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心脏是人体生命的重要器官之一,对维持人体运动及生命活动的作用举足轻重。运动是一种病理生理刺激,不同的运动强度对心脏功能产生不同的影响。适度训练有利于提高心脏功能,而过度训练会对心脏产生不利的影响。在不同强度运动因素干预下的心肌线粒体对氧化葡萄糖和脂肪酸底物产生了何种适应性的改变,何种底物占据优势,对线粒体的底物应用产生了何种影响,以及其中的分子机制,目前研究较少。本研究将从细胞生物及分子生物水平深入了解心肌组织在不同运动强度时的供能机制,对探讨不同运动强度下心血管功能变化规律及对制定科学合理的运动方案有着重要的意义。我们采用“原位法”分析心肌线粒体底物,也就是不用分离细胞器,而是应用相应透化剂从而对心肌纤维进行选择性的逐步透化,再实施一种特殊设计的底物-抑制剂的滴定方案便可逐步实现几种线粒体复合物的分析。过氧化物酶体激活受体α(peroxisome proliferatorsactivated receptorα,PPARα)和Akt2是心肌线粒体糖脂代谢的重要基因。PPARα在心肌细胞中表达丰富,参与了心肌细胞中脂质代谢,它的活化有利于心肌脂肪酸的摄取和利用。Akt2是一种丝/苏氨酸蛋白激酶,在心肌中高度表达,它活化后可以增加心肌细胞对葡萄糖的摄取及利用。本课题通过参照Bedford构建运动模型,将健康雄性SD大鼠19只随机分为对照组(C,N=7),中强度运动组(ME,N=6)(78%VO2max)和低强度运动组(LE,N=6)(68%VO2max),应用原位法分别测定了心肌线粒体以脂肪酸(棕榈酸肉碱(Palmitoylcarnitine,Pal)、辛酰肉碱(Octanoylcarnitine,Oct))和碳水化合物(丙酮酸(Pyruvate,Pyu),谷氨酸(Glutamate,Glu)及琥珀酸(Succinate,Suc))为底物时线粒体呼吸功能,应用RT-PCR和Western Blot测定心肌PPARα和Akt2基因及基因表达产物的变化。结果表明:①与C,LE相比,ME以脂肪酸(Pal/Mal和Oct)为底物时,呼吸速率上升的趋势,但不显著;②与C相比,ME以碳水化合物(Pyu和Glu)为底物时的呼吸时速率明显升高(P<0.05);③与C相比,ME以Pal/Mal为底物的呼吸控制率(Respiration Control Rate,RCR)(P<0.01)及3态呼吸(T3)明显升高(P<0.05);而与C相比,LE以Pal/Mal为底物的RCR及T3无明显差异;④与C相比,LE与ME的PPARα及Akt2基因均呈上调趋势。与C相比,LE及ME的PPARα及Akt2基因表达产物均显著升高。因此,我们得出结论:ME有助于改善心肌线粒体功能。LE和ME均有潜在的优化心肌能量代谢的趋势,使心肌代谢由脂肪酸代谢向糖酵解及葡萄糖氧化方向转化。