骨骼肌收缩模式对p38/Akt磷酸化水平与疲劳恢复的影响

摘要

骨骼肌胰岛素抵抗是2型糖尿病的初始与核心环节，且骨骼肌是外周性血糖利用的主要器官。骨骼肌收缩可能通过非胰岛素依赖的途径促进葡萄糖摄取，而p38与Akt可能是其中起重要作用的分子。研究骨骼肌收缩不同模式对上述信号分子磷酸化的影响，对于探讨有效降低血糖的运动方式有重要意义。然而，不同的收缩模式下，其疲劳后恢复速率也不相同。明确何种收缩模式能更有效促进p38、ERK、Akt磷酸化，同时对恢复速率的影响较小，对于制定运动方案非常重要。
　　骨骼肌疲劳后恢复的机制目前研究较少。失重或模拟失重引起骨骼肌萎缩，萎缩骨骼肌恢复速率减慢，原因亦不清楚。航天员返回地面后需借助运动措施促进萎缩的骨骼肌恢复正常形态与功能。因此，了解骨骼肌疲劳后恢复速率的影响因素，以及废用性萎缩骨骼肌恢复速率减慢的原因，有助于制定更有针对性的促恢复措施。
　　为此，本实验采用离体比目鱼肌肌条灌流技术，以及WesternBlot检测方法，研究不同模式的收缩对骨骼肌p38、ERK、Akt磷酸化水平的影响；同时，观察在不同的收缩模式下，间断强直收缩疲劳后收缩力恢复的特征。通过不同收缩模式的比较和药物干预实验探讨影响骨骼肌间断强直收缩疲劳后恢复速率的主要因素，并初步阐明萎缩骨骼肌恢复速率减慢的原因。主要研究结果为：
　　1）特定骨骼肌收缩模式可增加p38磷酸化水平，对ERK与Akt磷酸化水平无影响5min10％DC(dutycycle负荷率)和5min1％DC的收缩模式可分别使p38的磷酸化较对照组增加30％和34％，是激活p38的适宜刺激。但这两种刺激模式对ERK和Akt的磷酸化水平没有影响。
　　2）骨骼肌收缩强度增加，疲劳性亦增加，肌浆网Ca2+-ATP酶被抑制骨骼肌收缩负荷率（DC）越大，越易疲劳，越难恢复。疲劳5min后，30％DC收缩可使强直收缩张力降低至初始张力的16％，而10％DC和1％DC收缩5min仅分别使强直收缩张力降低至32％和84％。强直收缩TR75是一项反映骨骼肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性的指标，在骨骼肌疲劳期间，TR75延长，且TR75延长程度及模式与收缩的负荷率有关。1％DC的收缩模式下，TR75在5min疲劳期间由165ms逐渐延长到220ms；10％DC的收缩模式下，TR75由疲劳前的165ms延长到疲劳第4min的222ms,之后TR75缓慢缩短，到第5min时，TR75为218ms;30％DC的收缩模式下，TR75由疲劳前的119ms延长到疲劳第2min的253ms,之后TR75缩短，到第5min时，TR75为140ms。
　　3）随骨骼肌收缩强度增加，其疲劳后恢复速率减慢
　　a．轻度疲劳主要抑制肌原纤维，对恢复速率影响较小轻度疲劳后，在20min恢复期内，均可恢复至疲劳前强直收缩最大张力(PO)的水平，且恢复程度不受疲劳持续时间的影响；钌红灌流可减慢轻度疲劳后恢复速率，提示轻度疲劳抑制肌原纤维功能。
　　b．中度疲劳主要抑制肌浆网Ca2+释放功能，引起恢复速率减慢中度疲劳后，在20min恢复期末，收缩张力可恢复至90％-95％PO，且中度疲劳持续时间影响恢复的速率；咖啡因灌流可促进中度疲劳后的恢复。
　　c．缺氧、外源性氧自由基、肌纤维内肌钙蛋白抑制亚基（TnI）的降解等，均可降低疲劳后恢复的速率，但影响恢复速率的特征不同恢复期加入CoCl2和Na2S2O4两种化学缺氧试剂灌流后，初期其恢复速率正常，恢复10min后张力不再升高，相反呈下降趋势。H2O2灌流后，对恢复的作用为先促进后抑制，可能与TnI发生降解相关。
　　d．内源性氧自由基不影响恢复速率使用氧自由基清除剂Tiron后，骨骼肌疲劳后恢复速率没有发生变化，表明生理浓度的氧自由基尚不足以影响骨骼肌的恢复。
　　e．肌浆网Ca2+-ATP酶活性的改变亦不影响恢复速率TR75（舒张达到75％最大张力的时间）可以代表骨骼肌肌浆网Ca2+摄取功能。TR75越短，说明肌浆网Ca2+摄取功能越好。在各种收缩模式中，疲劳期TR75均呈逐渐延长，恢复期间TR75则逐渐缩短，直到恢复疲劳前水平。因此，可以认为，恢复过程中肌浆网Ca2+摄取功能逐渐增强。但是，恢复过程中，TR75恢复的快慢与收缩力恢复的快慢并无对应关系。故认为肌浆网Ca2+摄取功能在骨骼肌间断强直收缩疲劳后的恢复过程中不起作用。
　　4）萎缩比目鱼肌疲劳后恢复速率减慢的机制，可能主要涉及肌浆网Ca2+释放功能更易被抑制尾部悬吊1周的大鼠比目鱼肌明显萎缩，其重量/体重之比仅为对照大鼠的60％。在各种收缩模式的疲劳后，萎缩比目鱼肌收缩张力恢复均较同步对照组减缓。各项干预实验表明，萎缩比目鱼肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性增强、缺氧、氧自由基均不是引起恢复速率减慢的原因，其机制可能主要涉及肌浆网Ca2+释放功能更易被抑制。
　　综上所述，负荷率较低、疲劳时间不长的收缩模式可以更有效促进p38磷酸化，同时有较好的恢复功能。肌原纤维的抑制、肌浆网Ca2+释放功能的抑制、缺氧、外源性氧自由基、肌纤维内肌钙蛋白抑制亚基（TnI）的降解等均可通过不同方式影响骨骼肌疲劳后恢复的速率。萎缩比目鱼肌疲劳后恢复速率减慢的机制，可能主要涉及肌浆网Ca2+释放功能更易被抑制。

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前言

文献回顾

研究的重要性

国内外研究现状及其分析

正 文

一、骨骼肌收缩模式与 p38 /Akt 磷酸化水平

二、骨骼肌收缩模式与疲劳恢复特征

三、影响骨骼肌强直收缩疲劳后恢复的因素一：肌浆网与肌原纤维的作用

四、影响骨骼肌强直收缩疲劳后恢复速率降低的因素二：缺氧与氧自由基的作用

五、 废用性萎缩骨骼肌疲劳后恢复速率降低的原因

小结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢