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三种营养补剂对后肢去负荷大鼠比目鱼肌形态和功能影响的研究

张海祥  
【摘要】: 研究背景:大量的科研数据和实验资料表明,在失重和模拟失重条件下,均可使骨骼肌出现明显的废用性萎缩,不仅影响宇航员的工作效率、返回地面后的再适应能力,还会对航天员返回时的救生构成严重威胁,因此,寻找有效的预防和治疗肌萎缩的药物,是航天医学领域亟待解决的重要课题之一。 以往对失重或模拟失重条件下导致肌萎缩的研究主要集中在梭外肌的变化方面,有关药物的防护研究也大多集中在药物对梭外肌的影响方面。而研究资料证明,失重或模拟失重状态下,肌梭的传入冲动减少,有诱发或加重肌萎缩的作用,当肌梭传入冲动增多时,有减轻或对抗肌萎缩的作用。此外,失重或模拟失重条件下,运动神经对骨骼肌的驱动减弱,神经肌肉接点功能退化,可能是失重性肌萎缩及肌力减弱的原因之一,有实验证实,类胆碱物质可增加乙酰胆碱的弥散及终板电流的幅度,对老年痴呆症患者的神经肌肉接点功能退化有一定对抗作用。据此我们认为,理论上那些能兴奋肌梭、增加肌梭传入冲动的类胆碱物质便极有可能成为预防和治疗肌萎缩的理想药物。本研究以能兴奋肌梭的类胆碱物质氯化胆碱和胞磷胆碱为基础,组合成三种营养补剂,以大鼠后肢去负荷建立模拟失重动物模型,观察其对骨骼肌的形态结构、肌纤维类型和肌肉功能等方面的影响,以期为失重性肌萎缩的药物防护提供基础实验资料。 研究目的:本研究的工作假设是失重或模拟失重条件会引发动物骨骼肌肌纤维形态的改变和肌肉功能下降等方面的变化,出现明显的肌萎缩,补充一定的营养补剂(如氯化胆碱)可以减缓或抑制肌萎缩的发生和发展。本实验主要观察三种营养补剂(氯化胆碱、氯化胆碱+复合维生素以及胞磷胆碱)对后肢去负荷大鼠比目鱼肌形态与功能的影响,以寻找对抗失重性肌萎缩的有效药物。 研究方法:以大鼠后肢去负荷建立动物模拟失重模型,灌胃一定剂量的三种营养补剂,(1)对骨骼肌肌纤维进行HE染色后观察其形态变化,同时测定分析肌肉的湿重和湿重体重比等指标;(2)应用酶组织化学方法,观察对大鼠肌球蛋白ATP酶活性的影响,同时采用聚丙烯酰胺凝胶电泳分析对骨骼肌中肌球蛋白重链亚型的影响;(3)进行骨骼肌肌肉功能的测定,分析对肌力和收缩时程等指标的影响。 实验结果: 1.模拟失重对大鼠骨骼肌形态和功能的影响 后肢去负荷14天的大鼠与正常对照组大鼠相比,比目鱼肌(soleus,SOL)肌纤维明显缩小,结构松散,明显发生形态改变,动物体重无明显差异,但肌肉湿重和湿重体重比均有所下降,呈现出明显的萎缩状态;SOL的Ⅰ、Ⅱ型肌纤维横截面积均明显低于正常对照组(P<0.01,P<0.05),单根肌纤维平均横截面积亦显著下降;同时SOL中Ⅰ型肌纤维比例降低,Ⅱ型肌纤维比例增加(P<0.001),肌纤维类型呈现出由慢向快转变的趋势,这一变化在聚丙烯酰胺凝胶电泳对肌球蛋白亚型的分析中也得到了体现;此外,后肢去负荷大鼠的等长收缩张力峰值和强直收缩最大张力均明显下降(P<0.01;P<0.05),而等长收缩峰张力时间和半舒张时间也明显减小(P<0.01;P<0.01),说明模拟失重导致动物肌肉收缩张力下降,收缩速度加快,肌肉功能类型出现由慢缩型向快缩型转化。 2.三种营养补剂对后肢去负荷大鼠比目鱼肌形态和功能的影响 (1)在后肢去负荷的同时灌胃三种营养补剂,与后肢去负荷+溶媒灌胃组(HU-W)相比,动物肌纤维显微结构紧凑,形态恶化得到改善,骨骼肌湿重和湿重体重比明显增加,尤其氯化胆碱组(HU-CC)升高了24.5%(P<0.01),25.0%(P<0.01),胞磷胆碱组(HU-CS)升高了18.5%(P<0.05),16.7%(P<0.05),变化趋势较为明显,提示一定剂量的氯化胆碱和胞磷胆碱能够抑制模拟失重条件下肌肉重量的降低和肌纤维显微结构的改变。 (2)与HU-W组相比,后肢去负荷期间灌胃三种营养补剂后,各组大鼠比目鱼肌的Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维横截面积均有明显增大,Ⅰ型肌纤维比例均明显升高,Ⅱ型肌纤维比例下降,并且三组大鼠比目鱼肌的MHCⅠ含量分别上升,MHCⅡa型含量降低,说明灌胃一定剂量的营养补剂可以不同程度的延缓模拟失重条件下肌萎缩的发生发展。 (3)大鼠后肢去负荷的同时灌胃三种营养补剂后,与HU-W组相比,HU-CC组比目鱼肌的强直收缩最大张力和等长收缩峰张力时间分别增加21.85%和23.90%,差异较为显著(P<0.05);HU-CS组大鼠比目鱼肌的等长收缩张力峰值和半舒张时间均明显增加(53.72%,P<0.01;18.87%,P<0.05),说明氯化胆碱和胞磷胆碱能在一定程度上减缓模拟失重导致的骨骼肌肌力下降和收缩时程减小,预防肌肉功能的弱化和趋向快肌纤维的转变。 实验结论:本实验初步证明,后肢去负荷能导致骨骼肌在肌肉形态、肌纤维类型和肌肉功能等方面发生明显的废用性萎缩,补充一定剂量的营养补剂后可以减缓这种肌萎缩的发生发展,尤其以氯化胆碱的效果较为突出,其中的内在机制可能与其对肌梭的兴奋作用和神经肌肉节点的营养作用有关,进一步的研究可以考虑从剂量选择,以及蛋白质合成代谢等方面做更深层次的探讨。


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