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背景:运动性疲劳是指机体在生理过程中不能维持其机能在一特定水平上和/或不能维持预定的运动强度,主要表现为运动员经过一段时间的大强度训练或激烈的运动或比赛之后出现机体疲劳,无法达到原有的竞技水平。如何延缓运动性疲劳的产生和加速其消除是运动医学领域研究的热点。现在大多数是研究药物对机体的影响,以传统中药和中药复方为多,也有一些合成药物。研究表明,这些药物均对机体运动疲劳的延缓或消除有一定影响,但效果不持久。
原林教授提出的筋膜学认为,整个有机体可分为支持与储备系统和功能系统。生物通过支持储备系统维持较长的生命周期和维持机体稳定的内环境。功能系统在支持与储备系统支持下维持结构与功能的稳定,支持与储备系统则不断的为功能系统的细胞更新和功能活动提供细胞源泉和细胞活动所需的营养物质。功能系统是以功能细胞的专能特化为特点,而作为支持与储备系统的筋膜支架是以干细胞为核心,通过向各种定向干细胞分化,不断为功能系统的更新提供细胞补充,并为功能系统的各种细胞的更新、代谢提供了一个稳定的内环境。大强度的运动,机体筋膜中的储备被快速耗竭,机体的支持储备系统补充不足,可导致机体疲劳提前产生,耐力不足。如何保持筋膜的正常状态,为功能系统提供稳定的细胞来源并维持其向功能细胞的正常分化,是延缓或消除疲劳的关键。如果过度消耗的干细胞能得到及时补充,为机体提供新的细胞储备,不仅可延缓运动疲劳的产生和消除疲劳,而且还可以提高运动员的运动寿命。
脂肪源干细胞(adipose-derived.stem cells,ADSCs)是指筋膜脂肪组织中具有干细胞特性的细胞群,是从筋膜结缔组织中获取的一类具有多向分化潜能的成体干细胞。Zuk等首次从人的脂肪组织悬液中分离出了可以在体外稳定增殖、具有多向分化能力的脂肪组织提取细胞(processed lipoaspirate cells,PLA细胞)。与其它成体干细胞比较,PLA细胞具有来源广泛、取材方便,创伤小且不存在免疫排斥反应等优点,实验证明ADSCs具有跨胚层的多向分化潜能。可作为干细胞资源通过分化对功能细胞进行补充,也可刺激机体分泌各种因子,促进机体的损伤修复。在诱导作用下,它可以分化成中胚层来源的脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、心肌细胞,外胚层来源的神经细胞,也可以分化成内胚层来源的内皮细胞,及肝细胞等。
力竭游泳运动训练造成的运动疲劳模型是国内外比较公认的模型。在一定时间内连续对大鼠进行游泳训练,进行力竭游泳,使大鼠处于一种运动疲劳状态。长期运动疲劳的大鼠,机体代谢失衡。反映机体运动能力的一些指标发生显著变化,如肌糖原、肝糖原含量急剧下降,血液中的血红蛋白(Hb)含量下降,血清尿素(BUN)、乳酸脱氢酶(LDH)、血乳酸(BLa)等和运动能力负相关的指标显著升高。反映肝脏状态的指标如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、丙二醛(MDA)活性含量也发生显著变化。
本实验通过观察一些与运动疲劳相关的血液生化指标的变化,肌糖原、肝糖原含量的变化,反映骨骼肌状态的指标的变化,骨骼肌的变化,以及力竭游泳时间的变化,来探讨外源性脂肪源干细胞移植是否具有延缓或消除运动疲劳的作用,探索一种新的抗运动疲劳机制,为提高机体运动能力延长运动寿命提供新的思路和方法,进而为筋膜学说提供实验佐证。
目的:通过观察同种异体移植脂肪源干细胞对力竭游泳导致大鼠运动疲劳相关血液生化指标,反映肝脏状态的指标,骨骼肌,以及力竭游泳时间的变化的影响,来探讨外源性脂肪源干细胞移植是否具有延缓或消除运动疲劳的作用,进一步为筋膜结缔组织作为机体的干细胞储备源泉提供证据支持,为筋膜学提供理论支撑。
1.通过对非特异性筋膜结缔组织分离培养,观察非特异性筋膜结缔组织中是否存在脂肪源干细胞;
2.观察移植脂肪源干细胞对力竭游泳大鼠的血清尿素(BUN)、乳酸脱氢酶(LDH)、血乳酸(BLa)和血红蛋白(Hb)含量影响,探讨其血清学意义;
3.观察移植脂肪源干细胞对力竭游泳大鼠的反映肝脏状态的指标如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、丙二醛(MDA)活性含量以及肝糖原的含量影响。
4.观察移植脂肪源干细胞对力竭游泳大鼠的肌糖原、骨骼肌以及力竭游泳时间的变化的影响。通过免疫组织化学染色,观察移植标记的脂肪源干细胞在骨骼肌组织中的定位和移位情况。
方法
1.取3个月龄Wistar大鼠腹股沟脂肪垫,酶消化法分离、培养脂肪源干细胞。通过形态学、功能学、流式细胞术鉴定所分离、培养的细胞是否具有间充质干细胞的特性,来判断非特异性筋膜结缔组织中是否具有间充质干细胞。
2.40只Wistar雄性大鼠随机分成安静对照组(A空白对照组)、游泳训练照组(B模型组)、安静移植细胞组(C实验对照组)和游泳移植细胞组(D实验组)。模型组和实验组进行力竭游泳训练。
3.大鼠适应性游泳训练一周后,实验组与实验对照组经尾静脉输入ADSCs。用于移植的第4代ADSCs在进行传代后,在培养基中加入10μmol/L的Brdu,培养3天后消化收集,无菌生理盐水重悬,200万/ml。每只大鼠经尾静脉注射ADSCs2×106个,模型组输入生理盐水1ml。模型组和实验组继续完成训练计划。
4.游泳训练计划结束后,4组大鼠均于第27d开始进行力竭游泳,记录力竭时间;然后水合氯醛麻醉大鼠,心脏取血,部分备用检测Hb,其余室温下放置8h后3000r/min,离心15min制备血清,检测BUN、BLa、LDH;取肝脏以及股四头肌,迅速冻存到-80℃冰箱,以备检测;取大鼠腓肠肌,多聚甲醛固定,以备组织化学检测。
结果
1.脂肪源干细胞具有长梭形、多角形的形态学特征,可以形成细胞集落。细胞表面标记物检测,细胞具有间充质干细胞特性。体外诱导可以分化成脂肪细胞、成肌细胞、成骨细胞。
2.力竭游泳训练可以导致大鼠运动疲劳,模型组与空白对照组比较,肝糖原、肌糖原、Hb水平显著降低,血清BUN、LDH、BLa水平均显著升高,肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)水平降低、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)变化不明显、而丙二醛(MDA)含量升高(P<0.01)。移植ADSCs后,运动疲劳大鼠实验组与模型组比较,实验组肝糖原、肌糖原、Hb、SOD、GSH-PX显著提高(P<0.01),而BUN、LDH、BLa、MDA水平均明显降低(P<0.01)。
3.经过游泳训练后,大鼠的力竭时间,模型组与空白对照组比较,力竭时间显著延长(P<0.01);与模型组比较,实验组力竭时间有较大提高(P<0.01)。
结论
1.光学显微镜下观察:可见细胞形态均一,呈多角形或者长梭形。表型鉴定:3代ADSCs流式细胞仪表面抗原检测结果显示,CD29-APC呈强阳性,阳性率达到99%以上;CD90-FITC也呈阳性,阳性率可达到95%;而CD11b/c-APC、CD45-PE、CD106-PE、CD49d-FITC呈阴性,阴性率均达到90%以上。综上可以得出在成年大鼠的筋膜结缔组织中存在未分化间充质干细胞的结论。
2.通过对大鼠的指标检测以及行为观察,力竭游泳训练导致运动疲劳模型成功。
3.静脉移植脂肪源干细胞,可以显著升高运动疲劳大鼠血液中Hb的含量,有效降低BUN、LDH、BLa含量。
4.静脉移植脂肪源干细胞,可以显著升高运动疲劳大鼠肝脏中肝糖原、SOD、GSH-PX含量,有效降低MDA含量。
5.静脉移植脂肪源干细胞,可以有效改善了运动疲劳大鼠的力竭游泳时间。
综上所述,本研究分别采用了细胞分离培养、免疫组化学、行为学等技术手段,从血清学方面,肝脏反映运动能力的指标,骨骼肌的变化,以及力竭游泳的时间等多方面,多角度的探讨了移植脂肪源干细胞对运动疲劳大鼠的影响。这也佐证了筋膜学的支持储备功能。本研究可得出如下结论:外源性脂肪源干缯胞移植具有延缓或消除运动疲劳的作用,可以提高机体运动能力,延长运动寿命,从而为筋膜学的支持与储备理论提供实验支持。