間歇性低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠骨骼肌線粒體自由基代謝的影響

摘要：為探討低氧以及運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖和正常大鼠骨骼肌線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化、抗氧化能力的影響。將100只健康雄性SD大鼠隨機(jī)分為正常對(duì)照組(40只)和肥胖造模組(60只)，并從造模成功的大鼠中挑選40只，隨機(jī)分為肥胖常氧安靜組、肥胖常氧運(yùn)動(dòng)組、肥胖低氧安靜組和肥胖低氧運(yùn)動(dòng)組(每組10只)。正常對(duì)照組隨機(jī)分為正常常氧安靜組、正常常氧運(yùn)動(dòng)組、正常低氧安靜組、正常低氧運(yùn)動(dòng)組，每組10只。第4周末次低氧運(yùn)動(dòng)后24 h左右進(jìn)行采樣，采樣前所有大鼠禁食過(guò)夜，取后肢骨骼肌(腓腸肌、股四頭肌)勻漿提取線粒體。測(cè)定肥胖組大鼠以及正常組大鼠骨骼肌線粒體MDA含量及s0D活性。結(jié)果：(1)正常組大鼠骨骼肌線粒體sOD活力明顯高于造模組大鼠(P＜0.01)；正常組大鼠骨骼肌線粒體MDA含量低于造模組大鼠，但沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。有氧運(yùn)動(dòng)組大鼠骨骼肌線粒體SOD活力高于安靜組，而MDA含量則低于安靜組，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(2)低氧安靜組大鼠骨骼肌線粒體sOD活力明顯高于常氧安靜組(P＜0.01)；MDA含量低于常氧安靜組，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(3)低氧運(yùn)動(dòng)組大鼠骨骼肌線粒體sOD活力明顯高于常氧運(yùn)動(dòng)組(P<0.05)，MDA含量則低于常氧運(yùn)動(dòng)組，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果表明，肥胖鼠機(jī)體的抗自由基能力比正常鼠差，而運(yùn)動(dòng)和低氧刺激能改善這種狀況；4周的有氧運(yùn)動(dòng)以及低氧刺激使機(jī)體的抗氧化能力增強(qiáng)，自由基清除能力提高；運(yùn)動(dòng)和低氧刺激相結(jié)合能使機(jī)體的抗氧化能力和自由基清除能力更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)；肥胖大鼠；間歇性低氧；有氧運(yùn)動(dòng)；自由基；線粒體

中圖分類(lèi)號(hào)：G804.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006.7116(2007)07—0057—04

間歇性低氧刺激能激發(fā)組織自氧化，產(chǎn)生大量自由基刺激機(jī)體，從而使機(jī)體獲得抗氧化酶系活性升高的能力。肥胖者的體內(nèi)因FFA升高、GSH喪失等原因?qū)е伦杂苫摺⒖寡趸芰档秃妥杂苫宄芰ο陆怠Ｄ壳坝性S多學(xué)者發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)能夠提高機(jī)體抗自由基能力，但是還沒(méi)有人從事低氧與運(yùn)動(dòng)刺激相結(jié)合能否改善肥胖者這種狀況的研究工作。本文旨在探討耐力訓(xùn)練，以及低氧刺激和耐力訓(xùn)練相結(jié)合能否增強(qiáng)正常及肥胖大鼠抗氧化能力和自由基清除能力；能否改善肥胖大鼠機(jī)體抗氧化能力和自由基清除能力差的狀況，以期為提高運(yùn)動(dòng)能力以及改善肥胖者體內(nèi)自由基代謝提供新的思路。

1 材料與方法

1．1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及前期工作

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為：出生21d，斷奶3d，體質(zhì)量為(60±10)g，身長(zhǎng)約10cm的Sprague—Dawly(SD)雄性健康大鼠100只，由中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院動(dòng)物研究中心提供。隨機(jī)分為正常對(duì)照組40只和肥胖造模組60只。所有大鼠分籠飼養(yǎng)在塑料籠內(nèi)，5只/籠，不銹鋼網(wǎng)狀蓋，內(nèi)置干燥墊料，自由攝食和飲水，環(huán)境溫度(23±2)℃，相對(duì)濕度(RH)40％-60％，自然晝夜節(jié)律變化光照，利用空調(diào)保持溫、濕度的穩(wěn)定，利用排氣扇保持通風(fēng)。試驗(yàn)過(guò)程中每天更換飼料和水，每周更換墊料2次。

1)肥胖大鼠造模。造模組大鼠用高脂飼料(高脂飼料配方：每100g飼料中含普通飼料60g、全蛋粉13g、豬油10g、奶粉10g、白糖7g、魚(yú)肝油10滴。)喂養(yǎng)；正常對(duì)照組用普通飼料喂養(yǎng)。高脂飼料喂養(yǎng)大鼠體重超過(guò)用普通飼料喂養(yǎng)大鼠平均體重的10％作為肥胖模型組大鼠。

2)研究干預(yù)方式。采用美國(guó)Hypoxico公司制造的低氧分壓系統(tǒng)(HTS)，制造人工的常壓低氧環(huán)境；BCPT-98型(杭州立泰科技公司產(chǎn))動(dòng)物跑臺(tái)，共5條跑道，坡度為O°，跑臺(tái)速度0-100m/min，可任意調(diào)節(jié)。

(1)正常組：正常常氧安靜組(E)(10只)：不造模、不運(yùn)動(dòng)，也不進(jìn)行低氧刺激；正常常氧運(yùn)動(dòng)組(F)(10只)，每天在常氧環(huán)境中運(yùn)動(dòng)1h(運(yùn)動(dòng)速度為25m/min)，其余時(shí)間在常氧環(huán)境中生活；正常低氧安靜組(G)(10只)每天進(jìn)行4h的低氧刺激(前2周氧體積分?jǐn)?shù)為15.4％，后2周為14.5％)，其他時(shí)間在常氧環(huán)境中生活；正常低氧運(yùn)動(dòng)組(H)(10只)每天在低氧環(huán)境中運(yùn)動(dòng)1h，5d/周(運(yùn)動(dòng)速度為20m/min，氧體積分?jǐn)?shù)前2周為15.4％，后2周為14.5％)，然后在安靜狀態(tài)下低氧刺激3h(前2周氧體積分?jǐn)?shù)為15.4％，后2周為14.5％)，其余時(shí)間在常氧環(huán)境中生活。

(2)模型組：從造模成功的SD大鼠中挑選40只，隨機(jī)分為：常氧安靜組(A)、低氧安靜組(C)、常氧運(yùn)動(dòng)組(B)和低氧運(yùn)動(dòng)組(D)，每組10只。各組動(dòng)物干預(yù)方式同正常組。

3)取樣。第4周末次運(yùn)動(dòng)后24h左右進(jìn)行采樣，采樣前所有大鼠禁食過(guò)夜。采樣時(shí)用水合氯醛(φ=10％)注射麻醉實(shí)驗(yàn)大鼠，斷頭后迅速剝離后肢骨骼肌然后將樣品轉(zhuǎn)移到80％冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1．2 線粒體的提取及指標(biāo)測(cè)定

取后肢骨骼肌0.5g，按1：9(質(zhì)量比)加入勻漿介質(zhì)(pH7.4，0.01mol/L Tris-HCI、0.0001mol/LEDTA-2Na、0.01mol/L蔗糖、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8％的氯化鈉溶液)，剪碎，在玻璃勻漿器中充分勻漿，取10％的組織勻漿液，低溫低速離心機(jī)以1500 r/min離心10min，棄沉淀，取上清用低溫高速離心機(jī)以12000r/min離心15min。沉淀物即為線粒體。以上操作均在0-4℃條件下進(jìn)行。線粒體丙二醛(MDA)測(cè)定采用硫代巴比妥法；線粒體超氧化物歧化酶(SOD)測(cè)定采用黃嘌呤氧化酶法，操作方法按照南京建成試劑盒操作說(shuō)明進(jìn)行。測(cè)試儀器為722型分光光度計(jì)。

1．3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由SPSS統(tǒng)計(jì)軟件(SPSS 11.5 forWindows)處理，計(jì)算均值和標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)，以方差分析檢驗(yàn)組間差異顯著性。顯著性水平為0.05和0.01。

2 結(jié)果

4周訓(xùn)練后，與肥胖常氧安靜組(A)大鼠比較，其他7組大鼠骨骼肌線粒體SOD的活力都有不同程度的升高，其中肥胖低氧運(yùn)動(dòng)組(D)明顯升高(P＜0.05)；與正常常氧安靜組(E)相比，正常常氧運(yùn)動(dòng)組(F)、正常低氧安靜組(G)、正常低氧運(yùn)動(dòng)組(F)有非常顯著性升高(P＜0.01)。與正常常氧安靜組(E)比較，肥胖常氧安靜組(A)大鼠骨骼肌線粒體SOD活力顯著降低(P＜0.01)，肥胖常氧運(yùn)動(dòng)組(B)也顯著降低(P＜0.05)。與肥胖常氧安靜組(A)相比其他7組大鼠骨骼肌線粒體MDA的濃度都有不同程度的降低，其中正常低氧運(yùn)動(dòng)組(H)的降低幅度最大，但都不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見(jiàn)表1)。

3 討論

關(guān)于運(yùn)動(dòng)對(duì)自由基代謝的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究很多，而且結(jié)果都認(rèn)為隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間以及運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的變化，對(duì)自由基代謝的影響也會(huì)不同。其中，力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)自由基代謝影響的研究報(bào)道較多，自從Davis首次用ESR技術(shù)直接測(cè)定出進(jìn)行跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)至急性力竭大鼠的肝和肌肉勻漿中的自由基信號(hào)強(qiáng)度較之安靜時(shí)增加2－3倍之后，國(guó)內(nèi)又有多位學(xué)者的研究結(jié)果顯示急性力竭運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致骨骼肌、心肌、肝、腎臟、胃等組織的自由基生成增加。關(guān)于無(wú)氧運(yùn)動(dòng)對(duì)自由基代謝影響的研究較少，Criswell等觀察了12周間歇訓(xùn)練的作用發(fā)現(xiàn)，大強(qiáng)度短距離高速度間歇訓(xùn)練提高骨骼肌抗氧化酶活力的效果優(yōu)于中等強(qiáng)度的持續(xù)訓(xùn)練。耐力訓(xùn)練對(duì)自由基的影響方面，國(guó)內(nèi)的學(xué)者研究也比較多，李暉等用ESR技術(shù)測(cè)定了大鼠力竭適量的耐力負(fù)荷訓(xùn)練可改善機(jī)體抗自由基損傷能力。熊正英等也證實(shí)大強(qiáng)度耐力訓(xùn)練對(duì)機(jī)體造成損傷的同時(shí)，適應(yīng)性地提高了機(jī)體的抗氧化酶的活力。蔣春筍等研究發(fā)現(xiàn)，12周游泳訓(xùn)練可以顯著減少大鼠肝臟線粒體活性氧的生成。肖建原等研究發(fā)現(xiàn)，小負(fù)荷的耐力訓(xùn)練可以增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力，使MDA含量下降、SOD活性升高；改善紅細(xì)胞膜特性，使其有氧代謝能力及抗疲勞能力得到提高。表1的數(shù)據(jù)表明常氧運(yùn)動(dòng)組大鼠骨骼肌線粒體SOD活性較常氧安靜組明顯升高，表明持續(xù)有氧訓(xùn)練可以提高組織中SOD活性。而且由表1的數(shù)據(jù)可以看出，無(wú)論是肥胖大鼠還是正常大鼠，常氧運(yùn)動(dòng)組大鼠骨骼肌線粒體MDA含量比常氧安靜組低，說(shuō)明4周的跑臺(tái)訓(xùn)練使自由基的生成明顯減少。這跟前人的研究結(jié)果一致。這些研究的結(jié)果都說(shuō)明了長(zhǎng)期的有氧訓(xùn)練，機(jī)體對(duì)自由基損傷產(chǎn)生適應(yīng)，運(yùn)動(dòng)使機(jī)體SOD活性增加，自由基防御體系得以有效的加強(qiáng)，LPO的降解、轉(zhuǎn)運(yùn)和排出過(guò)程增強(qiáng)，使脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)減弱。

由于低氧刺激呈現(xiàn)間歇式或脈沖性，所以稱為間歇性低氧訓(xùn)練。有資料表明，間歇性低氧訓(xùn)練可有效提高心肌、腦、骨骼肌組織的SOD活性，加快MDA的清除，增強(qiáng)機(jī)體在缺氧條件下的工作能力，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)中延緩中樞性疲勞，保證心臟供血，預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷有積極的作用。表1的數(shù)據(jù)顯示，低氧安靜組大鼠骨骼肌線粒體MDA分別低于常氧安靜組；低氧運(yùn)動(dòng)組大鼠骨骼肌線粒體MDA分別低于常氧運(yùn)動(dòng)組；低氧組大鼠骨骼肌線粒體SOD活性較常氧組明顯升高，說(shuō)明每天4h的間歇性低氧刺激使機(jī)體自由基的生成減少，使機(jī)體抗過(guò)氧化物反應(yīng)的能力提高和防御保護(hù)作用加強(qiáng)。而低氧運(yùn)動(dòng)更能顯著減少自由基的產(chǎn)生，減少機(jī)體脂質(zhì)過(guò)氧化物的生成，降低MDA的含量。此結(jié)果說(shuō)明低氧和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練雙重刺激，可明顯提高機(jī)體SOD的活性，有利于MDA的清除，減少脂質(zhì)過(guò)氧化物的產(chǎn)生。這與文獻(xiàn)報(bào)道間歇性低氧可以減少機(jī)體自由基的生成，提高機(jī)體抗過(guò)氧化物酶活性的結(jié)果一致”。與蔣明朗等發(fā)現(xiàn)的4周間歇性低氧刺激后大鼠心肌、骨骼肌和腦的SOD活性升高，MDA含量下降的結(jié)果也相一致。

由表1的數(shù)據(jù)可見(jiàn)本研究發(fā)現(xiàn)肥胖大鼠骨骼肌線粒體SOD活性顯著低于正常大鼠(P＜0.01)，而且表明肥胖大鼠骨骼肌線粒體MDA含量比正常大鼠高，但差異無(wú)顯著性，說(shuō)明肥胖大鼠機(jī)體的抗氧化能力和自由基清除能力比正常大鼠差。Dobrian等實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，在給SD大鼠高脂飼料喂養(yǎng)16周造成肥胖模型后，模型組大鼠大動(dòng)脈、腎臟等臟器MDA較對(duì)照組顯著升高。

4 結(jié)論與建議

1)正常組大鼠骨骼肌線粒體SOD活力明顯高于肥胖造模組大鼠(P＜0.01)；正常組大鼠骨骼肌線粒體MDA含量低于造模組大鼠，但沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而有氧運(yùn)動(dòng)組大鼠骨骼肌線粒體SOD活力高于安靜組，MDA含量則低于安靜組。說(shuō)明肥胖者機(jī)體的抗氧化能力和自由基清除能力比正常者要差，而有氧運(yùn)動(dòng)可以改善這種狀況。

2)低氧安靜組大鼠骨骼肌線粒體SOD活力明顯高于常氧安靜組(P＜0.01)；MDA含量低于常氧安靜組，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。說(shuō)明單純的低氧刺激可以提高機(jī)體抗自由基能力和抗自由基能力。

3)低氧運(yùn)動(dòng)組大鼠骨骼肌線粒體SOD活性明顯高于常氧運(yùn)動(dòng)組(P＜0.05)，MDA含量則低于常氧運(yùn)動(dòng)組，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表明有氧運(yùn)動(dòng)以及間歇性低氧刺激都能提高機(jī)體的抗氧化和自由基清除能力，如果運(yùn)用運(yùn)動(dòng)與低氧雙重刺激相結(jié)合效果更好。

[編輯：鄭植友]