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1、中国医科大学硕士学位论文SD大鼠骨骼肌力竭游泳P-MRS分析及其与Desmin表达相关 性的研究姓名：孙英伟申请学位级别：硕士专业：影像医学与核医学指导教师：潘诗农20090201中文论著摘要S D 大鼠骨骼肌力竭游泳3 1 P M R S 分析及其与D e s m i n 表达相关性的研究目的研究不同负荷游泳运动后S D 大鼠骨骼肌3 1 P M R S 的变化，以及与D e s m i n 表达的相关性分析。方法将4 5 只健康雄性S D 大鼠随机分成三组：安静对照组、半力竭游泳组、力竭游泳组，麻醉后用M ( G y r o s c a ni n t e r a1 5 TM R ，P h
2、i l i p s ) 进行3 1 P M R S 采集( T R ：6 0 0 0 m s ，T E 0 m s ) ，测量P i 、P C r 、A T P 峰下积分面积并计算P i P C r 、P i A T P 、P C r A T P 。扫描后立即处死取材，常规组织病理学检查，并用免疫组织化学法( S P法) 进行骨骼肌切片D e s m i n 染色，测算平均光密度值( O D 值) 。结果( 1 ) 安静对照组：P i 、P C r 、A T P 峰下积分面积分别为0 1 6 士0 0 5 、1 3 3 + 0 6 2 、0 4 1 + 0 0 6 ，P i P C r 、P
3、i A T P 、P C r A T P 比值分别为O 1 4 + 0 0 8 、0 3 9 + 0 1 3 、3 2 8 + 1 6 2 。光镜下，肌细胞形态规整，排列整齐。免疫组织化学法D e s m i n 染色O D 值为0 5 5 + 0 0 4 ；( 2 ) 半力竭游泳组：P i 、P C r 、A T P 峰下积分面积分别为0 3 3 + 0 1 6 、0 9 0 - J ：0 2 0 、O 7 9 + 0 3 5 ，P i P C r 、P i A T P 、P C r A T P 比值分别为0 4 0 - t 0 1 7 、0 5 4 士0 4 0 、1 4 8 + 1 0
4、9 。光镜下，肌细胞以水肿为主，肌丝分离，排列稀疏。免疫组织化学法D e s m i n 染色O D 值为0 3 2 A ：0 0 1 ；( 3 ) 力竭游泳组：P i 、P C r 、A T P 峰下积分面积分别为0 4 9 - a ：0 2 1 、0 5 2 + 0 0 9 、0 1 9 - 士0 0 7 ，P i P C r 、P i A T P 、P C r A T P 比值分别为0 9 9 士0 4 5 、3 0 8 + 1 8 8 、3 1 5 士1 3 3 。光镜下，肌细胞以坏死为主，部分肌丝断裂、皱缩。免疫组织化学法D e s m i n 染色O D 值为0 2 1 + 0 0
5、 2 。( 4 ) 三组大鼠P i 、P C r 、A T P 及P i P C r 四个指标存在组间差异性，P i A T P 正常组与半力竭组无差异，P C r A T P 正常组于力竭组无差异。P i 、P C r 、A T P 、P i P C r 、P i A T P 与O D 值相关系数依次为0 6 2 1 ( P = O 0 0 0 ) 、0 7 7 5 ( 尸 A T P + C r ，生成A T P ，贮存能量；当A T P 含量升高时，可由A T P 一A D P + P i 反应，分解A T P ，释放能量。基于上述3 1 p M R S 的成像特点及实用价值，其用来评价
6、力竭运动能量代谢是可行的。二、动物模型的建立大鼠力竭性游泳是国内外普遍认可并采用的力竭运动动物模型 4 , 1 2 t 6 1 。鼠类天生擅于游泳，在水中大鼠双下肢不停运动以保持游泳状态，该模型操作简单，易控制。由于个体差异，大鼠达到力竭状态用时各不相同，但本文所采用的力竭标准是统一的；，均为T h o m a sD p 4 1 提出的判定标准。各组大鼠右下肢3 1 P M R S 活体磷代谢物波谱采集均获成功，与文献报道【1 7 2 0 1 的骨骼肌3 1 P M R S 谱线大致相同。本研究用T S E 序列扫描大鼠右下肢冠状面、矢面位及横断面T 2 W I 以确定感兴趣区大小，尽量避开脂
7、肪组织。本文应用的磁共振场强低，动物体积小，V O I 选取受限，M R S 谱线基线不稳，略显杂乱，但根据各代谢物的化学位移4 9 p p m 、0 p p m 、- 2 5 p p m 、一7 6 p p m 、一1 6 2 p p m J 丕是可以确定P i 、P C r 、Y A T P 、a - A T P 、1 3 - A T P 波峰的，奠定了能量代谢分析及研究的基础。本研究设立了半力竭游泳运动组，目的在于设立一个低于力竭运动强度的中等至略高强度运动状态，理想模型为有氧运动状态的疲劳模型，意在区别不同运动强度大鼠骨骼肌能量代谢的差异，但其判断标准并非为定量标准，因此在实际操作过程
8、中应根据大鼠运动状态及反应灵活判定，半力竭标准如下：( 1 ) 大鼠沉于水底深部5 s 后浮出水面；( 2 ) 大鼠协调运动尚在，刺激眼睑逃避反应存在，但开始出现迟钝。三、3 1 P M R S ；9 | , I J 量指标与病理检查的相关性分析( 一) P iP i 峰主要由无机磷酸盐组成，它是A T P 的降解产物，其化学位移对细胞内P H值的变化很敏感。本文正常组、半力竭组及力竭组P i 峰下积分面积分别为0 1 6 + 0 0 5 、0 3 3 + 0 1 6 、0 4 9 + 0 2 1 ，随着运动强度的提高，P i 峰下积分面积逐渐升高，说明力竭状态比半力竭状态消耗的A T P 多
9、。三组P i 相对含量虽然有统计学意义，但其峰下积分面积变化同D e s m i n 相关性小。( 二) P C rP C r 和A T P 是高能磷酸的两种形式，它们可以存储细胞内化学能，尤其是P C r ，所以P C r 的含量代表组织的能量状态。两者之间的平衡反应由磷酸肌酸( C K ) 催化，反应式如下：A D P + P C r + H A T P + C r 。细胞内A T P 含量丰富时，P C r合成增多并贮存在细胞中；细胞消耗A T P 时，C K 活化，有氧氧化加速，补充A T P 。本文正常组、半力竭组及力竭组P C r 峰下积分面积分别为1 3 3 + 0 6 2 、0
10、 9 0 士0 2 0 、0 5 2 + 0 0 9 ，随着运动强度的提高，P C r 峰下积分面积下降，力竭状态P C r 相对含量明显低于正常组及半力竭组，D e s m i n l ；H 性染色O D 值亦降低。说明达到力竭状态时机体能量大量动员，能量储备耗竭，骨架蛋白丢失，肌纤维结构完整性破坏。( 三) A T P生物体能量的存储和利用都以A T P 为中心，而机体9 0 的A T P 来自线粒体呼吸链的氧化磷酸化反应。A T P 有三个共振峰：0 【一A T P 、I B - A T P 、7 - A T P 。由于p A T P峰一般不与其他化合物共振峰重叠，通常用作A T P 浓
11、度的标志。本文正常组、半力竭组及力竭组A T P 峰下积分面积分别为0 4 1 a ：0 0 6 、0 7 9 + 0 3 5 、0 1 9 - 士0 0 7 ，半力竭组A T P 相对浓度明显高于对照组，而力竭组A T P 相对浓度低于对照组。说明力竭运动所致骨骼肌损伤可能与线粒体功能障碍、结构异常有关。A T P 峰下积分面积与D e s m i n 染色O D 值相关性小。( 四) P i P C r该比值是描述静息期及运动期代谢变化最重要的参数。有研究表明”P M R S脊髓灰质炎后不同程度瘫痪患者腓肠肌内含磷化合物的含量及比值，患者P i P C r升高，提示肌细胞线粒体氧化磷酸化障
12、碍。此外，线粒体功能受损的患者，如肌营养不良、皮肌炎等，在完成强度不同的运动时无论肌力大小，其P i P C r 始终异常，比值升高。而训练有素的运动员P i P C r 下降。本文正常组、半力竭组及力竭组P i P C r分别为0 1 4 4 - 0 0 8 、0 4 0 - j ：0 1 7 、0 9 9 + 0 4 5 ，随着运动强度的升高，该比值逐渐升高，并与O D 值呈负相关。说明力竭状态下线粒体氧化磷酸化过程受损，使P 卯C r 升高，病理染色证实力竭状态下D e s m i n 丢失增多，说明其骨骼肌损伤程度高于半力竭状态。( 五) P i A T P 及P C r A T P这
13、两个比值也常用来分析能量代谢变化。G r e i n e rA 等2 们报道肌损伤及肌炎时，静息状态P i A T P 升高，P C r A T P 降低。本研究结果显示力竭组P i A T P 明显升高，同文献报道一致。而半力竭组无明显变化，可能与运动强度尚未引起肌肉损伤有关。P i A T P 与O D 值相关性小。而力竭组P C r A T P 与正常组无统计学差异，而高于半力竭组。P C r A T P 与O D 值无相关性，因此该比值并不能用于解释肌肉受损后代谢变化。1 4正常组大鼠右下肢骨骼肌H E 染色结构形态正常，D e s m i n 染色均匀。半力竭组H E 染色见骨骼肌细
14、胞水肿，D e s m i n 染色强度下降，部分肌纤维周围D e s m i n 断裂，说明运动引起了骨骼肌细胞骨架蛋白结构失常，影响了肌细胞完整性，可能是引发一系列代谢异常的病理生理基础。力竭组H E 染色见骨骼肌变性，D e s m i n 染色进一步下降，说明大强度力竭运动引发的骨骼肌损伤较半力竭组加重。结论：口 己l 、3 1 P - M R S 可以用于在体评价骨骼肌力竭性损伤，P C r 峰下积分面积及P i P C r比值可作为检测骨骼肌力损伤的观察指标。2 、P C r 峰下积分面积及P i P C r 比值与病理分析具有相关性，因此可用于判断损伤程度，为运动训练提供科学的理
15、论依据和指导。本实验的创新性自我评价1 、本研究通过对不同负荷游泳运动后的S D 大鼠骨骼肌进行活体3 1 P - M R S 研究，并与相关组织病理学改变及免疫组织化学D e s m i n 染色相对照，探讨在体3 1 P - M R S 在评价力竭性运动肌肉损伤中的应用价值。2 、应用3 1 P - M R S 定性定量分析，为运动训练提供科学的理论依据和指导。1 6参考文献1R o l fC O v e r u s ei n j u r i e so ft h el o w e re x t r e m i t yi nr u n n e r S c a n dJM e dS c iS
16、p o t s 19 9 5 ；5 ( 4 ) ：1 8 1 9 0 2R i z i oL ，U r i b eJ W O v e r u s ei n j u r i e so ft h eu p p e re x t r e m i t yi nb a s e b a l l C l i nS p o r t sM e d ，2 0 01 ；2 0 ( 3 ) ：4 5 3 6 8 3C l a r k s o nP M ，H u b a lM J E x e r c i s e i n d u c e dm u s c l ed a m a g ei nh u m a n s A mJP h y sR e h a b i l ，2 0 0 2 ；8 1 ( 1 l S u p p p l
