FICM干預對急性運動大鼠抗氧化能力的影響

何建偉，劉學謙，林秋華，許 劍，詹金添，吳朱艷

(1.莆田學院體育學院，福建 莆田 351100；2.廣州大學體育學院，廣東 廣州 510006；3.廈門大學體育教學部，福建 廈門 361005；4.集美大學體育學院，福建 廈門 361021)

長期的運動訓練和比賽易導致的骨骼肌纖維微細損傷，骨骼肌損傷后的康復治療一直是運動醫學的熱門話題。清華大學新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室863項目研制的YL-2.0-1型遠紅外陶瓷微珠(Far Infrared Ceramic Microspheres，FICM)[1]，通過發射波長為8～14μm的遠紅外線，使生物的分子能級激發而處于較高的共振能級，產生良好的熱效應和共振效應[2]，從而改善人體微循環，促進人體血液循環和新陳代謝。該產品作為一種新型的理療、康復材料，憑借其良好性能及簡便易行的優點，已在臨床和運動醫學界得到廣泛推廣和應用。在2008年北京奧運會期間，受到運動員、教練員的一致好評[3]。本文利用遠紅外陶瓷微珠作為干預手段，探究動物一次性力竭運動后骨骼肌處于微損傷狀態下，大鼠體內自由基的生成變化及降低對機體的損害的作用機制。

1 材料與方法

1.1 實驗對象與分組

清潔級標準健康8周齡雄性SD大鼠88只，每組8只，共11組，專用大鼠、飼料均由北京維通利華公司提供。飼養條件：室內溫度18～22 ℃，濕度30～50 %，通風良好，大鼠分籠飼養，每籠8只，自由進食。適應性喂養3周后隨機分組，體重280±20g，并在正式試驗前進行多次5～10 min的跑臺適應性運動，運動組大鼠在下坡跑動物跑臺上進行一次性力竭運動，跑臺速度為16～20 m/min，坡度為-16°，大鼠每運動5 min，中間休息2 min，運動時間為120 min；運動過程中大鼠如不能堅持完成運動，休息2 min后繼續跑足120 min， A組對照組大鼠不進行運動。動物實驗共分四大組：

A組：安靜對照組； 1組

B組：運動后自然恢復組，即模型組； 4組

C組：運動后+熱水組，即模型+熱水組； 3組

D組：運動后遠紅外陶瓷微珠干預組，即模型+陶瓷微珠組； 3組

共計：1+4+3+3=11組，按實驗設計D組將加熱至45 ℃的遠紅外陶瓷微珠裝入自制袋中，透明膠布綁于雙腿上熱敷15 min，休息10 min；熱水組C組大鼠一次性運動力竭后，將45℃的熱水裝入自制熱水袋中，透明膠布綁于雙腿上熱敷15 min，休息10 min。

1.2 樣本時相點的選取、采集、處理和測試

按實驗要求取每組大鼠安靜時，運動后即刻、24 h、48 h、72 h共5個時相點，用2%戊巴比妥鈉(25 ml/kg體重) 腹腔注射麻醉大鼠并取心臟血。取血1管5 ml，靜置30 min后3 000 r/min離心15 min，分離血清，用來檢測血清SOD、GSH-Px、MDA。

1.3 實驗檢測指標具體方法

血清超氧化物歧化酶(SOD)、血清丙二醛(MDA)、血清谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)：比色法。以血清SOD為例(其他按試劑盒說明書嚴格執行)，實驗方法按以下程序嚴格進行。

(1)檢測程序：

試劑盒的組成與配制：測定時使用的試劑盒由南京建成生物工程研究所生產、提供，試劑盒的具體成分與實驗要求一致。

(2)操作方法

在此過程中需要進行兩步反應，分別是酶促反應和顯色反應，具體操作見表1、2。

表1 酶促反應

表2 顯色反應

注：1.空白管、標準管一般只需1～2支；2.最佳取樣量以及最佳取樣濃度因樣品種類不同，其GSH-PX活力不一，根據酶的百分抑制率與酶活力呈拋物線關系，各組測定樣品取樣濃度不一樣，在每測定一種新的樣品前最好選一種最佳取樣量以及最佳取樣濃度

1.4 分析與處理

所有數據通過SPSS 16.0進行統計分析，實驗結果以M±SD表示，組內、組間比較采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)進行統計，顯著性差異以P<0.05表示，非常顯著性差異以P<0.01表示。

2 實驗結果

2.1 血清SOD的變化

B組運動后即刻SOD均降到最低，非常顯著低于對照組(P<0.01)，其后逐漸升高；運動后24 h，B、C 兩組SOD仍處于較低狀態，還是非常顯著低于對照組(P<0.01)，而D組與B、C兩組同時相比，有非常顯著的升高(P<0.01)，幾乎接近對照組水平；而B、C兩組運動后48 h和72 h，數值逐漸升高，B、C組之間相比沒有顯著性差異(P> 0.05)；與B、C兩組相比，D組運動后48h血清SOD值顯著高于 B、C兩組的對應同時相(P<0.05)，運動后72 h D組與B、C組相比則沒有差異性(見表3)。

表3 SOD值的組間比較(單位：U/L，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A組對照組；★P<0.05，★★P<0.01，vs B組運動后即刻；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs C組運動后即刻；▲P<0.05，▲▲P<0.01， vs D組運動后即刻；■P<0.05，■■P<0.01，vs B、C組運動后24 h；●P<0.05，●●P<0.01，vs B 、C組運動后48 h

2.2 血清GSH-Px指標的變化

B組運動后即刻GSH-Px均降到最低，非常顯著低于對照組(P<0.01)，其后逐漸升高；運動后24 h，B、C 兩組小幅升高，但GSH-Px水平仍處于較低狀態，還是非常顯著低于對照組(P<0.01)，而D組有非常顯著的升高(P<0.01)，甚至高于對照組，與B、C組相比有非常顯著性差異(P<0.01)；而B、C兩組運動后48 h和72 h，數值逐漸升高，與同組運動后即刻相比有顯著性差異(P<0.05，P<0.01)，B、C組之間相比沒有顯著性差異(P> 0.05)；與B、C兩組相比，D組運動后48 h血清GSH-Px值顯著高于 B、C兩組(P<0.05)，運動后72 h D組與B、C組相比略高，但沒有顯著差異性(見表4)。D組在陶瓷微珠干預下，運動后24 h、48 h、72 h都處在高位狀態，并都略高于安靜對照組。

表4 GSH-Px值的組間比較(單位：umol/l，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A組 對照組；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs B組運動即刻；★P<0.05，★★P<0.01， vs C組運動后即刻；▲P<0.05，▲▲P<0.01 vs D組運動后即刻；■P<0.05，■■P<0.01，vs B、C組運動后24 h；●P<0.05，●●P<0.01，vs B 、C組運動后48 h

2.3 血清MDA的變化

B組運動后即刻MDA均升到最高，非常顯著高于對照組(P<0.01)，其后逐漸降低；運動后24h和48h，B組MDA仍處于較高狀態，還是明顯高于對照組(P<0.05)，而C、D兩組與B兩組同時相相比，有比較明顯的降低(P<0.05，P<0.01)，而D組幾乎接近對照組水平；而D組運動后24h、48h和72h，數值逐漸降低，24h就基本達到安靜水平，48h、72h后就幾乎處在同一水平，沒有變化。C、D組之間相比沒有顯著性差異(P>0.05)，而在72h，D組運動后MDA值顯著低于 B、C兩組的對應同時相(P<0.05)(見表5)。

表5 MDA值的組間比較(單位：nmol/ml，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A組 對照組；■P<0.05，■■P<0.01，vs B組運動后24 h；▲P<0.05，▲▲P<0.01， vs D組運動后即刻；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs C組運動后即刻；★P<0.05，★★P<0.01，vs B組運動后即刻；●P<0.05，●●P<0.01，vs B組運動后48 h；△P<0.05，△△P<0.01，vs C組運動后72 h

3 分析與討論

當運動負荷超過于機體承受能力而產生的暫時的生理機能減退現象，同時機體疲勞時機體抗氧化系統能力也隨之減弱，體內可能大量自由基產生，酸性等物質的大量生成，從而導致骨骼肌的微損傷[4]；本實驗大鼠經過一次性120分鐘的跑臺下坡跑之后，動物體內能源耗盡，大鼠骨骼肌處于微損傷模型之中，長時間疲勞積累可能導致肌肉損傷，這些都需要一個科學的、有效的方法來解決。遠紅外陶瓷微珠紅外發射率高，處在88～92 %之間，屬強紅外健康材料[5]。傅旭東[6]等研究表明，遠紅外線具有兩方面生物效應、遠紅外線熱生物效應和非熱生物效應，該兩種生物效應對疲勞的恢復均有積極作用，有學者研究發現當紅外線能量被人體吸收后，可引起肌纖維蛋白質分子中酞胺鍵的振動，在一次性力竭之后，體內ATP～CP基本耗完情況下，生物能量補償順利地從一處傳遞到另一處，從而對消除自由基有積極的意義[7]。目前國內外關于陶瓷微珠遠紅外線相關的研究還較少，遠紅外陶瓷微珠如何清除自由基、延緩疲勞的發生和促進疲勞恢復、促進肌肉損傷的快速恢復、提高運動能力方面進行科學深入的研究有重要的現實意義。

3.1 遠紅外陶瓷微珠對大鼠血清SOD、GSH-Px指標的影響

圖1 SOD值得組間比較

圖2 GSH-Px值得組間比較

3.2 遠紅外陶瓷微珠對大鼠血清MDA指標的影響

正常情況下，機體內的自由基生成過程與清除過程呈平衡狀態。然而，在大強度運動中，機體耗氧量大于攝氧量，機體缺氧，為了保證ATP的再合成，酵解作用加強，乳酸生成增多，并在體內堆積，乳酸還原使胞漿煙酰胺嘌呤二核苷酸濃度下降，抑制體內自由基清除酶活性，造成自由基大量產生，引起細胞損傷[13]。大量研究表明，大強度離心運動后機體血SOD、GSH-Px指標顯著降低，而MDA(見圖3)指標則顯著升高[14]。

圖3 MDA值的組間比較

在本研究中，一次大強度離心運動后大鼠血SOD、GSH-Px(見圖1、2)均呈逐漸上升趨勢，而運動后72h時相血MDA 低于運動后其他各時相。運動后各時相SOD均顯著低于安靜對照組，血MDA運動后各時相均高于安靜對照組，其中運動后24h與48h時相呈顯著性差異。而運動后24h血SOD、GSH-Px均顯著低于安靜對照組，運動后72h恢復至安靜時水平。以上結果提示，一次大強度離心運動可引起機體自由基生成增多，使酶促體系中SOD、GSH-Px的消耗增加，不能有效消除大量產生的自由基，從而導致了骨骼肌細胞膜的損傷。隨著恢復時間的延長，酶促體系的機能得到了一定恢復，使機體自由基的損傷程度逐漸減輕[15]。該結果提示，雖然運動后一段時間機體酶促體系中的SOD、GSH-Px消耗增多，但總抗氧化、消除自由基的能力卻被激發，但隨著恢復時間的延長，機體內各種抗氧化物質均受到很大程度地消耗，抗自由基能力明顯減弱。但對照以前研究的CK、CK-MM指標的變化趨勢發現[16]，大量抗自由基物質的消耗減輕了肌細胞膜的損傷，發揮了消除氧自由基的重要作用。綜合各組的實驗結果可見，常規恢復組與陶瓷微珠組血SOD、GSH-Px運動后各時相均高于運動組，而陶瓷微珠組兩指標指標各時相又均高于常規恢復組。而常規恢復組與陶瓷微珠組血MDA運動后各時相均低于運動組，而陶瓷微珠組血MDA運動后各時相又均低于常規恢復組。該結果提示，熱水療法與陶瓷微珠療法可能均具有抑制機體自由基生成，減少抗氧化酶及其它抗自由基物質的消耗，從而減輕骨骼肌細胞膜損傷的作用，而陶瓷微珠干預下的作用更為顯著。

4 結論

遠紅外陶瓷微珠組干預恢復后各時相血SOD、GSH-Px水平均高于自然恢復組與常規模型組，而MDA值均低于自然恢復組與常規模型組，提示遠紅外陶瓷微珠可能具有抑制機體自由基的生成，減少自由基對身體損傷的作用。