运动对大鼠心肌氨基酸代谢的影响
作者：赵稳兴* 王先远 章光远 金 宏 许志勤 王宗印 高兰兴
单位：赵稳兴(成都军区昆明总医院医学实验科 昆明 650032)；王先远 章光远 金 宏 许志勤 ；王宗印 高兰兴(军事医学科学院卫生学环境医学研究所)
关键词：心肌；氨基酸代谢
运动对大鼠心肌氨基酸代谢的影响 提要 为研究氨基酸代谢与运动时心脏功能的关系，采用Wistar大鼠游泳运动模型，观察了运动对心肌中氨基酸代谢的影响。结果显示，游泳运动使心肌中的Asp、Ala、Cys、Val含量显著增加，而Gln、Glu显著降低；除了Ala降低外，血浆中的许多氨基酸都有不同程度的上升，Tau、Gln、Cys、Ile、Phe等达到了显著性。结果说明运动时心肌氨基酸代谢活跃，体内蛋白质代谢平衡向分解代谢转化，这种代谢变化既是运动的结果，又可能与运动耐力有关。
氨基酸是体内合成蛋白质的原料，氧化分解的能源物质，某些氨基酸或其代谢产物还是体内的调节因子。有资料表明，运动使骨骼肌中氨基酸代谢加速，特别是肌肉中支链氨基酸(BCAA)代谢过程中所需的限速酶支链α-酮酸脱氢酶复合物(BC复合物)，在运动过程中被活化，因此使BCAA在肌肉中的氧化增加，并影响其它氨基酸的代谢[1]，骨骼肌肌纤维类型的不同，其氨基酸水平和运动时氨基酸的代谢变化也有差异，氨基酸在代谢过程中与三羧酸循环相互作用，因此，氨基酸代谢可能影响肌肉的功能[2，3]。目前，运动对骨骼肌氨基酸代谢影响的研究已有报道，而缺乏心肌方面的研究，本实验就此进行探讨。
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1 材料与方法
1.1 主要仪器：
日立835—50型氨基酸自动分析仪：日本日立公司；RD20—Ⅲ型低温冷冻离心机：TOMY SEIKO CO.,LTD.TOYOTA JAPAN。
1.2 动物分组和饲养
动物采用雄性Wistar大鼠，体重180±20g，饲喂15%酪蛋白混合饲料4天后，随机分成两个组：运动组和对照组，进入实验期。两组饲料和水均自由摄入。
1.3 动物运动模型
运动组动物进行游泳运动，条件是水温30±2℃，水深大于35cm，大鼠平均占水表面积300cm2。每日游泳2小时，每周5天，共游3周。
, 百拇医药
1.4 最后一次游泳时，运动组大鼠每只游泳时间达2小时时，将大鼠颈椎脱臼，迅速取出心脏放入液氮中封冻，时间不超过30秒。对照组也以同样方法收集标本。
1.5 检测指标
取液氮封冻的左心室肌0.3g，用0.9%NaCl 3ml在冰浴中充分碾磨成匀浆。经5%磺基水扬酸沉淀蛋白后，4℃35000g离心30min，取上清液0.5ml于氨基酸自动分析仪上测定氨基酸，计算游离氨基酸含量。
血清同样经5%磺基水扬酸沉淀蛋白，离心后，取上清液测定氨基酸。
2 结果
2.1 心肌游离氨基酸浓度
从表1可见，运动组心肌Asp、Ala、Cys和Val明显高于对照组，Asp增加最多，约是对照组的2倍；而Glu、Gln明显低于对照组。结果表明，运动时大鼠心肌中的氨基酸代谢活跃。
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表1 心肌游离氨基酸含量(mmol/kg,
±s)
AA
运动组(n=7)
对照组(n=7)
Tau
24.40±1.70
23.81±2.70
Asp
3.22±0.28**
, 百拇医药 1.61±0.28
Cln+Thr
5.55±0.54**
7.70±1.04
Ser
0.67±0.10
0.86±0.19
Glu
4.67±0.20**
6.78±0.88
Gly
0.47±0.07
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0.56±0.09
Ala
2.36±0.17*
2.10±0.19
Cys
0.20±0.02**
0.12±0.01
Val
0.53±0.03**
0.45±0.06
Ile
0.23±0.03
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0.21±0.03
Leu
0.29±0.02
0.27±0.04
Met
0.24±0.06
0.27±0.02
Phe
0.50±0.11
0.45±0.06
Lys
1.28±0.09
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1.47±0.15
His
0.35±0.05
0.42±0.13
Arg
0.31±0.04
0.42±0.13
与对照组相比 * p<0.05,**p<0.01
2.2 血清游离氨基酸
表2 血清游离氨基酸含量(μmol/L,±s)
, 百拇医药
AA
运动组(n=7)
对照组(n=7)
Tau
279.3±63.9**
179.6±61.6
Gln+Thr
1074.8±120.4*
983.7±90.6
Ser
271.9±38.0
244.0±28.6
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Glu
195.8±16.1
211.9±30.5
Gly
220.16±54.4
194.9±49.5
Ala
382.6±95.0*
523.4±163.3
Cys
42.5±11.2*
27.2±6.3
, 百拇医药
Val
196.9±16.9
169.6±20.5
Ile
93.2±10.8*
76.7±22.1
Leu
132.2±56.3
109.4±17.1
Met
50.3±5.9
58.4±7.4
, 百拇医药
Tyr
61.7±12.5
72.3±13.6
Phe
87.6±8.6**
71.7±8.4
Lys
332.6±54.7
340.4±47.7
His
58.4±6.0
53.9±6.8
, 百拇医药
Trp
48.2±9.1
57.6±7.8
Arg
128.7±19.8
107.1±14.1
与对照组相比 * p<0.05,**p<0.01
从表2结果可看出，运动组血清中许多氨基酸都有不同程度的升高，其中Tau、Cln、Ile、Cys和Phe达到了显著性水平，而与糖异生关系密切的氨基酸Ala显著低于对照组，运动使血清中许多氨基酸浓度上升，表明运动时蛋白质分解代谢增强，并且与糖原异生有关的氨基酸Ala的利用增加。
3 讨论
, 百拇医药
心肌游离氨基酸处于动态平衡之中，可以来源于：①蛋白质的降解；②由其它氨基酸或者代谢产物合成；③从循环中摄取。去路有：①释放到细胞外；②用于合成蛋白质；③在肌肉中氧化分解。但运动时蛋白质降解大于合成，氨基酸在肌肉中氧化分解增加，从而引起组织氨基酸的代谢变化。
游泳运动引起心肌中Asp、Ala、Cys、Val含量上升而Glu、Gln降低。这一结果与Dohm等[4]观察到的游泳后大鼠骨骼肌Asp、Ala上升及Glu、Gln降低的结果相似。除了Ala外，运动后血清中许多氨基酸都有不同程度的升高，Tau、Gln、Cys、Ile、Phe等达到了显著性。这表明运动时蛋白质代谢平衡向分解代谢转化。Asp、Ala、Glu、Gln和BCAA是主要在肌肉中代谢的氨基酸，它们代谢上相互联系。BCAA是氨基的主要供给者，在BCAA转氨酶的催化下，BCAA的氨基转移给α-酮戊二酸，生成Glu,Glu再在Gln合成酶的作用下接受氨基生成Gln。Glu亦可将氨基转移给丙酮酸生成Ala和α-酮戊二酸。运动时骨骼肌释放Gln和Ala[2,3]。
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心肌中Glu降低的主要原因是Glu在丙氨酸氨基转移酶(ALAT)催化下，生成α-酮戊二酸和Ala，α-酮戊二酸回补三羧酸循环，氧化分解，Ala释放入血循环中被转运到肝脏进一步代谢，从而使心脏的Glu含量降低。K.Shlin等人[5]观察到运动开始后5min，骨骼肌肉中Ala就显著增加及Glu显著降低，运动的整个过程中肌肉不断从血液中摄取Glu和释放Ala。游泳运动后心肌仍有较高的Ala，考虑到运动过程中心肌释放Ala，说明丙氨酸氨基转移酶(ALAT)催化的反应是一个重要的回补反应之一。Gln降低主要是合成Gln的前体Glu减少及Gln被释放到血液中的结果[6]。Asp增加的幅度明显大于其他氨基酸，说明运动时Glu+草酰乙酸=α-酮戊二酸+Asp的反应更活跃。运动引起血清中Ala降低，可能是由于肝脏糖原异生增加的结果[4]。
Gln是一个条件性必需氨基酸，有多种生理功能。在做功肌肉[7]和低蛋白饮食或感染[8]等条件下都观察到骨骼肌Gln含量与蛋白质合成率成正相关。运动时心肌中较低的Gln含量，可能是运动引起蛋白质合成代谢与分解代谢的平衡发生变化的原因之一。Asp通过嘌呤核苷酸循环(PNC)脱氨生成延胡索酸及AMP，在做功肌肉中也是重要的回补过程之一，用N—羟—N—甲酰甘氨酸抑制腺苷琥珀酸合成酶，使PNC不能正常进行，则三羧酸循环代谢中间物(TCAI)减少50%[9]，在运动条件下，能量相对不足，此时心肌维持高水平的Asp可能是重要的。这种心肌氨基酸的代谢变化既是运动的结果，又可能与心脏的功能有关。其意义有待进一步研究。
, 百拇医药
4 参考文献
[1]Kasperek GJ,Dohm GL,Snider RD,et al.Activation of branched chain keto acid dehydrogenase by exercise.Am J Physiol 1985,248:R166_171.
[2]Wagenmakers AJM.Amino acid metabolism,muscle fatigue and muscle wasting:speculations on adaptation at high altitude.Int J Sports Med 1994,13:s110_113.
[3]Wagenmakers AJM ,Beckers EJ,Brouns F.Carbohydrate Supplementation,glycogen depletion and amino acid metabolism during exercise.Am J Physiol 1991,260:E883_890.
, http://www.100md.com
[4]Dohm GJ,Beercher GR,Warren RO,et al.Influence of exercise on free amino acid concentrations in rat tissues.J Appl Physiol 1981,50:41_44.
[5]Sahlin K,katz A,and Brogbery.Tricarboxylic acid cycle intermediates in human muscle during prolonged exercise. Am J Physiol 1990,259:C834_841.
[6]Goldberg AI,Chang TW.Regulation and significance of amino acid metabolism in skeletal muscle.Fed Froc 1978,37:2301_2307.
, http://www.100md.com
[7]Maclennan PA,Brown RA,and Rennie MJ.A Positive relationship between protein synthetic rate and intracellular glutamine concentration in perfused rat skeletal muscle.FEBS Lett 1987,215:187_191.
[8]Jopson MM,Bates PC,Broadbest P,et al.Relationship between glutamine concentration and protein synthesis in rat skeletal muscle.Am J Physiol 1988,255:E166_172.
[9]Aragon JJ,and Lowenstein JM.The purine nucleotide cycle:comparison of the levels of citric acid cycle intermediates with the operation of the purine nucleotide cycle in rat skeletal muscle during exercise and recovery from exercise.Eur J Biochem 1980,110:371_377.
(1997.11.25收稿), 百拇医药
单位：赵稳兴(成都军区昆明总医院医学实验科 昆明 650032)；王先远 章光远 金 宏 许志勤 ；王宗印 高兰兴(军事医学科学院卫生学环境医学研究所)
关键词：心肌；氨基酸代谢
运动对大鼠心肌氨基酸代谢的影响 提要 为研究氨基酸代谢与运动时心脏功能的关系，采用Wistar大鼠游泳运动模型，观察了运动对心肌中氨基酸代谢的影响。结果显示，游泳运动使心肌中的Asp、Ala、Cys、Val含量显著增加，而Gln、Glu显著降低；除了Ala降低外，血浆中的许多氨基酸都有不同程度的上升，Tau、Gln、Cys、Ile、Phe等达到了显著性。结果说明运动时心肌氨基酸代谢活跃，体内蛋白质代谢平衡向分解代谢转化，这种代谢变化既是运动的结果，又可能与运动耐力有关。
氨基酸是体内合成蛋白质的原料，氧化分解的能源物质，某些氨基酸或其代谢产物还是体内的调节因子。有资料表明，运动使骨骼肌中氨基酸代谢加速，特别是肌肉中支链氨基酸(BCAA)代谢过程中所需的限速酶支链α-酮酸脱氢酶复合物(BC复合物)，在运动过程中被活化，因此使BCAA在肌肉中的氧化增加，并影响其它氨基酸的代谢[1]，骨骼肌肌纤维类型的不同，其氨基酸水平和运动时氨基酸的代谢变化也有差异，氨基酸在代谢过程中与三羧酸循环相互作用，因此，氨基酸代谢可能影响肌肉的功能[2，3]。目前，运动对骨骼肌氨基酸代谢影响的研究已有报道，而缺乏心肌方面的研究，本实验就此进行探讨。
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1 材料与方法
1.1 主要仪器：
日立835—50型氨基酸自动分析仪：日本日立公司；RD20—Ⅲ型低温冷冻离心机：TOMY SEIKO CO.,LTD.TOYOTA JAPAN。
1.2 动物分组和饲养
动物采用雄性Wistar大鼠，体重180±20g，饲喂15%酪蛋白混合饲料4天后，随机分成两个组：运动组和对照组，进入实验期。两组饲料和水均自由摄入。
1.3 动物运动模型
运动组动物进行游泳运动，条件是水温30±2℃，水深大于35cm，大鼠平均占水表面积300cm2。每日游泳2小时，每周5天，共游3周。
, 百拇医药
1.4 最后一次游泳时，运动组大鼠每只游泳时间达2小时时，将大鼠颈椎脱臼，迅速取出心脏放入液氮中封冻，时间不超过30秒。对照组也以同样方法收集标本。
1.5 检测指标
取液氮封冻的左心室肌0.3g，用0.9%NaCl 3ml在冰浴中充分碾磨成匀浆。经5%磺基水扬酸沉淀蛋白后，4℃35000g离心30min，取上清液0.5ml于氨基酸自动分析仪上测定氨基酸，计算游离氨基酸含量。
血清同样经5%磺基水扬酸沉淀蛋白，离心后，取上清液测定氨基酸。
2 结果
2.1 心肌游离氨基酸浓度
从表1可见，运动组心肌Asp、Ala、Cys和Val明显高于对照组，Asp增加最多，约是对照组的2倍；而Glu、Gln明显低于对照组。结果表明，运动时大鼠心肌中的氨基酸代谢活跃。
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表1 心肌游离氨基酸含量(mmol/kg,
±s)AA
运动组(n=7)
对照组(n=7)
Tau
24.40±1.70
23.81±2.70
Asp
3.22±0.28**
, 百拇医药 1.61±0.28
Cln+Thr
5.55±0.54**
7.70±1.04
Ser
0.67±0.10
0.86±0.19
Glu
4.67±0.20**
6.78±0.88
Gly
0.47±0.07
, http://www.100md.com
0.56±0.09
Ala
2.36±0.17*
2.10±0.19
Cys
0.20±0.02**
0.12±0.01
Val
0.53±0.03**
0.45±0.06
Ile
0.23±0.03
, http://www.100md.com
0.21±0.03
Leu
0.29±0.02
0.27±0.04
Met
0.24±0.06
0.27±0.02
Phe
0.50±0.11
0.45±0.06
Lys
1.28±0.09
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1.47±0.15
His
0.35±0.05
0.42±0.13
Arg
0.31±0.04
0.42±0.13
与对照组相比 * p<0.05,**p<0.01
2.2 血清游离氨基酸
表2 血清游离氨基酸含量(μmol/L,
±s), 百拇医药
AA
运动组(n=7)
对照组(n=7)
Tau
279.3±63.9**
179.6±61.6
Gln+Thr
1074.8±120.4*
983.7±90.6
Ser
271.9±38.0
244.0±28.6
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Glu
195.8±16.1
211.9±30.5
Gly
220.16±54.4
194.9±49.5
Ala
382.6±95.0*
523.4±163.3
Cys
42.5±11.2*
27.2±6.3
, 百拇医药
Val
196.9±16.9
169.6±20.5
Ile
93.2±10.8*
76.7±22.1
Leu
132.2±56.3
109.4±17.1
Met
50.3±5.9
58.4±7.4
, 百拇医药
Tyr
61.7±12.5
72.3±13.6
Phe
87.6±8.6**
71.7±8.4
Lys
332.6±54.7
340.4±47.7
His
58.4±6.0
53.9±6.8
, 百拇医药
Trp
48.2±9.1
57.6±7.8
Arg
128.7±19.8
107.1±14.1
与对照组相比 * p<0.05,**p<0.01
从表2结果可看出，运动组血清中许多氨基酸都有不同程度的升高，其中Tau、Cln、Ile、Cys和Phe达到了显著性水平，而与糖异生关系密切的氨基酸Ala显著低于对照组，运动使血清中许多氨基酸浓度上升，表明运动时蛋白质分解代谢增强，并且与糖原异生有关的氨基酸Ala的利用增加。
3 讨论
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心肌游离氨基酸处于动态平衡之中，可以来源于：①蛋白质的降解；②由其它氨基酸或者代谢产物合成；③从循环中摄取。去路有：①释放到细胞外；②用于合成蛋白质；③在肌肉中氧化分解。但运动时蛋白质降解大于合成，氨基酸在肌肉中氧化分解增加，从而引起组织氨基酸的代谢变化。
游泳运动引起心肌中Asp、Ala、Cys、Val含量上升而Glu、Gln降低。这一结果与Dohm等[4]观察到的游泳后大鼠骨骼肌Asp、Ala上升及Glu、Gln降低的结果相似。除了Ala外，运动后血清中许多氨基酸都有不同程度的升高，Tau、Gln、Cys、Ile、Phe等达到了显著性。这表明运动时蛋白质代谢平衡向分解代谢转化。Asp、Ala、Glu、Gln和BCAA是主要在肌肉中代谢的氨基酸，它们代谢上相互联系。BCAA是氨基的主要供给者，在BCAA转氨酶的催化下，BCAA的氨基转移给α-酮戊二酸，生成Glu,Glu再在Gln合成酶的作用下接受氨基生成Gln。Glu亦可将氨基转移给丙酮酸生成Ala和α-酮戊二酸。运动时骨骼肌释放Gln和Ala[2,3]。
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心肌中Glu降低的主要原因是Glu在丙氨酸氨基转移酶(ALAT)催化下，生成α-酮戊二酸和Ala，α-酮戊二酸回补三羧酸循环，氧化分解，Ala释放入血循环中被转运到肝脏进一步代谢，从而使心脏的Glu含量降低。K.Shlin等人[5]观察到运动开始后5min，骨骼肌肉中Ala就显著增加及Glu显著降低，运动的整个过程中肌肉不断从血液中摄取Glu和释放Ala。游泳运动后心肌仍有较高的Ala，考虑到运动过程中心肌释放Ala，说明丙氨酸氨基转移酶(ALAT)催化的反应是一个重要的回补反应之一。Gln降低主要是合成Gln的前体Glu减少及Gln被释放到血液中的结果[6]。Asp增加的幅度明显大于其他氨基酸，说明运动时Glu+草酰乙酸=α-酮戊二酸+Asp的反应更活跃。运动引起血清中Ala降低，可能是由于肝脏糖原异生增加的结果[4]。
Gln是一个条件性必需氨基酸，有多种生理功能。在做功肌肉[7]和低蛋白饮食或感染[8]等条件下都观察到骨骼肌Gln含量与蛋白质合成率成正相关。运动时心肌中较低的Gln含量，可能是运动引起蛋白质合成代谢与分解代谢的平衡发生变化的原因之一。Asp通过嘌呤核苷酸循环(PNC)脱氨生成延胡索酸及AMP，在做功肌肉中也是重要的回补过程之一，用N—羟—N—甲酰甘氨酸抑制腺苷琥珀酸合成酶，使PNC不能正常进行，则三羧酸循环代谢中间物(TCAI)减少50%[9]，在运动条件下，能量相对不足，此时心肌维持高水平的Asp可能是重要的。这种心肌氨基酸的代谢变化既是运动的结果，又可能与心脏的功能有关。其意义有待进一步研究。
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4 参考文献
[1]Kasperek GJ,Dohm GL,Snider RD,et al.Activation of branched chain keto acid dehydrogenase by exercise.Am J Physiol 1985,248:R166_171.
[2]Wagenmakers AJM.Amino acid metabolism,muscle fatigue and muscle wasting:speculations on adaptation at high altitude.Int J Sports Med 1994,13:s110_113.
[3]Wagenmakers AJM ,Beckers EJ,Brouns F.Carbohydrate Supplementation,glycogen depletion and amino acid metabolism during exercise.Am J Physiol 1991,260:E883_890.
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[4]Dohm GJ,Beercher GR,Warren RO,et al.Influence of exercise on free amino acid concentrations in rat tissues.J Appl Physiol 1981,50:41_44.
[5]Sahlin K,katz A,and Brogbery.Tricarboxylic acid cycle intermediates in human muscle during prolonged exercise. Am J Physiol 1990,259:C834_841.
[6]Goldberg AI,Chang TW.Regulation and significance of amino acid metabolism in skeletal muscle.Fed Froc 1978,37:2301_2307.
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[7]Maclennan PA,Brown RA,and Rennie MJ.A Positive relationship between protein synthetic rate and intracellular glutamine concentration in perfused rat skeletal muscle.FEBS Lett 1987,215:187_191.
[8]Jopson MM,Bates PC,Broadbest P,et al.Relationship between glutamine concentration and protein synthesis in rat skeletal muscle.Am J Physiol 1988,255:E166_172.
[9]Aragon JJ,and Lowenstein JM.The purine nucleotide cycle:comparison of the levels of citric acid cycle intermediates with the operation of the purine nucleotide cycle in rat skeletal muscle during exercise and recovery from exercise.Eur J Biochem 1980,110:371_377.
(1997.11.25收稿), 百拇医药