游泳訓練對大鼠心肌能量代謝酶類活性的影響

李 鋒，劉洪珍

(1.廣西民族師范學院體育系，廣西龍州532400;2.曲阜師范大學體育學院，山東曲阜273165)

游泳訓練對大鼠心肌能量代謝酶類活性的影響

李 鋒1，劉洪珍2

(1.廣西民族師范學院體育系，廣西龍州532400;2.曲阜師范大學體育學院，山東曲阜273165)

為探討游泳訓練對大鼠心肌能量代謝相關酶類活性的影響，采用實驗法對大鼠游泳訓練前后的心肌琥珀酸脫氫酶(SDH)、蘋果酸脫氫酶(MDH)、肌酸激酶(CK)和Na+-K+-ATP酶活性進行測定。結果表明:各狀態下訓練組大鼠的SDH活性均低于對照組，且在力竭時顯著低于對照組(P＜0.01);訓練組在力竭即刻和24 h恢復時的MDH活性顯著高于對照組(P＜0.05);訓練組在力竭即刻、恢復12h和恢復24h時的CK活性顯著高于對照組(P＜0 05);訓練組在運動1 h、力竭即刻、恢復12 h和恢復24 h時的Na+-K+-ATP酶活性均高于對照組，但無顯著差異。結論表明:游泳訓練能促進大鼠心肌MDH、CK、Na+-K+-ATP酶等能量代謝相關酶活性升高，卻使大鼠心肌胞漿中SDH活性降低，最終增強心肌有氧供能能力，提高運動能力。

游泳訓練;能量代謝;心肌琥珀酸脫氫酶;蘋果酸脫氫酶;肌酸激酶;Na+-K+-ATP酶

人體是一個對立統一的整體，任何運動都是機體各器官和系統協同作用的結果，而能量的充分供應則是機體維持運動的基礎。人體細胞直接利用的能源來自于三磷酸腺苷(ATP)的分解產生，而ATP合成最終主要來源于糖的分解代謝，其次是脂肪、蛋白質，能量產生的量與速度不但與能源物質的提供有關，更決定于催促三羧酸循環和氧化磷酸化過程的有關酶類的活性。因此如何提高機體的能量代謝水平，以保證正常訓練和比賽中機體能量的供應始終是運動生理學研究的重點之一。

長時間有氧運動需要運動員提供更多的能量以保證肌肉做功。大量的實驗研究已經證明:適宜的體育鍛煉能改善體質和提高健康水平，但超負荷訓練和競賽引起的過強應激會導致機體的神經內分泌系統、心血管系統等功能的障礙。心血管系統擔負著機體生命活動所需要的氧及能源物質運輸的特殊作用，在長時間的運動中心臟的功能顯得尤為重要。因此，心臟與運動性疲勞的關系為眾多研究者所關注。運動的疲勞與恢復是人體運動過程中身體機能變化的重要環節，也是影響運動訓練效果的重要因素，如何減緩運動疲勞并加快疲勞的恢復過程則是影響運動訓練水平和提高運動成績的重要因素之一。本實驗采用遞增負荷游泳訓練方式，對大鼠進行為期8周的游泳運動，通過觀察大鼠對照組、訓練組在安靜、定量負荷、力竭即刻、力竭恢復12 h、力竭恢復24 h五種不同狀態下與心肌能量代謝有關酶活性的變化，探討遞增負荷游泳運動大鼠對心肌能量代謝的影響，進而從能量代謝角度探討延緩運動疲勞發生和促進疲勞恢復的機制。

1 材料與方法

1.1 實驗對象及分組

選取8周齡雌性Wistar大鼠80只，體重200 g左右，購于山東魯抗醫藥股份有限公司，隨機分為運動組(B組)和對照組(A組)，采用國家標準大鼠飼料喂養，自由飲水。

1.2 實驗方法

1.2.1 運動方案

運動組大鼠采用游泳訓練，訓練桶高100 cm、直徑70 cm ，水深55 cm，水溫 32℃ ～35℃，每桶4只，先進行適應訓練時間為15 min/d，共6天。之后進行持續8周游泳訓練，尾部負重為體重的3%，每周訓練6天。第一周訓練時間為30 min，以后每周遞增訓練時間10 min，最后一周每天訓練100 min。周一上午稱體重。

1.2.2 取材

8周后，對訓練組和對照組大鼠分別再分作安靜、定量負荷、力竭運動即刻、力竭后恢復12 h和力竭后恢復24 h五個小組，并于相應狀態斷頭處死，迅速取出心肌，于冰生理鹽水中洗凈血液，濾紙吸干，剪取約0.3 g，按W/V=1/9加入預冷的生理鹽水，冰浴條件下勻漿后放置4℃的冷凍離心機，以3 000 rpm離心15 min，取上清裝入樣品管中置－20℃冷藏。力竭運動標準:大鼠沉入水面下10 s不能自主浮出水面，且放在平板上無法完成翻正反射視為力竭［1］。

1.2.3 測試指標與方法

Na+-K+-ATP酶、蘋果酸脫氫酶(MDH)、琥珀酸脫氫酶(SDH)、肌酸激酶(CK)試劑盒購于南京建成生物工程研究所，運用比色法測定，各項指標的測定嚴格按照試劑盒說明書進行，并在實驗之前進行預實驗，測定完畢后按說明書計算所測指標濃度。

1.2.4 實驗數據處理方法

2 實驗結果

2.1 大鼠游泳力竭時間的比較

兩組大鼠游泳力竭時間比較，B組游泳力竭時間明顯延長(P ＜0 05)，見表1。

表1 兩組大鼠游泳力竭時間的比較一覽表

2.2 不同狀態下大鼠心肌SDH活性的變化

5種狀態下，訓練組大鼠心肌SDH活性均低于對照組，但無顯著差異，力竭即刻狀態訓練組顯著低于對照組(P ＜0.01)，見表 2。

表2 不同狀態下各組大鼠心肌SDH酶活性的變化一覽表 U/mgprot

2.3 不同狀態下大鼠心肌MDH活性的變化

5種狀態下，B組大鼠心肌MDH活性均高于A組，力竭即刻組和24h恢復組B組顯著高于A組(P＜0.05)，見表3。

表3 不同狀態下各組大鼠心肌MDH酶活性的變化一覽表 U/mgprot

2.4 不同狀態下大鼠心肌CK活性的變化

5種狀態下，B組大鼠心肌CK活性均高于A組，力竭即刻、12 h恢復組和24 h恢復組顯著高于A組(P ＜0 05)，見表4。

表4 不同狀態下各組大鼠心肌CK酶活性的變化一覽表 U/mgprot

2.5 不同狀態下大鼠心肌Na+-K+-ATP酶活性的變化

定量負荷組、力竭即刻組、12 h恢復組和24 h恢復組，B組大鼠心肌Na+-K+-ATP酶活性均高于A組，但無顯著差異，見表5。

表5 不同狀態下各組大鼠心肌CK酶活性的變化一覽表 U/mgprot

3 分析與討論

運動疲勞的出現會導致機體運動能力降低直至力竭。力竭是指肌肉或器官完全不可能維持運動［2］。大鼠運動能力可以通過大鼠的力竭運動時間來體現，本實驗結果顯示(表1)，訓練組大鼠力竭運動時間明顯長于對照組。說明長時間遞增負荷耐力訓練可以提高大鼠運動能力。大鼠運動能力的提高，是綜合性的因素，可能涉及到能量供應系統功能改善，心血管系統、呼吸系統、神經系統、免疫系統等機能的提高。單就能量系統而言，可能是運動時能量產生的總量增多，供給速度加快，也可能是能量利用的節省化兩個方面的效果。本實驗設計方案可提高能量產生的多種有氧氧化酶的活性，說明運動時，大鼠心肌能量產生的速度和供給增多，是提高大鼠心血管機能的重要原因。本實驗對產生能量的物質基礎的糖原含量暫未測定，有待于研究的進一步實施。

琥珀酸脫氫酶屬膜結合酶，位于線粒體內膜，是三羧酸循環中唯一滲入線粒體內膜的酶，廣泛存在于諸多臟器的線粒體中，正常情況下SDH位于線粒體內膜上，組織損傷時，線粒體腫脹、變性，線粒體膜通透性增加，基質水腫，SDH活性會發生變化，大量逸出細胞器，所以胞漿內SDH含量增加的多少是衡量組織損傷程度的一個重要指標［3］。SDH大量逸出嚴重影響線粒體內三羧酸循環的順利進行，能量代謝紊亂，機體出現疲勞。本實驗研究結果顯示，8周的遞增負荷游泳訓練改善了運動大鼠心肌的氧化代謝能力，明顯降低組織損傷的程度，表現為細胞液中SDH活性降低，推測線粒體內SDH活性應升高。這與CamPbell［4］、李燕玉［5］等運動使大鼠骨骼肌及心肌線粒體SDH活性研究結果一致。蘋果酸脫氫酶是機體有氧代謝途徑中的催化酶之一，存在于胞漿和線粒體基質中，線粒體基質中的MDH可促進蘋果酸到草酰乙酸的轉化，而細胞質中的MDH可將草酰乙酸還原為蘋果酸，后者通過線粒體內膜上的載體進入線粒體，參與蘋果酸—天冬氨酸循環，維持酶促反應的動態平衡［6］。本實驗發現，經過8周的遞增負荷耐力訓練，訓練組大鼠MDH活性在不同狀態下均較安靜，對照組大鼠有不同程度的提高(如表3)，說明此實驗方案對大鼠心肌細胞MDH活性有顯著提高作用。

肌酸激酶又稱磷酸肌酸激酶，與機體的能量代謝密切相關，它參與糖酵解的控制、線粒體的呼吸和肌肉的收縮供能，是機體ATP-CP供能系統代謝的關鍵酶之一。人體骨骼肌、心肌、腦、平滑肌中都含有CK，以骨骼肌含量最多。CK是能量代謝的關鍵酶之一，其作用是催化三磷酸腺苷和磷酸肌酸之間高能磷酸鍵可逆性的轉移。CK在心肌細胞中高表達，在心肌細胞的能量代謝和從ATP產生到利用的能量傳遞過程中起關鍵作用［7］。關于運動對CK活性影響的研究較多，多見于血清中CK活力測定。CK是一種大分子蛋白質，正常情況下肌細胞膜結構完整，功能正常，CK極少滲透出細胞膜進入循環系統。大強度或力竭性運動后血清中CK活性會急劇上升，說明運動導致肌細胞損傷，細胞膜通透性增加，大量CK蛋白分子滲透出細胞膜最終進入循環血液［8］。血清中CK活性的變化往往表明心肌損傷程度，經常作為心肌損傷的標志酶。本實驗結果顯示，五種狀態下，訓練組大鼠心肌CK活性均高于對照組，且在運動過程，訓練組大鼠心肌CK活力降低程度比對照組有明顯減緩趨勢。說明采取遞增負荷的有氧訓練方式可有效增強大鼠心肌組織的抗損傷能力，提高運動中大鼠心肌CK活力。

Na+-K+-ATP酶是鑲嵌在生物膜脂質雙分子層中的一種蛋白質，具有載體作用和酶的活性，其活力的大小是細胞能量代謝及判別功能有無損傷的重要指標。它催化ATP水解，提供能量驅動Na+和K+對向運輸，使細胞內蓄積高濃度的K+，而細胞外則為高濃度Na+狀態。這種離子梯度的維持有著重要的生理意義，如在膜電位產生、調節細胞滲透壓、為某些營養物質的吸收提供驅動力，以及在神經和肌肉細胞的沖動傳導等方面起著重要作用［9］。本實驗在大鼠運動及恢復過程中，訓練組大鼠Na+-K+-ATP酶均高于對照組大鼠，且訓練組大鼠在運動過程該酶的降低趨勢較對照組減緩。說明此實驗運動方案可增強大鼠運動中Na+-K+-ATP酶活性，對減少力竭運動時大鼠心肌損傷、提高心肌能量代謝能力具有重要意義。

綜上所述，遞增負荷有氧耐力訓練能促進大鼠心肌MDH酶活性的升高，減緩運動過程中其活性的降低，從而提高大鼠心肌有氧代謝的能力、延緩疲勞的發生;可以增加與能量代謝相關的CK、Na+-K+-ATP酶的活性，減緩運動過程中降低的速率及增加其恢復，從而提高大鼠能量代謝水平，提高運動能力并促進運動后疲勞的恢復。本研究顯示，游泳訓練使大鼠心肌SDH酶活性水平在各狀態下均降低，其原因有待進一步探討和驗證。

［1］THOMAS DP，MARSHALL KI.Effects of repeated exhaustive exercise on myocardial subcellular membrane structures［J］.Int JSports Med，1988，9(4):257-260.

［2］曲綿域，于長隆.實用運動醫學［M］.北京:北京大學醫學出版社，2003:36-44.

［3］WU Y，LIU C，CHEN Q.Effect of acupunct on enzymology of motor neuron anterior horn of experimental spinal cord injury in rats［J］.Zhonhguo Zhongxi yi jiehe zazhi，1999，19(10):740-742.

［4］CAMPBELL RJ，JASMIN BJ，MICHELRN.Succinatedehy drogenase activity whthin synaptic and extrasy naptic comparement soffunctionally-oveloaded rat skeletal muscle fibers［J］.Pflugers Arch，1996，431(5):797-799.

［5］高和，李燕玉，沈麗英，等.耐力運動鍛煉對正常及肺氣腫大鼠隔肌、腓腸肌和心肌氧化性能的影響［J］.中國運動醫學雜志，2000，19(3):21-25.

［6］翁梁，周秋麗，王麗娟，等.鹿茸多膚促進表皮和成纖維細胞增殖及皮膚創傷愈合［J］.藥學學報，2001，36(11):817-820.

［7］張愛芳.實用運動生物化學［M］.北京:北京體育大學出版社，2005:10-20.

［8］許豪文.肌酸激酶與運動員有機能評定［J］.中國運動醫學雜志，1987(3):164-167.

［9］劉秉文，陳俊杰.醫學分子生物學［M］.北京:中國協和醫科大學出版社，2000:139-140.

［10］戴友平，唐國華，郭衍坤，等.何首烏提取液對犬心肌缺血再灌注損傷的預防作用實驗研究［J］.中國生化藥物雜志，1998，19(2):79-81.

［11］金哲雄，金政.何首烏對缺氧培養心肌細胞保護作用的實驗研究［J］.時珍國醫國藥，2006，17(8):1454-1456.

［12］王怡，王少霞，仁明，等.首烏參方預處理對大鼠心肌缺血再灌注損傷PKC與iNOSmRNA表達的影響［J］.上海中醫藥雜志，2007，4(10):75-78.

［13］高和，李燕玉，沈麗英，等.耐力運動鍛煉對正常及肺氣腫大鼠隔肌、腓腸肌和心肌氧化性能的影響［J］.中國運動醫學雜志，2000，19(3):21-25.

［14］王茂葉.間歇性低氧訓練對小鼠機體細胞色素氧化酶和琥珀酸脫氫酶的影響［J］.天津體育學院學報，2005，20(6):26-28.

［15］汪艷，劉春新，易有榮，等.缺氧缺糖心肌細胞琥珀酸脫氫酶的定量分析［J］.湖北醫科大學學報，1997，18(3):223-224.

［16］呂福東，溫祥云，陳鐵軍，等.急性心肌缺血早期超微結構和琥珀酸脫氫酶變化的定量分析［J］.首都醫學院學報，1994，15(4):284-286.

［17］李開剛，陸紹中，馮連世，等.不同強度耐力訓練后大鼠骨骼肌酶活性適應性變化的研究［J］.中國運動醫學雜志，2002，21(2):166-169.

［責任編輯 江國平］

The research is about that swimming training on the myocardium energy metabolism of rats

LI Feng1，LIU Hong-zhen2
(Guangxi Normal University for Nationalities，Longzhou 532400，China;Physical Education College of Qufu Normal University，Qufu，273165，China)

To explore the effects of swimming training on the energy metabolism enzymes activity of mice's heart muscle，the method of experiment is taken to test the mice＇s SDH，MDH，CK and the enzymes activity of Na+-K+-ATP.The results show that the SDH activity level of training group in different conditions is all lower than that of control group，while significantly lower as the mice are exhausted(P ＜0.01);the MDH activity level in the strength using up state and 24-hour-recovery state is significantly higher than that of the control group(P ＜0.05);so is the CK activity level(P ＜0 05)in the strength using up state，12-hour-recovery and 24-hour-recovery state;while the Na+-K+-ATP enzymes activity in the training group is higher than that of control group without significant difference.The conclusion shows that swimming training can improve the mice's heart muscle's energy metabolism enzymes activity such as MDH、CK、Na+-K+-ATP，but lower SDH activity level of their myocardium.Such swimming training can strengthen mice's myocardial oxygen capability and improve sports ability.

swimming training;energy metabolism;SDH;MDH;CK;Na+-K+-ATP

G 804.2

A

1007－7413(2011)02－0064－04

2010－09－17

山東省教育廳自然科學基金資助項目(J04E14)

李峰(1978—)，男，黑龍江綏化人，講師，碩士。研究方向:遠動生理學。