運動誘導的人體骨骼肌機械和代謝應激對血管生成因子的刺激調節

來源：上海泉眾機電科技有限公司 2022年04月07日 10:01

在生物學中，興奮是指一個生物系統暴露于一個破壞穩態的應激源而產生適應性反應以重新建立穩態的現象。運動是一種有效的興奮因素，因為它可以通過肌肉活動期間細胞水平上發生的大量生理擾動引發顯著的適應性反應。

血管生成，定義為從現有的毛細血管中生成新毛細血管的過程，是最常見的骨骼肌運動刺激反應之一。骨骼肌毛細血管生長由許多具有促血管生成或抗血管生成作用的血管生成因子協調，其中血管內皮生長因子（VEGF）被認為是主要的促血管生成化合物。然而，尚不清楚這種興奮反應的幅度是否取決于運動刺激的強度和/或持續時間。

肌肉活動誘導的血管生成因子的分泌和表達受到機械信號（包括剪切應力和機械拉伸）以及化學信號（包括缺氧和代謝應激）的調節。不同的是，由肌肉拉伸和/或超負荷引起的機械應力通過激活基質金屬蛋白酶（MMP）來刺激血管生成的萌芽形式。

總之，運動期間發生的肌肉機械和生化變化促進了血管生成的級聯協調事件，最終導致毛細血管網絡擴大，以保持心肌細胞穩態。有研究表明，高強度間歇訓練的血管生成能力似乎低于中等強度的連續運動回合，這意味著運動量比強度的作用更為突出。盡管高運動量比高強度運動提供更大的血管生成刺激，但尚不清楚運動引起的機械/代謝壓力的程度是否在補償運動量顯著減少方面發揮了關鍵作用。

因此，探索以不同強度和運動量為特征的運動刺激的血管生成分子反應，并誘導不同程度的機械/代謝應激，可以為運動誘導骨骼肌毛細血管生長的機制提供新的見解。目前，已經使用不同的實驗模型來研究人類肌肉血管生成的機制基礎，包括被動肢體運動，它增加剪切應力和機械拉伸而不增加代謝需求，以及限制血流的運動，這加劇代謝壓力，同時減弱剪切應力。

然而，考慮到機械信號和代謝信號在調節生理血管生成中的相互作用，丹麥哥本哈根大學理學院營養、運動和運動學系課題組的一項研究利用綜合運動方法在不同程度和不同持續時間，協同作用于各種刺激因子（即剪切應力、機械拉伸和代謝應激），作為肌肉毛細血管生長的觸發器。我們假設，對于給定的工作量，運動刺激引起更深刻的機械/代謝干擾，將促進更大的血管生成分子反應，這是由血管生成因子的基因和蛋白表達決定的。

骨骼肌毛細血管生長是由對機械和代謝信號敏感的血管生成因子協調的。在這項研究中，采用了一種綜合運動模型，在不同程度和不同持續時間上協同靶向，促進血管生成的肌肉活動的機械和代謝成分。

研究結果表明，運動期間發生的肌細胞擾動的幅度決定了血管生成分子信號的幅度，這意味著運動相關的肌肉活動以刺激特異性方式調節血管生成因子的基因表達。

參考文獻：Fiorenza M, Gliemann L, Brandt N, Bangsbo J. Hormetic modulation of angiogenic factors by exercise-induced mechanical and metabolic stress in human skeletal muscle. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2020 Oct 1;319(4):H824-H834. doi: 10.1152/ajpheart.00432.2020. Epub 2020 Aug 21. PMID: 32822216.

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