不同时长高强度间歇训练与中等强度持续运动对大鼠骨骼肌AMPK、PGC-1α表达量及最大摄氧量的影响

梁春瑜 王林佳 倪震 张一民 林家仕 苏浩

1北京体育大学研究生院（北京 100084）

2北京体育大学教学实验中心

3集美大学体育学院 4北京体育大学运动人体科学学院

不同时长高强度间歇训练与中等强度持续运动对大鼠骨骼肌AMPK、PGC-1α表达量及最大摄氧量的影响

梁春瑜1王林佳1倪震2张一民2林家仕3苏浩4

1北京体育大学研究生院（北京 100084）

2北京体育大学教学实验中心

3集美大学体育学院 4北京体育大学运动人体科学学院

目的：探讨不同时长高强度间歇训练（high intensity interval training，HIIT）与中等强度持续运动对骨骼肌氧化能力相关因子AMPK和PGC-1α表达量及最大摄氧量（VO2max）的影响，为制定有效的运动健身负荷提供参考。方法：120只6周龄SPF级雄性Wistar大鼠按体重随机分为安静对照组、中等强度持续运动组与HIIT组三组，每组各40只。安静对照组大鼠不运动，中等强度运动组以60%～70%VO2max强度进行持续训练，HIIT组以50%VO2max、70%VO2max、90%VO2max的强度交替训练。跑台训练每周5天，每天50分钟。每周日上午8：00～9：00进行体重测量。每组大鼠分别在训练2、4、6、10周后取比目鱼肌，每组每次随机选取10只大鼠，取材前均进行VO2max测试。随后采用Western Blot检测比目鱼肌中AMPK、PGC-1α蛋白的表达情况。结果：（1）大鼠运动周数和运动方式分别对大鼠体重具有非常显著的影响且具有非常显著的交互作用（P＜0.01）；（2）相同训练周期下，10周HIIT组大鼠骨骼肌PGC-1α含量显著高于安静对照组（P＜0.05），VO2max显著高于安静对照组和中等强度运动组；（3）相同训练方式下，10周HIIT组大鼠VO2max与0、2、4、6周时相比均有显著增高（P＜0.05），中等强度持续运动组训练至第4周时骨骼肌AMPK蛋白表达量显著高于第2周和第6周，同时显著高于2周安静组（基准值）（P＜0.05），HIIT组第2至第10周期间PGC-1α蛋白表达量均显著高于2周安静对照组（基准值）（P＜0.05）；（4）10周内HIIT组PGC-1α蛋白表达量与最大摄氧量时序性变化趋势具有显著相关关系（P＜0.05）。结论：（1）10周HIIT可以有效提高大鼠骨骼肌AMPK和PGC-1α的蛋白表达量以及最大摄氧量；（2）10周HIIT相对于传统中等强度持续有氧运动对提高骨骼肌氧化能力和机体心肺耐力更为快速有效。

高强度间歇训练（HIIT）；骨骼肌线粒体；AMPK；PGC-1α；最大摄氧量

心血管疾病发病致死已成为人类死亡的首位原因[1，2]。研究表明，提高人体心肺耐力可以有效降低心血管疾病患病风险。心肺耐力是体质健康标准组成的核心成分[3]。研究中多以最大摄氧量（VO2max）来体现机体的心肺耐力。除遗传因素外，骨骼肌中影响线粒体数量以及酶活性的因素也可能是运动影响机体心肺耐力的一个诱因[4]。

过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1（peroxisome proliferators γ activated receptor coati⁃vator-1-α，PGC-1α）是一种转录辅酶激活因子，通过与转录因子结合，调控靶基因转录。作为线粒体中的一个重要调节因子，研究发现，PGC-1α对调节线粒体数量和功能起主要作用[5-8]。5′单磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是细胞的能量感受器，是PGC-1α通路中PGC-1α上游一个非常重要的调节因子。研究表明，AMPK主要通过直接或间接调节PGC-1α的表达来促进线粒体的合成[9，10]。

改善骨骼肌有氧能力可能是运动诱导提高心肺耐力的重要切入点[4]，而运动促进AMPK/PGC-1α通路的功能活性则是改善骨骼肌有氧能力的重要机制之一[11，12]。但不同的运动方式和运动周期对AMPK/PGC-1α通路功能活性以及心肺耐力的影响效果不同[13，14]。为进一步探讨不同运动方式对AMPK/PGC-1α通路的功能活性及心肺耐力的影响，本研究通过选取传统的中等强度持续运动[15-17]与目前备受关注的高强度间歇训练（high intensity interval training，HIIT）[18-20]两种训练方式，来探讨不同运动方式对骨骼肌线粒体合成的影响。同时，通过观察不同方式不同时长的训练对骨骼肌线粒体合成的影响效果来初步探究运动提高心肺耐力的相对高效的训练方案。

1 对象与方法

1.1 实验分组及训练方案

6周龄SPF级雄性wistar大鼠120只，所有大鼠常规分笼饲养，实验期间自由摄食饮水，始终置于12 h光照：12 h黑暗交替、恒温22℃、40%～60%相对湿度的环境中。大鼠按体重随机平均分为安静对照组（n=40）、中等强度运动组（n=40）、HIIT组（n=40）。每组每次随机选取10只大鼠分别在训练第2、4、6、10周末取比目鱼肌。每组大鼠每周日上午8：00～9：00测量体重，初始体重测量在周一上午8：00～9：00。

安静对照组不运动，中等强度运动组采用60%～70%VO2max强度[14]对应的速度进行跑台训练，HIIT组则采用50%VO2max、70%VO2max、90%VO2max的跑速交替训练[21]（详见表1），跑速均据最大摄氧量测试结果制定，每2周对跑速进行1次调整。所有运动组每周训练5次，每次50 min。

表1 HIIT运动训练方案

1.2 最大摄氧量测试

所有大鼠在正式实验开始前及训练至第2、4、6、10周末时均进行VO2max测试。VO2max测试采用Leandro等的改良方案[22]。大鼠摄氧量达到VO2max的评价标准：（1）大鼠在电刺激的情况下不能在跑台上继续跑。（2）两级之间的摄氧量/级速度之间相差小于5%，即出现摄氧量平台。测试仪器为开放环路量热计（Oxymax Deluxe System，哥伦布仪器，美国）。测试后通过得到VO2max，分别计算得到50%VO2max、70%VO2max、90% VO2max，并查得对应跑速，最后进行跑台速度制定。

1.3 取材

三组大鼠分别在训练至第2、4、6、10周末时，每组每次随机选取10只大鼠，于最后一次训练后48 h进行取材。2%戊巴比妥钠（0.25 mL/100 g体重）腹腔注射进行麻醉，剥离慢肌（比目鱼肌），投入液氮中，随后转入－80℃冰箱中保存待测。

1.4 Western Blot 实验

每次取材每组大鼠样本量均为10只，每只大鼠剪取100 mg比目鱼肌组织，在液氮中研磨至粉末状，将粉末加入1 mL含有蛋白酶抑制剂的裂解液中，使细胞充分裂解，后置于4℃离心机离心，12000转离心30 min，取得上清液。随后采用Thermo Fisher的 BCA试剂盒测试蛋白浓度，后将蛋白加入蛋白上样缓冲液中，配平上样量，70℃水浴10分钟后分装样品。

5%体积的电泳缓冲液及NuPAGE®Novex 12% Bis-Tris Gel加样，加入充满电容缓冲液的电泳槽先后进行25 min 90 V/300 mA和60 min 110 V/500 mA的电泳，随后进行转膜（转膜缓冲液浓度：Tris 3.03 g/ L、甘氨酸14.41 g/L、甲醇200 ml/L、蒸馏水）约55 min，转膜完成后进行BSA（Albumin from bovine serum牛血清蛋白）封闭1 h，后进行一抗（Abcam®：AMPKAb80039；PGC-1α-Ab54481；GAPDH-Ab8245）封闭过夜、次日用TBST洗膜3次，每次10 min，随后进行二抗（AMPK-羊抗鼠Ab97023；PGC-1α-羊抗兔Ab6721；GAPDH-羊抗鼠Ab97023）封闭1 h，后用TBST洗膜3次，每次10 min，最后使用化学发光试剂（Thermo 34080）及X光技术进行条带曝光。

1.5 条带灰度及数据处理与分析

测试条带采用Image Lab 4.0进行数据采集，所得数据采用SPSS 19.0进行整理分析。所有结果均表示为平均数 ±标准差的形式。由于每组大鼠来源于同一均一总体，基因条件以及生活环境一致，每大组的随机抽样取材均可作为对该组的重复测量，故所得数据，总体分析采用两因素的重复测量方差分析，组内两两对比采用单因素方差分析进行处理，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 实验结果

2.1 大鼠体重测量结果

见表2和表3。相同运动方式的各组大鼠体重时序性变化的结果显示，安静对照组大鼠体重随周龄的增长出现逐周非常显著的递增（P＜0.01），中等强度运动组和HIIT组大鼠体重在第2、4、10周时相对其前几周均有显著的增加（P＜0.05），第6周体重与第4周无显著差异（P＞0.05）。在训练第0周、2周和4周时，每周不同运动方式的各组大鼠体重无显著差异（P＞0.05），但随着训练周数增加（第6周和第10周），安静对照组分别与中等强度运动组和HIT组大鼠的体重产生了差异，安静对照组大鼠体重非常显著地高于两个运动组（P＜0.01）。两因素重复测量方差分析和单因素方法分析结果显示，大鼠运动周数以及运动方式分别对大鼠体重具有显著的影响，且两因素具有非常显著的交互作用（P＜0.01）。

2.2 VO2max测试结果

见表4和表5。VO2max是机体心肺耐力的金标准，其除主要与遗传因素相关以外，机体各系统器官的氧利用率也是影响VO2max的关键因素。从各组的时序性变化来看，安静对照组和中等强度运动组在实验进行的10周内大鼠VO2max变化无显著差异（P＞0.05），而HIIT组大鼠在训练的第10周，VO2max分别与训练0、2、4、6周时相比有显著增加（P＜0.05）。重复测量方差分析和单因素方差分析结果显示，总体来说，训练周数以及运动方式分别对大鼠VO2max影响并不显著（P＞0.05），但两个影响因素具有交互作用（P＜0.01）。每一周结果分开来看，训练前（0周）安静对照组、中等强度运动组和HIIT组大鼠VO2max无显著差异（P＞0.05），训练达第2周时，HIIT组大鼠VO2max显著低于安静对照组（P＜0.05），第4周各组间VO2max亦无显著差异，第6周中等强度运动组大鼠VO2max显著低于安静对照组（P＜0.05），第10周，HIIT组大鼠的VO2max显著高于安静对照组和中等强度运动组（P＜0.05）。

表2 不同运动方式及不同运动周数大鼠体重比较（g）

表3 大鼠体重重复测量方差分析结果

表4 10周内各组最大摄氧量结果对比（ml/kg/hr）

表5 大鼠最大摄氧量重复测量方差分析结果

2.3 不同运动方案对大鼠骨骼肌AMPK及PGC-1α蛋白表达量影响结果

2.3.1 相同周数不同方式的运动对大鼠骨骼肌AMPK及PGC-1α蛋白表达量的影响

大鼠比目鱼肌的Western Blot结果显示，第2周，HIIT组大鼠骨骼肌AMPK蛋白表达量分别是安静对照组和中等强度运动组的约1.47和1.42倍（P＜0.05，图1 A）。而第4周、6周、10周时，各周内安静对照组、中等强度运动组以及HIIT组之间的AMPK蛋白表达水平均无显著性差异（图1 B、C、D），但其均数大体呈依次上升的趋势（图1A-D）。

图1 相同运动周数不同方式运动下比目鱼肌AMPK蛋白表达量相对值对比

图2 相同运动周数不同方式运动下比目鱼肌PGC-1α蛋白表达量相对值对比图

第2周，HIIT组大鼠骨骼肌PGC-1α蛋白表达量分别为安静对照组和中等强度运动组的约1.54倍和1.38倍（P＜0.05，图2A），另外，第10周，HIIT组大鼠骨骼肌PGC-1α蛋白表达量约为安静对照组的1.47倍（P＜0.05，图2D），而第4周和第6周，安静对照组、中等强度运动组以及HIIT组之间的PGC-1α蛋白表达水平均无显著性差异（图2 B、C）。从均值趋势来看，同一周，不同运动方式对比目鱼肌PGC-1α蛋白表达水平的影响是相对一致的，均为HIIT组最高，安静对照组和中等强度运动组相对较低（图2）。

2.3.2 相同方式不同周数的运动对大鼠骨骼肌AMPK及PGC-1α蛋白表达量的影响

重复测量方差分析的结果显示，训练周数和不同运动方式均可显著影响大鼠比目鱼肌AMPK蛋白表达量（P＜0.05），但两者没有交互影响（P＞0.05）。而单因素方差分析结果显示，安静对照组大鼠比目鱼肌AMPK蛋白表达量在10周内变化不明显，故可排除周龄因素会对大鼠比目鱼肌AMPK蛋白表达量出现较显著的影响（图3A）。中等强度运动组大鼠比目鱼肌AMPK蛋白表达量在第4周时出现显著增加（P＜0.05），此时大鼠比目鱼肌AMPK含量分别是2周安静对照组、2周中等强度运动组、6周中等强度运动组大鼠的1.63倍、1.50倍和1.34倍，4周后均值呈下降的趋势（图3B）。HIIT组大鼠比目鱼肌AMPK蛋白表达量分别在训练的第2、4、6、10周时，显著高于2周安静对照组（基准值），且2、4、6、10周大鼠比目鱼肌AMPK蛋白表达量分别是2周安静对照组的1.46倍、1.53倍、1.45倍和1.49倍（P＜0.05，图3C）。AMPK蛋白表达水平均值总体呈先上升后下降再小幅上升的趋势（图3C）。

图3 相同运动方式不同运动周数下比目鱼肌AMPK蛋白表达量相对值对比

重复测量方差分析和单因素方差分析结果显示，训练周数以及不同运动方式均可显著影响大鼠比目鱼肌PGC-1α蛋白表达量（P＜0.05），但两者没有交互影响（P＞0.05）。安静对照组大鼠比目鱼肌PGC-1α蛋白表达量在10周内变化不明显，故可排除周龄因素会对大鼠骨骼肌PGC-1α蛋白表达量产生显著的影响（图4A）。10周内，中等强度运动组大鼠比目鱼肌PGC-1α蛋白水平总体呈先上升后下降再小幅升高的趋势，训练到达第4周时出现一个峰值。HIIT组大鼠比目鱼肌PGC-1α蛋白水平在训练2-10周内总体呈现先上升后下降再上升的趋势，训练分别到达第2周和第10周时，比目鱼肌PGC-1α蛋白表达量相对2周安静对照组（基准值）有显著的提高，蛋白表达量分别约为2周安静对照组的1.54倍和1.72倍（P＜0.05，图4C）。

图4 相同运动方式不同运动周数下比目鱼肌PGC-1α蛋白表达量相对值对比

2.3.3 相同方式不同周数的运动对大鼠骨骼肌AMPK/PGC-1α通路关键蛋白及大鼠最大摄氧量变化趋势的影响

通过对安静对照组和运动组大鼠比目鱼肌AMPK、PGC-1α蛋白表达量和VO2max 10周内均值的时序性变化趋势进行综合分析，得到以下观测结果。PGC-1α蛋白表达量与VO2max在10周内变化平缓。中等强度运动组AMPK和PGC-1α蛋白表达量变化趋势基本一致，均在4周时出现峰值，但10周内AMPK和PGC-1α蛋白表达量的变化对VO2max趋势变化影响不大（P＞0.05）。HIIT组各数据显示，大鼠比目鱼肌AMPK/PGC-1α通路中两个关键蛋白AMPK和PGC-1α蛋白表达量在2周时开始出现显著上升，4周后两者含量有小幅下降，6周后出现回升，VO2max在0～4周之间有小幅下降，4周～10周期间持续增加，达10周后VO2max及两个蛋白表达量均出现显著升高（P＜0.05）。

从各组VO2max均值变化趋势可知，大鼠增龄过程中VO2max（相对量）的变化相对平缓，通过10周的运动干预后，大鼠VO2max的变化均会出现一个先下降后上升的趋势，而相对HIIT组来说，中等强度运动组大鼠该趋势的VO2max出现得更迟且更平缓。

对各指标变化趋势进行相关分析，结果显示，各组大鼠骨骼肌AMPK和PGC-1α的变化趋势均具有显著的相关性（P＜0.05），其中HIIT组大鼠骨骼肌AMPK和PGC-1α蛋白表达量的变化具有非常显著的相关性（P＜0.01）（见表6）。同时，将各组大鼠VO2max变化与骨骼肌线粒体合成关键因子PGC-1α蛋白表达相对量进行相关性分析，得到HIIT组大鼠最大摄氧量和PGC-1α蛋白表达量的变化具有显著的相关性（P＜0.05）（表7）。

表6 AMPK和PGC-1α蛋白表达量相关分析

表7 VO2max（ml/kg/hr）和PGC-1α蛋白表达量相关分析

3 分析与讨论

在前人研究基础上，本实验就不同周期和不同方式运动对大鼠骨骼肌由AMPK/PGC-1α介导的线粒体合成及其对机体最大摄氧量的影响做了初步的探讨。

3.1 不同运动方案对大鼠骨骼肌AMPK和PGC-1α蛋白表达量及其变化规律的影响

PGC-1α是1998年Puigserver等发现的[7]，PGC-1α作为转录共激活因子可以与众多转录因子以及一些辅助因子结合（共激活）促进靶基因转录，特别是促进与线粒体合成相关的基因转录，如核呼吸因子（Nuclear Respiratory Factor，NRF）和线粒体转录因子A（mito⁃chondrial transcription factor A，TFAM）等[23-26]，故被认为是线粒体合成的关键调控因子，PGC-1α可通过调节线粒体合成、脂肪酸氧化等方式调控能量代谢[27]，故诱导PGC-1α的因素也越来越受到学者们的关注。许多因素如钙离子、能量变化、激素以及周期蛋白等均可以调节PGC-1α的蛋白表达，但与运动相关的诱导途径则主要是细胞内的能量变化感受器AMPK参与的能量变化过程[11，28，29]。应激反应可通过ATP产生的减少或者利用的增加，使细胞内AMP/ATP升高，从而激活AMPK。运动训练中，随着能量的消耗，必定会激活AMPK，而实验表明，AMPK的激活能诱导PGC-1α表达增加[12，30-32]。本实验结果显示，10周内的同周数不同运动方式的比较中，HIIT组大鼠比目鱼肌AMPK的蛋白表达量虽然只有在第2周时显著高于中等强度运动组和安静对照组，但总体均数的趋势均为每周中等强度运动组和HIIT组大鼠比目鱼肌AMPK蛋白表达量高于安静对照组，说明运动可以在一定程度上诱导骨骼肌AMPK蛋白的表达增加，这一趋势与前人研究相符。同时，同一运动组内不同训练周期间的实验结果显示，AMPK在各运动组中时序变化趋势均为先上升后下降随后小幅增长或持平。运动使能量消耗及代谢方式发生了变化，应激反应激活AMPK[33]，使其蛋白表达量升高，该应激反应在中等强度运动组训练4周时表现明显，可能提示骨骼肌AMPK的应激表现对中等强度持续运动较为敏感。而在一段时间之后，机体对运动产生了适应性，人体和动物实验均表明，长期的运动可以降低AMPK表达量及其磷酸化水平，使其产生适应性改变[34，35]。

研究表明，无论是急性运动还是长期运动，主要通过促进骨骼肌AMPK蛋白的表达，诱导提高PGC-1α蛋白的表达量进而促进线粒体的合成，即骨骼肌AMPK的增加是运动中PGC-1α表达增加的重要因素[9，11，30，31，36-38]。有氧耐力运动[39，40]和HIIT[41]均可引起PGC-1α表达量的增加，训练中，随着AMPK表达量的变化，PGC-1α的表达量也随之变化，本实验结果显示，通过同周不同运动组之间的对比发现，安静对照组、中等强度运动组和HIIT组对比，大鼠的比目鱼肌PGC-1α表达量依次增高，说明运动可以提高PGC-1α的蛋白表达量，且10周内，比目鱼肌PGC-1α的蛋白表达对HIIT更为敏感，与前人研究结果相符，同时也发现在同周安静组与运动组的比较中，PGC-1α与AMPK蛋白表达量的趋势相似。从各组的时序性变化结果来看，PGC-1α变化趋势与AMPK变化相似，均表现为先上升后下降，不同的是6～10周期间HIIT组PGC-1α表达量出现了显著升高的现象，AMPK只是平缓上升，这从另一个角度提示了骨骼肌PGC-1α的表达可能对HIIT更为敏感，同时，说明相对于短期和中强度的运动，长期（10周）的HIIT对PGC-1α蛋白表达的促进作用更显著。

本实验对各组时序性变化的AMPK和PGC-1α蛋白表达量的变化趋势做了相关分析，结果显示各组中AMPK和PGC-1α蛋白表达量的变化具有显著的相关性，符合AMPK为运动诱导PGC-1α蛋白表达的重要影响因素的结论，但变化幅度的差别也可能说明了AMPK不是运动诱导PGC-1α蛋白表达的唯一因素。有研究表明，另一种能量代谢感受器——沉默信息调节因子1（silent information regulator 1，SIRT1），依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的组蛋白脱乙酰酶可以直接诱导PGC-1α及其去乙酰化[42]，有研究表明SIRT1720可以非AMPK依赖的形式调节线粒体合成[43]，但具体全面的调节途径还需进一步研究。

3.2 不同运动方案对大鼠最大摄氧量和PGC-1α蛋白表达量及其变化规律的影响

最大摄氧量是评价心肺耐力的重要指标，且实验证明，无论是有氧耐力运动还是HIIT均可提高最大摄氧量，且强度越大，对最大摄氧量的影响越大[13，20，31，44-46]。另外，体重是影响最大摄氧量的重要指标，本研究中最大摄氧量采用最大摄氧量的相对值（ml/kg/hr）表示，可排除体重的影响。本实验最大摄氧量结果显示，安静对照组在0～10周之间变化没有显著差异，表明最大摄氧量在10周内的增龄性影响不大，中等强度运动组和HIIT组在0～10周之间均出现先降低后升高的变化趋势，且与HIIT组相比，中等强度运动组的变化幅度较小，变化周期较长，可能是运动强度较小，最大摄氧量变化敏感性较低，且在第10周时，HIIT组大鼠的最大摄氧量显著高于安静对照组和中等强度运动组，说明10周的HIIT对最大摄氧量的促进作用更加明显，这些现象均符合前人对运动强度和最大摄氧量关系的研究。

骨骼肌的有氧能力是除遗传外影响心肺耐力的重要因素之一[4]，而线粒体的功能与骨骼肌有氧能力密切相关，PGC-1α作为线粒体合成及功能的重要调控因子[23-26]，其变化与最大摄氧量的变化关系值得关注。本研究通过对各组10周PGC-1α蛋白表达量和最大摄氧量时序性变化趋势的相关分析，发现HIIT组该两个指标的变化具有显著的相关关系。实验证明，HIIT可以通过提高PGC-1α蛋白表达量来提高骨骼肌脂肪酸氧化能力[47]、线粒体相关蛋白的含量及其氧化适应性[48，49]。综上，在一定程度上说明了10周的HIIT可以通过显著提高PGC-1α蛋白表达量来进一步促进心肺耐力。而中等强度运动组中PGC-1α蛋白表达量与最大摄氧量变化的相关性不强，可能是由于10周的中等强度运动的刺激较小，虽能引起指标的变化，但均较为平缓，6周前PGC-1α蛋白表达量和最大摄氧量表现出了相反的变化趋势，该时间段最大摄氧量的变化与安静对照组最大摄氧量变化趋势相似，说明该阶段增龄对最大摄氧量的影响要大于骨骼肌有氧能力变化的影响。6～10周，中等强度运动组PGC-1α蛋白表达量和最大摄氧量趋于一致且最大摄氧量与安静对照组的变化趋势相反，此时中等强度运动对最大摄氧量的影响得以显现，但10周时并未能出现显著增高。综上，该现象有可能是由于PGC-1α的变化先于最大摄氧量的变化，即中等强度运动对通过骨骼肌氧化能力促进心肺耐力的效果相对微弱和迟缓，但其相互影响的更多关系需要更长期深入的实验加以探讨。

4 结论

（1）10周高强度间歇训练可以有效促进大鼠骨骼肌AMPK和PGC-1α的蛋白表达量以及最大摄氧量；

（2）相对于传统中等强度持续有氧运动，10周的高强度间歇训练对于提高骨骼肌氧化能力和机体心肺耐力更为快速有效。

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The Effect of Different Weeks of High Intensity Interval Training and Moderate-intensity Aerobic Exercise on Skeletal Muscle’s AMPK and PGC-1α of Rats

Liang Chunyu1，Wang Linjia1，Ni Zhen2，Zhang Yimin2，Lin Jiashi3，Su Hao4
1 Graduate School of Beijing Sport University，Beijing 10084，China
2 Experimental Teaching Center of Beijing Sport University，Beijing 10084，China
3 Jimei University，Xiamen 361021，China
4 Sport Science College of Beijing Sport University，Beijing 10084，China

ObjectiveTo explore the effects of different weeks of high intensity interval training（HI⁃IT）and moderate intensity aerobic exercise on maximal oxygen uptake（VO2max）and the expression of the skeletal muscle oxidative capacity related factor AMP-activated protein kinase（AMPK）and per⁃oxisome proliferators γactivated receptor coativator-1-α（PGC-1α），so as to provide the basis for thechoice of effective load intensity.MethodsOne hundred and twenty 6-week-old SPF male Wistar rats were equally randomized into 3 groups according to their body weight：a sedentary control group（not receiving any exercise），a moderate-intensity exercise group（undergoing 50-min continuous running at an intensity of 60%-70%VO2max）and a HIIT group（conducting 3-min running at 90%VO2max inter⁃spersed with 3-min recovery periods at 50%VO2max and repeating that process 6 times，with a 7-min warm-up and cool-down period at 70%VO2max）.All rats except those in the control group exer⁃cised five days a week and 50min per day.All rats were measured their weight at 8：00-9：00am ev⁃ery Sunday.Soleus was taken from ten randomly chosen rats of each group at 2nd，4th，6th and 10th week after the onset of the intervention.The VO2max test was done before taking muscles.Western blotting was used to detect the protein expression of AMPK and PGC-1α.Results（1）Both the exer⁃cise duration and mode had a significant impact on rats’body weight，and they had interaction with each other（P＜0.01）.（2）The average PGC-1α expression in the skeletal muscle of 10-week HIIT group were significantly higher than those in the control group（P＜0.05），and the average VO2max at the same time was also significantly higher than the other two groups.（3）In the HIIT group，the av⁃erage VO2max at the 10thweek was significantly higher than that at the 2nd，4th and 6th week（P＜0.05）.The average protein expression of AMPK in the skeletal muscle at the 4th week in the moder⁃ate-intensity exercise group was significantly higher than that at the 2nd and 6th week of the same group，and that at the 2nd week of the control group（P＜0.05）.The average protein expression of PGC-1α in the HIIT group from the 2nd to the 10th week was significantly higher than the control group at the 2nd week（P＜0.05）.（4）The protein expression of PGC-1α was significantly correlated with temporal variation of VO2max in the HIIT group（P＜0.05）.ConclusionTen-week HIIT can effec⁃tively promote the expression of AMPK and PGC-1α in skeletal muscles and the maximal oxygen up⁃take.It plays a more quick and effective role in improving oxidant capacity and cardiorespiratory endur⁃ance of skeletal muscles than traditional moderate-intensity exercises.

high intensity interval training，HIIT，skeletal muscle mitochondria，AMPK，PGC-1α，maximal oxygen consumption

2015.08.17

中央高校基本科研业务费专项资金资助课题（2014YB017）；国家“十二五”科技支撑计划（2012BAK21B02）；国家自然科学青年基金（31401017）

第1作者：梁春瑜，Email：liangxiaochuna@sina.com；

苏浩，Email:suhao1982@163.com