游泳训练对骨骼肌萎缩和恢复过程中血清睾酮水平的影响

游泳训练对骨骼肌萎缩和恢复过程中血清睾酮水平的影响

因四肢受伤后的固定而受损的骨肌肉痉挛是康复医学中常见的问题。如何迅速地缓解肌肉萎缩,恢复运动能力,有着重要的理论和实践意义。骨骼肌废用性萎缩以肌肉蛋白合成代谢减弱,分解代谢增强,肌肉蛋白的丢失为主要特征,而肌肉蛋白的同化作用与机体的雄激素水平密切相关,多数研究表明睾酮(testosterone,T)有促蛋白合成的作用,但在肌肉萎缩及不同方式恢复后血清睾酮(serumtestosterone,ST)水平的变化,尚不清楚。本研究试图通过对该问题的研究,探讨不同的运动方式对肌萎缩恢复的作用机制,为今后的理论研究和临床治疗提供依据。1材料和方法1.1实行4周及不同饲养时间的种马立克氏正常饲养、生长混台训练、补种或补种雄性SD大鼠30只,6月龄,由北京医科大学实验动物中心提供。每3只1笼,自由进食饮水。将动物随机分为5组,每组6只:①组(正常对照组):正常饲养9周后宰杀;②组(固定即杀组):正常饲养3周,外固定3周后立即宰杀;③组(自然恢复组):正常饲养3周,外固定3周,自然恢复3周后宰杀;④组(跑台训练组):正常饲养3周,外固定3周,小强度跑台训练3周后宰杀;⑤组(游泳训练组):正常饲养3周,外固定3周,小强度游泳训练3周后宰杀。1.2固定时间与训练除①组外,所有大鼠均在2%戊巴比妥钠(40mg/kg)麻醉下行右后肢管型石膏固定21d,膝关节屈曲120°～135°,髋关节置于外翻位。固定期间,每日检查固定部位,因大鼠啃咬、挣扎,下肢水肿、淤血或肌萎缩造成的固定不适,随时给予重新固定。④、⑤两组解除固定后,给予5d的休息适应(前3d休息,后2d每天适应性练习15min),然后分别进行跑台和游泳训练,以7d为1个训练周期,每周期训练5次,每天1次。参照Bedford的研究,跑台组每次训练时间为60min,跑速及跑台坡度缓慢递增,第1周跑速为11m/min,坡度为0%;第2周为11m/min,5%;第3周为15m/min,5%。游泳组每次训练时间依周递增,第1周每次为30min,第2周为60min,第3周为90min。游泳时大鼠尾部不负重,游泳池水深0.75m,水温保持在32℃～36℃。1.3腹主动脉采血各组动物均统一安排在下午2:00～4:00宰杀,以保证激素的分泌节律一致。将大鼠以2%戊巴比妥钠麻醉后,固定于解剖台上,暴露出腹主动脉,以5ml一次性注射器进行腹主动脉采血,血样静置1h后,以4000r/min低速离心10min,取上清分装入1.5mlAppendorf管,于-20℃冰箱内贮存,留待测ST。之后立即冰浴下切开右后肢皮肤、皮下筋膜,暴露出股四头肌,钝性分离并完整取下股四头肌,将肌腱及肌筋膜除去,以预冷的生理盐水冲洗后立即放入10%中性Formalin(PH7.4)固定液中。1.4净记数计算tecarbST水平采用DPL公司的125I标记RIA药盒进行测定,测定方法为包被—抗体—计数法。采用Tecan505型全自动加样仪(Switzerland)加样,Beckman5500Gamma计数仪计数。结果计算:净记数=平均每分钟计数-平均非特异性结合每分钟计数。百分结合率=净记数/净最大结合记数×100%,然后从logit-log标准曲线上计算ST浓度。1.5染色方法将固定液中的小块肌组织,进行常规石蜡包埋,HE染色,光镜下(10×40)观察,以确定萎缩及恢复效果。1.6当均为xsxs,型使用Excel进行数据处理,结果用(x¯±sx¯±s)表示。组间比较采用方差分析,之后再作两组独立小样本平均差异的显著性检验。2结果2.1医院的四个头肌骨骼成像2.2两组st水平比较见表1经统计学分析,正常对照组ST水平显著高于固定即杀组、自然恢复组和跑台训练组(P<0.05),并与固定即杀组及自然恢复组比较差异有非常显著性意义(P<0.01);固定即杀组ST水平显著低于自然恢复组及运动恢复组(P<0.05),且与自然恢复组和跑台训练组比较差异有非常显著性意义(P<0.01);其余各组间比较差异均无显著性意义。3讨论3.1大鼠中t代谢的变化由管型石膏固定肢体获得的肌肉萎缩能保持肌肉的正常神经支配和长度,最接近于临床上肢体制动所造成的肌肉萎缩,因此本研究采用石膏外固定方式建立废用性肌萎缩的动物模型。在大鼠的髋膝关节制动3周后,从HE染色的组织学切片上观察到:②组大鼠出现萎缩样变化,肌原浆减少,间质较多,肌核相对增多,可见肌核内移及聚集现象,偶见有肌纤维坏死。同时②组ST水平也较正常对照组显著下降,尽管对ST水平的下降我们尚未找到合理的解释,但推测T的合成与分泌与机体的机能状态相适应,固定过程中机体处于一种消耗状态,异化作用占优势,使作为同化作用的T代谢清除加速而合成减少。以上结果表明,本研究所建立的废用性肌萎缩的模型是可靠的。3.2肌纤维组织学观察骨骼肌废用性萎缩的恢复受多种因素的影响,其中运动是一个相当重要的因素。据报道,解除固定7～14d后,萎缩肌的大多数指标都能恢复到正常水平,但这一过程比较缓慢,所以本研究以解除固定3周后作为自然恢复及运动恢复后取材时间。结果表明,在解除外固定自然恢复3周后,大鼠ST水平虽然比固定即杀组增高,但尚未恢复到对照组水平,肌纤维组织学切片上也仍有萎缩样变化。可见,采用自然恢复方式虽然可以使ST水平逐渐恢复,但还需要更长的时间才能达到正常水平。而采用低强度的跑台训练或游泳训练均可使恢复过程加速,表现为:游泳组的ST水平与对照组相比差异无显著性意义;跑台组的ST水平虽没有完全恢复到对照组水平,但较固定即杀组已有明显提高,且运动组的肌纤维形态也基本恢复正常。从总体上看,3周小负荷的有氧训练在提高ST水平上较自然恢复方式幅度大,从促进骨骼肌蛋白合成的角度,再次证实在恢复早期采用适宜的运动训练确实能加速肌萎缩的恢复。而运动促萎缩恢复除了通过以往已阐明的途径,如加速肌梭及梭内肌纤维的形态及ATP酶含量的恢复以外,还可能与提高ST水平密切相关。3.3腺轴的反馈调节有关运动对雄激素水平影响的多数研究资料表明:短时间最大强度运动或中等强度运动可使血浆T水平提高,而长时间中等强度运动及反复负荷可使血浆T水平下降。本研究观察到,采用3周小负荷的跑台训练或游泳训练均可使ST水平较固定即杀组显著增高,但跑台组尚未恢复到正常对照组水平。我们认为,适量的运动训练可使ST水平增高,这是机体对运动刺激的一种内分泌调节的生理反应。而这种调节过程是很复杂的,其中,下丘脑-垂体-性腺轴的各级长环路、短环路和超短环路的反馈调节发挥了重要作用。各级环路共同调节的结果是使ST水平有一定程度的增高,但不会过高。此外,运动刺激还加速肌肉的血液循环,使血液重新分配,骨骼肌血流量增加,而肝血流量减少,使T在肝脏中的代谢廓清率降低,也在一定程度上导致了ST水平的上升。激素对不同形式的运动负荷的效应有强度和时间依赖性,运动性雄激素水平的升高需要有一定的强度,有关文献提出至少应在无氧阈以上的运动强度。本研究中采用的两种运动方式均为低强度的有氧运动,故ST水平增高幅度不大,可能与运动强度低,运动时间短有关。适当地增加运动强度和时间,也许会使ST恢复至正常水平,这还有待于进一步验证。另外,影响肌肉同化作用的因素有很多,除雄激素及其受体外,胰岛素及胰岛素样生长因子等物质均会对肌肉的蛋白代谢产生作用,而运动也很可能会对这些因素产生影响,我们尚不知何种因素是限速因素。在肌肉萎缩恢复过程中,肌肉蛋白合成增加,运动本身除了对肌纤维的形态改善是一种刺激因素,也对T的合成与分泌提出了新的要求,由于垂体-性腺轴的调节,激素水平的变化不断被反馈调整,而组织此时的雄激素受体水平、胰岛素水平、胰岛素样生长因子的状态等因素均参与同化作用,从而维持机体的T水平在一定的范围,而不能使之单独升高很多。如果同时观察胰岛素及胰岛素样生长因子的变化,可能会明确ST水平升