能量代谢

关键词： 心脏

能量代谢（精选九篇）

能量代谢 篇1

关键词：心脏,运动,生理性适应,能量

1 前言

心脏利用动脉提供的O2,合成能量维持基本的细胞过程。O2的消耗在静息状态下为60-150ul/min/g,运动状态下O2的消耗可增加5倍[1,2]。O2通常在氧化磷酸化过程中作为辅因子,其合成ATP占心脏总能量>90%[1,2]。心脏利用的能源物质为脂肪酸(Fatty acids,FA)、糖原和乳酸。脂肪酸经β-氧化后,提供的能量占总能量的60-90%[1,2];糖原通过糖酵解提供的能量占总能量的10-40%[1,2]。为了满足心肌细胞能量需要,不同状态下(病理和生理),心脏能量代谢会发生一系列的变化。

2 能量代谢底物

2.1脂肪酸代谢

2.1.1 脂肪酸摄取

心脏重新合成和储存FA的能力很小,主要依赖于动脉运输来的FA。血液中的FA存在形式分为酯化了(甘油单酯、甘油二酯、甘油三酯、磷脂和胆固醇酯)和非酯化了(自由脂肪酸)的形式。心脏的能源主要来自与清蛋白和脂蛋白结合自由脂肪酸,位于脂蛋白的核心部分。清蛋白结合自由脂肪酸提供主要能量,脂蛋白结合自由脂肪酸占心脏总自由脂肪酸消耗为≤20-25%[3]。在冠状血管内皮表面,脂蛋白脂肪酶作用于脂蛋白,致其释放FA;甘油三酯脂肪酶作用于细胞内甘油三酯(TG),致其释放FA[4]。后者在冬眠时期,低温状态下激活。这一季节性代谢转化,可由氧化碳水化合物向氧化脂肪转变,并作为主要的能源物质。尽管人类不需要冬眠,但在低温状态下心肌甘油三酯脂肪酶活性与冬眠的动物一样[5]。

目前,对于内皮和心肌摄取FA确切的机制并不清楚,FA跨膜传递存在三个被认为重要的途径[1,2]:1)被动运输;2)清蛋白受体介导的运输;3)FA传递系统介导的运输。被动运输,心肌细胞外膜吸收未结合FA,转运至内膜,并释放到细胞质。由于FA疏水的特征,未结合FA占总血量脂肪酸≤0.01%。因此,此过程对心脏总FA摄取贡献较小;清蛋白受体作为清蛋白锚定部位,可以从两个方向作用于清蛋白,致其释放FA:一个间接的途径是在靠近心肌细胞外膜部分,致清蛋白释放FA,增加未结合FA含量。一个直接的途径是直接在心肌细胞外膜,释放FA,通过去吸附作用转运至细胞质;三个蛋白在FA传递系统介导的跨膜运输中起着重要的作用,目前仍旧被认为是假说[1,2]。这三个蛋白分别是脂肪酸结合蛋白(血浆为FABPpm;胞质为FABPc)、脂肪酸转运蛋白(FATP)和脂肪酸转位酶(FAT/CD36)。这三个蛋白组成FA传递系统,这一系统表现出经典转运系统的特征,但是,最近的研究表明经典转运系统十分复杂:FABPpm- FAT/CD36复合体均刺激清蛋白释放FA,并和FATP相互作用[6]。FABPpm- FAT/CD36复合体在FA跨膜运输中起着重要的作用。一个间接的过程是FABPpm- FAT/CD36复合体刺激清蛋白释放FA,促进被动运输。FABPpm- FAT/CD36复合体促进FA跨膜运输另一个直接的途径为与FATP相互作用,直接转运FA至胞质[6]。在生理的条件下,FA摄入能够满足线粒体的正常利用,阻止FA在细胞内的积累,细胞内高浓度FA具有毒性[1,2,6]。

FA摄入短期调节和FA利用相关,存在两种不同位点:肉毒碱棕榈酰基转移酶和质膜。靠改变质膜FAT/CD36的变化,急性运动和胰岛素均可调节FA摄取[6]。

2.1.2 酰基辅酶A(Acyl-CoA)的形成

FA转运到胞浆和FABPc结合,FABPc转移FA至线粒体的外膜,经线粒体外膜上的 Acyl-CoA 合成酶 (ACS)转换FA形成长链酰基辅酶A(LC -acyl-CoA)。LC -acyl-CoA的另一个合成酶为FATP,具有ACS的活性[7]。Acyl-CoA是细胞质的成分,参与多种细胞内过程,包括信号传递、非含磷的脂质酰化和磷脂合成等。Acyl-CoA酰化形成TG,能够短暂缓解FA的摄取和利用的不平衡[8]。

在大鼠心脏细胞外,甘油浓度的增加可显著增加TG和磷脂合成率。在安静状态下,Acyl-CoA进入线粒体基质为~100-150nmol/min/g,占总Acyl-CoA70-90%;在运动状态下可增加到200nmol/min/g[8]。Acyl-CoA结合蛋白(ACBP)传递Acyl-CoA至不同位置。ACBP是分布非常广泛的胞质蛋白,主要在利用脂代谢的组织高度表达。除了运输Acyl-CoA作用外,ACBP还充当Acyl-CoA储存池[8]。

2.1.3 左旋肉碱 (L-Carnitine)

在进行β-氧化前,LC -acyl-CoA须被转运到线粒体。LC -acyl-CoA通过线粒体膜,存在一个特异的转运机制:线粒体的肉毒碱转移酶系统。该系统有两个转移蛋白和两个其它的蛋白组成。肉毒碱转移酶1(CPT1)和肉毒碱转移酶2 (CPT2)共同承担LC -acyl-CoA转运。质膜肉毒碱转运系统保证细胞内的左旋肉碱含量,肉碱-脂酰肉碱转位酶在CPT1和CPT2间,调节肉碱和脂酰肉碱之间转换[9]。

CPT1存在于线粒体外膜,它能催化LC -acyl-CoA与肉碱合成LC -脂酰肉碱。在线粒体内膜的肉碱-脂酰肉碱转位酶的作用下,通过内膜进入线粒体基质内[10]。此转位酶实际上是线粒体内膜转运肉碱及脂酰肉碱的载体。它在转运1分子LC -脂酰肉碱进入线粒体基质内的同时,将1分子肉碱转运出线粒体内膜外膜间腔。进入线粒体内的LC -脂酰肉碱,则在位于线粒体内膜内侧面的CPT2的作用下,转变为LC -acyl-CoA并释出肉碱。LC -acyl-CoA即可在线粒体基质中酶体系的作用下,进行β氧化[1,2,10]。

CPT1胞质的部位同时结合LC -acyl-CoA和调节分子(丙二酸单酰辅酶A,Malonyl-CoA)[10]。因此,CPT1能够影响FA通路。Malonyl-CoA抑制CPT1活性,是FA氧化的主要控制者。它的浓度取决于Malonyl-CoA羧化酶和去羧化酶之间的比率。AMP激活蛋白激酶(AMPK)能够磷酸化羧化酶,抑制其活性,提高FA的β氧化[11]。AMPK是一种细胞能量状态的感受器,基于ATP/AMP的变化,在心肌细胞的能量平衡中起关键作用。能源或氧供不足,ATP/AMP下降,激活AMPK[12]。在运动和低氧状态下,AMPK显著增加[12]。

肉碱除了具有跨膜转运这一重要生理功能外,在心肌细胞还具有其他的关键的生理功能。长链脂肪酸氧化的共激活剂、支链氨基酸代谢、核转录和充当自由基清扫工。肉碱能够刺激心脏的糖代谢:乙酰肉碱形成乙酰辅酶A/辅酶A(Acetyl CoA/CoA)的下降,可解除对丙酮酸脱氢酶复合体的抑制。肉碱缺陷可导致心脏的功能受损。因此,肉碱代替物对心衰患者心功能具有阳性作用[1,2]。

2.2 糖类代谢

2.2.1 糖的摄取

早期研究认为心肌碳水化合物增加,糖的摄取相应增加。随后,Gould等人[13]研究发现葡萄糖载体GLUT-1和GLUT-4促进心肌葡葡糖的跨膜转运。GLUT-1主要在胎儿期心肌表达,出生后,GLUT-4的表达迅速增加。在成年的心脏,GLUT-4/GLUT-1为3:1[14]。GLUT-1是非胰岛素依赖性葡萄糖载体,相反GLUT-4胰岛素依赖性葡萄糖载体,对各种外界变化产生应答反应,满足不同代谢的需要[14]。胰岛素刺激GLUT-4主要通过磷脂酰肌醇(-3)激酶(PI3K)介导的信号通路[1,2]。在缺血状态下,激活的AMPK刺激GLUT-4的表达增加,增加葡葡糖摄取,而不依赖PI3K介导的信号通路[1,2]。

2.2.2 己糖激酶

葡葡糖跨膜转运后,己糖激酶催化葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖。存在三个途径:葡萄糖的无氧酵解、有氧氧化和糖原合成。己糖激酶是糖酵解过程关键酶之一,心脏己糖激酶的同工酶为己糖激酶Ⅰ和己糖激酶Ⅱ。前者是主要的形式。自由己糖激酶存在于胞质。在线粒体的外膜可与电压依赖性阴离子通道(VDAC)结合[15]。与VDAC功能相关己糖激酶可选择性进入线粒体,结合和协调糖酵解和氧化磷酸化[15]。6-磷酸葡萄糖能够拮抗结合VDAC,导致己糖激酶从线粒体释放[15]。

尽管目前对于糖代谢第一步重要性的认识并不清楚,但在高葡萄糖状态下,己糖激酶的活性变的十分重要。例如中等强度的运动时,葡萄糖最大无氧利用率应与己糖激酶的活性相匹配,表明己糖激酶是无氧酵解利用率的限制因素[16]。变温动物心脏己糖激酶5倍于恒温动物,对低氧状态并不敏感[16]。过表达己糖激酶Ⅱ转基因小鼠表明在运动状态下或胰岛素刺激下,葡萄糖磷酸化是决定葡葡糖摄取主要因素[17]。

2.2.3 糖原合成和分解

葡萄糖磷酸化后,一定量摄入的葡萄糖作为糖原形式短暂的储存起来,心肌细胞这一能量的储存功能较小。糖原积累取决于其他能量底物的利用和激素的水平。脂肪酸的氧化可增加糖原的合成。尽管糖原积累存在变化,但心脏糖原储存相对较小为~30umol/g(湿重),骨骼肌为~~150umol/g[1,2]。在限速酶糖原磷酸化酶的催化下,糖原分解。在运动状态下,心脏的糖原分解增加。

2.2.4 糖酵解

1分子6-磷酸果糖生成2分子丙酮酸。6-磷酸果糖激酶1(PFK-1)是糖酵解过程的主要限速酶。此酶催化6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖,消耗1分子ATP。ATP、低PH值、1,6-二磷酸果糖和柠檬酸抑制PFK-1[18]。低PH值对PFK-1活性抑制仅次于ATP,表明心肌能量状态的调节优于心肌的细胞环境[18]。

ADP、AMP 和无机磷酸盐激活PFK-1[19]。6-磷酸果糖激酶2(PFK-2)也能够激活PFK-1,PFK-2催化果糖-2,6-二磷酸的形成,可直接激活PFK-1活性。蛋白激酶A、蛋白激酶C、PI3K和AMPK可提高PFK-2活性[1,2]。对于不成熟的心脏,糖酵解是基本的,主要是因为与线粒体FA摄取和代谢相关的酶延迟性成熟,致使FA的使用受到限制[1,2]。在低氧的条件下,无氧糖酵解可导致乳酸堆积。乳酸抑制NAD+的再生,间接地减缓糖酵解过程[20]。

2.2.5 丙酮酸

在有氧条件下,丙酮酸从细胞质通过线粒体外膜单羧基转运体(MCT)进入线粒体。在线粒体内膜丙酮酸脱氢酶复合体(PDH)的催化下进行氧化脱羧反应,PDH是由三种酶组成的多酶复合体,它包括丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酸乙酰转移酶及二氢硫辛酸脱氢酶。以乙酰转移酶为核心,周围排列着丙酮酸脱氢酶及二氢硫辛酸脱氢酶。参与的辅酶有TPP、硫辛酸、FAD、NAD+和辅酶A。该反应方程为:丙酮酸+CoA+NAD+→acetyl-CoA+CO2+NADH+H+,反应不可逆。

两个酶通过PDH控制丙酮酸转运:PDH磷酸酶和PDH激酶(PDK)[18]。PDH磷酸酶去磷酸化PDH后,激活PDH[18]。这一反应在Ca2+和Mg+浓度增加下发生。通过PDK磷酸化PDH可致其失活。acetyl-CoA和NADH可激活PDK,导致PDH失活[18]。NADH也可直接抑制PDH的活性。辅酶A、NAD+、ADP和丙酮酸均可抑制PDK活性,导致PDH活性持续增加[18]。

2.2.6 乳酸

乳酸是一个十分重要的心肌氧化能源物质,但常被低估[21]。乳酸的生成来源于骨骼肌和红细胞。其跨膜运输仍由MCT完成。大鼠、仓鼠和人类的心脏表达不同的MCT异构体。大鼠和人类的心脏大部分表达MCT-1异构体[22]。运动可诱导大鼠MCT-1的表达上调。在细胞内,乳酸脱氢酶(LDH)催化乳酸和NAD+生成丙酮酸、NADH和H+,此反应为可逆反应。这一反应进程取决于底物的浓度。在氧气充足和大量乳酸进入细胞内时,该反应朝向丙酮酸生成发生;在低氧状态下,NADH和H+积聚,丙酮酸不能够进一步代谢,反应朝向乳酸生成发生。

2.3 氨基酸代谢

在需要高能量,糖或脂肪的代谢不能满足时,蛋白发生降解,氨基酸释放入血。氨基转移酶能够催化一些氨基酸转换为另外一些氨基酸。后者可用于能量的生成或转移至肝脏生成葡萄糖或糖原。氨基酸转氨可能是未成熟心脏一个重要的适应过程,提高其抵抗心肌缺血的作用[23]。

3 能量代谢调节

3.1 短期的调节

短期的能量代谢变化调节取决于能量的需求和供给,通常由激素(胰岛素)和机械因素(运动)激发。短期的能量代谢选择调节基于能源物质间相互的有效的作用,一个高浓度的能源底物能够自动抑制另外一个能源底物的代谢途径[1,2],例如,在高PDH的状态下,脂肪酸能够抑制糖的有氧氧化、糖酵解以及糖的摄取。

3.2 长期的调节

长期能量代谢底物选择变化可发生在正常生理状态下,如出生后的心脏。在胎儿期,由于O2利用很低,心脏主要依赖于糖和乳酸提供能量,出生后,O2的充足和FA浓度的突然增加,心脏能量底物转换为FA的利用,并伴随着FA摄取和β氧化相关酶的表达上调。长期的病理条件下,同样也可诱导代谢相关的酶在转录或转录后发生变化,如高血压、糖尿病和心肌缺血[1,2]。其中重要的变化包括调节基因和能量代谢底物选择发生变化。

3.2.1 核受体缺氧诱导因:HIF-1α

通过转录后修饰和降解,缺氧能够改变心肌蛋白的表达。O2-敏感性通路来自于发现O2依赖性的含Fe酶调节缺氧诱导因子(HIFs)。HIFs存在两个亚型:O2-敏感性的HIF-1α和O2-不敏感性的HIF-1β。在缺氧的条件下HIF-1α和HIF-1β形成异二聚体复合物,随后和HIF-反应元件结合[24]。HIF-1α的N端为O2-依赖性的降解区域(ODD),C端为激活区(C-TAD)。C-TAD是募集共激活复合体所必需的;ODD在胞质中起稳定HIF-1α作用[25]。在缺氧的条件下HIF-1α可调其目标基因,增加O2传递和存活的能力,这些基因和糖代谢的上调有关[25]。

3.2.2 核受体过氧化物酶增殖活化受:PPAR

过氧化物酶增殖活化受体(PPAR)是核受体转录因子,存在三种异构体:PPARα、PPARβγ和PPARδ。PPAR一旦被激活后,与视黄醇类受体(RXR)形成专性异二聚体。PPAR/ RXR复合体转移至细胞核,结合到特定的序列:过氧化物酶增殖反应元件,位于目标基因的启动子,并与其它的基本转录因子一起,启动基因转录。PPAR异构体分布在不同组织。PPARs不同功能取决于它们在不同组织的表达,以及与之相关的配基和共激活剂。

PPARα是脂肪代谢重要调节分子,其受体表达与心脏、肝脏和骨骼肌。激活PPARα诱导编码的蛋白涉及到FA的摄取、线粒体的跨膜运输和β氧化相关基因的表达[26];PPARδ在各种组织表达,其功能和PPARδ类似,主要调节脂质代谢,表明在某些特定的生理下,PPARδ能够补偿PPARα[27];PPAR?是脂质储存的调节分子,主要在脂肪细胞表达[1,2]。PPARγ激活后对心脏底物利用产生间接性的影响。PPARγ激活可导致FA循环水平发生变化,从而影响PPARα和PPARδ活性[1,2]。

3.2.3 核受体雌激素相关受体:ERR

新近研究证实雌激素相关受体(ERR)调节心脏代谢。ERR家族成员有ERRα、ERRβ和ERRγ。异构体ERRα和ERRy对于依赖线粒体氧化代谢产生能量组织十分重要,如心脏。ERRα能够激活90种不同的基因,这些基因和多种关键的能量生成通路相关,包括FA和糖代谢。ERRα引起上调的这些基因可增加2-5倍[28]。但是这些基因激活和PPARα激活重叠,这可能是ERRα激活PPARα的结果,但是没有PPARα,ERRα引起上调受损,表明核受体间存在较为广泛的联系[29]。

3.2.4 过氧化物酶体增殖物受体γ共激活因子1: PGC-1

PGC-1核受体转录共激活因子家族成员由PGC-1α、PGC-1和PGC-1组成[29];PGC-1α可作为PPARs和ERRa的激活剂。增加PGC-1α活性和表达上调的刺激因素为:P38 MAP激酶、β肾上腺素受体cAMP、NO、AMPK和Ca2+/钙调素依赖的蛋白磷酸酶[30]。通过提高PPARs和ERRa表达,PGC-1α激活能够增加FA的利用。PGC-1α也能够促进线粒体的生物合成[29]。

3.2.5 基因调节变化的意义

出生后,PPAR?α和PGC-1α表达迅速增加,在成年时期达到最大。延迟性心脏病,如心肌肥大和心脏衰竭,伴随着PPAR?和PGC-1α表达下调,同时心脏能源底物利用由FA向糖转变[1,2]。目前尽管对基因调节变化认识相对清楚,但仍旧存在一些未解的问题。

ERRα、PPARα和PGC-1α表达下调对心脏的功能是有益还是有害?对这一问题的回答不同可导致两种相反的治疗措施。PPARs的激动剂和拮抗剂均已应用临床。假说认为PPARα和PGC-1α表达下调对心脏的功能是有益的,能够间接增加糖的利用,由于糖代谢比脂肪代谢更有效,消耗同样O2糖代谢能够产生更多的能量,如心肌肥大和心脏衰竭是需要高能量的,因此是有效的。大鼠的研究结果显示压力过负荷诱导的心肌肥大可激活PPARα,阻止代谢底物的转换,因此导致中等程度收缩功能失调[31]。另外研究发现糖尿病小鼠的动物模型PPARα激活伴随着心肌肥大的发生[32]。但是Ogata认为[33]心肌肥大,PPARα激活的效果在于增加FA的摄取和β氧化,从而增加ATP的生成。应用PPARα激动剂可抑制压力过负荷诱导的心肌肥大。另外,研究发现在压力过负荷亚急性阶段,心肌纤维化,PPARα的激活下调[33]。心肌纤维化被认为可导致室壁僵硬度的增加,从而导致收缩功能和舒张功能失调。但是近来的研究认为PPARα活性和特定胶原结构有关[33]。由于心肌纤维化导致室壁僵硬度的增加,随后收缩功能失调,最终的临床结果是PPARα活性下降[33]。

另一个问题是心脏病理性和生理性后果之间的联系,矛盾的是糖尿病和压力后负荷可导致不同底物能源的利用:增加FA代谢和增加糖的利用——但可导致相同的心肌重构,超向心肌肥大方向发生。另外,一个最重要的问题是是否所有的基因调节和心肌重构相关。如上所述,研究存在冲突的结果,其原因可能和不同实验模型、物种以及年龄相关。Kodde等人[1,2]认为基因表达的阶段和疾病的阶段相关,疾病末期心衰最终表明代谢失调,而不是损害某一特定底物的调节基因。

3.3 运动训练和心脏能量代谢

运动训练诱导心脏适应性变化包括:安静状态和次强度运动下,心动过缓,增加左室舒张末舒张容积[34,35];长期的耐力训练可导致非病理性的心肌肥大,提高心室的功能,增加心脏抵抗缺血的能力[36,37]。但是否是心脏能量代谢变化引起心脏的功能提高目前并不清楚?

动物研究表明合理耐力训练可增加糖酵解和氧化代谢的能力[38]。一些研究认为运动适应的结果是增加肌肉的质量,而不是线粒体基因的表达[38]。大鼠的研究表明运动具有保护作用,抵抗与年龄相关的氧化应激[39]。一些研究表明运动可增加心脏线粒体的能力,但FA的利用增加或不变均有报道[38];这些研究表明运动诱导的心肌肥大,伴随着正常的心脏能量代谢[38]。运动诱导与上述能量底物调节基因的变化,并不清楚[40]。因此,长期的耐力训练诱导心脏能量合成和能量代谢的变化,仍有待于进一步研究。

4 结论

第一章运动的能量代谢理论讲稿 篇2

•掌握ATP在肌肉活动时的作用及其维持稳态的途径。

重点与难点

•重点：生命活动的能量来源

•难点：ATP的生成过程。

二、ATP与ATP稳态

（一）细胞能量代谢的重要媒介—ATP

细胞在能量转换中利用的耦联，是一种既是能量受体又是能量供体的ATP。

（三）ATP稳态

机体在能量转换过程中维持其ATP恒定含量的现象。其途径有CP转化、无氧酵解、有氧氧化等。

三、生命活动的能量来源

（一）糖类

机体所需能量的50-70%来自糖类，1克糖在体内完全氧化可释放约4kcal的热量，体内糖类以糖原和葡萄糖的形式存在，其分解形式有无氧酵解和有氧氧化两种。超长时间的运动可导致机体糖原的耗竭，因此应适当补糖

（二）脂肪

是细胞能量的主要储存形式，1克脂肪在体内完全氧化可释放约9.5kcal的热量。机体摄入并吸收过多的能源物质，在活动量减少时，脂肪储存会增多。

脂肪在体内的代谢过程

（三）蛋白质

主要由氨基酸组成，成人每天约有18%的能量来源于蛋白质，1克蛋白质在体内完全氧化可释放约4.3kcal的热量，体内储备的能源物质不断被消耗且不能及时补充时，脂肪和蛋白质提供的能量会增多。

蛋白质在体内的代谢过程

四、ATP的生成过程

（一）ATP生成的无氧代谢过程

1.磷酸原供能系统：ADP+CP→ATP+C 2.糖酵解供能系统：糖在缺氧的条件下合成ATP，这一过程中糖不完全分解生成乳酸。

（二）ATP生成的有氧代谢过程 第一阶段：葡萄糖→丙酮酸

第二阶段：丙酮酸经脱羧、脱氢反应生成乙酰辅酶A。第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化

五、不同途径合成ATP的总量及效率

磷酸原系统ATP供应总量最低，但能提供最高的ATP合成效率；有氧氧化提供的总量最多，但效率最低;糖酵解系统介于两者之间。

思考题

1.简述ATP的分解释能机制。

Ghrelin与能量代谢的关系 篇3

[关键词] Ghrelin；能量代谢；糖尿病

[中图分类号] R349.6   [文献标识码] A   [文章编号] 2095-0616（2012）05-42-03

Ghrelin是日本国立循环器病中心Kojima M等1999年发现的一种多肽，是GH促泌素受体的内源性配体[1-2]，而且是重要的促食欲激素[3-5]，这就是现在被提及的Ghrelin细胞或Gr细胞。

1 Ghrelin的表达分布

1.1 Ghrelin的合成与分布

Ghrelin是由28个氨基酸组成的多肽，具有强生长激素释放活力，Ghrelin主要由胃底泌酸腺的X/A样细胞生产，但是下丘脑也有生产[1]。

1.2 Ghrelin受体

一般认为，Ghrelin通过与细胞表面相应的GHS-R结合发挥生物学作用。GHS-R属于G蛋白藕联受体，分为Ia和Ib两型。GHS-R Ia是Ghrelin的功能性受体，是受体功能的主要形式，其mRNA主要在垂体表达，在下丘脑弓状核、腹内侧核、漏斗部也有表达，而甲状腺、胰腺、脾、心肌和肾上腺也存在低水平的表达；GHS-R Ib是Ghrelin的非功能性受体，其mRNA在多种组织中广泛表达，无生物学活性。Ghrelin与GHS-R Ia结合后，主要激活磷脂酶C、磷酸肌醇、蛋白激酶C、有丝分裂原活性蛋白激酶等信号通路发挥相应的效应[6]。

1.3 Ghrelin的分泌与进食

血浆Ghrelin分泌呈一定的日间节律性，在凌晨2点升至最高，之后逐渐下降，至上午9点时降至最低，此节律与瘦素相同。赵岫等报道血浆Ghrelin浓度在餐前升高近2倍，而在餐后20 min开始下降，40 min下降明显，至餐后2 h下降最明显，早餐后较基础值平均下降54%，中餐后平均下降40%，晚餐后平均下降34%，而延长空腹时间则血浆Ghrelin浓度明显增高，此分泌曲线与胰岛素分泌曲线相反，且GH不影响Ghrelin的分泌；生长抑索及其类似物则可降低Ghrelin的水平[6]。

2 Ghrelin的生理功能

2.1 Ghrelin对消化系统的影响

Ghrelin在消化道遇有许多功能性作用， 如促进胃酸分泌，调节胃肠运动，保护消化道黏膜等[7]。

2.1.1 Ghrelin对胃肠功能和胃酸分泌的影响 根据Masuda等[8]发现小鼠静脉内注射Ghrelin所出现的胃的收缩反应，和 Asakawa等[9]观察到腹膜内或心室内给予Ghrelin可以使大鼠摄食后l h和2 h的食物残留量减少，表明Ghrelin可以加快胃排空。Depoortere等[10]研究表明Ghrelin和Ghrelin激动剂，生长激素释放肽6（GHRP-6）可以加快小鼠和大鼠的胃排空。Ghrelin的刺激作用较GHRP-6更强，且Ghrelin的作用呈剂量依赖性。

在人体中Ghrelin同样存在增强胃排空的作用，Murray等[11]进行了一项随机、双盲、交叉验，研究了Ghrelin对糖尿病胃轻瘫患者胃排空的影响。结果发现Ghrelin增强了糖尿病胃轻瘫患者的胃排空。Ghrelin之所以能够加速人体胃肠道排空是通过Ghrelin在下丘脑PVN与神经肽Yl受体和CRFI受体结合发挥的胃肠动力的中枢调节作用[12]。

2.1.2 Ghrelin对胃黏膜的影响 Ghrelin通过内源性一氧化碳和完整的感觉神经介导完成了对酒精所致的急性胃黏膜损伤的保护作用[13]。腹膜内给予Ghrelin后，Ghrelin可能通过相应受体结合发挥抗炎作用，从而减少了胃黏膜损伤面积，增加胃血流量，使损伤区肿瘤坏死因子mRNA表达下调[14]。

2.2 Ghrelin对内分泌系统的影响

2.2.1 Ghrelin对生长激素分泌的影响 Ghrelin最初是作为生长激素促分泌受体的内源性配体在大鼠胃内发现的[12]。事实上，特别是在空腹状态下，不论是在啮齿动物中还是人体中Ghrelin都是一种强GH受体释放剂[15-18]。

2.2.2 Ghrelin对瘦素和胰岛素分泌的影响 动物研究证明瘦素可以上调Ghrelin表达，但是在人体研究中无明显作用。胰岛素和Ghrelin分泌呈负相关，其机制可能为胰岛素直接或间接作用于胃底X/A样细胞，抑制Ghrelin的合成与分泌；或者作用于下丘脑胰岛素受体，调节细胞内血糖和非酰化脂肪酸水平，从而影响Ghrelin的合成与分泌[19]。

2.3 Ghrelin对摄食和能量平衡的影响

饱满感激素经由受体呈现在下丘脑的弓形核，它影响一种反应机制，这种机制能够控制能量纳入。这些受体位于分解代谢的阿黑皮素（POMC）和合成代谢的与蛋白（NPY/AgRP）神经元相关的神经肽Y/A。分解代谢的神经元可被瘦素（leptin）和胰岛素（insulin）激活，亦可被位于遗传缺损的leptin信号肽抑制。回应leptin时，POMC被分裂成黑皮质素，这种受体存在于脑部可自主调节食物摄入。合成代谢的神经元可被Ghrelin激活，也可被leptin和insulin抑制。这就解释了Ghrelin的促食效应以及leptin和insulin产生诱导饱满感的作用性。这些反应机制和其他反应机制共同调节食物摄入的平衡和能量代谢。

2.4 Ghrelin对糖代谢的影响

冼雄辉等[20]应用体外培养的方法，观察Ghrelin对3T3-L1 成熟脂肪细胞糖代谢的影响，结果表明基础状态及胰岛素刺激下，Ghrelin均促进3T3-L1脂肪细胞葡萄糖转运，且呈剂量相关性，说明 Ghrelin 可能激活胰岛素信号通路促进葡萄糖转运。

2.5 Ghrelin对脂类代谢的影响

Ghrelin是近期发现的促进食欲和脂肪囤积的胃激素，当胃部缺少食物时就会被感应。给啮齿动物中枢或外周持续输注Ghrelin会引起脂肪含量增加，而且这种作用不依赖于摄食和体重的增加。在肥胖人群中，饱满感调节机制被扰乱，leptin和insulin水平很高但是Ghrelin水平很低，Ghrelin水平相对于瘦人处于低水平。非侵袭性的方法用于治疗肥胖例如通过运动降低体重，药物治疗（如：奥利司他）和节食，通常无法达到长时间的体重减轻。这被考虑是因为Ghrelin水平的上升和leptin、insulin水平的降低，从而导致体重减少之后发出强促食信号。在节食期间血浆Ghrelin水平上升，发出促进食欲的信号，这就是肥胖者节食失败的原因。

肥胖患者最好采用肥胖症治疗手术治疗，手术治疗远比其他方法能有效保持体重减少，减少多余体重高达50%~70%。相比较于限制性手术，接受胃转流手术的患者饥饿感更少，自动的少食并减少摄入高卡路里的食物。这说明不仅是单靠缩小胃容量，还靠术后Ghrelin水平的降低达到的效果。胃转流手术后，主要生产Ghrelin的胃部也可以接受空腹状态。

3 Ghrelin与2型糖尿病（T2DM）胃转流手术

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2型糖尿病发病率在全世界呈流行性上升趋势，促使人们竭力找到更有效治疗这种慢性病的方法。至今，没有药物能够根治2型糖尿病，药物治疗的控制力差同时还伴有慢性并发症，但是最近的发现提示肥胖症患者在接受肥胖症手术之后能够长时间保持血糖稳定，这对治疗这种全球性疾病这能提供了新的机会。Buchwald 等[21]对22 094名接受胃肠转流手术治疗肥胖症的2型糖尿病患者进行meta分析发现术后他们的糖尿病完全治愈率远远超过80%。还有学者研究证明与单独用药物治疗相比，经过减肥手术的2型糖尿病患者只存在很少与糖尿病相关并发症并且长期有效控制肥胖有明显效果[22-23]。

在我国手术治疗2型糖尿病处于起步阶段[24]，其机制可能是手术前由食物刺激诱导的胰岛素拮抗因子在转流后不产生或少产生，从而使2型糖尿病的胰岛素拮抗现象减少或消失[25]。手术之所以能够治疗2型糖尿病，与术后胃肠道激素和胰岛素的变化相关，这些激素与胰岛素构成“肠-胰岛素轴”。Ferchak等[26]在2004年回顾文献时发现有6项回顾性研究提示Ghrelin水平在RYGBP术后下降，有4项回顾性研究提示Ghrelin水平在减肥术后不变，还有1项研究提示Ghrelin水平在RYGB术后增加。

大部分专家认为，Ghrelin是能量平衡的重要决定因子，是外周分泌的促食欲激素作用于表达可测的每餐水平变化的关键因素[27]。但就目前研究现状而言，还存在很多理论上难以解释的地方[28]。减肥式胃转流手术主要适用于国外肥胖症患者，既往研究也是主要针对国外肥胖人群，而在中国开展的胃转流手术的治疗目的是糖尿病，不是肥胖症，所以Ghrelin的变化对中国式胃转流手术治疗非肥胖型2型糖尿病的影响具有很大的研究价值和发展空间。

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（收稿日期：2012-02-22）

鸟类能量代谢的研究进展 篇4

1 鸟类能量代谢的研究进展及现状

我国鸟类资源丰富, 现有鸟类有1 371种, 隶属于24目101科429属, 约占世界鸟类总数的15%[2], 这为研究鸟类能量代谢的发展、鸟类的进化、鸟类的保护提供了良好条件。我国鸟类能量学起步较晚, 20世纪70年代初期, 钱国帧等人在研究鸟类静止代谢率方面有所突破。20世纪80年代早期, 张晓爱等[3]在研究幼鸟体温调节及耗氧量等热生理能量方面取得了一定成果。现阶段, 徐兴军等[4]对鸟类体内消化酶活性的研究取得了一定进展。中国现代鸟类学研究起始于20世纪20年代, 比西方国家晚近百年, 在过去的几十年里, 随着遗传学、动物学和分子生物学的兴起, 以及相关试验技术方法的拓展在鸟类研究中的应用越来越广泛, 鸟类能量代谢的研究得到了快速发展, 如DNA杂交技术研究鸟的进化关系、多基因分子标记技术研究鸟类的鸣声和其他生物学特征, 但其研究水平仍处于初级阶段。因此, 通过研究不同环境条件下鸟类基础代谢率与能量代谢之间的变化是很有必要的。目前, 国内外学者在鸟类能量代谢研究方法上仍存在不足, 笔者总结了已有的研究方法, 为鸟类能量代谢的进一步研究提供了科学依据。

2 鸟类能量代谢的研究方法

2.1 时间能量预算法 (TEB)

该方法是对鸟类的活动进行分类, 观察并记录试验鸟1 d中各类活动的时间, 得出鸟类各种活动能量的当量值, 根据时间能量预算法模型估算出试验鸟的日能量支出。时间能量预算法的原理简单, 使用方便, 所需仪器设备较少, 但常出现误差, 故不常采用此方法。

2.2 双标水法 (DLW)

该方法是利夫森等人在1955年研究小鼠代谢时发现, 动物呼吸产生的二氧化碳中的氧元素与动物体水中的氧元素能达到同位素平衡, 它的原理是:用氢和氧这2种元素的稳定性同位素 (2H或3H和18O) 对动物体水进行双重标记, 在特定时间周期内抽取体水样品, 确定其中同位素的含量[5], 算出前后2次抽样之间2H或3H和18O这2种同位素的周转率, 通过周转率算出能量的支出。

2.3 全收粪法

该方法是测定动物在一定期间内食入饲料物质的质量与粪便中排出物质的质量, 正确记录动物在某阶段的饲料采食量和全部排粪量, 分析饲料和粪便中某养分含量[6]。

2.4 心脏速率法

在大多数情况下, 心脏速率 (f H) 与氧消耗速率紧密相连, 因此可以采用心脏速率法来估算动物能量消耗或代谢速率[7]。该方法既可以定性使用也可以定量使用。定量方法是一个有两个阶段的过程:首先, f H和代谢率 (MR) 在被同时控制的条件下, 采用衍生的预测校准来测量;其次, 心脏速率的测量使用校准关系转化为MR来估算。定性的方法直接跳转到第二阶段。有些学者运用此方法从生理角度研究吸热的能量预算, 测量跨季节每天能量消耗、测试运动活性和水温对大型潜水鸟能量收支的影响。测量期间, 无效的心脏速率下降使运动活性增加, 这表明在某种高负荷条件下, 动物以某种形式弥补能量的损失。

2.5 红外热成像技术 (IRT)

此方法的原理是运用辐射传输的物理定律来计算体表面温度, 用于测量各种鸟类和哺乳动物如何响应不同环境条件下其表面的温度, 表面温度作为能量代谢的很大一部分, 依靠机体转移到环境中的热量来计算[8]。此方法的优点是测量不同环境中动物的相对热量, 并且具有便携性。

2.613C标记的钠-碳酸氢盐技术

该方法是使用稳定同位素来测量短期活动的鸟类能量消耗, 其优点是动物不佩戴呼吸测量的面具就可以测量或动物在一个呼吸测量室中也可以被应用。

3 代谢率的季节性变化及光周期变化

3.1 代谢率的季节性变化

季节性温度变化对鸟类代谢率的影响一直是鸟类学家关注的话题。鸟类在长期生活环境中往往出现可预见性的季节性变化[9]。鸟类的适应性产热包括专性产热和选择性产热。专性产热是指动物维持细胞的完整性和稳定性所必需的热量。选择性产热是动物对环境胁迫作出的与专性产热相区别的代谢反应[10]。季节性变化影响鸟类能量的利用率, 小型鸟类具有较大的体表面积, 散失热量的能力较高, 高的能量代谢可以弥补热量的损失, 高的能量代谢与寒冷环境下的耐受性成正相关[11]。冬季一些小型鸟类通过增加羽毛的厚度和提高皮下脂肪的含量来改善隔热性能。大型鸟类通过增加隔热层来减少能量的损失, 从而抵御寒冷环境, 使其更好地生存。冬季鸟类体重的增加可以降低体表面积的比率, 从而减少热量的损失, 保持恒定的体温使其达到热平衡。

3.2 代谢率的光周期变化

鸟类在不同光周期下表现出明显的体重差异。倪小英等人在研究光周期对白头鹎体重、器官重量和能量代谢的影响时发现, 白头鹎在短光照条件下个体体重显著高于长光照, 体重增加11.8%。鸟类通过增加体重来应对光照时间较短的不良环境, 在自然环境中生活的鸟类在低温短光照的冬季时体重要高于生活在高温长光照的夏季。

3.3 低温驯化对鸟类代谢率的影响

研究发现, 低温驯化可引起绒啄木鸟、山齿鹑、红腹滨鹬等的基础代谢率升高。低温驯化鸟类的基础代谢率要比高温驯化时高, 基础代谢率的增加与鸟类内脏器官重量有关, 还与胸大肌的重量和生存环境有关[12]。个体器官重量的增减是总体能量消耗的结果, 这体现出个体与环境之间能量预算的结果。低温环境中鸟类通过增加摄食量来补充能量消耗的部分, 鸟类体内储存的能量是以能量摄入器官与体内能量转换器官互相作用的结果, 鸟类体脂含量的增加引起体重的增加, 从而使其安全度过恶劣环境。

3.4 限食对鸟类代谢率的影响

刚开始饥饿驯化时, 鸟类的体重下降明显, 鸟类利用自身体内储存的能量来应对不良环境。随着驯化时间的延长, 鸟类适应了这种环境, 体内的生理结构及器官迅速作出调整, 消化能与体重紧密相连, 消化能的多少影响能量储备, 对体重产生间接作用, 消化能的增加可减少体内能量储备的消耗, 从而抵御限食带来的生存压力。体重和基础耗能的降低有利于鸟类应对限食带来的压力, 是重要的生存策略之一。

3.5 鸟类迁徙的能量代谢

鸟类长距离的迁徙需要消耗大量能量, 储存能量的形式有好多种, 如蛋白质、脂肪、碳水化合物等。脂肪代谢对鸟类迁徙影响最大, 脂肪提供飞行中的大部分能量, 但是蛋白质和碳水化合物也为飞行提供了能量支持。对于长距离飞行的鸟类, 在能量积累期, 蛋白质的增加是1.5倍左右, 而脂肪却增加10倍以上[13]。能量的积累与还季节有关, 一般鸟类在秋季迁徙主要以脂肪为主, 在春季以蛋白质为主。鸟类具有发达的消化系统, 在迁徙期比非迁徙期能更有效、更迅速地将摄取的食物转变为能量, 为飞行提供充足的能量。积累充足的能量是鸟类完成迁徙的重要保证, 同时也影响着鸟类的繁殖, 当鸟类到达繁殖地时经常遇到一些不良环境, 繁殖地所携带的能量可以提高鸟类繁殖的存活率, 雌性个体所储存的能量和营养物质有助于卵的形成。

3.6 繁殖期的能量代谢

以东方白鹳为例, 处在繁殖期的东方白鹳, 雌性鹳与雄性鹳对能量的吸收基本相同。食用相同食物的雌性鹳与雄性鹳所提供的代谢也基本相同。繁殖期前后, 东方白鹳体重变化明显, 是因为繁殖期需要消耗大量的能量, 正常的食物供应不能满足它们, 通过消耗储备的营养物质来满足需求。雄性鹳和雌性鹳消耗能量的方式不同, 前者主要是在修巢和交尾等方面, 而后者主要是在产卵方面。孵化成体蛋的代谢率比静止未孵化的个体要多消耗25%~35%的能量, 父母在共同喂食幼鸟的过程中要增加2倍的能量消耗, 在单独喂食过程中要增加4~6倍的能量消耗。晚熟性品种的鸟类比早熟性品种的鸟类繁殖能力要降低50%, 外来物种的鸟类比流动性鸟类的繁殖能力要低14%[14]。鸟类在繁殖期通过调节自身的营养储备, 把所储备的营养物质重新分配, 从而满足繁殖时能量的需求, 这样可以使繁殖率大大提高。

3.7 换羽期的能量代谢

鸟类在换羽时, 在热中性区、处于静止状态时的耗氧量比非换羽期要增加9%~46%。在研究绿头鸭一年四季的过程中发现, 在换羽期时, 雄性绿头鸭失去最初平均体重的13.17%, 而雌性绿头鸭失去最初平均体重的13.23%。在整个换羽过程中, 基于1.3倍的能量消耗, 雄性绿头鸭能承受身体42.60%的能量消耗, 而雌性绿头鸭能承受身体41.82%的能量消耗[15]。

3.8 气候环境对能量代谢的影响

热带鸟类与温带鸟类相比具有较高的成活率, 具有更小的代谢活跃器官。在细胞水平上, 热带鸟类真皮纤维细胞往往有较低的细胞代谢率, 热带鸟类与温带鸟类相比对氧化应激细胞具有更好的耐受性。

4 鸟类能量学的发展前景和建议

随着鸟类学研究的不断深入, 在研究过程中仍面临许多问题。在我国, 对于鸟类学研究的整体水平还有待提高, 这就需要在技术领域里大胆地去创新, 并结合其他学科的交叉研究。如通过对鸟类模型的研究, 利用基因表达调控和转基因技术等手段, 对医学的发展作出巨大贡献。目前, 在研究鸟类能量代谢方面还不完善, 由于对鸟类在四季中基础代谢率具体数值方面的研究不是很全面, 为此通过研究呼吸代谢过程来反映鸟类能量代谢变化是很有必要的。根据当前国内外鸟类学研究的发展趋势, 提出以下建议:1) 深入了解鸟类的生活史, 有助于揭示鸟类与环境之间的关系, 以及它们在生态系统中的地位与作用, 对于有效保护鸟类及制定有效的保护措施具有重要意义。2) 在鸟类迁徙领域研究中, 以小型鸟类的迁徙研究作为主要研究对象, 分析鸟类各个时期和环境之间的关系, 为进一步加强迁徙鸟类种群限制和调节因子的研究提供帮助。3) 提倡鸟类与分子生物学、遗传学、生物行为学等学科的交叉研究。

总之, 随着生物科学技术的不断发展、研究者对鸟类能量代谢研究的不断深入和对鸟类能量代谢方法手段的不断完善, 在鸟类能量代谢、产热基因表达及能量代谢过程中多种酶活性变化等方面的研究将不断取得新的成果和进展。

摘要：文章对影响鸟类能量代谢的因素及研究方法进行了总结, 概括了近年来鸟类能量代谢的研究现状与进展, 对测定鸟类能量代谢的9种不同方法进行了比较, 分析了各种研究方法的优缺点, 并对鸟类能量代谢的研究提出了建议, 旨在为今后鸟类能量代谢的研究提供科学的依据和方法。

寒冷应激对动物机体能量代谢的影响 篇5

应激伴随着生命的诞生而产生, 但其研究史还不到百年。加拿大生理学家SELYE于1936年首先提出了应激的概念, 并将应激定义为机体对外界或内部的各种异常刺激所产生的非特异性应答反应的总和, 或机体对向它提出的任何要求所做出的非特异性应答反应。而随着对应激反应研究的不断深入, 应激的概念也在不断地变化着, 应激的现代概念为当机体内环境稳定受到威胁时, 机体对应激原产生特异性和/或非特异性反应, 以维持机体在新稳态, 新稳态如果被破坏, 则将进一步发展, 直至该系统崩溃, 在其它系统内再寻求稳态[1]。

寒冷作为众多应激原中的一种, 其反应同其它应激反应一样十分复杂。其中, 中枢神经系统及其高级部位 (大脑皮层) 是起整合调节作用的主导部门, 并通过激活下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴、下丘脑—垂体—甲状腺轴和交感—肾上腺髓质轴等途径, 改变机体各系统内激素、神经肽、细胞因子、转录因子等活性物质的分泌实现对动物机体的调节, 以便使动物能够尽早适应新的环境[2]。大量实验研究证实, 冷应激几乎对机体的各个系统都会产生影响, 如神经内分泌系统、消化系统、心血管系统、免疫系统、生殖系统等, 此外冷应激还显著影响着机体的能量代谢、生产性能及抗氧化功能等。由于冷应激对动物机体的影响十分广泛, 无法一一进行概述, 下面仅就冷应激对动物机体能量代谢的影响做一简要介绍。

2冷应激对动物机体能量代谢的影响

动物的适应能力取决于适应环境改变的能力, 以及应对变化后果的能力。机体对某一应激的潜在适应机制还有很多不清楚的地方。资源分配理论表明机体的各个系统 (例如免疫系统、生殖系统) 会互相争夺机体内有限的资源 (如能量, 蛋白质) 。此外, 该理论还表明, 如果内部资源是有限的, 并且如果某一系统对能量的需求增加, 那么动物机体会重新分配有限的内部能量 (即增加对需能系统的供给, 并相应减少其它系统能量的供给) , 以使机体达到最佳的适应度。这就表明, 动物机体对应激的适应能力在很大程度上取决于动物根据自身的需要重新分配资源的能力。而冷应激引起的生理性反应中最先出现改变的是能量代谢, 说明能量代谢在冷应激反应中的重要作用。

2.1冷应激时机体能量代谢在组织器官水平上的变化

当外界温度低于动物的等热范围时, 尤其是动物处于寒冷环境中, 即动物处在冷应激的条件下时, 机体静止能量代谢率升高, 同时产热量增加。杨成君等研究表明, 大鼠冷暴露30min后, 其血糖的浓度显著低于对照组。LE DIVIDICH等研究了中国梅山 (Ms) 仔猪与欧洲大白 (Lw) 仔猪对冷应激的抵抗能力, 结果表明, Ms仔猪与Lw仔猪对冷应激的抵抗力都会随着日龄的增加而增强。尽管Ms仔猪比Lw仔猪的体重轻, 但二者对寒冷的抵抗力却相当, 这可能是由于Ms仔猪能够获得更多可利用的FFA引起的。褐色脂肪组织 (BAT) 是一种高度特化的产热和控制能量消耗的组织, 它的产热能力是肝脏的60倍, 是肌肉在有氧呼吸下产热量的10倍, 而且其热量产生与ATP合成无直接关系。布氏田鼠随冷暴露 (4℃) 时间的延长, 其BAT重量及线粒体蛋白含量均增加, 冷暴露4周时, BAT绝对重量为对照组的1.38倍, 线粒体蛋白含量为对照组的2.14倍。同时, 冷暴露也增加了布氏田鼠BAT线粒体GTP结合的最大结合浓度, 冷1周时为对照组的1.87 倍, 冷4周时有所回落, 为对照组的1.6倍[3]。

2.2冷应激时机体能量代谢在分子水平上的变化

线粒体作为细胞能量代谢中心的关键细胞器, 其功能的调节对机体寒冷应激过程起着关键性作用, 早在1988年LONCAR等就发现寒冷应激能够改变大鼠线粒体的形态, 使线粒体的体积变大, 在细胞质中的比例增大。而线粒体可以通过增大体积, 从而增加能量的产生。研究发现, 急性冷暴露可以使达乌尔黄鼠褐色脂肪组织中的解偶联蛋白1的表达水平显著升高, 进而使机体产生更多的热量。冷暴露还能够引起细胞色素C还原酶活性增高, 细胞色素P450的含量增多, 诱导HepG2细胞线粒体ATP酶6+8亚基mRNA的表达, 促进ATP的生成。VELLOSO等研究表明, 冷暴露可以增加鼠下丘脑黑色素浓集激素 (MCH) 的浓度, 通过反义MCH寡核苷酸将其阻断后动物的摄食行为及体温未发生改变, 但体重显著下降, 进而表明冷应激时下丘脑MCH的表达增加可能参与了冷适应产热过程中能量的有效利用。下丘脑—垂体—甲状腺轴与下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴的激活在葡萄糖与脂肪代谢的调节上发挥着重要的作用, 研究表明, 冷应激可以改变下丘脑CRH与TRH的表达与分泌, 进而改变垂体、甲状腺及肾上腺激素的释放[4,5], 对机体能量代谢的变化进行调节。

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AMPK在能量代谢中的作用研究 篇6

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)是一种保守的异源三聚体蛋白质激酶,在各组织中均有分布。AMPK具有多种功能:调控细胞生长和增殖、建立和维持细胞极性、调节动物寿命、调节生物节律等。然而,AMPK最主要的功能是可以感受细胞内ADP/ATP比值的变化并激活,通过调控能量产生和消耗过程的平衡来维持机体能量状态稳定,是细胞内的“能量感受器”[1],因其可以作为治疗肥胖、2型糖尿病等疾病的药物靶点而受到广泛关注。本文针对AMPK在能量代谢方面的研究进展作一综述。

1 AMPK的分子结构

所有物种的AMPK均由α、β、γ三个亚基组成。α亚基是催化亚基,其N末端包含一个催化域及上游激酶结合域,可以受上游激酶的调控。γ亚基是核苷酸结合亚基,其上有AMP、ADP和ATP的结合位点。β亚基负责AMPK激酶的组装,其C末端具有α亚基及γ亚基的结合位点。另外,β亚基上还具有糖原结合位点,可以作为糖原感受器。AMPK的分子结构见图1[2]。

哺乳动物可以编码2种α亚基,即α1、α2;2种β亚基,即β1、β2;3种γ亚基,即γ1、γ2、γ3。尽管AMPK在所有组织中均有分布,但其亚基分布却具有组织特异性。研究发现,在慢抽搐的比目鱼肌中α2亚基特异性地与β1亚基结合,而在快抽搐的趾长伸肌中α2亚基既可以与β1亚基结合也能与β2亚基结合[2]。在骨骼肌中,只有α2亚基才能在运动时转移到细胞核中调节能量代谢,而在脂肪组织中主要的催化亚基为α1。因此,哺乳动物AMPK各亚基间的相互作用对其功能具有较大影响。AMPK在不同细胞中以不同亚型复合体存在,这可能与其下游靶基因的选择有关[3]。

AMPKα亚基Thr172位磷酸化直接决定着AMPK酶活力的有无。目前,在哺乳动物中已经发现两种AMPK激酶可以磷酸化AMPKα的Thr172位点:LKB1(liver kinase B1)和Ca MKKβ(Ca2+dependent protein kinase kinaseβ)[4]。LKB1与STRAD和MO25形成异型三聚体蛋白复合物,可以在体外直接磷酸化AMPKα亚基的Thr172[5]。研究发现,LKB1是骨骼肌和脂肪组织中的主要激酶,敲除LKB1基因导致骨骼肌中AMPKα2亚基Thr172磷酸化大幅降低[6]。Ca MKKβ可以受细胞内Ca2+浓度的调控,然而关于其在脂肪组织中对AMPK的调控作用还不是很清楚[6]。AMPK活性的调控见图2。

2.1 依赖AMP/ATP比值的调节

AMPKγ亚基是核苷酸结合亚基,具有3个结合位点,其中一个位点只能与AMP结合,而另外两个位点可以竞争性地结合AMP、ADP或ATP。AMP或ADP与γ亚基结合后,引起AMPK构象改变,促进AMPKα亚基Thr172位磷酸化;而ATP与γ亚基结合后,完全抑制AMPK的激活及AMP或ADP对AMPKα亚基Thr172位的磷酸化的促进作用[7]。因此,当机体经历缺氧、饥饿或者运动等导致AMP/ATP或者ADP/ATP比例升高时,AMPK被别构激活,并且通过增强AMPKα亚基Thr172位磷酸化进一步增强AMPK活性[8]。

5-氨基-4-甲酰胺咪唑核糖核苷酸(AICAR)是目前广泛运用于研究的AMPK激动剂。AICAR被细胞摄取后,在腺苷激酶的磷酸化作用下形成一磷酸衍生物ZMP。ZMP具有AMP样作用,可以激活AMPK。另外,二甲双胍(metformin)、白藜芦醇(resveratrol)、黄连素(berberine)和罗格列酮(rosiglitazone)等均可通过提高细胞中AMP/ATP或ADP/ATP的比值激活AMPK[9]。

2.2 不依赖AMP/ATP比值的调节

瘦素(leptin)和脂联素(adiponectin)是脂肪细胞分泌的多肽类激素,在调节摄食、能量消耗和神经内分泌功能方面起着重要作用。研究发现,在骨骼肌中,瘦素选择性地激活AMPK的α2亚基,早期通过直接作用于肌肉组织激活AMPK,晚期则通过下丘脑—交感神经系统发挥作用[9]。脂联素可以在骨骼肌和肝脏中激活AMPK,并促进其葡萄糖摄取和脂肪酸氧化。另外,adiponectin可以通过激活AMPK促进血管生成和抑制内皮细胞凋亡[10]。它们的作用均不导致AMP/ATP比值的升高,但其激活AMPK的具体信号转导机制仍不清楚。

3 AMPK对糖代谢和脂代谢的调节作用

能量代谢紊乱是造成肥胖、2型糖尿病及心血管疾病等代谢综合征的根本原因。AMPK能够调节机体能量代谢,维持能量的供求平衡,从而改善机体的能量代谢状态。近年来研究发现,AMPK可以作为治疗肥胖、2型糖尿病及某些癌症的药物靶点。因此,寻找可以调控AMPK活性的活性成分可能是预防和治疗肥胖、2型糖尿病等代谢综合征的一种新的手段[11]。

3.1 AMPK对脂代谢的调节作用

乙酰辅酶A羧化酶(ACC)是脂肪酸合成的限速酶,可以催化乙酰辅酶A合成丙二酰辅酶A。AMPK被激活后,可以磷酸化ACC的Ser79位点抑制其活性,从而抑制脂肪合成。用AICAR或者瘦素长期作用于大鼠脂肪细胞可以增强ACC的磷酸化并降低其表达量,证明AMPK可以负调控ACC,降低脂肪酸合成过程[10]。AMPK还可以抑制脂肪酸合成酶(FAS)、丙酮酸激酶(PK)和甘油磷酸酰基转移酶(GPAT)等与脂肪合成有关的酶类的表达[12]。羟甲基戊二酸单酰Co A还原酶(HMGR)在胆固醇合成中发挥关键作用,是胆固醇合成的限速酶。研究表明,HMGR可以被AMPK磷酸化,抑制其功能,从而抑制胆固醇的合成。AMPKα2敲除小鼠的体重和脂肪积聚明显增加,提示AMPK的激活对肥胖有调节作用,AMPK激动剂有望应用于肥胖的治疗。

丙二酰辅酶A是脂肪合成的第一步产物,可以通过负反馈抑制CPT-1的活性,从而抑制线粒体的脂肪酸氧化。ACC活性的降低可以减少丙二酰辅酶A的表达,进而减弱其对CPT-1的抑制作用,加速脂肪酸氧化过程。研究表明,当用AICAR长时间激活AMPK时,AMPK上调PPARα及PPARδ的表达,进而增加线粒体数量,促进脂肪酸氧化过程。然而,当用AICAR短时间激活AMPK时,脂肪酸氧化受到抑制[13]。因此,AMPK对脂肪酸氧化过程的作用效果可能与其激活时间长短有关。

脂肪分解是脂肪细胞内中性脂质水解释放出甘油和游离脂肪酸的过程。ATGL和HSL是脂肪分解的主要限速酶,其中前者主要催化三酰甘油水解,后者主要催化二酰甘油水解。研究表明,AMPK在Ser406位磷酸化ATGL使其激活,促进脂质分解[14]。然而,AMPK可以磷酸化HSL的Ser565位点,阻止其被PKA激活,从而抑制其活性[15]。AMPK的这种作用是为了控制脂解作用不超过脂肪酸的氧化速率,防止过量堆积的脂肪酸重新合成脂肪,有利于减少脂质的异位沉积。当用AICAR短时间激活大鼠脂肪细胞中AMPK时,脂质分解速率降低,而随着作用时间的增长脂质分解速率开始增强[16]。

综上所述,AMPK是调节机体能量代谢的重要因子,被激活后引起一系列与能量代谢有关的因子的表达或磷酸化。AMPK信号通路在脂质代谢中具有非常重要的作用,它一方面减少脂肪酸和三酰甘油的合成,另一方面促进脂肪酸的氧化和三酰甘油的分解,维持机体脂代谢稳定。AMPK通路对脂肪代谢的调节作用见图3。

3.2 AMPK对糖代谢的调节作用

葡萄糖是糖在血液中的运输形式,在机体糖代谢中占有重要的地位。肝脏、骨骼肌和脂肪组织是胰岛素作用的主要靶器官,是机体摄取葡萄糖的主要场所,也是糖酵解、糖异生及糖原合成等糖代谢过程发生的重要场所。研究表明,葡萄糖稳态是肝脏葡萄糖产生和周围组织葡萄糖摄取保持平衡的结果。

注:→表示促进;———l表示抑制。

骨骼肌是胰岛素刺激葡萄糖摄取的主要位点。研究发现,肌肉收缩及AICAR均能增加大鼠肌肉中葡萄糖的摄取,其机制可能是通过促进GLUT4向细胞膜转移来实现的。目前,关于AMPK对脂肪细胞摄取葡萄糖的研究并不多。研究发现,在3T3-L1细胞中,当AMPK被AICAR激活后,细胞对葡萄糖的摄取能力增强,但胰岛素通路无变化[17]。在原代培养的大鼠脂肪细胞中,脂联素通过激活AMPK增加葡萄糖的摄取,且该作用能被AMPK的抑制剂阻断。然而,AMPK的抑制剂并不能影响胰岛素刺激的葡萄糖摄取[18]。因此,AMPK通过胰岛素非依赖机制促进葡萄糖摄取,其作用机制可能包括以下两种方式:1)诱导GLUT4向膜转移;2)通过磷酸化转录因子,促进GLUT4基因的表达[10]。

糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应,是一切生物有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径[19]。磷酸果糖-2-激酶(PFK)是糖酵解的限速酶,催化6-磷酸果糖第一位C上的磷酸化生成1,6-二磷酸果糖。灌注心肌试验结果表明,缺血或其他代谢解耦联剂激活AMPK时,PFK2的活性及2,6-二磷酸的含量也随之增加[20]。另外,体外纯化的AMPK可提高PFK2的磷酸化,进一步证明AMPK可以直接参与糖酵解过程[21]。

糖原是葡萄糖在动物体内的储存形式,也是肌肉运动的重要能源物质。糖原合成酶(GS)是糖原合成的限速酶。研究表明,在肌肉组织中,AMPK能够在Ser7和Ser10位点磷酸化GS使其活性降低[22]。研究发现,AICAR能够刺激GS Ser7位点的磷酸化,降低其活性;而用AICAR处理敲除了AMPKα2亚基的小鼠骨骼肌时,GS Ser7位点磷酸化未增强。因此,在骨骼肌中AMPK可能通过降低GS活性抑制糖原的合成。

糖异生是指非碳水化合物(乳酸、丙酮酸、甘油等)转变为葡萄糖或糖原的过程。肝脏的糖异生是由多种酶调节的,包括磷酸烯醇式丙酮酸激酶(PRPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase),而AMPK的活化可以抑制这两种酶的表达。肝脏AMPKα2敲除的小鼠出现葡萄糖耐受现象,并且在禁食时仍处于高血糖状态,推测是由于与糖异生有关的酶活性升高导致的[23]。

综上所述,AMPK可以通过促进葡萄糖摄取和糖酵解过程抑制糖异生和糖原合成过程,从而降低血糖水平,维持机体葡萄糖稳态。

4 结语

能量代谢 篇7

羽毛球虽然属于技能主导类隔网对抗性项目, 但是由于比赛规则使得一场比赛羽毛球运动员场内变向300-500次, 移动距离3km以上需要耗费大量的能量, 故体能保障是运动技能高效发挥的基础。目前羽毛球运动的特点可以概括为以快为主。所谓快, 即起动快、击球快、回位快、球速快。羽毛球采用三局两胜制, 一局比赛的时间约为30min左右。一场比赛的净活动时间仅占比赛总时间的1/3, 羽毛球比赛的时间结构由短时间的一次高强度运动与短时间的间歇交替组成的, 运动密度多在26%-45%之间。在这个密度里, 1-10秒的段落占80%左右, 只有20%左右是持续11秒以上的长时间运动。平均间歇时间基本达到10秒以上。

2、羽毛球能量代谢特征分析

羽毛球运动急停、启动、快速大力挥拍的频率比较的高, 由此可见, 羽毛球比赛中所需要的能量主要来源于无氧代谢提供即高能磷酸化合物的分解提供能量。整个比赛过程属于混合供能方式。羽毛球比赛的一句时间大概在半小时采用三局两胜, 所以比赛对心血管系统的要求是相当高的, 还需要具有高水平的有氧代谢能力, 才能确保在长时间剧烈活动后, 短时间的间歇内非乳酸无氧代谢能力的能源物质迅速再合成, 从而保持长时间的高强度的运动能力。比赛的时间结构决定了能量代谢的特点, 比赛时无氧代谢能力以高能磷酸化合物的分解为主, 即磷酸原系统。糖酵解供能系统作为羽毛球运动员的一种能力储备, 对羽毛球运动能力有着重要的影响。因此, 不能简单的以运动时间结构来确定供能特点, 而应结合时间特征、运动强度来确定起决定作用的供能系统。乳酸供能系统参与程度和比赛的速度快慢和每个回合的时间长短及间歇时间的长短密切相关。击球速度快, 回合时间长, 间歇时间短, 无氧糖酵解参与的比重就大, 乳酸的浓度就高。在羽毛球比赛中, 击球特别是扣球的一瞬间, 救球时的最后一个跨步、比赛中忽然变换方向以及经常出现的加速跑, 基本由磷酸原供能系统提供能量。而在比赛中常用四方球、打落点以及打吊等方式结合时, 糖酵解供能系统和有氧代谢供能系统发挥了它们应有的作用。三种供能系统相互影响、相互作用、紧密相连, 共同完成了竞赛中所需能量的供给。因此, 羽毛球项目的能量代谢以有氧代谢为基础、无氧代谢为主导, 其中磷酸原、糖酵解系统所占比例都不低, 对羽毛球比赛的胜负起重要作用。

3、羽毛球运动对体能要求及训练方法

羽毛球运动 员的体能 训练羽毛 球项目对 身体素质 的要求很高, 尤其是专项身体素质, 在运动训练中常以发展运动员的身体素质作为身体训练的主要内容, 即着重发展运动员的力量速度耐力柔韧等素质因此, 在抓好全面身体素质训练的基础上, 要着重发展专项身体素质。运动员身体素质之间不是单独存在的他们的关系如下图1。

运动实践中往往是两种或两种以上运动素质同时发挥作用, 力量与速度的结合就产生爆发力或速度力量, 力量与耐力的组合就产生了力量耐力, 耐力与速度的组合就构成速度耐力, 当灵敏与柔韧组合时则表现出高度的灵活性 (博姆帕, 1990) 。对于羽毛球运动员最重要的运动素质是肩、腕、指的柔韧性、爆发力和力量耐力以及腰腹肌的力量和踝、膝、髋的柔韧性, 下肢的爆发力、蹬伸的速度、、耐力以及快速变向和移动中维持平衡的灵敏性。。

3.1、力量练习

力量素质是人的身体或身体某些部分用力的能力或肌肉在人体活动中克服内部和外部阻力的能力。内部阻力包括人体自身的重力、关节的加固力、肌肉韧带的粘滞力等等。 力量素质是羽毛球运动的基础, 它包括最大力量、速度力量和力量耐力, 其中, 速度力量尤为重要又包括起动力量、爆发力量和制动力量。

(1) 上肢专项力量练习 :一是羽毛球掷远、掷垒球练习 ;二是绕腕练习, 手持哑铃于体前或体侧作绕8字练习;三是挥重练习, 挥网球拍, 重点进行前臂、腕、指的各种击球动作以发展击球爆发力;四是转臂练习, 手持哑铃于体侧作旋内、旋外练习。

(2) 下肢专项力量练习 : 一是负重 深蹲起 , 下蹲较慢 , 起立加快;二是负重半蹲提踵;三是负重跨步走;四是负重半蹲跳;五是跳绳练习, 单腿跳、双腿跳, 单摇、双摇等等。

(3) 核心力量练习 , 羽毛球运动员训练达到一定水平以后 , 在常规的力量素质上基本上没有什么区别, 他们在身体素质方面的差距一般都是由核心力量的差距所决定。羽毛球运动中核心力量至关重要, 核心力量的肌肉群分布在脊柱两侧还有髋关节周围由于控制身体的稳定性、协调性以及灵敏的作用, 一般采用瑞士球、绳梯特定的动作进行核心力量的训练。

3.2、发展速度素质的训练方法

速度练习主要采用短距离重复折返跑训练法, 如: 各种距离 (10m、30m、50m、60m、) 的快速跑等 , 并引进了田径运动员的部分的提高速度能力的专门练习法如:小跑步, 高抬腿跑, 高频率跑楼梯台阶, 快速立卧撑, 高频率跨越标志物, 单、双摇跳绳, 两脚交替跳绳等等发展快速力量的训练方法羽毛球比赛没有时间的限制, 可能由小时苦战到两小时左右上, 因此, 羽毛球运动员不但要具有风驰电掣般的速度, 还必须具备良好的耐力。如:变速跑中 距离跑中长跑, 组合练习多球训练等。

3.3、发展柔韧素质的训练方法

柔韧性训练的目的就是提高各个关节的灵活性与肌肉韧带的良好伸展性防止在比赛中因为动作幅度过大而引起的肌肉拉伤。羽毛球项目所需要的肩关节、腕关节、髋关节、踝关节等的柔韧素质, 对提高步法移动能力, 移动时的身体协调性, 击球时动作稳定性有很大的作用。柔韧性训练一般分为以下两个阶段: (1) 练习准备期即热身活动, 它包括中长距离的慢跑, 跳绳等, 直到运动员出汗为止; (2) 拉伸期, 具体活动内容有:将主要关节周围的肌肉、韧带进行顺向的牵引和拉伸。拉伸时力度要适中持久。良好的专项技术、体能是运动员充分发挥技术、战术、承受大负荷训练、高强度比赛、保持稳定的心理状态以及预防运动损伤的重要保障。因此, 只有在日常的训练中科学、系统地对运动员进行体能训练, 才能保证运动员能在高强度对抗的羽毛球比赛中合理运用技战术, 占据体能优势, 并取得良好的运动成绩。

4、结束语

羽毛球运动由连续性强、短时爆发性强的有球运动和运动间歇反复转换的多个回合非周期运动组成。对羽毛球能量代谢方式, 羽毛球运动特征的全面科学的理解有助于在日常训练中制定更科学的训练方法, 对运动员比赛的竞技状态有着重要意义。

摘要：本文运用文献资料法、访谈法和逻辑分析法, 对羽毛球运动的能量代谢特征进行分析, 对运动员的体能特征、体能要求, 体能训练方法进行综述比较、同时提出营养补充建议, 旨在对运动员体能提高有所帮助。

关键词：羽毛球,体能训练

参考文献

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[3]石韬.羽毛球运动的时间结构与体能的关系[J].科技信息, 2007.

慢性阻塞性肺疾病能量代谢研究进展 篇8

关键词：慢性阻塞性肺疾病,能量代谢,研究进展

当前, 采用营养疗法对慢性阻塞性肺疾病患者进行治疗的预后影响已经成为了医疗人士的研究热点问题, 同时慢性阻塞性肺疾病患者需要进行营养治疗的看法已经普遍的被各界人士所接受[1]。但是, 目前仍然无法弄清能量计营养影响慢性阻塞性肺疾病患者病情发展的主要机制, 该研究对与之相关的研究进行了初步综述。

1 慢性阻塞性肺疾病患者的能量代谢特点

药物生热效应、食物生热效应、体力活动的能量消耗、基础能量消耗共同构成了人体的能量总消耗, 其中基础能量消耗所占有的比例最高, 不同个体体力活动过程中的能量消耗各有不同。临床上静息能量的使用量要明显多于基础能量消耗, 静息能量主要指患者餐后2 h, 静卧或者静坐半小时以上时测定出的人体的能量消耗, 通常静息能量要高出基础能量10%。一般情况下慢性阻塞性肺疾病患者的静息能量会显著升高, 这可能和Sa O2、Pa O2下降及气道阻塞等因素相关。静息耗氧量直接反应了人体内静息能量是消耗水平, 相关研究人员的研究结果显示去脂体质和平衡体重等影响因素后, 正常体重的肺疾病患者的静息耗氧量要显著高于正常的对照组患者, 这个实验还表明慢性阻塞性肺疾病患者确实有高代谢现象[2]。

接受完常规治疗后, 患者的体重表现出进行性降低, 即不同的病理状态会使患者的能量消耗增大, 所消耗的能量会超过营养治疗时给予患者的能量供应。一般情况下, 当人体的能量消耗逐渐增多时, 患者必然会多摄入能量以补充体能, 但是患者会因下属因素的影响而较难增加自身的摄入量:口腔咀嚼、吞咽模式发生改变后会改变原来的呼吸模式, 进而降低Sa O2。

2 慢性阻塞性肺疾病患者的能量代谢影响因素

2.1 血清瘦素

血清瘦素是来自于脂肪细胞的激素, 这种激素可以在人体大脑内传递、反馈, 指导患者减少摄入食物、影响脂肪代谢。血清中瘦素的含量具有昼夜节律性, 会在夜间达到显著的峰值, 而不具有恶液质的患者血清中瘦素含量正常的昼夜节律性, 相反具有恶液质的患者, 其瘦素水平已经失去了昼夜节律性, 因此, 可以通过检测瘦素水平来初步判断患者的营养水平[1,3]。

2.2 肿瘤坏死因子

肿瘤坏死因子是一种促炎性质的多肽类细胞因子, 并能抑制脂蛋白酶的一般活性, 还会促进肌肉蛋白质的分解代谢及氨基酸的代谢。肿瘤坏死因子可以介导全身性炎症在患者组织消耗发生发展过程;慢性阻塞性患者在加重急性期及稳定期时, 其血清中的肿瘤坏死因子浓度要显著高于其稳定期;而重度营养不良的慢性阻塞性肺疾病患者处于稳定期及加重急性期时, 其血清中肿瘤坏死因子的上升水平不显著, 这可能是因急性感染所致;营养不良患者稳定期及急性加重期的肿瘤坏死因子明显高于营养正常的患者, 所以肿瘤坏死因子的含量与和去脂体质没有明显关系, 因此, 肿瘤坏死因子能够加速患者的脂肪族组织讲解而降低自身体重[4,5,6]。

Trivedi Hariprasad S等人[7]还发现正常体重肺气肿患者血液当中的可溶性肿瘤坏死因子受体水平要显著的高于正常人, 可溶性肿瘤坏死因子受体水平和体质指数、静息能量消耗及是否用过皮质类固醇没有关系。

2.3 饥饿激素

饥饿激素是一种能够增进食欲、降低体内脂肪消耗的多肽类激素。相比于正常体重患者, 较低体重患者血浆中的饥饿激素的含量要明显升高, 而去肾上腺素、白细胞介素-6等指标也明显高于正常体重患者。给予伴随恶液质的慢性阻塞性肺疾病患者首剂静脉注射饥饿激素后, 患者血清中的生长激素的书评可以升高20倍左右;在接受3周饥饿激素的注射治疗后, 慢性阻塞性肺疾病患者的进食量会显著的增加;当治疗结束后, 体重会显著增加, 呼吸肌肌力和四肢肌力也会逐渐增强, 6 min的步行距离也会明显增加, 这表明饥饿激素可以改善慢性阻塞性肺疾病患者的脂肪消耗的作用。

2.4 蛋白质代谢

部分慢性阻塞性肺疾病患者血浆中的支链氨基酸较低, 骨骼肌氨基酸谱出现异常, 他们更新骨骼肌蛋白的速度也显著加快, 同时, 他们的血浆亮氨酸-骨骼肌的梯度也高于正常值。并发肺气肿的患者, 其骨骼肌中的氨基酸盐的含量会之间升高, 而谷胱氨酸下降可能与旺盛的糖酵解相关。有关研究表明, 若给体重降低的患者口服蛋白同化激素氧甲氢龙后, 他们的体重会明显的升高, 而电阻分析结果表明患者增加的体重主要来源于体重及去脂体质, 而不是脂肪组织;伴随有睾丸酮水平降低的慢性阻塞性肺疾病患者的如果接受睾丸酮治疗, 其体重及去脂体质会明显增加[1,8]。

2.5 运动

相关研究显示, 中低强度、短时间的运动过后, 慢性阻塞性肺疾病患者血清中的丙氨酸、甘氨酸、牛磺酸及谷氨酸的水平会相应升高, 而肌肉组织中则会下降, 差异没有关系;而正常对照组则没有表现出以上变化, 但是当前仍不能证实上述几类氨基酸含量的变化与患者的运动肌力、耐力下降有关。当前通常认为积极地体育锻炼可以更好的促进患者的康复、改善其营养情况, 但是, 伴有肺气肿的慢性阻塞性肺疾病患者通过低强度训练后, 其蛋白质合成则会受到抑制。

2.6 β-肾上腺素受体

当人体代谢需要时, 人体可以讲储存在脂肪组织当中的三酰甘油水解成游离脂肪酸, 白蛋白结合脂肪酸后具有水溶性, 并借此进入到代谢、产能过程当中。当人体不需要过多的游离脂肪酸时, 血浆中游离的脂肪酸重新进入到患者肝脏内, 接着转变为三酰甘油, 然后以低密度脂蛋白的形式到达血液中, 并储存在脂肪组织中[9,10]。交感神经可以调节脂肪代谢, 儿茶酚胺能促进三酰甘油分解成脂肪酸和甘油。相比于正常对照组, 正常体重慢性阻塞性肺疾病患者的体脂含量相对较高, 体重下降后其体脂含量仍相对较高, 者也许和-肾上腺素受体所介导的产热功能机脂解功能下降相关。

2.7 呼吸肌做功

以前, 人们曾经认为慢性阻塞性肺疾病患者的代谢率不断增高的原因之一是不断增加的呼吸肌做功, 因为当性别和年龄相同时, 慢性阻塞性肺疾病患者所消耗的能量会超过正常对照组者;但是给予高代谢率慢性阻塞性肺疾病患者鼻间歇正压通气治疗之后, 他们的静息能量消耗并没有恢复至正常状态。由此看出慢性阻塞性肺疾病患者的肺功能越差, 他们在通气过程中的能量消耗也相对越多, 但是这也不能表示患者的代谢率也一定增高。

2.8 胰岛素生长因子-1

慢性阻塞性肺疾病患者常表现为肌肉萎缩, 进而引发肌肉无力, 病情加重时, 该种现象更加明显。Heyman等人[5,11]研究了胰岛素生长因子-1和慢性阻塞性肺疾病患者急性加重期四头肌的肌力的关系, 结果表明当患者处于病情加重期且入院3~8 d时, 其股四头肌肌力的峰力矩会逐渐下降, 而四头肌肌力与胰岛素生长因子-1的值呈正相关, 由此可知, 胰岛素生长因子-1水平的异常变化与肌肉萎缩有一定关系。

慢性阻塞性肺疾病患者的病例状态之一是缺氧, 相关实验证实, 缺氧会减少患者进食, 透视还会增加尿氮排出量, 进而导致体重及负氮平衡下降;另外他们还发现讲座重组胰岛素生长因子-1注射到缺氧动物模型后, 结果显示可以纠正负氮平衡, 而不会明显地改变体重, 但是在注射该种生长因子的同时, 也正常摄入蛋白质可以显著增加其体重[4,12]。

总之, 病理、生理情况下的能量代谢均极为复杂。研究慢性阻塞性肺疾病患者的能量代谢研究, 可以成为揭示营养治疗影响慢性阻塞性肺疾病机理的重要途径。

参考文献

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能量代谢 篇9

一、运动对心脏功能的影响

运动作为一种应激会对机体各系统产生一定的影响, 身体负荷时, 心血管系统也在神经体液调节下发生相应变化以适应代谢要求。对不同类型的身体负荷, 心脏的反应有所不同, 并随着对身体负荷的适应过程, 心脏的形态、结构及功能均发生相应的代偿性改变。运动作为一种刺激会对心脏产生双向的影响。适宜的运动训练可对心脏产生良好的影响, 否则, 将反之。

1.适宜的运动强度对心脏产生良好的影响

长期系统的中低强度有氧运动有利于机体正常功能的发挥与改善, 使身体机能产生良好的适应性改变, 对心肌内某些化学物质含量与活性变化、心脏内部细微结构变化和心功能的改善方面有积极的作用。包括安静时的心率降低, 心脏肥大, 心肌收缩功能和放松机制的改善以及心脏自身内分泌的适应性改变。stephen采用放射核显影技术发现, 经过游泳训练的男子最大运动时心率降低, 心输出最明显增加, 射血分数和mvcf显著提高。实验证实, 有氧耐力运动时左心室内压的最大上升速率和下降速率均有提高。心脏收缩功能的改善与心肌纤维内ATPase活性提高、心肌肌浆网对钙的贮存、摄取与释放能力提高有关。心肌细胞线粒体功能改善、ATP再合成的速率增加及心肌细胞膜功能的改善对心缩力的提高也起到重要作用。

2.长期大强度训练和一次性力竭运动对心脏的不良影响

中低强度有氧运动经系统训练可使机体产生良好的适应性效果, 而一次性力竭运动或长期过度训练, 则能导致机体机能水平下降, 在不同程度上损害着机体正常功能的发挥, 尤其心脏对过度训练和力竭运动是反应最敏感的器官, 过度训练会使心脏的生理性向病理性转变。早就已经证实, 过度训练会使心肌细胞凋亡增加, 同时还可见心肌细胞的严重变性, 心肌内部肌纤维断裂, 细胞间质减少, 线粒体肿胀, 基质变性, 嵴部或全部断裂, 内质网扩张等心肌损伤的心态学改变, 说明超负荷运动可使心肌向病理性失代偿性改变。在生物活性物质的变化方面, 力竭运动使心肌组织中心钠素表达减少, 不利于运动应激中心钠素内分泌功能的发挥, 因而影响心肌缺氧性代偿功能的发挥, 使心肌细胞缺血缺氧, 增加了心肌损伤程度。同时, 力竭运动和过度训练还可引起甲状腺激素代谢的改变, 心肌中第2信使含量升高, 而心肌局部血管紧张素Ⅱ (AngⅡ) 含量、肌酸激酶同功酶 (CK-MB) 及天冬氨酸氨基酸转移酶 (AST) 活性显著性下降。在对心肌细胞凋亡的研究中还发现过度训练还导致大鼠血清超氧化物歧化酶 (SOD) 、肌酸激酶 (CK) 活性提高和血清丙二醛 (MDA) 含量显著增加。

二、运动对心肌能量代谢的影响

1.安静时心肌组织的能量代谢情况

研究显示, 在安静状态下, 人的心肌耗氧量为74ml/kg.min, 是同等骨骼肌的10~15倍, 冠脉血流量为600~800ml/kg.min, 全部冠脉血流约占心输出同量的4%~5%, 而心脏重量却不到体重的1%。因此, 心肌是机体内耗氧最高的组织之一。这一特点是由心肌组织的超微结构所决定的:心肌细胞周围的毛细血管丰富, 血液循环旺盛;心肌细胞的肌红蛋白含量甚高, 有利于氧弥散入细胞内;再者, 心肌细胞内线粒体含量特别丰富, 氧化酶活性高。这些结构特点保证了心肌组织的氧的供应和利用。心肌细胞主要以有氧代谢供能为主。心肌细胞中线粒体不但含量丰富, 而且体积大, 细胞色素等氧化酶体系的活性高, 因此, 心肌有很强的有氧氧化能力。可供心肌氧化的能源物质主要有血液游离脂肪酸、乳酸、葡萄糖、三酰甘油、酮体、丙酮酸和氨基酸等。其中游离脂肪酸、乳酸、葡萄糖是心肌的主要功能物质, 有研究认为, 游离脂肪酸约占心肌总耗氧量的60%~80%, 血糖约占10%~20%, 其余的主要由乳酸的氧化提供。

2.长期适宜的运动训练对心肌组织能量代谢的影响

研究表明, 长期运动训练可引起心肌细胞中琥珀酸脱氢酶、已糖激酶和乳酸脱氢酶活性提高, 并且 NAD+含量增加, 说明心肌中糖的有氧和无氧化谢能力都是增强的。长期训练后心肌线粒体能量产生能力的变化并没有骨骼肌的变化那么明显, 但有一定程度改变。动物研究发现, 训练后大鼠心肌的线粒体体积和密度均未出现明显增加, 但线粒体中线粒体蛋白含量, 泛醌和cytc的含量增高了, 表明心肌氧化磷酸化能力提高。研究也表明, 耐力训练尤其是游泳运动能产生更大幅度的心肌肥大和心肌肌原纤维ATPase活性的增加。

3.一次性大强度运动对心肌组织能量代谢的影响

一些研究表明, 大强度运动引起动脉血乳酸水平大幅度增高, 据心肌吸收乳酸和动脉血乳酸水平的关系推测, 大强度运动时心肌对乳酸的依赖性增大。对大强度运动中动脉——冠状窦血乳酸浓度差的测定表明, 在心肌氧化代谢中, 乳酸氧化量可达总量的60%。Kaijser发现, 大强度运动中, 心肌摄取乳酸优于心肌对其它底物的摄取, 而且代谢乳酸的方式是氧化, 运动中, 动脉血乳酸≥6mmol/L, 乳酸氧化几乎占了心肌有氧代谢的75%以上。这些结果揭示了大强度运动中, 乳酸成为心肌氧化的主要基质。动物糖元水平的测定结果发现, 在中到大强度运动中, 心肌糖元下降。因此, 在运动中, 心肌外源性葡萄糖和内源性糖元贮备的代谢均加强。

三、心脏与运动关系的研究展望

目前, 关于心脏与运动性疲劳的关系为众多研究者所关注, 在力竭性运动与大强度运动状态下对心肌影响进行较多研究, 如对心肌损伤的组织形态学研究、心肌抗氧化、心肌能量代谢、运动性心肌肥大等诸多方面。

随着研究层次不断深化, 研究技术的创新 (如微创技术、生物芯片、基因技术等) 及在分子层次领域的应用研究将使心脏与运动的关系得到进一步阐释。关于心脏的寿命及机能的提高将受到重视, 尤其有氧运动对心脏机能的影响、中草药在运动疲劳恢复的研究将日益深入。

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