过度训练导致机体健康损害的关键内在机制探讨

过度训练是训练负荷与身体机能不匹配且恢复期安排不合理,引起疲劳连续过度积累且超过机体所能承受的“度”,进而诱发的一系列功能紊乱或病理状态,是训练与恢复、运动与运动能力、应激与应激耐受性之间的一种失衡状态。过度训练可引起运动表现下降、食欲减退、体重降低、肌肉疲劳损伤与功能障碍、肌肉萎缩、肌糖原耗竭、肝脏/心肌脂肪沉积、葡萄糖耐受力下降、心脏病理性肥大、运动性心律失常、心肌纤维化和认知功能减退等多种显性改变或病理重塑,但其内在机制却不甚明晰。近年来,细胞分子信号调控理论的逐渐丰富与完善,为研究过度训练导致健康损害的内在机制提供了新的解释范式。本文在传统解释机制基础上,基于细胞分子信号调控理论,从氧化应激、线粒体质量控制、炎症反应、内质网应激和细胞凋亡等视角,对过度训练导致机体健康受损的内在机理进行深入解析,以期为运动员及运动参与者进行科学运动训练、提高训练效果、延长运动寿命、保持身心健康提供重要参考依据。

补体C1q肿瘤坏死因子相关蛋白7在心血管代谢性疾病中的作用及机制

心血管代谢性疾病(cardiometabolic disease,CMD)是指代谢系统和心血管系统单一或者同时发生、可相互影响的病理改变,是代谢性疾病和心血管疾病的总称。包括肥胖、胰岛素抵抗、代谢综合征、糖尿病以及冠心病等。脂肪因子在CMD的发生发展中发挥关键性作用。补体C1q肿瘤坏死因子相关蛋白7(complement C1q TNF-related protein 7,CTRP7)是新近发现的脂肪因子,与肥胖、糖尿病及冠心病等CMD密切相关。本文围绕CTRP7生物学特性,综述其在CMD(包括肥胖、2型糖尿病和冠心病)发生发展中的作用,及可能的作用机制如多种途径调控糖脂代谢、降低胰岛素敏感性、促进炎症反应和增加氧化应激等,以期为CTRP7作为CMD的治疗靶标提供依据和参考。

高强度间歇运动降低2型糖尿病小鼠海马神经元坏死性凋亡及炎症反应的研究

目的:观察高强度间歇运动(high intensity interval exercise,HIIT)对2型糖尿病(type 2 diabete mellitus,T2DM)小鼠海马神经元坏死性凋亡及神经炎症的影响。方法:雄性C57BL/6小鼠高脂饲养10周后腹腔注射链脲佐菌素(streptozotocin,STZ),制备T2DM小鼠模型。小鼠分组如下:健康对照组(CON,n=10),T2DM模型组(T2DM,n=10),T2DM运动组(HIIT,n=10)。HIIT组小鼠进行7周跑台训练。实验结束后,乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)含量和碘化丙啶(propidium iodide,PI)染色,观察各组小鼠海马神经元细胞坏死情况;免疫荧光染色观察各组小鼠Nod样受体蛋白3(the NOD-like receptor protein3,NLRP3)水平;应用q RT-PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction)检测各组小鼠海马组织肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)mRNA表达。Western Blot观察各组小鼠海马组织坏死性凋亡及炎症因子相关蛋白的表达情况。结果:与CON组相比,T2DM组小鼠海马LDH释放水平显著增加(P<0.0001),PI染色阳性细胞数量、坏死性凋亡相关蛋白表达水平增加;NLRP3荧光强度增加(P<0.05),NLRP3、caspase-1、Cleaved caspase-1蛋白及炎症因子i NOS、IL-6、TNF-α、IL-1β表达明显增加(P<0.05)。7周HIIT干预后,与T2DM组相比,HIIT组小鼠海马LDH释放水平显著降低(P<0.0001),PI染色阳性细胞数量减少,坏死性凋亡相关蛋白表达水平降低;NLRP3荧光强度降低(P<0.05)、NLRP3、caspase-1、Cleaved caspase-1蛋白及促炎因子的表达水平明显降低(P<0.05)。结论:T2DM小鼠海马组织中存在坏死性凋亡,HIIT可抑制T2DM小鼠海马坏死性凋亡,降低海马组织炎症反应。

儿童青少年足底压力研究进展

足底压力检测无创、用时短、成本低,它不仅能反映足部问题,还能表明个体姿势、平衡能力等,本文系统阐述正常、肥胖和负重背包儿童青少年的足底压力特征,以及常见形态异常足的足底压力特征与矫正预防方法,为相关研究提供参考依据。主要结果如下:健康儿童青少年足底压力特征因足骨生长而发生变化,出生时足底压力分布较均匀,8岁后前足内侧、中足外侧及足跟内侧为主要载重区;肥胖和背包儿童青少年足底压力特征与体重指数(BMI)和负重质量有关;扁平足儿童青少年足内侧压力大于足外侧;内八字足压力中心轨迹是不平滑的折线,且移动速度比正常稍快,在第3、4跖骨压力较大;内/外翻足足底压力分布不均匀,足底压力曲线表现为单一的高峰或两峰不对称;可选择运动、物理因子、中医及矫形器等手段,对上述足部问题进行矫正及预防。

细胞自噬的分子学机制及运动训练的调控作用

细胞自噬(autophagy)是真核细胞中普遍存在的生命现象,是将细胞内变形、衰老或损伤的蛋白质和细胞器转运到溶酶体腔中消化降解的一种代谢过程。它的分子发生机制和信号调控机制非常复杂且高度保守,其中,mTOR和Beclin1作为各种调控通路的汇集点发挥了至关重要的作用。不同形式与强度的运动训练对细胞自噬也有一定的调节作用。一般来说,适宜强度的运动训练可通过上调细胞自噬水平,降解由于运动刺激所积累的损伤细胞器和代谢废物,为细胞再生提供一定的能量与合成底物,并在抑制自噬相关疾病的发生发展方面具有建设性作用。但过度训练则会因为细胞自噬的过度激活从而过多降解胞浆中的蛋白质和细胞器,导致细胞损伤或疲劳,甚至可能诱发自噬性细胞死亡。另外,运动训练还能通过调节与细胞自噬相关的信号通路对骨骼肌质量产生重要作用。

下一个将是谁?——关键信号分子对运动性骨骼肌能量代谢的调控

骨骼肌不仅是机体最重要的运动器官,也是能量代谢的重要场所,其代谢稳态是维持骨骼肌健康乃至整个机体健康的基本前提与重要保证。运动可驯化骨骼肌的能量代谢体系,使其进行积极性调整,并产生显型代谢适应(能量驯化),从而产出更多能量。细胞分子信号调控理论的逐渐丰富与完善,以及线粒体角色的重新转换与定位,为研究骨骼肌能量代谢的运动适应机制提供了崭新视角。作为对能量状态极其敏感的感受器或调节器,AMPK、mTOR、PGC-1α、p53、SIRT1、FoxOs等关键信号分子及其介导的信号网络的稳态表达对于稳定骨骼肌能量代谢平衡具有不可或缺的重要作用。探寻更多关键信号分子,深入剖析其在物质能量代谢及其与线粒体功能网络之间的信号耦联作用,将会进一步揭示骨骼肌能量代谢稳态的运动适应机制。

运动性细胞自噬是调节骨骼肌代谢稳态的内置机制

细胞自噬作为骨骼肌必需的代偿性内置调节机制,可在运动、禁食、营养限制和肌肉收缩刺激等能量应激下,将胞浆中损伤或衰老的细胞组件(线粒体、内质网、核糖体)、病菌和ROS等代谢废物,以及糖原、脂质、非功能或功能性蛋白质等能源物质,转运到溶酶体中消化降解,从而完善骨骼肌细胞质量控制,有效供给细胞更新和代谢平衡所需的能量与合成底物的一种分解代谢装置。运动训练不仅能通过细胞自噬完善骨骼肌线粒体质量控制,稳定线粒体功能网络,维持骨骼肌代谢稳态,还能有效防治胰岛素抵抗、肥胖和II型糖尿病等代谢疾病的发生。运动训练介导的细胞自噬也可使骨骼肌质量及其功能根据运动项目的自身特点进行积极调整和适应,从而进一步维持骨骼肌代谢功能稳态。

急性跑台运动对骨骼肌氧化应激及Fas/FasL、Bcl-2/Bax基因表达的影响

目的:通过检测急性跑台运动中骨骼肌氧化应激情况以及Fas/FasL、Bcl-2/Bax等凋亡调控基因表达的动态变化,探究急性跑台运动诱导骨骼肌细胞凋亡的分子机制。方法:以小鼠急性递增负荷跑台运动为实验模型,连续观察与分别测定安静组(Con)、急性跑台运动45min组(E45)、90min组(E90)、120min组(E120)和150min组(E150)的腓肠肌丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)、一氧化氮(NO)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性变化以及Fas/FasL、Bcl-2/Bax基因表达水平。结果:①骨骼肌MDA和H2O2含量在急性跑台运动第45分钟时显著升高(P<0.05),维持一段时间后又稳步下降,直到运动结束;骨骼肌SOD活性却呈现与之基本相反的变化态势;骨骼肌NO含量在急性跑台运动第45分钟时显著升高(P<0.01),并始终维持较高水平,直到运动结束。②骨骼肌Fas/FasL mRNA表达水平在急性跑台运动第90—120分钟时显著上升(P<0.01),随后有稳步下降态势;骨骼肌Bcl-2 mRNA表达水平在急性跑台运动第90—120分钟时显著降低(P<0.05),随后有稳步上升态势;骨骼肌Bax mRNA表达水平在急性跑台运动第45分钟时显著上升(P<0.05),在第90分钟时达到峰值(P<0.01),维持到第120分钟(P<0.05)后呈现下降态势;Bcl-2/Bax比率在急性跑台运动第45分钟时显著降低(P<0.05),在90min时达最低水平(P<0.01),维持到第120分钟(P<0.05)后呈现上升态势。结论:急性跑台运动可使骨骼肌MDA、H2O2、NO含量显著上升、SOD活性下降,致使自由基过度生成与聚集,氧化应激水平提高。急性跑台运动可显著增强骨骼肌Fas/FasL和Bax基因表达、降低Bcl-2基因表达和Bcl-2/Bax比率,使骨骼肌细胞发生凋亡,这可能与自由基过度聚集,氧化应激水平提高有关。

急性递增负荷运动对骨骼肌自噬系统相关基因表达的影响

目的：通过建立急性递增负荷运动的时相性模型,检测骨骼肌细胞自噬启动阶段关键基因Bec-lin1、膜螯合关键基因Atg9、自噬泡延伸阶段关键基因Atg7和微管相关蛋白1轻链3（LC-3）表达的动态变化,探讨自噬发生不同阶段的关键基因在运动中的适应性情况.方法：40只健康雄性ICR小鼠,7～8周龄,体重19～21g,随机分为安静组（Con）、急性递增负荷运动45min（E45）、90min（E90）、120min（E120）和150min（E150）组,各组均8只.小鼠进行适应性跑台运动,坡度0°,速度0.8km/h,持续时间5min,共训练3天.正式运动遵循以下程序：第1级负荷：1km/h,15min;第2级负荷：1.2km/h,15min;第3级负荷：1.4～1.5km/h,各组分别运动到相应时间点.安静组于安静状态、运动组于运动中相应时间点即刻断颈椎处死,迅速取出完整的下肢腓肠肌.实时荧光定量PCR（Real-time PCR）检测骨骼肌Beclin1、Atg9、Atg7、LC-3基因表达水平.结果：（1）骨骼肌Beclin1 mRNA表达在递增负荷运动开始即急剧上升,在45min达到峰值,随后又呈现持续下降态势.（2）骨骼肌Atg9、Atg7 mRNA表达在递增负荷运动开始即稳步上升,在90min达到峰值,并维持一段时间,随后又呈现稳步下降态势.（3）骨骼肌LC-3 mRNA表达与安静组相比以及各组间相比均未见显著性差异.结论：自噬对递增负荷运动具有较好的应答能力,但这并不总是持续不变的,随着运动时间的延长,其应答能力逐渐降低,表现出一种良好的应激-适应的反应机制.

运动性心脏肥大:AT1受体、细胞自噬和miRNAs的调节

心脏肥大可分为生理性肥大和病理性肥大.长期运动负荷可诱导心脏生理性肥大,使心肌结构发生平稳性、均匀性和协调性改变,并使其具备良好的细胞、亚细胞和分子结构等生理学基础,心肌能量代谢和心功能也明显提高[1].而心脏瓣膜病、高血压、心肌梗死和先天性心脏病等致病因素却能使心脏产生病理性肥大,导致失代偿性心力衰竭,表现为心室扩张和收缩功能障碍[2].因此,心脏生理性肥大和病理性肥大之间存在本质的区别.

运动复合颗粒物影响神经系统病变的机制辨析

颗粒物是严重损害神经系统健康的重要危险因子,其主要通过系统性氧化应激、炎症反应和细胞Ca2+失稳态等病理机制对神经系统产生毒性效应,导致认知功能损伤或衰退,甚至诱发或加重神经退行性疾病。规律性运动是增益健康最积极、最经济的手段,可有效防治多种神经系统疾病,因此,二者交互叠加对神经系统健康的影响是急需研究与探讨的重要问题。从神经退行性疾病和认知功能等角度对运动复合颗粒物影响神经系统病变的机制进行评述,发现:颗粒物暴露下进行不同形式运动均可对神经系统造成严重损害,导致认知功能损伤或衰退,甚至诱发或加重神经退行性疾病;但慢性颗粒物暴露致神经系统病变之后进行规律性运动却可适度改善疾病进程,抑制健康过度流失。

补充谷氨酰胺对运动机体的生理功效研究

谷氨酰胺是人体及其他哺乳动物体内最为丰富且非常重要的一种游离的条件性必需氨基酸,它的合理补充对各个器官功能的正常发挥有着重要的作用。采用文献综述法,论述了运动状态下补充谷氨酰胺对机体抗氧化压力的影响机制,对肠道、骨骼肌、肝脏、肾脏等器官的免疫营养学机制,并对谷氨酰胺补充的安全性问题提出了指导性的意见和建议。

运动诱导的呼吸链ROS生成及抗氧化物功能研究进展

线粒体呼吸链是运动产生自由基和ROS的主要场所,并构成机体主要的氧化系统。ROS的过量产生会对机体造成氧化损伤。呼吸链中存在对抗ROS的CoQ和细胞色素C等抗氧化体系,但作用有限。各种外源性抗氧化营养素的补充能起到对抗ROS的作用,联合补充的效果可能更佳。

急性耐力运动使心肌氧化应激-自噬通量-凋亡信号向稳态平衡的变化趋势调整

探讨交通相关微粒(diesel exhaust particles,DEP)悬液急性滴注对心肌氧化应激、细胞自噬和凋亡信号的影响及急性耐力运动的调节功能与干预作用。方法:8周健康雄性C57BL/6小鼠,随机分为对照组(Con)、急性耐力运动组(AE)、急性染毒组(DEP)和急性耐力运动+染毒组(AE+DEP),每组均6只。DEP组和AE+DEP组进行一次急性DEP染毒滴注(1 mg/kg)。随后,AE组和AE+DEP组进行一次75%VO_(2max)的急性耐力跑台运动(12 m/min,90 min)。运动后恢复12 h后断颈椎处死,摘取心脏。酶标仪测心肌氧化应激水平(MDA、SOD、CAT和H_2O_2等),Western blotting测心肌自噬相关蛋白(Atg5、LC3、P62、Beclin1和UVRAG等)和凋亡相关蛋白(Caspase 3和PARP等)表达水平。结果:1)DEP可使心肌MDA和H_2O_2含量显著升高,CAT活性明显下降,而急性耐力运动可显著抑制DEP介导的心肌MDA和H_2O_2含量升高,并抑制CAT活性下降;2)DEP可显著上调心肌自噬蛋白Atg5、LC3-Ⅱ表达和LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比率,降低P62蛋白表达,但Beclin1通路自噬关键蛋白Beclin1和UVRAG表达却无显著变化,而急性耐力运动可显著抑制DEP介导的心肌Atg5和LC3-II蛋白表达升高、LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比率上调,并抑制P62蛋白表达下降,但对Beclin1和UVRAG蛋白表达未造成显著影响;3)DEP可显著上调心肌凋亡相关蛋白Caspase 3和PARP的表达,而急性耐力运动可抑制心肌Caspase3蛋白过量表达,并显著降低PAR P蛋白表达。结论:DEP可使心肌产生明显的氧化应激反应,致使心肌自噬通量水平过量增加,进而诱导心肌细胞凋亡。急性耐力运动可下调心肌氧化应激水平,抑制DEP介导的心肌自噬过度激活和细胞凋亡。提示:急性耐力运动使心肌氧化应激-自噬通量-凋亡信号具有向稳态平衡方向发展的变化趋势。

运动复合颗粒物污染影响呼吸系统健康的分子生理学机制

目前，颗粒物污染的健康效应日益成为政府和社会各界关注的焦点。运动是增进健康最积极、最经济的一种手段。一般来说，随着运动强度的增大和持续时间的延长，呼吸频率加快，肺通气量增加，气体扩散能力增强，颗粒物吸入量也随之增多。

运动对线粒体稳态调控机制的研究述评——基于运动介导TFEB调节线粒体质量控制的关键机制探讨

线粒体稳态是线粒体形态、结构、数量、体积、质量及功能总是维持相对稳定的动态平衡的一种功能状态。转录因子EB(transcription factor EB,TFEB)介导的线粒体质量控制是维护线粒体稳态调控系统的重要内源性信号调节装置。运动可介导TFEB促进线粒体生物发生,增加线粒体数量和体积,改善线粒体功能;运动可能介导TFEB调节线粒体融合分裂循环的动态平衡,进而重塑线粒体网络结构;运动还可介导TFEB启动线粒体自噬,促进受损、衰老或非功能线粒体的靶向降解,进而维持线粒体数量、质量及功能完整性。提示,运动可介导TFEB构建线粒体生物发生、线粒体融合分裂循环和线粒体自噬等动态协调过程的信号联动机制,进而稳定线粒体质量控制,确保线粒体稳态调控系统的功能完整性。未来以运动介导TFEB调节线粒体质量控制为关键靶点的系列研究,将会进一步丰富与完善线粒体稳态调控系统的分子信号理论。

高强度间歇游泳运动对有训练大鼠心肌miRNA的差异表达及相关调控通路分析

目的:探索有训练大鼠在一次高强度间歇游泳运动后心脏左心室肌中的微小核糖核酸(miRNA)差异表达,从miRNA调控基因表达的视角揭示高强度间歇游泳运动导致心脏功能改变的遗传应答机制。方法:建立大鼠高强度间歇游泳训练(HIST)模型,采用Illumina HiSeq2500测序技术检测各组左心室肌miRNA的表达,对miRNA进行差异表达分析和靶基因预测;对差异表达miRNA靶基因进行GO分析和KEGG通路富集分析。结果:所有样品共鉴定出868个miRNA,其中已知miRNA 531个,新预测miRNA 337个。与对照组相比,间歇组筛选出32个显著差异表达的miRNA,其中22个表达上调,10个表达下调。差异表达miRNA的靶基因涉及心肌细胞的多种生理代谢功能。结论:间歇组大鼠心肌miRNA表达与对照组有显著差异,这些差异表达的miRNA表现出良性与恶性的不同调控趋向,其可能通过靶基因及其编码蛋白调控多种信号通路而实现心脏的重塑,确切机制尚需进一步深入研究。

不同运动能力小鼠在定制负荷运动适应中骨骼肌的基因转录响应——以细胞自噬与线粒体有关基因为例

运动能力的差异是生物个体间客观存在的。本研究以细胞自噬与线粒体有关基因为例,探讨不同年龄不同运动能力小鼠在运动适应中骨骼肌进行基因选择性表达的转录调控机制,以及骨骼肌基因响应的个性化特征。将清洁级ICR小鼠分为青年对照组(YC)、青年运动组(YR)、成年对照组(AC)、成年运动组(AR),每组10只。采用递增负荷的运动能力测试确定青年、成年小鼠可以承受的最大跑速,YR、AR组小鼠按各自最大跑速的65%~75%进行耐力训练,每天训练1 h,持续4周。取腓肠肌测试mtDNA、ATP含量以及Caspases酶活性,实时荧光定量PCR检测mRNA表达,Western blot检测蛋白表达,用染色质免疫沉淀+PCR(ChIP-PCR)检测p53、ERRα与靶基因启动子结合的DNA片段。结果表明(1)骨骼肌mtDNA含量在成年小鼠运动后显著提高,ATP含量在成年、青年小鼠运动后均显著提高。(2)运动显著提高成年小鼠Caspase 3,8,9的酶活性,但是对青年小鼠无显著影响。(3)成年、青年小鼠自噬基因对运动响应显著,但线粒体生物发生、COX复合物、代谢调控有关基因只在成年小鼠对运动响应显著。(4)运动促进p53、ERRα与靶基因Tfam、SCO2、PUMA、Bax启动子的结合,但在成年、青年小鼠中靶基因转录水平不一致。结论即使保持相对一致的运动负荷,青年小鼠骨骼肌自噬与线粒体有关基因对运动的响应也比成年小鼠低。尽管运动促进p53、ERRα与靶基因启动子的结合,但靶基因在mRNA水平并不一定表达上调。

运动干预改善脑学习记忆功能分子机制的研究进展

无论是脑衰老还是脑缺血,均可导致学习记忆功能下降,而运动干预可通过促进海马相关神经生长因子表达,提高大脑清除自由基的能力,影响海马有关神经递质释放量,改善脑结构及调节脑缺血相关因子的表达等途径改善脑功能。进一步研究证实,这些途径与mi RNA调控脑部基因表达模式的改变有关。目前,国内、外关于运动干预对mi RNA调控脑基因表达的研究甚少,现有研究也多局限于治疗疾病或创伤而采用的运动疗法,缺少脑部mi RNA响应运动训练的直接研究。因此,将研究定位于脑部某一具体部位,进行全方位解析,对该部位响应运动训练而差异表达的mi RNA基因进行鉴定与功能分析,应是今后的研究热点。

基于高频等效模型的分合闸线圈绝缘故障评估

为有效诊断断路器分合闸线圈的绝缘故障,提出一种线圈匝间短路故障位置的评估方法。建立分合闸线圈的高频等效电路模型,在模型首端注入高频方波脉冲信号,在末端测得电压响应特征曲线。计算不同匝间短路位置下的特征曲线小波包—能量谱。结果表明:随着短路位置靠近线圈末端,特征曲线能量分布向低频集中。以特征曲线的小波包—能量谱为输入,短路位置为输出,基于概率神经网络建立诊断模型并进行仿真。结果表明:该模型故障定位正确率为85.7%,具有一定的可行性。