王國(guó)偉

(鄭州大學(xué)體育學(xué)院，河南 鄭州　450044)

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不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠骨骼肌有氧工作能力影響的機(jī)制研究*

王國(guó)偉

(鄭州大學(xué)體育學(xué)院，河南 鄭州450044)

摘要：目的：觀察不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠有氧工作能力的影響，探討振動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)大鼠骨骼肌有氧工作能力的分子生物學(xué)機(jī)制。方法：4周齡雄性SD大鼠40只適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，隨機(jī)分為安靜對(duì)照組(C，n=10)、低頻率振動(dòng)訓(xùn)練組(L，15Hz，n=10)、中頻率振動(dòng)訓(xùn)練組(M，25Hz，n=10)和高頻率振動(dòng)訓(xùn)練組(H，35Hz，n=10)，經(jīng)過(guò)8周振動(dòng)訓(xùn)練后，測(cè)試各組大鼠跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，檢測(cè)各組大鼠腓腸肌VEGF、KDR、Ang-1及bFGF 蛋白表達(dá)水平。結(jié)果：L、M兩組大鼠的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)間較C組顯著增加(P<0.01)，且M 組大鼠運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)；各振動(dòng)訓(xùn)練組大鼠腓腸肌VEGF、KDR、Ang-1及bFGF蛋白表達(dá)水平均顯著高于安靜對(duì)照組(P<0.05)，M組大鼠腓腸肌各蛋白表達(dá)水平顯著高于其它各組。結(jié)論：不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練均通過(guò)提高大鼠腓腸肌VEGF、KDR、Ang-1及bFGF 蛋白表達(dá)增強(qiáng)了骨骼肌的有氧工作能力，中等頻率振動(dòng)訓(xùn)練效果最為顯著。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)訓(xùn)練，腓腸肌，有氧工作能力,大鼠

氧供應(yīng)充足是有氧工作的前提條件，也是有氧工作能力的重要制約因素，它主要與機(jī)體的心肺功能和骨骼肌利用氧氣的能力有關(guān)。骨骼肌利用氧氣的能力是限制有氧工作能力的關(guān)鍵因素，它主要與骨骼肌纖維類型、線粒體數(shù)量、功能及毛細(xì)血管數(shù)量等有關(guān)[1，2]。采用各種方法提高毛細(xì)血管數(shù)量成為提高有氧工作能力的一個(gè)重要途徑，實(shí)踐中主要使用高原訓(xùn)練等低氧手段。振動(dòng)訓(xùn)練的肌肉收縮形式是超等長(zhǎng)收縮，即離心收縮后立刻進(jìn)行向心收縮的肌肉工作方式[3]。臨床研究證實(shí)振動(dòng)訓(xùn)練刺激可作用于血管系統(tǒng)，使其產(chǎn)生一系列變化，適宜的機(jī)械振動(dòng)訓(xùn)練可提升心血管功能，明顯改善肺通氣機(jī)能及心臟灌注，并可增加血氧飽和度[4]。

本實(shí)驗(yàn)以上述研究結(jié)論為理論依據(jù)，以大鼠作為研究對(duì)象，采用分子生物學(xué)技術(shù)檢測(cè)不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)骨骼肌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子激酶功能區(qū)受體(KDR)、血管生成素-1(Ang-1)及堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)蛋白表達(dá)水平的影響，探討不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)大鼠骨骼肌有氧工作能力的分子機(jī)制。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

4周齡雄性SD大鼠32只，體重在160g～180g，由河北醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)部提供。二級(jí)條件分籠飼養(yǎng)，每個(gè)鼠籠2只，自由進(jìn)食水，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物常規(guī)飼料喂養(yǎng)。32只SD雄性大鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，隨機(jī)分為四組，安靜對(duì)照組(C)、低頻率振動(dòng)訓(xùn)練組(L，15Hz)、中頻率振動(dòng)訓(xùn)練組(M，25Hz)和高頻率振動(dòng)訓(xùn)練組(H，35Hz)各8只，分組情況見(jiàn)表1。

表1　實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組情況

1.2振動(dòng)訓(xùn)練方案

采用蘇州儀器廠生產(chǎn)的DY-605振動(dòng)臺(tái)對(duì)大鼠進(jìn)行振動(dòng)訓(xùn)練，振幅為1.5mm。大鼠每日上午9～10時(shí)左右進(jìn)行訓(xùn)練，每天訓(xùn)練30min(15min×2，間歇5min)，每周訓(xùn)練6天，持續(xù)訓(xùn)練8周。

1.3取材與觀測(cè)指標(biāo)的測(cè)定

1.3.1大鼠有氧工作能力的評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)第8周末，進(jìn)行大鼠有氧工作能力的評(píng)定：各組大鼠采用跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)有氧工作能力，大鼠先以15m/min的速度，坡度15%運(yùn)動(dòng)5min，然后在1min之內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度增至35m/min，坡度15%至力竭。大鼠運(yùn)動(dòng)力竭標(biāo)準(zhǔn)以連續(xù)給予電刺激，大鼠不繼續(xù)跑動(dòng)，停跑后大鼠表現(xiàn)為呼吸急促、神情倦怠，捕捉時(shí)逃避反應(yīng)減弱。

1.3.2取材

實(shí)驗(yàn)第8周末處死所有大鼠取材，取材前停止振動(dòng)訓(xùn)練48小時(shí)，禁食過(guò)夜。所用器材均經(jīng)DEPC(diethypyrocarbonate，焦碳酸二乙酯)水浸泡、高壓滅菌。乙醚麻醉，取腓腸肌放入DEPC水中沖洗表層血液，并用濾紙吸干后保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3大鼠骨骼肌生化指標(biāo)測(cè)試

腓腸肌VEGF、KDR、Ang-1、b FGF 蛋白表達(dá)的測(cè)試：采用Western blot免疫印跡檢測(cè)。各細(xì)胞因子蛋白測(cè)試時(shí)分別取100mg腓腸肌充分剪碎加入裂解液，勻漿后離心(16000/min，30min)取上清液，測(cè)定蛋白濃度。調(diào)整上樣量后，經(jīng)SDS-PAGE電泳分離，用濕轉(zhuǎn)法將目的蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜上。5%的脫脂奶粉封閉1小時(shí)，TBST洗滌后加一抗4oC過(guò)夜。TBST沖洗3次，加堿性磷酸酶標(biāo)記的二抗1:3000稀釋液孵育1小時(shí)后顯色，以各細(xì)胞因子與β-Actin的比值作為相對(duì)表達(dá)量。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(M±SD)表示，用SPSS14.0數(shù)據(jù)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，組間比較采用單因素方差分析。

2結(jié)果

2.1各組大鼠有氧工作能力的比較

實(shí)驗(yàn)采用跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行大鼠有氧工作能力的評(píng)價(jià)，測(cè)試結(jié)果顯示L、M兩組大鼠的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)間較C組顯著增加(P<0.01)，且M 組大鼠運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，H組大鼠跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)間較C組有所增加，但無(wú)顯著性差異，見(jiàn)圖1。提示振動(dòng)訓(xùn)練尤其中等頻率的振動(dòng)訓(xùn)練有助于提高大鼠的有氧工作能力。

圖1　各組大鼠跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間注：aP<0.01，AP<0.05：與C組比較；bP<0.01，BP<0.05：與L組比較；cP<0.01，CP<0.05：與M組比較。

2.2各組大鼠腓腸肌VEGF、KDR 蛋白表達(dá)的比較

表2及圖2顯示8周實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各振動(dòng)訓(xùn)練組大鼠腓腸肌VEGF、KDR蛋白表達(dá)水平均顯著高于安靜對(duì)照組(P<0.05)；M組大鼠腓腸肌VEGF、KDR蛋白表達(dá)水平顯著高于L、H兩組(P<0.01)；L組大鼠腓腸肌VEGF、KDR蛋白表達(dá)水平顯著高于H組(P<0.05)。提示振動(dòng)訓(xùn)練可以顯著提高大鼠腓腸肌組織VEGF、KDR 蛋白表達(dá)水平，但不同頻率的振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠腓腸肌組織VEGF、KDR蛋白表達(dá)水平的影響不同。

表2　各組大鼠腓腸肌VEGF、KDR蛋白表達(dá)的比較

注：aP<0.01，AP<0.05：與C組比較；bP<0.01，BP<0.05：與L組比較；cP<0.01，CP<0.05：與M組比較。

2.3各組大鼠腓腸肌Ang-1、bFGF蛋白表達(dá)的比較

表3及圖2顯示8周實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各振動(dòng)訓(xùn)練組大鼠腓腸肌Ang-1、bFGF蛋白表達(dá)水平均顯著高于安靜對(duì)照組(P<0.05)；L、M兩組大鼠腓腸肌Ang-1蛋白表達(dá)水平無(wú)顯著性差異但均顯著高于H組(P<0.01)；L、H兩組大鼠腓腸肌bFGF蛋白表達(dá)水平無(wú)顯著性差異但均顯著低于M組。提示振動(dòng)訓(xùn)練可以顯著提高大鼠腓腸肌Ang-1、bFGF 蛋白表達(dá)水平，但不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠腓腸肌Ang-1、bFGF蛋白表達(dá)水平的影響不同。

表3　8周末各組大鼠腓腸肌Ang-1、bFGF蛋白表達(dá)的比較

注：aP<0.01，AP<0.05：與C組比較；bP<0.01，BP<0.05：與L組比較；cP<0.01，CP<0.05：與M組比較。

圖2　Western Blot檢測(cè)腓腸肌VEGF、KDR、Ang-1、bFGF蛋白表達(dá)

3討論

骨骼肌的機(jī)能狀況如肌肉質(zhì)量、橫截面積的增加，體成分的變化及毛細(xì)血管密度的增加對(duì)機(jī)體健康水平及運(yùn)動(dòng)能力均有重要作用。振動(dòng)訓(xùn)練可以使機(jī)體的體脂百分比顯著下降，對(duì)身體成分產(chǎn)生良好的干預(yù)作用，還會(huì)引起肌肉質(zhì)量和形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的適應(yīng)性變化[5]。本研究發(fā)現(xiàn)不同頻率的振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠骨骼肌有氧工作能力均有不同程度的提高，中等頻率的振動(dòng)訓(xùn)練效果尤為明顯，提示適宜頻率的振動(dòng)訓(xùn)練可以提高大鼠骨骼肌的機(jī)能狀況。

3.1不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠腓腸肌VEGF、KDR蛋白表達(dá)的影響

有研究證實(shí)VEGF類的促細(xì)胞因子在運(yùn)動(dòng)增加機(jī)體骨骼肌毛細(xì)血管密度過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[6]。本研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)8周不同頻率的振動(dòng)訓(xùn)練，中等頻率振動(dòng)訓(xùn)練的大鼠腓腸肌VEGF蛋白表達(dá)增加最為顯著且跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)，提示振動(dòng)訓(xùn)練可能通過(guò)促進(jìn)大鼠骨骼肌VEGF蛋白表達(dá)增加了骨骼肌毛細(xì)血管密度，使大鼠的有氧工作能力得到提高。骨骼肌VEGF蛋白表達(dá)受多種因素影響，例如訓(xùn)練周期、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及氧分壓的大小等。有學(xué)者研究了長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與急性運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)VEGF mRNA表達(dá)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練使骨骼肌VEGF mRNA表達(dá)水平升高的同時(shí)，骨骼肌纖維的毛細(xì)血管密度和耗氧量顯著增加，但一次急性運(yùn)動(dòng)的影響并不明顯[7]。與不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練結(jié)果相似，本研究發(fā)現(xiàn)不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠腓腸肌VEGF蛋白表達(dá)的作用效果不同。分析其原因可能是不同頻率的振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠骨骼肌的能量代謝及供氧刺激不同，從而造成骨骼肌的供血、供氧出現(xiàn)差異，最終導(dǎo)致大鼠腓腸肌VEGF蛋白表達(dá)的差異。本研究認(rèn)為振動(dòng)訓(xùn)練頻率不同是影響大鼠腓腸肌VEGF蛋白表達(dá)的主要因素，中等頻率的振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠腓腸肌VEGF蛋白表達(dá)的作用最為顯著，是有效發(fā)展骨骼肌有氧工作能力的訓(xùn)練方式。

KDR是VEGF眾多受體中的一員，大量研究證實(shí)KDR的活化可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞分裂增殖[8]。有研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)VEGF受體KDR mRNA表達(dá)的增加，但KDR mRNA表達(dá)的增加要遲于VEGF mRNA的增加，KDR mRNA表達(dá)上調(diào)的延遲可能是為防止VEGF mRNA表達(dá)短時(shí)間增加引起不適當(dāng)?shù)难苌蒣9]。本研究發(fā)現(xiàn)中等頻率的振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠腓腸肌VEGF和KDR蛋白表達(dá)水平的影響最為顯著，且兩種細(xì)胞因子的變化趨勢(shì)大致相同，推測(cè)振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠腓腸肌VEGF和KDR蛋白表達(dá)水平的上調(diào)具有同源性。中等頻率的振動(dòng)訓(xùn)練通過(guò)激活大鼠腓腸肌VEGF及其受體KDR蛋白表達(dá)實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并提高了結(jié)合效率，使大鼠骨骼肌內(nèi)皮細(xì)胞分裂增殖形成新血管，從而提高了大鼠骨骼肌的有氧工作能力。

3.2不同頻率振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠腓腸肌Ang-1、bFGF蛋白表達(dá)的影響

主要在血管平滑肌細(xì)胞周圍表達(dá)的Ang-1，在血管內(nèi)皮凋亡及血管形成后期的成熟、穩(wěn)定、重建等方面發(fā)揮著重要作用[10]。其作用途徑主要有兩條[11]，第一，Ang-1可通過(guò)激活絲氨酸蘇氨酸蛋白酶穩(wěn)定細(xì)胞活力，抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞形成完整的血管壁使血管成熟與穩(wěn)定。第二，Ang-1可以促進(jìn)胞漿素及金屬基質(zhì)蛋白酶的分泌和基底膜的降解，使內(nèi)皮細(xì)胞遷移并抑制炎癥基因表達(dá)。Ang-1可在機(jī)體靜脈成纖維細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中促進(jìn)形成血管腔，同時(shí)可以通過(guò)抑制內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡來(lái)穩(wěn)定血管結(jié)構(gòu)防止血管滲漏[12]。本研究發(fā)現(xiàn)振動(dòng)訓(xùn)練尤其是中等頻率的振動(dòng)訓(xùn)練可以顯著提高大鼠腓腸肌Ang-1蛋白的表達(dá)，它的高表達(dá)可促進(jìn)血管再生，增大局部血流量，從而增強(qiáng)大鼠骨骼肌的有氧工作能力。

bFGF主要在血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和外膜成纖維細(xì)胞表達(dá)合成，具有促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞增生、遷移的功能，且可以誘導(dǎo)體內(nèi)及體外培養(yǎng)的血管內(nèi)皮細(xì)胞形成新的小血管[13]。骨骼肌纖維內(nèi)膜分泌、儲(chǔ)存的bFGF蛋白主要通過(guò)細(xì)胞膜的微小破裂和細(xì)胞的死亡釋放，從而維持骨骼肌的正常功能[14]。有研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以增強(qiáng)骨骼肌bFGF mRNA的表達(dá)，且中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠骨骼肌bFGF mRNA的表達(dá)水平影響最為顯著[15]。作者研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)8周振動(dòng)訓(xùn)練，三訓(xùn)練組大鼠腓腸肌bFGF的蛋白表達(dá)較安靜對(duì)照組均有所增加，且發(fā)現(xiàn)中頻率振動(dòng)訓(xùn)練組大鼠bFGF的蛋白表達(dá)水平最高。分析其原因可能是中頻率的振動(dòng)訓(xùn)練使骨骼肌細(xì)胞膜發(fā)生破裂，細(xì)胞中儲(chǔ)存的bFGF釋放到了細(xì)胞外，到達(dá)細(xì)胞外的bFGF會(huì)立刻與細(xì)胞表面和細(xì)胞外基質(zhì)中的硫酸肝素發(fā)生結(jié)合，從而成為細(xì)胞外bFGF的聚集地，然后它可以持續(xù)不斷的釋放bFGF，而且可以使bFGF不被各種降解酶破壞，因此檢測(cè)到其蛋白表達(dá)升高。大鼠骨骼肌bFGF蛋白表達(dá)的升高不但可使大鼠骨骼肌毛細(xì)血管密度增加，而且可使血管擴(kuò)張，從而提高大鼠的有氧工作能力。

4結(jié)論

本研究證實(shí)不同頻率的振動(dòng)訓(xùn)練均可以提高大鼠骨骼肌VEGF、KDR、Ang-1及bFGF 蛋白的表達(dá)水平，中等頻率的振動(dòng)訓(xùn)練效果最為明顯，這可能是振動(dòng)訓(xùn)練有效提高大鼠有氧工作能力的作用機(jī)制之一。

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Effect of Vibration Training on Aerobic Capacity of Rat Gastrocnemius

WANG Guo-wei

(Physical Education College of Zhengzhou University, Zhengzhou 450044, China)

Abstract：Objective: The purpose of this study is to discuss the mechanism of vibration training in improving muscle aerobic capacity from the biomechanics. Methods: 40 male rats of 4 weeks old were taken for experiment. The rats were divided into control group (C,n=10) , 15Hz training group (L,15Hz,n=10),25Hz training group (M,25Hz,n=10),35Hz training group (H,35Hz,n=10). At the end of the experiment, the aerobic capacity changes of four groups of rats were compared and the gastrocnemius VEGF、KDR、Ang-1 and bFGF protein expression level of each group of rat were detected. Results:The aerobic capacity of M group is increased very significantly(P<0.01); The VEGF、KDR、Ang-1 and bFGF protein expression of gastrocnemius tissue in C group were significantly lower than that of H group (P < 0.01), The VEGF、KDR、Ang-1 and bFGF protein expression of gastrocnemius tissue in M group were significantly higher than that of all groups(P < 0.05). Conclusion: The mechanism of improving muscle aerobic capacity by vibration trainning is to improve VEGF、KDR、Ang-1 and bFGF protein expression of gastrocnemius.

Key words：vibration training; gastrocnemius; aerobic capacity; rat

中圖分類號(hào)：G812.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-323X(2016)02-0096-04

*基金項(xiàng)目：河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃(15A890003)

作者簡(jiǎn)介：王國(guó)偉(1982-)，男，河南濮陽(yáng)人，碩士研究生，講師

收稿日期：2016-01-18

研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)