间歇性和持续性游泳训练对大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响
作者：徐玉林
单位：徐玉林 (青岛大学 青岛，266071)
关键词：肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性；心肌收缩性能；间歇训练；持续训练
中国运动医学杂志990123 提要 采用大鼠强制游泳的方法，研究了高强度间歇训练和持续性训练对大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响。6周训练后，两训练组大鼠的心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性均增强，且间训组增长幅度更大，说明运动强度比运动时间对肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响更强；持训组雌鼠比雄鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的增长幅度大，提示心肌收缩蛋白对运动强度和时间的适应存在性别差异。
三磷酸腺苷(ATP)是心肌收缩所必需的直接能源，心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性控制着横桥ATP分解的速率，是影响心肌收缩性能的关键因素。体育训练对心肌肌球蛋白ATP酶活性的影响，已有不少研究报告，但多为持续性训练，未见长期高强度训练对心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性影响的研究，亦未见不同训练方式对心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性作用差异的比较研究报道。
, 百拇医药
间歇训练和持续训练是两种被广泛采用的训练手段，二者都可促进心功能的提高，这一点不论在人体还是在动物研究中都已证明。但这两种训练方式各自所依据的运动生理基础是不同的，因而它们作用于心肌使之产生的适应性改变也必然存在差异，这种差异可能在心肌肌球蛋白ATP酶活性上有所表现。探讨这两种训练形式对心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的确切影响，对于正确选择和运用训练手段，提高训练水平和效益，可提供科学的实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物：
Sprague-Dawley封闭群大鼠48只，雌雄各半，常规喂养，饮食不限量。开始训练时鼠龄13周，体重180～200g。
1.2 训练及分组：
实验鼠随机分为3组，每组16只，雌雄各8只。
, 百拇医药
1)对照组 不加训练，每日置水深3cm的池中300min，每周6天，共6周。
2)高强度间歇训练组(间训组) 加相当于5%体重的负荷，每日训练10次，每次游泳6min间歇4min，每周训6天，共6周。
3)持续训练组(持训组) 训练时无外加负荷，每天训练2次，每次游150min，中间休息60min，每周训6天，共6周。
1.3 训练设备：
矩形泳箱2个，每箱水表面积1500cm2，水深30cm，水温31～34℃，同时投放9只同性别鼠训练。
1.4 指标测取：
6周训练结束后48h，大鼠称重，按45mg.kg-1体重注射1%戊巴比妥钠实施麻醉后，仰卧固定于实验台，立即开胸取心尖部肌组织200mg,加入提取液4ml(0.05M硼酸盐缓冲液、0.5M KCL、pH=7.5)，用高速分散器制成匀浆(3000rpm×10sec×3)。加入无离子水45ml混匀，4℃放置1～2h，4000rpm离心20min，去除上清液，沉淀中加入提取液10ml混匀，4℃放置过夜。再于4000rpm离心20min，取其上清液0.4ml加入提取液0.4ml、0.1M CaCL2 0.1ml和50mM ATP 0.1ml混匀，在37℃保温反应10min后，立即加入20%三氯醋酸1.0ml终止反应。以4000rpm离心5min，取上清液，用氨基萘酚磺酸磷钼蓝比色法，使用UV—260紫外分光光度计(日本岛津)在690nm波长下测定无机磷含量。
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蛋白质含量测定用考马斯亮蓝法。取肌匀浆上清液0.2ml、考马斯亮蓝溶液5ml，混匀后在540nm波长下测定光密度。以牛血清白蛋白(电泳纯)作基准物(1mg蛋白/ml)，根据标准蛋白质含量求出样本蛋白含量。
酶的比活性以单位时间内单位质量蛋白质催化ATP所释放无机磷的微摩尔数表示。
2 结果
2.1 一般资料：
训练期间3只鼠因咬伤感染治疗无效死亡；另有4只鼠的组织标本在离心时因试管破裂而丢失。共获得大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性数据资料41份。
2.2 雌性大鼠两训练组心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性均显著高于对照组(均为p<0.01);间训组心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性高于持训组(Mean 0.569 vs 0.376 μMol Pi.mg-1protein.min-1)，但差异无显著意义(见表1)。
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2.3 雄性大鼠两训练组心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性亦显著高于对照组(间训组p<0.001；持训组p<0.01)；间训组Ca2+-ATP酶活性增高幅度最大(比对照组增长300.6%)；两训练组之间有显著性差异(p<0.001)(见表1)。
2.4 持训组雌性大鼠肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性显著高于同组雄鼠(p<0.01)；另外两组的同组两性大鼠之间肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的差异均无显著性(见表1)。
3 讨论
机体功能可以在环境变化的作用下逐步发生适应性改变，这是体育锻炼增强体质的理论依据。体育锻炼促使心肌收缩能力适应性增强，根本原因在于心肌细胞的功能状态发生了改变，而心肌功能状态主要取决于肌球蛋白ATP酶活性、肌浆[Ca2+]和能量供给状况[1,2]。通常，肌浆[Ca2+]和能量供给出现的变化很小，而肌球蛋白ATP酶活性则易于受到多种因素的调节而发生改变[3]，因而是影响心肌收缩性能的很重要的一个方面。
, 百拇医药
表1 游泳训练对大鼠心室肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响
雌 性
雄 性
n
M±SD
比对照组增长(%)
n
M±SD
比对照组增长(%)
对照组
8
0.213±0.057
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7
0.163±0.025
间训组
7
0.569±0.331*
167.1
6
0.653±0.219**##
300.6
持训组
5
0.376±0.102*△
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8
0.244±0.048*
49.7
注：ATP酶比活性单位：μMol Pi.mg-1protein*min-1 与对照组比较：* p<0.01 ** p<0.001
同组两性比较：△ p<0.01 同性两训练组比较：## p<0.001
由德国著名心脏学家赖因德尔和长跑教练格施勒创造的间歇训练法，特点是对于练习强度及间歇时间有严格的规定，不等心脏功能恢复到安静状态就又开始下一次练习，因此对心脏的结构、功能和生化特性有深刻的影响。本实验间训组运动时间短(6min)，两次训练之间的间歇只有4min，并加相当于5%体重的负荷。按McArdle的方法推算[4]，大鼠在这种负荷下游泳时的摄氧量是安静时的4～5倍，属高强度的间歇训练。从实验结果可看出，间训组不论雌雄，肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性均比对照组显著增高(雌性增高167.1%，雄性增高300.6%)，提示间歇训练确实对肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性有巨大影响，很可能是该训练法促进心功能增强的原因之一。
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持续训练的强度较低，运动时间长，运动量很大。动物长时间处于有氧代谢水平很高的状态，既对心泵功能提出了较高要求，又不至于积累大量代谢产物而干扰心肌细胞内环境的稳定，因而对心肌收缩功能有良好的促进作用。Bhan和Scheure[5]让大鼠分组进行持续性游泳训练，发现肌球蛋白ATP酶活性的增高与游泳时间成正变关系。这只是单纯的持续性训练出现的结果，反映了时间因素单方面的影响，即运动总量与肌球蛋白ATP酶活性的关系，从中不能看出运动强度的作用大小。本实验将两种强度不同的训练方法进行横向比较研究，发现虽然间训组的训练时间只有持训组的五分之一(6min×10/day vs 150min×2/day)，但间训组大鼠心肌肌球蛋白ATP酶活性增加的幅度大于持训组，尤以间训组雄性大鼠增加明显，与持训组的差异有极显著意义。这证明在对肌球蛋白ATP酶活性的作用方面，运动强度是比运动时间更为有效的刺激因素。
心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶在肌浆钙离子浓度变化的调节下，通过肌球蛋白与肌纤蛋白的结合/分离而发挥催化活性，使ATP分解，为肌肉收缩提供能量，因此是控制心肌收缩性能的主导因素。高强度运动时，心室后负荷急剧增大，只有增加心肌收缩力量和收缩速度才能维持搏出量。长期的高强度运动对于心肌内在特性具有深刻的影响。这种影响在心肌结构方面的表现之一，是高强度训练引起的心室壁明显增厚[6，7]，在心肌生理生化特性上的表现，最具代表性的当是肌球蛋白ATP酶活性的增强。相比之下，持续训练的运动强度低，运动中心脏后负荷增加的程度较小，主要是前负荷加大[8]，所以心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的增长幅度不及高强度间歇训练。
, 百拇医药
持训组雌鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性显著高于同组雄鼠，而与间训组雌鼠的ATP酶活性并无显著差异。可能对于雌鼠而言，本持续训练程序的强度偏高，对雌鼠的生理负荷相对过强，与对雄鼠的刺激相比有性质上的不同。这提示心肌收缩特性在对运动强度和时间的适应性反应方面，可能存在着性别差异，其机理有待进一步探讨。
4 结论
4.1 高强度间歇训练和持续性训练均可促进大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性增强。
4.2 在对大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响方面，运动强度比运动时间的作用更为显
著。
4.3 大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性对运动强度和时间的适应性反应可能存在着性别差异。
, 百拇医药
5 参考文献
[1]Katz AM. Physiology of the heart.Raven Press.1977,高天礼译，北京：科学出版社，1979，467.
[2]徐玉琳.心肌收缩性能对体育锻炼的适应.中国运动医学杂志.1990，9(2)：104.
[3]顾天爵主编.生物化学(第4版).北京：人民卫生出版社.1995：63.
[4]McArdle WD.Metabolic stress of endurance swimming in the laboratory rat.J Appl Physiol.1967,22:50.
[5]Bhan AK,Scheuer J.Effects of physical training on cardiac actomyosin adenosine triphosphatase activity.Am J Physiol.1972,223(6):1486.
, 百拇医药
[6]Banister EW,et al.Ultrastructure modifications in rat heart: responses to exercise and training.Am J Physiol,1971,220(6):1935.
[7]Scheuer J.Tipton CM.Cardiovascular adaptation to physical training.Ann Rev Physiol.1977,39:221.
[8]Baldwin KM.Effects of chronic exercise on biochemical and functional properties of the heart.Med Sci Sports Exerc.1985,17:522.
(1997.12.21收稿), 百拇医药
单位：徐玉林 (青岛大学 青岛，266071)
关键词：肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性；心肌收缩性能；间歇训练；持续训练
中国运动医学杂志990123 提要 采用大鼠强制游泳的方法，研究了高强度间歇训练和持续性训练对大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响。6周训练后，两训练组大鼠的心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性均增强，且间训组增长幅度更大，说明运动强度比运动时间对肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响更强；持训组雌鼠比雄鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的增长幅度大，提示心肌收缩蛋白对运动强度和时间的适应存在性别差异。
三磷酸腺苷(ATP)是心肌收缩所必需的直接能源，心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性控制着横桥ATP分解的速率，是影响心肌收缩性能的关键因素。体育训练对心肌肌球蛋白ATP酶活性的影响，已有不少研究报告，但多为持续性训练，未见长期高强度训练对心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性影响的研究，亦未见不同训练方式对心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性作用差异的比较研究报道。
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间歇训练和持续训练是两种被广泛采用的训练手段，二者都可促进心功能的提高，这一点不论在人体还是在动物研究中都已证明。但这两种训练方式各自所依据的运动生理基础是不同的，因而它们作用于心肌使之产生的适应性改变也必然存在差异，这种差异可能在心肌肌球蛋白ATP酶活性上有所表现。探讨这两种训练形式对心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的确切影响，对于正确选择和运用训练手段，提高训练水平和效益，可提供科学的实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物：
Sprague-Dawley封闭群大鼠48只，雌雄各半，常规喂养，饮食不限量。开始训练时鼠龄13周，体重180～200g。
1.2 训练及分组：
实验鼠随机分为3组，每组16只，雌雄各8只。
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1)对照组 不加训练，每日置水深3cm的池中300min，每周6天，共6周。
2)高强度间歇训练组(间训组) 加相当于5%体重的负荷，每日训练10次，每次游泳6min间歇4min，每周训6天，共6周。
3)持续训练组(持训组) 训练时无外加负荷，每天训练2次，每次游150min，中间休息60min，每周训6天，共6周。
1.3 训练设备：
矩形泳箱2个，每箱水表面积1500cm2，水深30cm，水温31～34℃，同时投放9只同性别鼠训练。
1.4 指标测取：
6周训练结束后48h，大鼠称重，按45mg.kg-1体重注射1%戊巴比妥钠实施麻醉后，仰卧固定于实验台，立即开胸取心尖部肌组织200mg,加入提取液4ml(0.05M硼酸盐缓冲液、0.5M KCL、pH=7.5)，用高速分散器制成匀浆(3000rpm×10sec×3)。加入无离子水45ml混匀，4℃放置1～2h，4000rpm离心20min，去除上清液，沉淀中加入提取液10ml混匀，4℃放置过夜。再于4000rpm离心20min，取其上清液0.4ml加入提取液0.4ml、0.1M CaCL2 0.1ml和50mM ATP 0.1ml混匀，在37℃保温反应10min后，立即加入20%三氯醋酸1.0ml终止反应。以4000rpm离心5min，取上清液，用氨基萘酚磺酸磷钼蓝比色法，使用UV—260紫外分光光度计(日本岛津)在690nm波长下测定无机磷含量。
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蛋白质含量测定用考马斯亮蓝法。取肌匀浆上清液0.2ml、考马斯亮蓝溶液5ml，混匀后在540nm波长下测定光密度。以牛血清白蛋白(电泳纯)作基准物(1mg蛋白/ml)，根据标准蛋白质含量求出样本蛋白含量。
酶的比活性以单位时间内单位质量蛋白质催化ATP所释放无机磷的微摩尔数表示。
2 结果
2.1 一般资料：
训练期间3只鼠因咬伤感染治疗无效死亡；另有4只鼠的组织标本在离心时因试管破裂而丢失。共获得大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性数据资料41份。
2.2 雌性大鼠两训练组心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性均显著高于对照组(均为p<0.01);间训组心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性高于持训组(Mean 0.569 vs 0.376 μMol Pi.mg-1protein.min-1)，但差异无显著意义(见表1)。
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2.3 雄性大鼠两训练组心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性亦显著高于对照组(间训组p<0.001；持训组p<0.01)；间训组Ca2+-ATP酶活性增高幅度最大(比对照组增长300.6%)；两训练组之间有显著性差异(p<0.001)(见表1)。
2.4 持训组雌性大鼠肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性显著高于同组雄鼠(p<0.01)；另外两组的同组两性大鼠之间肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的差异均无显著性(见表1)。
3 讨论
机体功能可以在环境变化的作用下逐步发生适应性改变，这是体育锻炼增强体质的理论依据。体育锻炼促使心肌收缩能力适应性增强，根本原因在于心肌细胞的功能状态发生了改变，而心肌功能状态主要取决于肌球蛋白ATP酶活性、肌浆[Ca2+]和能量供给状况[1,2]。通常，肌浆[Ca2+]和能量供给出现的变化很小，而肌球蛋白ATP酶活性则易于受到多种因素的调节而发生改变[3]，因而是影响心肌收缩性能的很重要的一个方面。
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表1 游泳训练对大鼠心室肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响
雌 性
雄 性
n
M±SD
比对照组增长(%)
n
M±SD
比对照组增长(%)
对照组
8
0.213±0.057
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7
0.163±0.025
间训组
7
0.569±0.331*
167.1
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0.653±0.219**##
300.6
持训组
5
0.376±0.102*△
, http://www.100md.com 76.5
8
0.244±0.048*
49.7
注：ATP酶比活性单位：μMol Pi.mg-1protein*min-1 与对照组比较：* p<0.01 ** p<0.001
同组两性比较：△ p<0.01 同性两训练组比较：## p<0.001
由德国著名心脏学家赖因德尔和长跑教练格施勒创造的间歇训练法，特点是对于练习强度及间歇时间有严格的规定，不等心脏功能恢复到安静状态就又开始下一次练习，因此对心脏的结构、功能和生化特性有深刻的影响。本实验间训组运动时间短(6min)，两次训练之间的间歇只有4min，并加相当于5%体重的负荷。按McArdle的方法推算[4]，大鼠在这种负荷下游泳时的摄氧量是安静时的4～5倍，属高强度的间歇训练。从实验结果可看出，间训组不论雌雄，肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性均比对照组显著增高(雌性增高167.1%，雄性增高300.6%)，提示间歇训练确实对肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性有巨大影响，很可能是该训练法促进心功能增强的原因之一。
, http://www.100md.com
持续训练的强度较低，运动时间长，运动量很大。动物长时间处于有氧代谢水平很高的状态，既对心泵功能提出了较高要求，又不至于积累大量代谢产物而干扰心肌细胞内环境的稳定，因而对心肌收缩功能有良好的促进作用。Bhan和Scheure[5]让大鼠分组进行持续性游泳训练，发现肌球蛋白ATP酶活性的增高与游泳时间成正变关系。这只是单纯的持续性训练出现的结果，反映了时间因素单方面的影响，即运动总量与肌球蛋白ATP酶活性的关系，从中不能看出运动强度的作用大小。本实验将两种强度不同的训练方法进行横向比较研究，发现虽然间训组的训练时间只有持训组的五分之一(6min×10/day vs 150min×2/day)，但间训组大鼠心肌肌球蛋白ATP酶活性增加的幅度大于持训组，尤以间训组雄性大鼠增加明显，与持训组的差异有极显著意义。这证明在对肌球蛋白ATP酶活性的作用方面，运动强度是比运动时间更为有效的刺激因素。
心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶在肌浆钙离子浓度变化的调节下，通过肌球蛋白与肌纤蛋白的结合/分离而发挥催化活性，使ATP分解，为肌肉收缩提供能量，因此是控制心肌收缩性能的主导因素。高强度运动时，心室后负荷急剧增大，只有增加心肌收缩力量和收缩速度才能维持搏出量。长期的高强度运动对于心肌内在特性具有深刻的影响。这种影响在心肌结构方面的表现之一，是高强度训练引起的心室壁明显增厚[6，7]，在心肌生理生化特性上的表现，最具代表性的当是肌球蛋白ATP酶活性的增强。相比之下，持续训练的运动强度低，运动中心脏后负荷增加的程度较小，主要是前负荷加大[8]，所以心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的增长幅度不及高强度间歇训练。
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持训组雌鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性显著高于同组雄鼠，而与间训组雌鼠的ATP酶活性并无显著差异。可能对于雌鼠而言，本持续训练程序的强度偏高，对雌鼠的生理负荷相对过强，与对雄鼠的刺激相比有性质上的不同。这提示心肌收缩特性在对运动强度和时间的适应性反应方面，可能存在着性别差异，其机理有待进一步探讨。
4 结论
4.1 高强度间歇训练和持续性训练均可促进大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性增强。
4.2 在对大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性的影响方面，运动强度比运动时间的作用更为显
著。
4.3 大鼠心肌肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性对运动强度和时间的适应性反应可能存在着性别差异。
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5 参考文献
[1]Katz AM. Physiology of the heart.Raven Press.1977,高天礼译，北京：科学出版社，1979，467.
[2]徐玉琳.心肌收缩性能对体育锻炼的适应.中国运动医学杂志.1990，9(2)：104.
[3]顾天爵主编.生物化学(第4版).北京：人民卫生出版社.1995：63.
[4]McArdle WD.Metabolic stress of endurance swimming in the laboratory rat.J Appl Physiol.1967,22:50.
[5]Bhan AK,Scheuer J.Effects of physical training on cardiac actomyosin adenosine triphosphatase activity.Am J Physiol.1972,223(6):1486.
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[6]Banister EW,et al.Ultrastructure modifications in rat heart: responses to exercise and training.Am J Physiol,1971,220(6):1935.
[7]Scheuer J.Tipton CM.Cardiovascular adaptation to physical training.Ann Rev Physiol.1977,39:221.
[8]Baldwin KM.Effects of chronic exercise on biochemical and functional properties of the heart.Med Sci Sports Exerc.1985,17:522.
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