力竭運動對不同狀態白鼠生理生化指標研究

徐寶豐，薛 亮

疲勞分為肌肉疲勞（或稱體力疲勞）和精神疲勞（或稱腦力疲勞）兩種。肌肉疲勞是指過度緊張的肌肉局部出現酸痛現象，一般只涉及大腦皮層的局部區域；精神疲勞則與中樞神經活動有關，它是一種彌散的、不愿意再作任何活動和懶惰的感覺，意味著肌體迫切需要休息。病理狀態包括身體的一些慢性疾病或亞健康狀態如心肌炎，某些器質性心臟病，重感冒期間或受到短暫、急劇的異常刺激造成病理狀態。本文用白鼠做實驗，主要從兩方面著手，1）對疲勞白鼠突然增加運動強度；2）對有心臟病變的白鼠突然增加運動強度。觀察這些白鼠損傷的程度，機體內血紅蛋白（HB），血液中肌酸激酶（ck)、反應ATP-CP磷酸原系統供能情況，在各個時間段的生理生化指標，并對這些指標進行統計分析，得出運動猝死是否和這些因素有顯著的相關性，觀察這些指標和心臟損傷方面的關聯，推斷這些白鼠心源性損傷的程度。

1 研究對象與方法

1.1 實驗對象與分組

飼養雄性白鼠120只，將白鼠平均分成4組，A組為正常對照組30只，B組為長期缺乏運動組30只，C組為運動量加大至疲勞組30只，D組為精神疲勞組30只。先將B組30只白鼠進行小籠飼養，籠子很小，幾乎沒有轉身的環境，盡量讓白鼠保持安靜和不運動約60天后進行試驗。對A、C、D進行正常飼養1周后，對C組進行干擾試驗，在臨近實驗前兩周采取日夜干擾的方法使得白鼠不能正常休息，特別是接近實驗的前3天加大干擾的力度造成白鼠精神疲勞模型。

1.2 實驗方式

動物模型準備完成后進行遞增負荷跑臺訓練實驗，運用辛東［6］參照 Bedford制定的遞增運動負荷 5級標準［8］。 第 1天采用第 1級負荷：坡度 50°，速度 6m/min，時間 10min，進行適應性訓練2次；第2天直接進行第5級負荷：坡度50°，速度28m/min，運動至力竭。運動時使用聲、光刺激或用毛刷刺激動物尾部，以保證運動強度。力竭標準為：在5級運動負荷中，動物未能堅持本級負荷，經常在刺激情況下滯留跑道上。行為特征：呼吸急深、幅度大、俯臥位、刺激無反應。運用5級負荷模擬大運動量造成猝死模型，對運動中死亡白鼠立即取心尖部以及室間隔適量組織，10%甲醛固定。并抽血實驗完成生理生化實驗數據的收集整理。

1.3 樣品采集

遞增負荷跑臺訓練結束立即取 A、B、C、D組白鼠各 10只，取一側頸動靜脈混合血 5ml，離心（3 000rpm，10min）分離血清，20ul全血進行HB的測定；35ul血清用于CK的測定。3h后取 A、B、C、D組白鼠另外10只取血，24h后對每組最后 10只白鼠取血，取一側頸動靜脈混合血5ml，離心（3000rpm，10min）分離血清，20ul全血進行HB的測定。

HB采用高鐵氰化鉀法測定，試劑盒由上海欣科生物制劑公司提供；CK、BU的測定采用酶學方法，試劑盒由上海復星長征醫學科學有限公司提供。

1.4 數據處理

測試數據采用SPSS PASW statistics18.0軟件進行統計學分析，各組比較采用方差分析，方差不齊時采用校正t檢驗。相關系數采用顯著性檢驗，分別采用P<0.05和P<0.01區別顯著性和非常顯著性差別。

2 結果和分析

2.1 不同組別白鼠在力竭運動后血紅蛋白 （HB）各指標（+S）測試結果

正常對照組的白鼠在一次性力竭運動后血紅蛋白快速下降，與安靜狀態下的樣本均數T檢驗（P=0.46<0.05）有顯著性降低，運動3h候繼續下降，直到24h后仍然不能恢復至安靜狀態水平。長期缺乏運動組的血紅蛋白水平與正常對照組的白鼠HB的水平沒有差別，無論運動疲勞組還是精神疲勞組運動前機體的HB水平比正常狀態下的白鼠水平高，血紅蛋白量呈代償性增加。力竭運動后即刻缺乏運動組和疲勞組血紅蛋白下降很快，與安靜狀態下的HB相比有非常顯著性降低（P<0.01）。運動3h后，B、C、D三組白鼠的HB含量與運動即刻相比都有所上升。運動24h后持續上升，B、C組都沒有超過運動前的水平，D組超過運動前水平，說明HB的完全恢復需要一天以上的時間。另外，B、C兩組白鼠在運動后24h其HB含量與精神疲勞組相比有非常顯著的差別（P<0.01）。

2.2 不同組別白鼠在力竭運動后血紅蛋白 （CK）各指標（+S）測試結果

表1 不同組別白鼠在力竭運動后血紅蛋白（HB）各指標（+S）測試結果

表1 不同組別白鼠在力竭運動后血紅蛋白（HB）各指標（+S）測試結果

注：和安靜對照組Rest相比★代表P<0.05有顯著性差異，★★代表P<0.01非常顯著性差別；和正常狀態下白鼠相比▼代表P<0.05有顯著性差異，▼▼代表P<0.01非常顯著性差別；和運動疲勞組相比＃代表P<0.05有顯著性差異，＃＃代表P<0.01非常顯著性差別。

安靜對照組R e s t（g.l-1） 運動后即刻（g.l-1）A正常狀態對照組B長期缺乏運動組C運動疲勞組D精神疲勞組1 4 6.1 2±7.4 1 1 4 5.1 3±7.2 3 1 6 2.3±8.6 7 1 5 3.1±4.8 1運動后3 h（g.l-1） 運動后2 4 h（g.l-1）1 2 1.2 2±6.8 5★9 8.3 0±5.6★★▼1 1 7.1 7±8.5 5★★1 2 2.3±5.6 7★★1 1 9.3 3±7.2 5★1 1 9.5±4.8 5★★1 3 4.6 3±6.2 3 1 3 1.8 3±2.3 5★1 2 9.1 5±8.7 6 1 2 1.8 4±6.5 1★＃＃1 3 6.5 7±5.7 7＃＃1 5 9.3±4.7 7

表2 不同組別白鼠在力竭運動后肌酸激酶CK（u.l-1)各指標（+S）測試結果

表2 不同組別白鼠在力竭運動后肌酸激酶CK（u.l-1)各指標（+S）測試結果

注：和安靜對照組Rest相比★代表P<0.05有顯著性差異，★★代表P<0.01非常顯著性差別；和正常狀態下白鼠相比▼代表P<0.05有顯著性差異，▼▼代表P<0.01非常顯著性差別；運動后24h與運動即刻組相比﹟代表P<0.05有顯著性差異，﹟﹟代表P<0.01非常顯著性差別。

組別C K（u.l-1）安靜對照組R e s t 運動后即刻（g.l-1） 運動后3 h（g.l-1） 運動后2 4 h（g.l-1）A正常對照組B長期缺乏運動組C運動疲勞組D精神疲勞組2 3 7.4 4±4 3.4 5 2 1 5.8 7±3 1.5 6 1 0 2 5.2±9 9 4 6 3.8 5±3 4.4 1 1 3 5 4.3 5±2 3 3.4 7★★1 4 0 7.1 5±2 5 3.5 8★★1 7 5 4.3 4±1 9 8.5 6★★1 4 4 6.3 1±1 5 4.3 5★★1 6 5 3.7 4±2 4 3.4 6★★1 5 8 7.6 5±2 7 1.2 1★★2 1 1 4.6 9±2 4 1.2 2★★2 0 5 4.6 4±3 8 1.2 2★★6 5 7.4 5±1 1 7.4 5★★﹟﹟2 0 2 5.3 6±3 7 4.3 5★★▼▼2 3 5 6.6 4±3 1 4.3 5★★▼▼2 2 0 7.6 5±3 4 1.2 2★★▼▼

正常狀態下的白鼠在運動后即刻，CK水平立即升高，和基礎值相比有非常顯著性升高（P<0.01）。運動后3h，其CK的水平繼續升高。運動后24h后和基礎值相比仍然有非常顯著性升高（P<0.01），和運動后3h相比有非常顯著性下降，但仍高于安靜狀態下的水平。長期不運動白鼠在安靜狀態下CK的水平比正常對照組白鼠略有降低，經過力竭運動后，其身體CK的水平非常顯著性增高（P<0.01），超過正常組力竭運動后水平，運動后3h機體CK水平繼續上升，運動24h后身體肌酸激酶的水平繼續上升，和正常對照組相比有非常顯著的差別（P<0.01）。運動疲勞組，由于前期大運動量的積累，在進行力竭運動前，身體處于疲勞狀態，經過力竭運動后，白鼠身體CK水平進一步增加，此后的12h，CK水平繼續呈增高趨勢，白鼠機體呈病理性損傷，精神疲勞組CK發展趨勢和運動疲勞組上升曲線相似。

3 結論和分析

3.1 力竭性運動下不同狀態白鼠HB水平分析

血紅蛋白可以反映人體的攜氧能力，血紅蛋白低會造成運動能力受到限制，運動后恢復減慢。及時檢測血紅蛋白的含量，不僅能夠掌握自身機體狀況，還能及時調整運動形式和強度，加強營養的補充，從而有效改善機能狀況和提高運動能力。本文用白鼠做實驗，1）對長期不運動白鼠增加運動強度至力竭；2）對運動疲勞和精神疲勞白鼠增加運動強度至力竭，白鼠機體內血紅蛋白（HB），在各個時間段的生理生化指標（見圖1、2）。

圖1 不同時間段各種狀態白鼠HB量的變化

圖2 不同組別白鼠在各時間段HB水平曲線

4種狀態下，白鼠HB在運動后即刻全部有所下降，在運動后 3h，安靜組沒有回升，B、C、D組 HB都開始回升，運動1天后，精神疲勞組HB回升并超過機體原有水平，提示運動由于精神疲勞組HB蛋白的恢復。說明力竭性運動對不同組別白鼠的HB影響不大，在運動后即刻有所下降，然后隨著時間的延長HB水平就逐漸恢復。

圖2看出，A-D組的白鼠在一次性力竭運動后血紅蛋白都快速下降，研究認為這是紅細胞自由基的生成增加及紅細胞氧化能力相對降低引起的紅細胞破壞增加［6］，Duca等認為馬拉松運動員紅細胞生成的改變是包括造血系統、溶血和氧化應激等多種因素相互作用所致［7］。Hb濃度降低是大運動量的早期反應。正常對照組的白鼠在一次性力竭運動后血紅蛋白快速下降經過3h的休息恢復后，HB的水平又會回升，24h后繼續恢復，這是機能改善和運動能力提高的表現。而B組白鼠HB的恢復水平最慢，1天后仍然低于其他任何組的恢復水平，提示長期不運動會降低機體對血紅蛋白的恢復能力。而D組HB在運動1天后超過了安靜狀態下的水平，存在超量恢復現象，提示運動對精神疲勞有積極的作用，具體原因有待進一步研究。另外，B、C兩組白鼠在運動后24h其HB含量與精神疲勞組相比有非常顯著的差別，推斷運動有助于精神疲勞組的血紅蛋白的恢復。

長期缺乏運動組的血紅蛋白水平與正常對照組的白鼠HB的水平在安靜狀態下沒有差別，無論運動疲勞組還是精神疲勞組運動前機體的HB水平比正常狀態下的白鼠水平高，血紅蛋白量呈代償性增加［8］。力竭運動后即刻缺乏運動組和疲勞組血紅蛋白下降很快，與安靜狀態下的HB相比有非常顯著性降低。肖建原、萬發達等對大鼠進行不同負荷的訓練后發現，大負荷訓練后紅細胞計數顯著減少，紅細胞破壞增多［9-10］。運動3h后，B、C、D三組白鼠的HB含量與運動即刻相比都有所上升。運動24h后持續上升，B、C都沒有超過運動前的水平，說明HB的完全恢復需要一天以上的時間。

3.2 力竭性運動后不同狀態的白鼠CK水平分析

肌酸激酶（Creatine Kinase，CK）通常存在于動物的心肌、骨骼肌、平滑肌、以及腦等組織的細胞漿和線粒體中，是一個與細胞內能量運轉、肌肉收縮、ATP再生有直接關系的重要激酶，它可逆地催化肌酸與ATP之間的轉磷酰基反應。在各種病變包括肌肉萎縮和心肌梗塞發生時，人的血清中肌酸激酶水平迅速提高，急性心梗時，酶活力上升程度與疾病嚴重程度相一致。因此，在心肌梗塞的診斷中測定肌酸激酶的活性比做心電圖更為可靠。另外，多發性肌炎、皮肌炎、心肌炎等也可引起肌酸激酶CK升高，肌酸激酶因其具有重要的生理功能和臨床應用價值已引起人們廣泛的重視和深入的研究。所以，對機體運動后肌酸激酶水平的研究，對預防猝死的研究有很大的指導意義。白鼠機體內血液中肌酸激酶（ck）在各個時間段的生理生化指標（見圖 3、4）。

圖3 不同組別白鼠在不同時間段CK量的變化

圖4 不同組別白鼠CK隨時間變化曲線圖

正常白鼠無論在那種狀態下身體CK含量都很低，與B、C、D組白鼠相比其柱狀面積明顯矮短。C運動疲勞組一開始身體CK量就超過其他3組，在運動后身體CK水平繼續增高，到運動后24h達到最大量，提示存在著運動疲勞現象。無論是缺乏運動組還是運動疲勞和精神疲勞組，其CK上升很快，在運動24h后，血清中肌酸激酶水平迅速提高，酶活力上升程度與疾病嚴重程度相一致。CK為細胞內酶，正常時在血清中的活性很低，當各種原因引起細胞膜通透性增加或細胞壞死時才會大量釋入血液，使血清酶活性升高。由于運動引起氧自由基增加，造成細胞膜通透性增加或破損，細胞內酶向血液“漏出”增多，可能是導致血清酶活性升高的原因之一［11］。運動性疲勞是中樞神經系統出現的保護性抑制反應，受諸多因素的影響。健康人力竭運動后引起的血清酶活性改變應屬正常的生理性變化，運動疲勞造成的細胞膜通透性增高或損傷是可逆的，在短期內即可恢復［12］。

除了A正常對照組，B、C、D組白鼠CK水平隨著時間的延長，在1天內持續升高，在運動后24h升至最高。A組在最初也是繼續升高，到3h后逐漸有所下降，到24h后已經非常顯著性降低，但是仍然高于安靜狀態下水平的近3倍。說明疲勞和缺乏運動都會導致機體CK水平上升，且運動3h后持續上升，這種狀態會持續到一天以后。Tiidus等人發現在大強度運動后，血清CK的活性一般在運動后5-6h開始上升，8-24h達到最大值，48h后開始下降。這與本人的研究結果相似，但后期的恢復趨勢有待進一步研究［13］。由于方法技術等原因，更長時間的恢復沒有進一步檢測，可以推斷如果長時間不能恢復［14］，身體會出現病理性變化。

實驗結果顯示，長期缺乏運動組白鼠相對正常對照組的白鼠而言，其CK水平略有降低，而運動疲勞組由于其疲勞積累，身體CK水平明顯升高，由精神原因引起疲勞組白鼠的CK也同樣升高，提示不管什么性質的疲勞都容易引起身體肌酸激酶水平的升高。

醫學上證明心肌梗死時肌酸激酶在起病6h內升高，24h達高峰，3-4日內恢復正常。證明健康狀況下運動的白鼠在1天后機體的CK水平應有大幅度下降，而病理性的損傷導致CK的增高應在1天后繼續升高，這應該是對運動機體是否是病理性進行判斷的一個標志。同時也說明機體在病理狀態或者疲勞狀態下CK的恢復會比較慢。王福文等在研究中指出，過度運動力竭性運動可以誘發心肌損傷，且在運動后恢復期會出現延遲性心肌損傷。陳揚也在研究中發現，訓練程度高的運動員比訓練程度低的運動員血清CK活性恢復快［15］，CK恢復慢的選手，專項素質和技術難以鞏固和提高［16］。說明CK也與個體身體素質和個人能力相關。

長期不運動白鼠在安靜狀態下CK的水平比正常對照組白鼠略有降低，經過力竭運動后，其身體CK的水平非常顯著性增高，（P<0.01）超過正常組力竭運動后水平，運動后3h機體CK水平繼續上升，運動24h后身體肌酸激酶的水平繼續上升，和正常對照組相比有非常顯著的差別（P<0.01），說明長期不運動的人其機體對CK的反應非常敏感，且運動后CK升高很快，至少一天以后機體才完全恢復需要一天以上的時間，而正常對照組在運動24h后已能夠恢復一半以上。

運動疲勞組，由于前期大運動量的積累，在進行力竭運動前，身體處于疲勞狀態，經過力竭運動后，白鼠身體CK水平進一步增加，此后的12h，CK水平繼續呈增高趨勢，白鼠機體呈病理性損傷，精神疲勞組CK發展趨勢和運動疲勞組上升曲線相似。

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