8周游泳运动对老龄雄性大鼠脑组织NO含量与NOS活性的影响

摘 要:目的:观察长期有氧运动对老龄大鼠脑组织NO含量与NOS活性的影响,探讨运动延缓 衰老机制。方法:青龄与老龄雄性SD大鼠24只分为:青龄对照组(QC)8只,老龄对照组(L C)8只,老龄运动组(LT)8只。LT组坚持游泳运动8周,其余2组自由生活。于8周后取样测 定脑组织NO含量、NOS活性,观察老龄大鼠脑组织NO、NOS的变化及有氧运动对上述指标的影 响。结果:LC组大鼠脑组织NO含量、NOS活性明显降低,有氧运动可使上述变化逆转。结论 :有氧运动可通过提高老龄大鼠脑组织NO含量,发挥延缓衰老和防止老年性疾病的作用。

关键词:脑组织;老龄大鼠;NO;NOS;有氧运动

中图分类号:G804.7文献标识码:A文章编号 :1007-3612(2009)07-0069-03

Effect ofLong term Exercise onNO Content andNOS Activity ofBrain Tissue in Aged Male Rats

YANG ZeLi

(Physical EducationSchool,ShanxiNormal University,Linfen 041000,Shanxi China)

Abstract: Objective: to observed the effect ofLong term aerobic exercise onNOcontent andNOS activity of brain tissue in aged male rats, and investigate theanti aging mechanism of exercise. Method:16 aged male rats are random distribu t ed2 groups: aged control group (LC) and aged exercised group (LT), and another8 young male rats are taken as young control group (QC). Rats inLT areSwimmingfor 8 weeks, and rats in another2 groupsLiveNaturally. At the end of 8 week, NO content andNOS activity of brain tissue in rats are measures. Results:NO c ontent andNOS activity of brain tissue in rats ofLC decreaseSignificantly (p< 0.01), and aerobic exercise can reverse the change (p

Key words: brain tissue; aged rats;NO;NOS; aerobic exercise

老年人随增龄所诱发的学习记忆功能减退以及许多老年性疾病如高血压、动脉粥样硬化等的 重要原因之一可能与机体衰老进程中脑组织中的一氧化氮(NO)含量和一氧化氮合酶(NOS )活性降低有关[1],而适度的有氧运动具有延缓衰老和防治老年性疾病的作用, 但这种作用是否与逆转衰老进程中脑组织NO含量与NOS活性有关,目前研究较少。鉴此,本研究观察 了长期游泳运动对大鼠血清及脑组织NO 含量和NOS 活性的影响,旨在为运动延缓衰老和防 治老年性疾病的机制提供实验依据。

1 材料与方法

1.1动物分组与运动训练方案

青龄(2月龄)雄性SD大鼠8只,老龄(20月龄)雄性SD大鼠16只,由山西医科大学动物实验中 心提供。大鼠购回后,适应性饲养一周,分为3组(老龄组随机分为2组)。即:青龄对照组 (QC)8只,老龄对照组(LC)8只,老龄运动组(LT)8只。整个实验过程中三组饲养、生 活条件相同。

老龄运动组(LT)大鼠在我院实验室内进行游泳训练,每次在直径75 cm白色半透明塑料水 桶中进行无负重游泳训练,水深55 cm,水温(32±2)℃,每次训练前均重新换水。每次训练安 排在下午3:00开始,训练持续时间40～45 min,每周5次,星期四、星期日休息,休息日大鼠在 鼠笼中自由活动,持续训练共8周。为防止大鼠在训练过程中偷懒,安排专人看护,如发现 大鼠有飘浮水面或扒在桶沿现象时,立即用木棍刺激,促其游动,以确保足够的运动强度和 时间。实验动物每隔1周称重1次。

1.2 取材

于第8周末LT组末次游泳后2 d,三组大鼠在安静状态下乙醚麻醉,断头处死,取血,分离血 清备用。快速取脑,称湿重,以冷生理盐水作匀浆介质,研磨制成10%脑匀浆液,离心取清 ,冰箱储存待测。

1.3测试指标与方法

血清、脑组织NO含量测定: 硝酸还原酶法 。

血清、 脑组织NOS活性测定:采用NOS催化L-Arg和分子氧反应生成NO,NO与亲核性物质生成 有色化合物,在530Nm波长下比色测定OD值,根据吸光度的大小算出NOS活性。脑组织蛋白定量:双缩脲法。

以上指标测定用试剂均采用南京建成生物工程研究所提供的试剂盒测试完成,测试操作过程 严格按照说明书进行。血清NO、NOS指标的测定结果分别用μmol/L和U/mL表示,脑组织NO 、NOS以换算后的测定值与其相应蛋白含量的比值表示(μmol/mg pro,U/mg pro)。

1.4 数据统

所有数据均以平均数±标准差(X±s)表示,用SPSS 10.0软件处理,采用方 差分析法,差异具有显著性水平为P

2 结 果

2.1实验前后体重的变化

8周训练后,青龄对照组大鼠体重 增加了63.61%(p0.05) (表1)。

2.2 游泳运动训练对大鼠血清NO、NOS的影响

与青龄大鼠组相比,老龄大鼠组血清中的NO含量降低了31.80%(p0.05),虽无统计学意义,但仍可认为游泳运动训练在一定程度上 可以逆转由于衰老所导致的血清NO含量和NOS活性的降低(表2)。

2.3 游泳运动训练对大鼠脑组织NO、NOS的影响

与青龄对照组相比,老龄对照组脑组织NO含量下降了38.25%(p

2.4血清NO、NOS与脑组织NO、NOS的关系

经直线相关法分析,血清NO含量与脑组织NO含量相关系数r=0.448(p

3 讨 论

3.1NO与NOS的生理学效应及其随增龄的变化

一氧化氮(NO) 是一种由血管内皮细胞释放的内皮衍化舒张因子,具有舒张血管、降低血压 、抑制血管平滑肌细胞增殖和血小板粘附等作用,同时可作为一种重要的信使分子和细胞功 能调节因子,广泛参与体内血管功能调节、神经传递、炎症免疫反应、衰老等众多生理和病 理过程。一氧化氮合酶(NOS)是NO合成的限速酶,是调节NO的最重要环节。大量的研究表明 ,体内的NO含量和NOS活性不是永远不变的]。随着年龄增长,尤其到衰老阶段,体内各组 织 的NOS活性和表达水平会发生相应变化,从而引起体内NO含量的变化[2]。关于NO含 量和NOS 活性的增龄性变化目前研究结果差异较大,马厚勋[3]报道大鼠心、肝、脑、肾组 织中NO含 量在衰老过程中降低,同时提出NO在衰老过程中发挥一定的作用。而李艳[4]研究 认为老龄 大鼠血清NO、NOS水平显著高于青年大鼠,但也有人[5]发现人工催老大鼠血浆及脑中NO、N OS水平无显著变化。本研究结果显示,老龄对照组(LC)与青龄对照组(QC)相比,血清、 脑组织NO含量和NOS活性均有显著的下降,与马厚勋等研究结果一致。NOS活性降低所致的NO 合成量减少,一方面使NO扩张血管的作用减弱甚至消失,引起老龄动物的血管硬化和血压升高,不能起到有效保护脑血管的作用;另一方面,由于NOS活性降低,NO的合成减少,使脑 组织清除自由基的能力降低,脑组织更易受到氧化损伤,这也可能是动物衰老的重要原因之 一。至于NOS下降的机制我们认为可能与下列因素有关:1)随增龄出现的组织内源性L-精 氨酸(L-Arg)的含量减少[6];2)随增龄出现组织内皮细胞功能障碍、细胞萎缩和数 量减少[1];3)随增龄,蛋白质和脂质交联,使细胞膜对K+通透性下降,细胞内 K+含量增加,导致胶质系统更加凝固,使包括NOS在内的各种酶活性丧失[7];4 )由于NOS酶蛋白稳定性受 到影响,NOS活性降低以及L-精氨酸缺乏时,NOS将NADPH提供的电子传递给O2生成O2- 和H2O2。当细胞L-精氨酸耗竭时随O2-生成增加,O2-与NO反应生成OONOH,故从整体上出现NOS活性降低,NO含量降低[8,9]。

3.2血清NO、NOS与脑组织NO、NOS的关系

NO的合成部位极其广泛,几乎遍及所有的细胞,如血管内皮细胞、中枢及外周神经系统、内 分泌腺、肝、肺、肠及多种炎症及免疫细胞等,但主要存在于血管内皮细胞和神经元内。有研究显示,随血清NOS的降低,在中枢神经系统也可能出现含NOS的神经元显著减少,使神经 元对兴奋性氨基酸的反应性降低,对长时程突触的信息传递功能减弱,影响学习和记忆能力 ,出现脑衰老[10]。本研究结果显示,血清中NO、NOS与脑组织NO、NOS呈正相关关 系,表明随着机体的衰老,血液NO/NOS系统与脑组织NO/NOS系统的变化趋于一致,血液中的NO含量和NOS活性的降低预示着脑组织NO含量和NOS活性的变化。

3.3体育锻炼对体内NO与NOS的影响

目前有关体育运动对人体NO和NOS影响的研究,主要集中在体育运动对人体血清中NO含量与N OS活性的影响,且结论较为一致。研究认为[11-14],长期适度的运动可增加血管 内皮和骨 骼肌产生NO的能力,提高血液NO含量和NOS活性。其机制任可欣[15]、金其贯[16]等认为: 适时运动可增加NO的生成,而持久运动锻炼则会增加内皮和骨骼肌产生NO的能力。前者是由 于运动时血管内切应力增加,提高了NOS的活性;后者是由于NOSmRNA表达上调,增加了NOS 的数量,从而增加了内皮和骨骼肌产生NO的能力。关于运动对机体心、肝、肾、肠道、免疫 器官、大动脉等组织中NO含量与NOS活性影响的研究目前已有不少报道,但仍仅限于动物实 验阶段。[17-19]而关于运动对脑组织,尤其是衰老机体脑组织NO含量与NOS活性影 响报道 甚少。本研究显示,与老年对照组(LC)相比,老年运动组(LT)大鼠脑组织NO含量和NOS 活性均有显著提高,提示长期有氧运动在一定程度上可以逆转随增龄出现的脑组织NO含量减 少和NOS活性降低的变化。对于其中的机制,我们认为可能有两大方面:一是长期运动可提高NOS活性,促使L-Arg和分子氧反应生成NO;二是长期有氧运动,可促使血管内血流加快,血管切应力增加,从而刺激血管内皮细胞释放更多的NO发挥生理效应,这也可能是适度运动 防止脑血管疾病的机制之一。此外,NO作为一种信息物质从突触后释放,逆行扩散并作用于 突触前,促进突触前神经递质释放,这种逆行性信使作用在幼年运动神经发育及成年动物的 学习、记忆过程中起重要作用。长期参加有氧运动的老人精神状态较好,思维清晰,记忆力 较强,情绪稳定,也可能与此相关。至于为什么长期运动会提高老龄大鼠脑组织中NOS活性 ,目前我们仍没有找到合理的解释,是长期运动促使了NOS的合成?还是促进了NOSmRNA表达 上调?还是有其他别的原因,还有待进一步实验证实。

4 结 论

1) 大鼠血清和脑组织中NO含量和NOS活性有随增龄变化的趋势,表现为NO含量和NOS活性 降低。

2)血清中NO、NOS与脑组织NO、NOS呈正相关关系,血清NO含量和NOS活性的变化,可作为脑组织NO、NOS变化的参照。

3) 有氧游泳运动可在一定程度上逆转由于增龄引起的脑组织NO含量和NOS活性降低,可能 是有氧运动延缓衰老和防止老年性疾病的作用机制之一。

参考文献:

[1] 宋春梅,马洪波,王长文.老龄大鼠心脏和脑组织中NO、SOD和MDA含量与衰老 的关系[J].吉林医药学院学报,2005,26(03):130-131.

[2] 王怀颖,张秋燕,肖锋,等.一氧化氮与衰老的研究[J].医学综述,2005,11(04) :302.

[3] 马厚勋,曾繁荣,曾昭淳.大鼠组织一氧化氮含量变化及其调节在衰老过程中的作用 [J].中华老年医学杂志,2000,19(02):122-125.

[4] 李艳.不同强度跑台运动对增龄大鼠血清NO、NOS水平影响的研究[J]. 淮北煤炭师 范学院学报(自然科学版),2008,29(03):32-34.

[5]Nguyen T, Brunson D, TannenbaumSR, et al: DNA damage and mutation in huma m cells exposed toNitric oxide in vitro[J].ProcNatl AcadSci USA,1992, 89:3030-3034 .

[6] 邱建华,尹逊河,王树迎,等.不同年龄家兔各个脑区NOS活性变化规律的研究[J]. 畜牧兽医学报,2007,38(10):1098-1101.

[7].Nagy I,Cuyer RG,SemseiL.Dysdifferentiation hypothesis of aging and cancer :a compairon with the membrane hypothesis of aging[J].AnnNew YorkSci,198 8;521:215-225.

[8]Nitano M,Kimura H,Hara M,et a1.AhighlySensitive method for determing bothMn and Cu-ZnSuperoxide dismutase activates in tissue and blood ce1ls[J].An a1 Biochem,1990,187:277-280.

[9] Hollocher TC.The enzymology and occurrence ofNitric oxide in the biologyi calNitrogen cyde.In:Lancaster J.ed[J].Nitric oxide:priciple and actions.S an diego,USA;Academic Press,1996:289-343.

[10] Kuo H, John HE, Donald K et al .Nitric OxideSynthase in rat brain: Age c om parisons quantitated withNADPH diaphorase histochemistrt[J].Am J Physiol, 1997,52A(3): B146-B151.

[11] 王禾,刘春雨.冬泳运动对中老年人血浆ET、血清NO含量及血清N06活性的影响[J].中国体育科技,2008,44(02):85-87.

[12] 黄豪.太极拳运动对中老年女性机体一氧化氮及其合酶的影响[J]. 搏击•武术科 学,2007,4(03):28-30.

[13] 刘洪珍.运动训练对人体在不同功能状态下血清中NO含量和NOS活性影响的研究[J] .中国体育科技,2001,37(07):30-31.

[14] 侯春丽.一次性力竭运动对人体血清中NO和NOS的影响[D].中国优秀硕士学位论文 全文数据库,202.207.162.188/kns50/detail.

[15] 任可欣. 太极拳锻炼对中老年人血清cNOS和iNOS活性的影响[J].首都体育学院学 报,2007,19(04):59-61.

[16]金其贯,冯美云.运动与内皮细胞内皮素和一氧化氮分泌的研究进展[J].中国运动医学杂志,2002,21(03):292 -296.

[17] 夏志,等. 一氧化氮和一氧化氮合酶与运动训练[J].首都体育学院学报,2009,21(01):83-87.

[18] 孙红梅.不同运动负荷对大鼠心肌超微结构及一氧化氮与一氧化氮合酶的影响[J]. 北京体育大学学报,2008,31(07):936-938.

[19] 吕志伟,等.运动训练对大鼠肾上腺一氧化氮合酶和细胞凋亡的影响[J].陕西师范 大学学报(自然科学版),2008,36(06):101-105.