间歇性低氧与规律运动对中老龄果蝇心脏泵血能力及生活质量的影响

目的:探讨适宜的规律运动与间歇性低氧对中老龄果蝇心脏泵血功能与生活质量的影响。方法:通过扩大培养收集8 h内羽化的W1118品系处女蝇4500只,随机分为三个低氧年龄段(n=1500):青年低氧组(1~2周)、中年低氧组(3~4周)与老年低氧组(5~6周)。低氧结束后利用心力衰竭模型筛选出最佳低氧年龄段与低氧持续时间。再通过扩大培养收集8 h内羽化的W1118品系处女蝇1200只,随机分为常氧安静组(NC组)、常氧运动组(NE组)、低氧安静组(HC组)和低氧运动组(HE组)。HC与HE组果蝇采用6%O2与94%N2的混合气体,每天低氧6 h,NE与HE组果蝇每天运动2.5 h,低氧与运动干预结束的第二天进行心脏泵血能力与生活质量相关指标的检测。结果:(1)果蝇的心力衰竭率随年龄的增长而上升,中年组及老年组果蝇心力衰竭率随低氧暴露时间的延长逐渐下降。(2)NE组果蝇心脏舒张直径显著高于NC组与HC组(P<0.05,P<0.01),HC组显著低于NC组与HE组(P<0.05,P<0.01);HC组果蝇收缩直径显著低于NC组与HE组(P<0.05,P<0.01);NC组果蝇心脏射血分数显著低于NE组(P<0.01)。(3)NE组、HC组与HE组果蝇攀爬速度均显著高于NC组(P<0.05,P<0.01)。(4)HC组及HE组果蝇夜晚睡眠总时间显著长于NC组(P<0.05,P<0.01),HC组果蝇夜晚睡眠段数显著小于NC组(P<0.01)。(5)NE组果蝇活动总量显著高于其他三组(P<0.05),而HC组显著低于NC组(P<0.05),NE组果蝇清醒睡眠时间比以及单位活动时活动量均显著高于其他三组(P<0.05),HC组果蝇单位活动时活动量显著高于NC组与HE组果蝇(P<0.05),其日间活动时间显著低于NC组。(6)HC组果蝇最高寿命显著高于NC组与NE组(P<0.01)。HC组果蝇平均寿命显著高于其他三组(P<0.01),HE组果蝇平均寿命显著高于NC组与NE组(P<0.05)。结论:规律运动与间歇性低氧均能增强中老龄果蝇的攀爬能力与日常活动能力,但与规律运动能增强中老龄果蝇心脏泵血能力不同,间歇性低氧能减小其心管直径、增强夜间睡眠质量、延长寿命,而低氧联合运动能提高中老龄果蝇的攀爬能力、延长其平均寿命和夜间睡眠时间。     

低氧训练对大鼠小肠黏膜屏障功能的影响及其机制

目的:探讨低氧训练对大鼠小肠黏膜屏障功能的作用和机制。方法:5周龄雄性SD大鼠80只,随机分为常氧对照组(C组,n=20)、常氧训练组(E组,n=20)、低氧对照组(HC组,n=20)、低氧训练组(HE组,n=20),通过人工低氧和游泳训练模拟高原训练,分别观察2周、6周后大鼠小肠黏膜的组织结构和超微结构,检测血浆中二胺氧化酶(DAO)、D-乳酸(D-La)以及肠组织中肿瘤坏死因子(TNF-α)、核因子-κB(NF-κB)的含量和小肠黏膜中紧密连接蛋白occludin mRNA的表达量。结果:(1)实验6周后,透射电镜观察显示,与常氧对照组相比,常氧训练组大鼠小肠微绒毛较稀疏,且排列不整齐,黏膜上皮细胞之间的间隙变宽,线粒体数量明显减少,嵴模糊;低氧对照组小肠微绒毛长度显著缩短,排列较为紊乱,黏膜上皮细胞之间的间隙变宽,少量线粒体变性;低氧训练组小肠微绒毛数量明显减少,长度明显缩短,肠绒毛出现倒伏,黏膜上皮细胞之间的间隙变宽,细胞结构不清晰,线粒体变性,部分线粒体嵴模糊、甚至消失。(2)2周后,运动训练可显著减少小肠绒毛数量(P<0.01),显著提高血浆DAO、D-La(P<0.05)以及小肠组织中NF-κB含量(P<0.01);而低氧暴露可显著降低小肠组织occludin mRNA表达(P<0.01),显著提高血浆DAO、D-La(P<0.05)以及小肠组织TNF-α(P<0.05)、NF-κB(P<0.01)含量;低氧暴露联合运动训练对进一步减少小肠绒毛数量、长度和occludin mRNA表达,升高血浆DAO、D-La以及小肠组织TNF-α、NF-κB含量均无显著的交互作用(P>0.05)。(3)6周后,运动训练及低氧暴露均显著降低小肠绒毛数量(P<0.01),增加血浆DAO、D-La含量(P<0.01)以及小肠组织中TNF-α(P<0.01,P<0.05)和NF-κB含量(P<0.01),显著降低小肠组织中occludin mRNA的表达(P<0.05);且低氧联合运动训练对进一步减少小肠绒毛数量、长度(P<0.01,P<0.05),增加血浆中DAO、D-La含量(P<0.01)具有显著的交互作用。结论:(1)大强度运动训练以及低氧暴露均能导致肠道黏膜屏障功能受损,其损害程度与训练及低氧暴露时间有关。(2)低氧暴露以及大强度训练可能是通过增加小肠内TNF-α、NF-κB的含量从而降低紧密连接蛋白occludin的表达,最终导致小肠通透性增加,肠道黏膜屏障功能受损。     

低氧训练对大鼠肝脏转铁蛋白受体2及骨骼肌可溶性铁调素铁调节蛋白mRNA表达的影响

目的:研究低氧、低氧运动对大鼠血红蛋白以及血清、骨髓、肝脏总铁含量的影响,进一步探讨机体铁代谢上游调节因子肝脏转铁蛋白受体2(TfR2)和骨骼肌可溶性铁调素调节蛋白(s-HJV)的调节作用。方法:雄性SD大鼠32只,随机分为常氧安静组(NC)、常氧运动组(NE)、低氧安静组(HC)和低氧训练组(HE)。NC组在标准环境下安静饲养;NE组进行跑台训练:速度21～25 m/min,每周增1 m/min,坡度为0,1 h/天,6天/周;HC组进行低氧暴露:13.6%氧,8 h/天,6天/周;HE组同NE组同时进行跑台训练后再与HC组同时进行低氧暴露。应用血细胞自动分析仪检测大鼠血红蛋白浓度,分光光度计法检测大鼠血清铁,原子吸收法检测大鼠骨髓、肝脏总铁含量,RT-PCR检测大鼠肝脏s-HJV mRNA的表达,Western blot检测骨骼肌TfR2的表达。结果:(1)与NC组相比,NE、HE、HC组大鼠血红蛋白和血清铁浓度明显升高,而HE组明显高于其他三组(P<0.01);(2)与NC组比,HC组骨髓总铁含量明显升高(P<0.05),HE组明显高于其他三组(P<0.05,P<0.01);与NC组相比,NE组肝脏总铁含量明显升高(P<0.05),而HE组明显低于其他三组(P<0.05);(3)与NC和NE比,HC组和HE组骨骼肌s-HJV mRNA明显升高(P<0.05)。(4)与NC组比,NE、HC和HE组肝脏TfR2明显降低,而HE明显低于其他三组(P<0.05)。结论:适度运动和单纯低氧刺激均使大鼠机体铁代谢能力提高,而低氧训练更有利于机体铁动员,增加肝脏和骨髓铁的利用,血清铁浓度明显升高,用于红细胞生成增加,其中大鼠机体铁代谢上游调节因子肝脏TfR2和骨骼肌s-HJV mRNA表达的适应性变化是引起大鼠机体铁代谢发生变化的重要调节因素之一。     

间歇性低氧训练对大鼠骨骼肌线粒体超微结构及其形态计量改变的研究

 目的 观察间歇性低氧及运动条件下大鼠骨骼肌线粒体超微结构的变化,并进行线粒体形态计量分析,探讨低氧状态下适当运动对骨骼肌的影响.方法 建立大鼠间歇低氧及低氧复合运动模型,利用透射电镜技术测线粒体的超微结构,并利用图像分析系统软件分析线粒体体密度、数密度和网络化程度.结果 低氧对照组较常氧对照组线粒体数量显著增加(P<0.05),低氧复合运动组较常氧对照组骨骼肌线粒体体密度、数密度和网络化程度都显著提高,低氧复合运动组较低氧对照组网络化程度显著提高(P<0.05).结论 低氧复合运动能够增加骨骼肌线粒体的数量、体积,提高线粒体的网络化程度,从而通过增强骨骼肌的有氧代谢能力,提高其低氧适应能力,促进低氧习服.     

不同时间一次有氧运动对小鼠骨骼肌Nrf2与Keap1结合作用的影响

目的:探讨不同时间一次有氧运动对小鼠骨骼肌NF-E2相关因子(NF-E2-related factor 2,Nrf2)与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Kelch-like ECH-associated protein-1,Keapl)结合作用的影响。方法:C57BL/6J小鼠30只,按体重随机分为安静对照组(0 h组)和一次有氧运动3小时组(3 h组)、一次有氧运动6小时组(6 h组),每组10只。0 h组安静饲养,3 h组和6 h组小鼠分别进行3小时和6小时的一次有氧跑台训练,跑速为15 m/min,坡度为0。运动后即刻取后腿骨骼肌。高质荧光测定法检测小鼠骨骼肌活性氧(ROS)水平;免疫共沉淀法测Nrf2/Keap1结合量;Western Blot法测定骨骼肌总Nrf2、Keap1蛋白表达量和细胞核Nrf2蛋白表达量。结果:与0 h组相比,6 h组ROS水平显著高于0 h组(P<0.05);3h、6 h组小鼠骨骼肌中Nrf2/Keap1结合量显著降低(P<0.05);3 h、6 h组小鼠骨骼肌总Nrf2蛋白表达显著升高(P<0.05),6 h组小鼠骨骼肌细胞核Nrf2蛋白表达显著增加且与3h组相比也显著增加(P<0.05);小鼠骨骼肌总Keap1蛋白表达基本无变化。结论:一次有氧运动对小鼠骨骼肌Nrf2与Keap1解绑和Nrf2转位入核的影响与运动时间的长短有关。     

不同海拔高度交替低氧训练对大鼠骨骼肌线粒体呼吸功能的影响

目的:探讨不同海拔高度交替低氧训练对大鼠骨骼肌线粒体呼吸功能的影响。方法:50只雄性Wistar大鼠随机分为5组:常氧对照组(C组)、常氧训练组(NT组)、2500 m低氧训练组(2500 m HT组)、3500 m低氧训练组(3500 m HT组)、2500 m~3500 m交替低氧训练组(2500 m~3500 m HT组),每组10只。除C组大鼠不进行运动训练外,其余各组大鼠分别在常氧,模拟海拔2500m、3500 m及2500m~3500 m交替环境下进行递增负荷跑台训练和居住,每周训练6天,共4周。训练结束后处死大鼠,即刻取全血和骨骼肌样本,梯度离心法提取线粒体,测定血液红细胞数目(RBC)、血红蛋白(Hb)含量和骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体(CⅠ~Ⅳ)活性。结果:(1)RBC和Hb:与C组比较,各训练组都有显著提高(P<0.01,P<0.05)。与NT组比较,低氧训练组都有显著提高(P<0.01)。与2500 m HT组和3500 m HT组比较,2500 m~3500 m HT组均显著提高(P<0.01)。(2)CⅠ~Ⅳ活性:与C组相比,NT组CⅢ活性显著提高(P<0.05),2500 m HT组CI活性显著提高(P<0.05),3500 m HT组CⅠ和CⅢ活性显著提高(P<0.01,P<0.05),2500 m~3500 m HT组CⅠ~Ⅳ活性均显著提高(P<0.01,P<0.05)。与NT组相比,3500 m HT组CⅠ活性显著提高(P<0.01),2500 m~3500 m HT组CⅠ、CⅡ活性显著提高(P<0.01,P<0.05)。与2500 m HT组相比,2500 m~3500 m HT组CⅡ活性显著提高(P<0.05)。结论:低氧训练在提高骨骼肌线粒体呼吸链功能方面较常氧训练更具优势,且交替低氧训练效果最佳。     

低氧运动对营养性肥胖大鼠骨骼肌AMPK-PGC-1α的影响

目的:探讨低氧运动对营养性肥胖大鼠骨骼肌AMPK-PGC-1α的影响。方法:构建7周高脂膳食诱导SD大鼠营养性肥胖模型,通过眼眶采血,京都血糖试纸测定血糖(BG),GPO-PAP法测定甘油三酯(TG),COD-PAP法测定总胆固醇(TC),聚乙烯硫酸沉淀法测定低密度脂蛋白(LDL-c);称重,测体长,计算BMI;确认营养性肥胖大鼠模型构建成功。建模后随机分为常氧高脂膳食安静组和运动组(NHQ和NHE组,各10只)、16.3%低氧高脂膳食安静组和运动组(HGQ1和HGE1组,各10只)、13.3%低氧高脂膳食安静组和运动组(HGQ2和HGE2组,各10只),继续高脂饲养,运动组进行8周耐力训练,即20 m/min,40 min/d,5 d/w。末次运动24 h后处死大鼠并采样;Western blotting测定大鼠骨骼细胞中AMPK蛋白、pAMPK蛋白、PGC-1α蛋白表达量。结果:(1)7周高脂膳食可诱导大鼠体重、BMI、BG、TC、LDL-c、TG含量增加(P<0.01或P<0.05)。(2)在大鼠骨骼肌AMPK磷酸化程度方面,HGE1组高于NHQ组(P<0.05),而HGE2组高于NHQ组、NHE组、HGQ1组(P<0.01)。在大鼠骨骼肌PGC-1α蛋白表达方面,HGE2组高于NHQ组(P<0.01),NHE组和HGE1组高于NHQ组(P<0.05);HGE2组高于NHE组(P<0.05);HGE2组和HGE1组均高于HGQ1组(P<0.01或P<0.05)。结论:低氧运动可能通过增强AMPK磷酸化,进而上调PGC-1α蛋白的表达,这可能是低氧运动改善营养性肥胖大鼠骨骼肌脂代谢紊乱的机制之一。     

4周低氧运动对营养肥胖型大鼠骨骼肌自噬相关因子时序性变化的影响

目的:探讨在低氧条件下运动对营养肥胖型大鼠腓肠肌自噬相关因子P62、LC3、Beclin-1表达的影响以及低氧运动诱导骨骼肌细胞自噬发生的可能机制。方法:采用高脂饮食诱导SD大鼠建立营养肥胖大鼠模型,选取建模成功的肥胖大鼠随机分为5组,每组10只,分别为对照组(C)、低氧训练1周组(E1)、低氧训练2周组(E2)、低氧训练3周组(E3)和低氧训练4周组(E4)。低氧暴露模拟13.6%氧浓度(约为实际海拔3500米氧含量),动物跑台进行训练,速度为20 m/min,坡度为0,每天运动1 h,周末休息,分别训练0周、1周、2周、3周、4周。最后一次训练结束24 h后处死并采样,采用RT-PCR技术检测模型大鼠腓肠肌P62、LC3、Beclin-1 m RNA以及采用Westent Blot技术检测P62、LC3、Beclin-1蛋白在实验干预前后的变化情况。结果:(1)与C组相比,E1、E2、E3组Beclin-1 m RNA表达量显著升高(P<0.05);与C组相比,E2组Beclin-1蛋白表达量显著下降(P<0.05),E4组与E2组相比升高非常显著(P<0.01),E3组与E2组相比变化不显著,E3组显著低于E4组(P<0.05)。(2)E1组、E2组与C组相比P62 m RNA的相对表达量显著增加(P<0.05,P<0.01),E2组与E1组相比显著升高(P<0.05),E3组P62 m RNA的相对表达量非常显著低于E2组(P<0.01),E4组非常显著高于C组、E1组和E3组(P<0.01);E3组肥胖大鼠P62蛋白相对表达量与E2组相比显著升高(P<0.05)。(3)E2、E4组LC3 m RNA相对表达量非常显著高于C组(P<0.01),E3组与C组相比显著增加(P<0.05),五组肥胖大鼠LC3蛋白中LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ变化均不明显。结论:(1)低氧运动能显著提升自噬基因的相对表达量,在一定程度上促进自噬的发生,但是自噬基因的转录与自噬蛋白质的合成具有不同步性。(2)在低氧训练的前两周骨骼肌的自噬程度出现增加趋势,但是随刺激时间的延长,骨骼肌的自噬程度逐渐降低,可能是机体对低氧刺激逐渐适应的结果。     

急性低氧暴露对大鼠骨骼肌AMPK/TSC2/mTOR信号通路的影响

目的:观察急性低氧暴露复氧后骨骼肌丝/苏氨酸蛋白激酶(LKB1)、AMP/ATP、结节性硬化症复合体(TSC2)、AMP依赖的蛋白激酶(AMPK)以及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(m TOR)信号时程变化规律,探索低氧经该信号通路下调骨骼肌蛋白合成的作用机制。方法:8周龄雄性SD大鼠分为:常氧安静组、低氧暴露即刻组、复氧1 h组、复氧2 h组、复氧6 h组和复氧12 h组。低氧暴露10 h(氧浓度13.6%)。采用HPLC检测大鼠趾长伸肌AMP、ATP含量,Western Blot测LKB1、AMPK、TSC2、m TOR磷酸化水平。结果:低氧暴露后即刻,骨骼肌AMP含量、AMP/ATP比值,LKB1、AMPK和TSC2磷酸化水平显著升高(P<0.01),同时m TOR磷酸化显著降低(P<0.01),均于复氧后6h恢复。结论:(1)低氧可以通过AMP/ATP和LKB1激活AMPK。(2)低氧可经AMPK/TSC2/m TOR通路下调m TOR活性,从而抑制骨骼肌蛋白合成。     

低氧耐力运动对营养性肥胖大鼠骨骼肌自噬蛋白表达的影响

目的:通过对高脂膳食诱导的营养性肥胖大鼠模型进行低氧耐力训练,探讨不同低氧浓度的耐力运动对营养性肥胖大鼠骨骼肌自噬相关蛋白LC3、Beclin1、AMPKα2、Sestrin2表达的影响。方法:80只建模成功的营养性肥胖大鼠随机分为8组(常氧安静组、常氧运动组、11.3%组、13.3%组分别在11.3%、13.3%、16.3%静组不进行任何干预,运动组按照20 m/min、40 min/d、5次/周的安排训练8周,末次训练24 h后处死大鼠取腓肠肌,采用Western Blot方法测定腓肠肌自噬相关蛋白LC3(微管相关蛋白1轻链3)、Beclin1(酵母ATG6同源物)、AMPKα2、Sestrin2的表达水平。结果:(1)实施低氧暴露干预后,11.3%低氧组、13.3%低氧组大鼠腓肠肌自噬相关蛋白Beclin1、AMPKα2、Sestrin2表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值显著高于常氧组(P<0.05)。(2)实施耐力运动干预后,与对应安静组相比,运动组Beclin1、AMPKα2表达水平及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值显著性升高(P<0.05);常氧运动组、16.3%低氧运动组、11.3%表达水平显著性升高(P<0.05)。(3)低氧结合耐力运动干预后,与常氧安静组相比,常氧运动组、16.3%低低氧运动组Sestrin2、Beclin1、AMPKα2蛋白表达显著性升高(P<0.低氧运动组LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值显著性升高(P<0.05),低氧运动组LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值显著性升高(P<0.05);且随氧浓度降低,Beclin1、AMPKα2、Sestrin2表达水平及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值呈现上升趋势。结论:运动和低氧都能显著激活骨骼肌细胞自噬,上调骨骼肌自噬相关蛋白的表达水平;与单纯运动和单纯低氧相比,低氧耐力训练对自噬的调控作用更加明显。     

低温与缺氧

缺氧条件与低温环境在不少军事作业(特别是高原地区)、登山活动或航空航天中往往同时发生,这二个特因的综合作用对机体的影响究竟怎样,它与缺氧或低温的单一影响有何不同,这是环境医学工作者和有关卫生部门十分关心的问题。一般来说,对某种应激因素的生理适应,往往动员了机体某些功能储备,从而限制了面临其它应激时可供利用的代偿资源,例如     

Hypoxia in head and neck cancer

A high level of hypoxia in solid tumours is an adverse prognostic factor for the poor outcome of cancer patients following treatment. This review describes the status of research into finding a practical method for measuring hypoxia and treating hypoxic tumours. The application of such methodology would enable the selection of head and neck cancer treatment based on an individual's tumour oxygenation status. This individualization would include the selection not only of surgery or radiotherapy, but also of novel hypoxia-modification strategies.     

肿瘤组织乏氧与葡萄糖代谢

乏氧是导致放、化疗失败原因之一,活体探知葡萄糖和乏氧代谢空间分布,有助于修订放疗计划以提高治疗效果、早期评估患者放化疗疗效和预后。18F-氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)沉积主要依赖血流供应,与细胞摄取率关系较弱,且仅反映肿瘤细胞膜葡萄糖通量大小,无法区分有氧代谢、细胞增殖旺盛组织和乏氧组织。临床经验提示,18F-FDG综合反映肿瘤恶性程度,且葡萄糖代谢和乏氧代谢空间分布差异大者肿瘤侵袭性较强。18F-FDG和18F-氟米索硝唑的摄取总体相仿,但不能除外局部差异。目前的研究结果并不能完全否认18F-FDG可作为乏氧标志物使用,但其评估肿瘤乏氧状态的价值或特异性有限。     

缺氧及缺氧复合运动大鼠骨骼肌组织化学观察

用酶组织化学方法观察了缺氧及在缺氧条件下运动对大鼠腓肠肌肌纤维形态和毛细血管的影响。结果表明 ,单纯慢性缺氧动物骨骼肌纤维萎缩 ,毛细血管密度显著增加 ,毛细血管 /肌纤维 (C/F)的比值无明显变化 ;动物在缺氧条件下运动 5周 (1小时 /天 ,6天 /周 )后 ,骨骼肌纤维不发生萎缩 ,毛细血管密度增加 ,C/F明显升高。说明单纯缺氧时 ,骨骼肌毛细血管并未发生增生 ,而在缺氧条件下运动才会伴有毛细血管的新生。     

Hypoxia imaging-directed radiation treatment planning

Increasing evidence supports the role of the tumor microenvironment in modulating cancer behavior. Tissue hypoxia, an important and common condition affecting the tumor microenvironment, is well established as a resistance factor in radiotherapy. Increasing evidence points to the ability of hypoxia to induce the expression of gene products, which confer aggressive tumor behavior and promote broad resistance to therapy. These factors suggest that determining the presence or absence of tumor hypoxia is important in planning cancer therapy. Recent advances in PET hypoxia imaging, conformal radiotherapy, and imaging-directed radiotherapy treatment planning now make it possible to perform hypoxia-directed radiotherapy. We review the biological aspects of tumor hypoxia and PET imaging approaches for measuring tumor hypoxia, along with methods for conformal radiotherapy and image-guided treatment, all of which provide the underpinnings for hypoxia-directed therapy. As a case example, we review emerging data on PET imaging of hypoxia to direct radiotherapy.