經皮穴位電刺激對大運動量耐力訓練大鼠骨骼肌能量代謝的影響

游世晶,夏勇,李藝,具紫勇,何金森

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經皮穴位電刺激對大運動量耐力訓練大鼠骨骼肌能量代謝的影響

游世晶,夏勇,李藝,具紫勇,何金森

(上海中醫藥大學針灸推拿學院,上海 201203)

觀察經皮穴位電刺激(TEAS)對大運動量耐力訓練大鼠骨骼肌能量代謝的影響,探討其防治骨骼肌疲勞的可能作用機制。將40只雄性SD大鼠隨機分為正常組、模型組、正常刺激組、治療1組、治療2組,每組8只。采用TEAS干預手段,刺激大鼠足三里和環跳穴,8星期跑臺訓練結束后,檢測大鼠腓腸肌糖原、乳酸(LA)、乳酸脫氫酶(LDH)、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶含量。TEAS能顯著減緩骨骼肌糖原的消耗,減輕乳酸的堆積,提高LDH、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶的含量,模型組與其他四組比較,差異均有統計學意義(＜0.05)。TEAS大運動量耐力訓練大鼠足三里、環跳穴可以穩定骨骼肌細胞能量代謝,延長肌肉工作的時間,延緩骨骼肌疲勞的發生。

經皮穴位電刺激;骨骼肌;耐力訓練;能量;大鼠

運動性疲勞的防治一直是運動醫學界研究的熱點,是指機體生理過程不能持續其機能在一定水平上和/或機能不能維持預定的運動強度[1]。骨骼肌作為人體運動的動力器官,其收縮能力的好壞直接影響了運動能力,而過度訓練容易導致骨骼肌疲勞和損傷。因此掌握合理有效的恢復措施消除骨骼肌疲勞,對提高競技體育水平和維護運動員健康有著十分重要的意義。TEAS作為一種無創傷干預手段,簡單易操作、便于攜帶,有利于推廣使用,越來越受到研究者的青睞[2-5]。本實驗采用大鼠跑臺運動疲勞模型,觀察TEAS對大鼠骨骼肌能量代謝的影響,旨在探討TEAS在防治運動性骨骼肌疲勞方面可能的作用機制,為臨床進一步的研究提供可靠的實驗依據。

1 材料和方法

1.1 實驗動物與分組

40只純種SD雄性大鼠,清潔級,體重200～220 g,由上海中醫藥大學實驗動物中心提供。飼養溫度為18～21℃,相對濕度為40%～60%,12 h光照維持,自由攝食飲水。大鼠適應性喂養1星期后,每天以10 m/min的速度進行適應性跑臺練習,連續3 d,每天15 min。練習后,將大鼠按體重隨機分為5組,即正常組、模型組、正常刺激組、治療1組、治療2組,每組8只。

1.2 運動方案

訓練強度參照Bedford的運動負荷標準[6],大鼠以15 m·min－1×15 min的運動負荷訓練,速度隔日增加2 m·min－1,時間增加5 min,當強度遞增至38 m·min－1×60 min時,維持此負荷訓練至8星期結束,每星期訓練6 d。訓練中使用小木棍或毛刷刺激動物尾部,使動物保持在跑道前1/3處,以保證運動強度。運動過程中未使用聲、光、電刺激,以避免大鼠的應激反應對實驗結果的影響。

1.3 干預方法

各種大鼠分別于足(后)三里、環跳穴位用電動剃毛器備皮,用75%乙醇局部消毒,注意避免皮膚損傷。環跳穴在后肢髖關節后上緣;足(后)三里穴在后肢后外側,當腓骨小頭下約5 mm處[7]。

正常組采用常規飼養,每天將大鼠俯臥于自制大鼠固定器上15 min,不加任何干預措施。模型組進行共8星期大運動量跑臺運動,同樣方法固定,不加任何干預措施。正常刺激組不進行8星期大運動量跑臺運動,每天將大鼠俯臥于自制大鼠固定器上,分別于足三里、環跳穴放一直徑約0.5 cm長的電極片,再將電極片與韓氏HANS-200E穴位神經刺激儀相連,選用疏密波模式,刺激頻率為2～15 Hz,強度為2.5 mA,時間15 min。治療1組在大鼠跑臺訓練前進行經皮穴位電刺激干預,干預結束后1 h再進行跑臺運動,干預方法同正常刺激組,共8星期。治療2組在大鼠跑臺訓練第2個星期起,每次訓練后1 h進行經皮穴位電刺激干預,干預方法同正常刺激組,共7星期。

1.4 取材及處理

末次訓練治療后各組大鼠禁食不禁水,24 h后各組稱重,用2%戊比巴妥鈉30 mL/kg腹腔注射麻醉后,迅速取右后肢腓腸肌(盡可能去除脂肪組織和結締組織),稱取適量的腓腸肌加0.9%生理鹽水,按W(g):v(m)=1:10制成勻漿,分離上清液,4℃冰箱保存備用。

1.5 指標檢測

大鼠骨骼肌糖原含量、乳酸(LA)、乳酸脫氫酶(LDH)、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶。實驗試劑由南京建成生物工程研究所提供,具體檢測過程嚴格按照說明書進行。

1.6 統計學方法

2 結果

2.1 各組大鼠骨骼肌糖原、LA、LDH的比較

由表1可見,模型組大鼠骨骼肌糖原、LDH含量明顯降低,與正常組和正常刺激組比較,差異具有統計學意義(＜0.05);治療1組和治療2組均能減少糖原和LDH含量,與模型組比較,差異均具有統計學意義(＜0.05)。此外,模型組LA明顯升高,與正常組和正常刺激組比較,差異具有統計學意義(＜0.05);治療1組和治療2組均能降低LA的堆積,與模型組比較,差異均具有統計學意義(＜0.05)。

表1 各組大鼠骨骼肌糖原、LA、LDH的比較 (±s)

注:與模型組比較1)＜0.05

2.2 各組大鼠骨骼肌ATP酶含量的變化比較

由表2可見,模型組大鼠Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋ATP酶含量明顯低于正常組、正常刺激組和治療1組(＜0.05);治療2組大鼠的Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋ATP酶含量明顯高于模型組(＜0.05),與正常組比較,差異無統計學意義(＞0.05)。

表2 各組大鼠骨骼肌ATP酶含量的變化比較 (±s)

注:與模型組比較1)＜0.05

3 討論

足三里為足陽明胃經合穴和胃之下合穴,為補虛要穴,能促進或增強機體的免疫功能。環跳穴為足少陽、太陽經之交會穴。此兩經與腰腿部關系最密切,從解剖部位看,刺激環跳穴可刺激臀大肌、股方肌、股上皮神經、坐骨神經、臀下神經。故刺激環跳可使下肢運動和感覺功能得到改善,具有利腰腿、通經絡之功效。《針灸甲乙經》:“利腰脅相引痛急,髀筋瘈,脛痛不可屈伸,痹不仁,環跳主之。”因此,本實驗選擇足三里和環跳穴作為防治運動性骨骼肌疲勞的穴位。

糖原是機體運動能量的重要來源,有實驗表明[8], 糖原大量消耗可能是導致肌肉疲勞的重要原因,提高肌糖原水平則可延緩長時間運動中疲勞的發生。乳酸是體內糖原(或葡萄糖)無氧代謝的產物,隨著運動強度的增加,不斷增多的乳酸在機體內可解離生成H＋,使肌肉pH值下降,抑制糖酵解關鍵酶,從而抑制糖無氧氧化供能,減少運動時ATP再合成,造成能量供應障礙;另外H＋可與Ca2＋競爭骨骼肌肌鈣蛋白的結合位點,使興奮-收縮脫偶聯阻礙肌肉收縮,導致收縮機能下降。因此減少乳酸堆積是防治運動性疲勞的一個重要環節。本實驗結果表明,TEAS大鼠足三里、環跳穴可以減緩骨骼肌糖原的消耗,降低乳酸的堆積,防止運動骨骼肌疲勞的發生,這與一些文獻報道相符[9,10]。

乳酸脫氫酶(LDH)廣泛存在于各組織中,是無氧糖酵解中的一種標志酶,它可以使細胞在氧氣暫時供應不足時通過糖酵解提供能量,保證細胞活動。LDH活性增強,既可使骨骼肌糖酵解產生的丙酮酸還原成乳酸以提供能量,又可在肝臟將糖酵解產生的乳酸氧化成丙酮酸并經線粒體進入三羧酸循環,從而加快乳酸的清除[11]。LDH活性降低,將影響能量的代謝,導致乳酸的堆積,進而導致骨骼肌的疲勞。肌細胞膜上的Na＋-K＋- ATP酶與骨骼肌興奮收縮中離子跨膜運動有密切關系,通過水解ATP提供能量完成對Na＋和K＋的主動轉運,對維持細胞正常的容積及跨膜靜息電位有重要作用。Na＋-K＋-ATP酶活性下降,可致胞內外Na＋、K＋分布失常,胞外K＋濃度顯著升高,使動作電位降低,從而影響骨骼肌的興奮收縮。細胞內Ca2＋-ATP酶可通過對胞質Ca2＋濃度的調節,影響肌肉興奮收縮。此外Ca2＋-ATP酶還控制肌動蛋白橫橋ATP的分解,從而決定肌肉收縮的速度和收縮的張力,因此,Ca2＋-ATP酶活性是肌肉收縮能力的重要生化指標。實驗表明大鼠長時間耐力性運動或急性運動所致疲勞,與肌漿網Ca2＋-ATP酶活性下降及Ca2＋轉運能力下降有密切關系[12,13]。高明等[14]發現大鼠急性游泳運動后骨骼肌線粒體Ca2＋-ATP酶活性顯著下降, Ca2＋含量明顯上升,手針組可以明顯提高大鼠骨骼肌線粒體Ca2＋-ATP酶活性。本實驗結果提示,TEAS能顯著增加大運動量耐力訓練大鼠骨骼肌LDH、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶的含量,加快乳酸的代謝,緩解肌肉酸中毒,防止因過度訓練導致細胞內酶的降低,從而穩定細胞內離子的正常分布,保證骨骼肌正常興奮收縮,延緩骨骼肌疲勞的發生。

綜上所述,TEAS大運動量耐力訓練大鼠足三里、環跳穴可以減緩骨骼肌糖原的消耗,減輕乳酸的堆積,提高LDH、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶的含量,穩定骨骼肌細胞能量代謝,延長肌肉工作的時間,延緩骨骼肌疲勞的發生,但具體的抗骨骼肌疲勞作用還有待于進一步的研究。

(衷心感謝上海中醫藥大學中醫工程研究室楊華元教授在實驗設計方面的指導和建議。)

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Effect of Transcutaneous Electrical Acupoint Stimulation on Skeletal Muscle Energy Metabolism in Strenuous Endurance Training Rats

-,,,-,-.

-,201203,

To investigate the effect of transcutaneous electrical acupoint stimulation (TEAS) on skeletal muscle energy metabolism in strenuous endurance training rats.Forty male SD rats were randomly allocated to normal, model, normal stimulation, treatment 1 and treatment 2 groups, 8 rats each. TEAS was used as an intervention. Rat points Zusanli and Huantiao were stimulated. Rat gastrocnemius hepatin, lactic acid (LA), lactic acid dehydrogenase (LDH), Na＋-K＋-ATPase and Ca2＋-ATPase contents were measured after 8 weeks of platform exercises.TEAS could significantly decrease gastrocnemius hepatin consumption, reduce lactic acid accumulation and increase Na＋-K＋-ATPase and Ca2＋-ATPase contents. There were statistically significant differences between the model group and each of the other 4 groups (＜0.05).Transcutaneous electrical stimulation of points Zusanli and Huantiao can stabilize skeletal muscle cell energy metabolism, prolong muscular work and delay skeletal muscle fatigue.

Transcutaneous electrical acupoint stimulation; Skeletal muscle; Endurance training; Energy; Rat

R2-03

A

10.3969/j.issn.1005-0957.2011.03.192

1005-0957(2011)03-0192-03

游世晶(1979 - ),男,2008級博士生,研究方向為針刺的調節作用,E-mail:yixiao4211@yahoo.com.cn

何金森(1952 - ),男,教授,E-mail:hejinsen@citiz.net

2010-09-27