高于正常组,见表1及图1、2。

    正常组膈肌SR Ca2+摄取速率在100s后逐渐稳定,而缺氧组膈肌SR Ca2+摄取速率在70s后即趋于稳定(P>0.05),见表1。

    表1 低压缺氧对大鼠膈肌肌浆网Ca2+摄取功能的影响(n=6,x±s)

    Tab 1 Effects of hypobaric hypoxia on the calcium uptake of diaphragmatic sarcoplasmic reticulum in rat (n=6,x±s) Time(s)
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    Ca2+ concentration out of SR vesicles (nmol/L)

    Velocity of Ca2+ uptake by SR (%)

    Normal group

    Hypoxia group

    Normal group

    Hypoxia group

    0

    1151.65±104.59

    1189.59±72.54

, 百拇医药     10

    738.55±10.13

    736.73±17.87

    35±5.8

    38±3.60

    20

    725.12±11.98

    567.03±11.72

    37±5.8

    52±2.75**▲

    30

    564.02±13.95
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    436.63±8.82

    52±4.5

    63±2.90**▲

    40

    436.10±30.75

    361.45±15.67

    62±5.0

    70±1.57**▲

    50

    434.92±12.20

    285.35±9.63
, 百拇医药
    62±3.8

    76±2.22**▲

    60

    350.28±11.78

    245.52±11.20

    69±3.0

    79±1.48**▲

    70

    321.12±15.61

    230.32±6.41

    72±2.2
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    81±1.61**▲

    80

    299.10±10.30

    223.22±6.59

    74±3.1

    81±1.13**▲

    90

    278.53±6.51

    207.70±13.47

    76±2.8

    82±2.03**
, 百拇医药
    100

    238.33±9.74

    206.83±12.34

    79±2.1

    83±1.89**

    110

    232.95±6.53

    204.92±3.98

    80±2.1

    83±1.07**

    120
, 百拇医药
    226.07±12.29

    206.75±5.19

    80±2.5

    83±1.17

    **:P<0.01 vs normal;▲:P<0.05 vs former point

    图1 正常大鼠膈肌肌浆网Ca2+摄取

    A:上部曲线340nm荧光强度,下部曲线380nm荧光强度 B:340/380nm荧光强度比值 C:肌浆网囊外Ca2+浓度
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    Fig 1 Ca2+ uptake by diaphragmatic SR in normal rats monitored with fura-2

    A:Upper (fluorescence intensity at 340nm), Lower (fluorescence intensity at 380nm) B:Fluorescence ratio of 340/380nm C:Ca2+ concentration out of SR vesicles

    图2 中度高原缺氧大鼠膈肌肌浆网Ca2+摄取

    A:340/380nm荧光强度比值 B:肌浆网囊外Ca2+浓度
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    Fig 2 Ca2+ uptake by diaphragmatic SR after moderate hypobaric hypoxia in rats

    A:Fluorescence ratio of 340/380nm B:Ca2+ concentration out of SR vesicles

    3 讨论

    Ca2+在肌肉兴奋-收缩耦联中起着关键作用。既往常用Ca2+放射性同位素示踪法作肌浆网Ca2+动力学的研究。然而,此法需较大量的SR蛋白囊标本,且受敏感性较差、放射核素非特异性结合等因素影响,故不能准确反映肌浆网Ca2+动力学状况。

    Kargacin等1988年应用Ca2+特异性结合荧光探针Fura-2游离酸对骨骼肌肌浆Ca2+摄取功能进行研究,并于1994年用同样方法对心肌肌浆网Ca2+摄取动力学进行成功研究,表明使用Fura-2游离酸指示剂来检测肌浆Ca2+的动态变化是一个快速、准确的方法。本实验对膈肌SR Ca2+摄取动力学检测的结果也证实了这点。
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    大量肌纤维特性的研究发现,不同的快慢性肌纤维有不同的Ca2+摄取动力学[4]。慢肌纤维和快肌纤维的Ca2+摄取机制有显著差异[5]。本实验慢性低压缺氧组膈肌SR Ca2+摄取能力增强,可能与纤维类型转变有关。肌肉对缺氧的适应变化除缺氧因素外,肌肉本身功能活动可能起重要作用[6]。缺氧条件下,肢体肌肉为降低全身氧耗而活动减少,这可能是骨骼肌氧化能力降低的重要原因。而膈肌与肢体肌相反,因缺氧而致肺通气量增加,膈肌活动增强。晚近报道慢性低压缺氧一月(海拔5000m),ⅡA纤维比例明显增加,膈肌氧化能力增强[7]

    慢性低压缺氧大鼠SR Ca2+摄取功能增强,可能与SR Ca2+-ATP酶活性增强有关。孙希武等研究海拔5000m、8000m减压低氧对心肌SR Ca2+摄取及Ca2+-ATP酶活性和Ca2+-ATP mRNA表达的影响,结果表明,缺氧程度越重,时间越长,SR Ca2+摄取功能低下越明显。心肌缺氧后,首先引起细胞内微环境的变化,即细胞内酸中毒,这种变化可抑制SR Ca2+-ATP酶活性和Ca2+摄取能力。较长时间缺氧后,心肌SR Ca2+摄取能力进一步降低,而导致细胞内Ca2+超负荷,细胞内ATP分解供能和钙泵之间脱耦联,导致心肌细胞功能的进一步损伤,这些均说明海拔5000m缺氧对心肌SR Ca2+摄取功能损伤明显,而机体不能适应。但目前尚无有关缺氧状态下膈肌SR Ca2+摄取功能的研究报道。
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    本实验模拟海拔高度为3000m,此时动物动脉血氧饱和度约90%,系轻度缺氧状态。膈肌缺氧程度在海拔5000m时其氧化酶活性增强,线粒体密度增加,毛细血管密度增大,无明显组织损伤表现。肢体活动少,而膈肌活动强度却增加,即作适应性运动锻炼。结果表明在低压缺氧下SR Ca2+摄取功能增强,因此我们推测轻度缺氧后SR Ca2+-ATP酶活性可能增加。

    本研究结果表明,利用双波长荧光分光光度计,用Fura-2游离酸是检测SR Ca2+动态变化的好方法。海拔3000m缺氧一月后,大鼠膈肌SR Ca2+摄取功能明显增强,其原因尚有待进一步探讨。

    作者简介:刘刚,男,35岁,主治医师,博士研究生

    参考文献

    1 Carl S L,Feix K,Caswell A H.Immunolocalization of triadin,DHP receptors in adult and developing skeletal muscle of rats.Muscle & Nerve,1995,18(11):1232
, 百拇医药
    2 Kargacin M E,Scheid C R,Honeyman T W.Continuous monitoring of Ca2+ uptake in membrane vesicles with fura-2.Am J Physiol,1988,255(5 Pt1):C694

    3 Kargacin M E,Kargcin G J.Methods for determining cardiac sarcoplasmic reticum Ca2+ pump kinetics form fura-2 measurements.Am J Physiol,1994,267(Cell Physiol 36):1145

    4 Schloffino S,Reggiani C.Molecular diversity of myofibrillar proteins:Gene regulation.Physiol Rev,1996,76(2):371
, 百拇医药
    5 Lunde P K,Sejersted O M.Intracellullar calcium signalling in striated muscle cell.Scand J Clin Lab Invest,1997,57(7):559

    6 Powers S K,Criswell D,Lieu F K,et al.Diaphragmatic fiber type specific adaptation to endurance exercise. Respir Physiol,1992,89(2):195

    7 王东林,毛宝龄,钱桂生,等.慢性缺氧大鼠膈肌纤维类型适应性变化.中国应用生理杂志,1998,14(1):34

    (收稿:1999-03-10;修回:1999-05-10), http://www.100md.com