不同模式低氧暴露與運動對大鼠體成分的影響

蘇青青，樊蓉蕓

●運動人體科學●

不同模式低氧暴露與運動對大鼠體成分的影響

蘇青青，樊蓉蕓

目的建立不同低氧暴露與運動模型，其觀察對大鼠體成分的影響。方法雄性9周齡SD健康大鼠80只，隨機分成運動組4組（n=40）和非運動組4組（n=40）。各組分別在海拔0m(20.89%)，2200m (16.02%)，2200+3500m（前3周為16.02%，后3周為13.59%），3500m（13.59%）的低氧環境中生活6周。運動組每日以20-22m/min的速度跑臺運動90分鐘、每周5次，非運動組只進行單純低氧暴露。結果1）運動組大鼠體重均下降明顯（P＜0.01)；2）4個海拔高度下運動組脂肪量下降明顯（P＜0.05-0.01）；3）肌肉重量運動組比目魚肌在海拔2200+3500m時升高（P＜0.05)，趾長伸肌在海拔3500m時下降（P＜0.01)。結論1）6周不同模式低氧運動更能抑制大鼠體重增加；2）低氧復合運動促進大鼠腹腔內脂肪分解代謝，并隨海拔升高下降越明顯；3）6周2200+3500m低氧運動模式更能提高骨骼肌有氧代謝和低氧適應力。

低氧暴露；運動；大鼠；體成分

國內外研究表明，登山者或高山探險，運動員高原訓練或人工低氧暴露與訓練均能引起體重降低，但不同研究報道對體成分的影響不同。有研究報道，低氧訓練過程中體重降低主要由體脂降低所致，也有研究認為主要由去脂體重降低引起。動物實驗研究，低氧暴露與低氧訓練降低體重或者造成動物生長緩慢，可能與研究結果與海拔高度、低氧程度、訓練負荷以及高原或低氧逗留時間、受試者年齡等有關［1］。本研究模擬青海高原不同地區海拔下低氧暴露與低氧訓練模式，分析與總結高原環境下促進人體健康的最佳海拔與訓練模式，為今后高原促進健康、高原減肥以及高原大眾健身等方面提供理論參考依據。

1 材料及方法

1.1 實驗大鼠及飼養

本實驗設計及監測均在日本仙臺大學運動生理實驗室完成.大鼠均購自日本動物會社9周齡Wistar雄性健康大鼠80只（體重269.38±6.24 g），分籠飼養，每籠2只，配對喂養（Pairfeeding），自由飲水。實驗期間，大鼠在低氧室通風，溫度23± 2℃，相對濕度40%～50%，晝夜律變化光照環境下生活。大鼠共8組（每組10只），分為低氧運動組和低氧非運動組各4組。

1.2 實驗方案

1.2.1 低氧運動組

分為海拔0m（氧濃度20.89%）、2200m（氧濃度16.02%）、2 200+3 500m（氧濃度前3周16.02%，后3周13.59%）、3 500m（氧濃度13.59%）4個組別分別在低氧環境下暴露并進行運動，每天以20-22m/min/day的速度跑臺運動90min，每周5次，持續時間共6周進行低氧運動。

1.2.2 低氧非運動組

分為海拔0m（氧濃度20.89%）、2 200m（氧濃度16.02%）、2 200+3 500m（氧濃度前3周16.02%，后3周13.59%）、3500m（氧濃度13.59%）4個組分別進行低氧暴露6周，不進行運動。

1.3 實驗設備

本實驗所有測試設備及儀器均由日本仙臺大學運動生理實驗室提供，主要有低氧室（日本藤醫科產業），體重儀，肌肉稱量機（MEK-6450:日本光電社㈱）、跑臺回轉速度計（TM-2110）等。

1.4 組織取樣及指標檢測

實驗期間，大鼠每2天稱重1次，實驗6周結束末禁食過夜24h內取樣。按大鼠100g體質量0.8mL劑量腹腔注射戊基巴比妥溶液麻醉解剖。摘出大鼠精巢周圍脂肪、腸管周圍脂肪、腎周圍脂肪，用0.9%生理鹽水清洗血漬，用濾紙蘸去脂肪上殘留的水分，分別稱量。

1.5 數據處理

運用SPSS18.0數據統計軟件包進行T檢驗統計分析。所有實驗結果均表示為均值±標準差（M±SD）。結果p＜0.05為差異顯著性，p＜0.01為差異非常顯著性。

表1 運動組與非運動組大鼠體重（g）（mean±SD）

2 結果

2.1 體重的變化

如表1所示，同組間與0m比較，運動組體重在海拔2 200m、2 200+3 500m、3 500m時下降，幅度達3.4%、6.2%、6.7%（P＜0.05-0.01），非運動組體重隨著海拔升高雖有降低，但變化不明顯；運動組與非運動組比較，運動組在海拔0m、2 200m、2 200+3 500m、3 500m時分別下降7.4%、8.8%、8.5%、9.4%（P＜0.01）。

2.2 腹腔內脂肪量的變化

如表2所示，同組間與海拔0m比較，在海拔2 200m、2 200+ 3 500m、3 500m時運動組精巢周圍脂肪下降了7.8%、15.9%、17.1%（P＜0.05-0.01），腎周圍脂肪下降13.6%、24.1%、20%（P＜0.05-0.01）；非運動組精巢周圍脂肪在海拔3 500m時下降18.5%（P＜0.05）；腎周圍脂肪在海拔2 200+3 500m時下降31.8%（P＜0.01），腸管周圍脂肪非運動組和運動組隨海拔升高雖有降低，但變化都不明顯。運動組與非運動組比較，在海拔0m、2 200m、2 200+3 500m、3 500m時運動組精巢周圍脂肪下降17.5%，24.4%、21.6%、16.1%（P＜0.05-0.01），腎周圍脂肪下降30.2%、32.7%、22.3%、29%（P＜0.05-0.01），腸管周圍脂肪在海拔2 200m時下降16%（P＜0.01）。

2.3 肌肉重量的變化

如表3所示，同組間與海拔0m比較，運動組比目魚肌重量分別在海拔2 200m，2 200+3 500m，3 500m時增加7.8%、11.9%、7.9%（P＜0.05-0.01），非運動組在海拔3 500m時增加10.6%（P＜0.05）；趾長伸肌重量運動組在海拔3 500m時下降6%（P＜0.01）；非運動組整體無規律變化。運動組與非運動組比較，在海拔2 200+3 500m時運動組比目魚肌重量升高8.7%（P＜0.05），海拔3 500m時趾長伸肌下降7.8%（P＜0.01）。

3 分析與討論

身體成分是組成人體各組織、器官的總成分，通常包括體脂和去脂體重等。體成分與人體健康有密切關系，直接和呼吸系統疾病有關聯，有研究顯示，機體瘦體重下降，慢性阻塞性肺疾病（COPD）死亡率上升、肥胖者發生哮喘幾率上升等［2］。只有具備適宜的體脂肪含量和瘦體重才有利于人體健康。體成分對運動員生理機能、運動能力、代謝機能以及運動成績也有廣泛影響［3］。有研究表明，持續低氧或高原訓練會引起體成分的改變。有研究認為體成分改變主要由體脂變化引起的，也有人認為低氧訓練造成蛋白質分解代謝加強是導致體成分變化的主要原因［4］。

低氧暴露及訓練對體重的影響中，低氧暴露及訓練會緩慢動物的生長發育并造成體重降低［5-6］。剛出生大鼠低氧暴露（12%）7天后，體重顯著低于常氧組［7］。體重會隨低氧濃度的降低而降低，低氧暴露及運動時間越長，體重下降越明顯［8-10］。高原訓練或模擬高原訓練均可引起人體體重下降［3，11］。趙鵬等［12］建立高住高練等7種不同低氧大鼠模型，以跑臺訓練每天1小時，每周5天，每次30m/min共6天的實驗研究發現，其中3種模式的低氧訓練對控制大鼠體重均有良好效果。本實驗研究發現，運動組大鼠體重下降較明顯（P＜0.01），且隨著海拔高度的升高體重下降明顯（P＜0.01）。這與以往的研究結果相一致，可能造成體重下降與海拔高度、低氧時間以及受試著年齡、低氧訓練強度與訓練量等不同有關［13］。黃徐根等研究認為，低氧訓練中大鼠體重下降可能還與能量攝入、合成代謝降低或分解代謝增加有關。

表2 運動組與非運動組大鼠腹腔內脂肪量（g）（mean±SD）

表3 運動組與非運動組大鼠肌肉重量（g）（mean±SD）

腹腔內脂肪含量在一定程度上反映機體內臟脂肪含量。從表2可以看出，本實驗6周低氧與運動結合模式，隨著海拔升高運動組大鼠精巢周圍脂肪和腎周圍脂肪含量下降明顯（P＜0.05，P＜0.01）。提示，6周模擬低氧與運動對改善機體體成分、減少腹腔內脂肪的堆積具有更加顯著的調節作用，這與以往實驗結果相似［3，14，15］。Netzer等對高原或低氧對肥胖人體成分研究發現，肥胖人群在低強度低氧訓練時體重下降較多。邱烈峰［16］等對肥胖大鼠身體成分的影響研究發現，4周間歇低氧訓練明顯降低肥胖大鼠的體重、體脂以及體脂百分率，并且體脂明顯低于常氧運動組。高原訓練對控體效果研究［17］，運動組在海拔2 200-3 800m高度下徒步行走25天后脂肪量下降17%，腰痛比下降明顯（P＜0.5）。

低氧運動對機體肌肉組織影響是錯綜復雜的。有研究顯示，慢性或急性低氧暴露引起的體重喪失有70%是由于肌肉質量的下降（Hoppeler，1990），包括水分等下降［18］。邱烈峰等研究發現，間歇低氧運動對肥胖大鼠骨骼肌絕對重量下降［16］。也有研究在海拔5 000m的4周低氧暴露后觀察到受試者體重降低，并且伴有肌肉橫斷面積減小，線粒體數量下降，認為肌肉重量下降引起體重降低。登山者在海拔5 500m2個月以上，發現大腿肌肉橫斷面積下降15%。在本研究模式中發現，大鼠比目魚肌運動組分別在海拔2 200m，2 200+3 500m，3 500m時肌重量增加明顯（P＜0.05，P＜0.01），非運動組比目魚肌只有在海拔3 500m時肌重量增加（P＜0.05），并在海拔2 200+3 500m時運動組肌重量較非運動組增加明顯；趾長伸肌運動組肌重量在海拔3 500m時下降（P＜0.01），非運動組肌重量在各海拔高度下無顯著性變化。有關高原訓練或低氧訓練對骨骼肌形態的影響仍然存在不同的觀點。大多數研究認為［19-21］，高原訓練可導致肌原纖維收縮蛋白降解，肌纖維變細，極高高度運動可導致肌肉萎縮，肌力下降。但Bigard Ax（1991）曾研究模擬高原耐力訓練后的骨骼肌變化，將大鼠放于低壓低氧艙，模擬4 000m高度進行為期3個月的實驗，另設運動組每天進行1h的游泳訓練，結果發現雖然低氧訓練組骨骼肌質量最低，但低氧訓練并未改變肌肉組成，各組肌肉重量（比目魚肌、趾長伸肌、腓腸肌）與體重的比值并未改變，表明肌肉重量和體重高度相關［22］。Narici5采用核磁共振影像（MRI）對5 050m高原及平原訓練對上臂中段屈肌肌纖維橫截面積影響的效果研究發現，高原及平原訓練都可增加肌纖維橫截面積，而高原訓練增加的效果較平原訓練差。本研究低氧環境下實施中強度（適度）運動，更能刺激引起機體全身血流、血氧的重新分配，并可能通過各種調節因素如血管內皮生長因子、細胞生長因子影響局部微循環，并在2 200+3 500m組合模式下，運動組比目魚肌重量增加。

綜上所述，本研究模式發現低氧運動更能引起大鼠腹腔內脂肪含量的下降，可能體重的降低是腹腔內脂肪量下降所引起。提示可能中高度低氧暴露與小強度運動負荷模式更有利于減控體重［4］。

4 結論

1）6周不同模式低氧暴露與運動，可抑制大鼠體重增加。2）6周2 200m、2 200+3 500m、3 500m低氧暴露運動能促進大鼠腹腔捏脂肪量的分解，并隨海拔升高脂肪量下降較明顯。3）6周2 200+3 500m低氧復合運動模式下大鼠比目魚肌（慢肌）肌含量增加。表明，這種組合模式更能提高骨骼肌有氧代謝能力和低氧適應力，起到保護骨骼肌的作用。

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Effects of Different Models of Hypoxic Exposure and Exercise on Body Composition in Rats

SU Qingqing，FAN Rongyun

Objective:To study the effect of different hypoxic exposure and exercise models on the body composition ofrats.Methods:80healthymaleSDratesaged9maleweeksoldwererandomlydividedinto 4exercisegroups(n=40) and4nonexercisegroups(n=40).Eachgroupataltitudesof0m(20.89%)，2200m(16.02%)，2200+3500m(first 3 weeks was 16.02%，last 3 weeks was 13.59%)，3500m(13.59%)in the hypoxic environment for 6 weeks.Exercise groups ran 20-22m/min speed per day for 90 minutes and was designed 5 times per week，non exercise groups only exposed to hypoxia.Results:1)the body weight of rats in exercise group decreased significantly(P＜0.01).2)under 4 highaltitudes，fatmasdecreasedsignificantlyinexercisegroups(P＜0.05-0.01)；3)themuscleweightof soleus muscle in exercise groups increased at an altitude of 2200+3500m(P＜0.05)，extensor digitorum longus decreased at an altitude of 3500m(P＜0.01).Conclusion:1)6 weeks of different modes of hypoxic exercise can inhibit the increase of body weight of rats；2)hypoxic exercise promotes rat peritoneal fat catabolism；3)2200+3500m 6 weeks hypoxic trainingcanimproveskeletalmuscleaerobicandhypoxicadaptation.

hypoxic exposure；exercise；rats；body composition

G804.23

A

1003-983X（2017）02-0130-04

2016-12-06

國家國際科技合作專項（2013DFA32470）；青海省科技自然科學基金項目（2016-ZJ-909）；青海省國際科技合作專項（2016-HZ-802）

蘇青青（1986-）女，青海樂都人，碩士，助理研究員，研究方向：高原訓練及運動生理生化評定與監控.

青海省體育科學研究所，青海西寧810000

Qinghai Institute Of Sports Science，Xining Qinghai，810000