間歇性低氧運動對大鼠骨骼肌線粒體自由基代謝的影響

摘要：為探討低氧以及運動對肥胖和正常大鼠骨骼肌線粒體脂質過氧化、抗氧化能力的影響。將100只健康雄性SD大鼠隨機分為正常對照組(40只)和肥胖造模組(60只)，并從造模成功的大鼠中挑選40只，隨機分為肥胖常氧安靜組、肥胖常氧運動組、肥胖低氧安靜組和肥胖低氧運動組(每組10只)。正常對照組隨機分為正常常氧安靜組、正常常氧運動組、正常低氧安靜組、正常低氧運動組，每組10只。第4周末次低氧運動后24 h左右進行采樣，采樣前所有大鼠禁食過夜，取后肢骨骼肌(腓腸肌、股四頭肌)勻漿提取線粒體。測定肥胖組大鼠以及正常組大鼠骨骼肌線粒體MDA含量及s0D活性。結果：(1)正常組大鼠骨骼肌線粒體sOD活力明顯高于造模組大鼠(P＜0.01)；正常組大鼠骨骼肌線粒體MDA含量低于造模組大鼠，但沒有統計學意義。有氧運動組大鼠骨骼肌線粒體SOD活力高于安靜組，而MDA含量則低于安靜組，但無統計學意義。(2)低氧安靜組大鼠骨骼肌線粒體sOD活力明顯高于常氧安靜組(P＜0.01)；MDA含量低于常氧安靜組，但無統計學意義。(3)低氧運動組大鼠骨骼肌線粒體sOD活力明顯高于常氧運動組(P<0.05)，MDA含量則低于常氧運動組，但無統計學意義。結果表明，肥胖鼠機體的抗自由基能力比正常鼠差，而運動和低氧刺激能改善這種狀況；4周的有氧運動以及低氧刺激使機體的抗氧化能力增強，自由基清除能力提高；運動和低氧刺激相結合能使機體的抗氧化能力和自由基清除能力更強。

關鍵詞：運動生物化學；肥胖大鼠；間歇性低氧；有氧運動；自由基；線粒體

中圖分類號：G804.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006.7116(2007)07—0057—04

間歇性低氧刺激能激發組織自氧化，產生大量自由基刺激機體，從而使機體獲得抗氧化酶系活性升高的能力。肥胖者的體內因FFA升高、GSH喪失等原因導致自由基升高、抗氧化能力降低和自由基清除能力下降。目前有許多學者發現運動能夠提高機體抗自由基能力，但是還沒有人從事低氧與運動刺激相結合能否改善肥胖者這種狀況的研究工作。本文旨在探討耐力訓練，以及低氧刺激和耐力訓練相結合能否增強正常及肥胖大鼠抗氧化能力和自由基清除能力；能否改善肥胖大鼠機體抗氧化能力和自由基清除能力差的狀況，以期為提高運動能力以及改善肥胖者體內自由基代謝提供新的思路。

1 材料與方法

1．1 實驗對象及前期工作

實驗對象為：出生21d，斷奶3d，體質量為(60±10)g，身長約10cm的Sprague—Dawly(SD)雄性健康大鼠100只，由中山大學中山醫學院動物研究中心提供。隨機分為正常對照組40只和肥胖造模組60只。所有大鼠分籠飼養在塑料籠內，5只/籠，不銹鋼網狀蓋，內置干燥墊料，自由攝食和飲水，環境溫度(23±2)℃，相對濕度(RH)40％-60％，自然晝夜節律變化光照，利用空調保持溫、濕度的穩定，利用排氣扇保持通風。試驗過程中每天更換飼料和水，每周更換墊料2次。

1)肥胖大鼠造模。造模組大鼠用高脂飼料(高脂飼料配方：每100g飼料中含普通飼料60g、全蛋粉13g、豬油10g、奶粉10g、白糖7g、魚肝油10滴。)喂養；正常對照組用普通飼料喂養。高脂飼料喂養大鼠體重超過用普通飼料喂養大鼠平均體重的10％作為肥胖模型組大鼠。

2)研究干預方式。采用美國Hypoxico公司制造的低氧分壓系統(HTS)，制造人工的常壓低氧環境；BCPT-98型(杭州立泰科技公司產)動物跑臺，共5條跑道，坡度為O°，跑臺速度0-100m/min，可任意調節。

(1)正常組：正常常氧安靜組(E)(10只)：不造模、不運動，也不進行低氧刺激；正常常氧運動組(F)(10只)，每天在常氧環境中運動1h(運動速度為25m/min)，其余時間在常氧環境中生活；正常低氧安靜組(G)(10只)每天進行4h的低氧刺激(前2周氧體積分數為15.4％，后2周為14.5％)，其他時間在常氧環境中生活；正常低氧運動組(H)(10只)每天在低氧環境中運動1h，5d/周(運動速度為20m/min，氧體積分數前2周為15.4％，后2周為14.5％)，然后在安靜狀態下低氧刺激3h(前2周氧體積分數為15.4％，后2周為14.5％)，其余時間在常氧環境中生活。

(2)模型組：從造模成功的SD大鼠中挑選40只，隨機分為：常氧安靜組(A)、低氧安靜組(C)、常氧運動組(B)和低氧運動組(D)，每組10只。各組動物干預方式同正常組。

3)取樣。第4周末次運動后24h左右進行采樣，采樣前所有大鼠禁食過夜。采樣時用水合氯醛(φ=10％)注射麻醉實驗大鼠，斷頭后迅速剝離后肢骨骼肌然后將樣品轉移到80％冰箱中保存備用。

1．2 線粒體的提取及指標測定

取后肢骨骼肌0.5g，按1：9(質量比)加入勻漿介質(pH7.4，0.01mol/L Tris-HCI、0.0001mol/LEDTA-2Na、0.01mol/L蔗糖、質量分數為0.8％的氯化鈉溶液)，剪碎，在玻璃勻漿器中充分勻漿，取10％的組織勻漿液，低溫低速離心機以1500 r/min離心10min，棄沉淀，取上清用低溫高速離心機以12000r/min離心15min。沉淀物即為線粒體。以上操作均在0-4℃條件下進行。線粒體丙二醛(MDA)測定采用硫代巴比妥法；線粒體超氧化物歧化酶(SOD)測定采用黃嘌呤氧化酶法，操作方法按照南京建成試劑盒操作說明進行。測試儀器為722型分光光度計。

1．3 數據統計

所有實驗數據由SPSS統計軟件(SPSS 11.5 forWindows)處理，計算均值和標準差(x±s)，以方差分析檢驗組間差異顯著性。顯著性水平為0.05和0.01。

2 結果

4周訓練后，與肥胖常氧安靜組(A)大鼠比較，其他7組大鼠骨骼肌線粒體SOD的活力都有不同程度的升高，其中肥胖低氧運動組(D)明顯升高(P＜0.05)；與正常常氧安靜組(E)相比，正常常氧運動組(F)、正常低氧安靜組(G)、正常低氧運動組(F)有非常顯著性升高(P＜0.01)。與正常常氧安靜組(E)比較，肥胖常氧安靜組(A)大鼠骨骼肌線粒體SOD活力顯著降低(P＜0.01)，肥胖常氧運動組(B)也顯著降低(P＜0.05)。與肥胖常氧安靜組(A)相比其他7組大鼠骨骼肌線粒體MDA的濃度都有不同程度的降低，其中正常低氧運動組(H)的降低幅度最大，但都不具統計學意義(見表1)。

3 討論

關于運動對自由基代謝的影響，國內外學者的研究很多，而且結果都認為隨著運動時間以及運動強度的變化，對自由基代謝的影響也會不同。其中，力竭運動對自由基代謝影響的研究報道較多，自從Davis首次用ESR技術直接測定出進行跑臺運動至急性力竭大鼠的肝和肌肉勻漿中的自由基信號強度較之安靜時增加2－3倍之后，國內又有多位學者的研究結果顯示急性力竭運動導致骨骼肌、心肌、肝、腎臟、胃等組織的自由基生成增加。關于無氧運動對自由基代謝影響的研究較少，Criswell等觀察了12周間歇訓練的作用發現，大強度短距離高速度間歇訓練提高骨骼肌抗氧化酶活力的效果優于中等強度的持續訓練。耐力訓練對自由基的影響方面，國內的學者研究也比較多，李暉等用ESR技術測定了大鼠力竭適量的耐力負荷訓練可改善機體抗自由基損傷能力。熊正英等也證實大強度耐力訓練對機體造成損傷的同時，適應性地提高了機體的抗氧化酶的活力。蔣春筍等研究發現，12周游泳訓練可以顯著減少大鼠肝臟線粒體活性氧的生成。肖建原等研究發現，小負荷的耐力訓練可以增強機體的抗氧化能力，使MDA含量下降、SOD活性升高；改善紅細胞膜特性，使其有氧代謝能力及抗疲勞能力得到提高。表1的數據表明常氧運動組大鼠骨骼肌線粒體SOD活性較常氧安靜組明顯升高，表明持續有氧訓練可以提高組織中SOD活性。而且由表1的數據可以看出，無論是肥胖大鼠還是正常大鼠，常氧運動組大鼠骨骼肌線粒體MDA含量比常氧安靜組低，說明4周的跑臺訓練使自由基的生成明顯減少。這跟前人的研究結果一致。這些研究的結果都說明了長期的有氧訓練，機體對自由基損傷產生適應，運動使機體SOD活性增加，自由基防御體系得以有效的加強，LPO的降解、轉運和排出過程增強，使脂質過氧化反應減弱。

由于低氧刺激呈現間歇式或脈沖性，所以稱為間歇性低氧訓練。有資料表明，間歇性低氧訓練可有效提高心肌、腦、骨骼肌組織的SOD活性，加快MDA的清除，增強機體在缺氧條件下的工作能力，對長時間運動中延緩中樞性疲勞，保證心臟供血，預防運動損傷有積極的作用。表1的數據顯示，低氧安靜組大鼠骨骼肌線粒體MDA分別低于常氧安靜組；低氧運動組大鼠骨骼肌線粒體MDA分別低于常氧運動組；低氧組大鼠骨骼肌線粒體SOD活性較常氧組明顯升高，說明每天4h的間歇性低氧刺激使機體自由基的生成減少，使機體抗過氧化物反應的能力提高和防御保護作用加強。而低氧運動更能顯著減少自由基的產生，減少機體脂質過氧化物的生成，降低MDA的含量。此結果說明低氧和運動訓練雙重刺激，可明顯提高機體SOD的活性，有利于MDA的清除，減少脂質過氧化物的產生。這與文獻報道間歇性低氧可以減少機體自由基的生成，提高機體抗過氧化物酶活性的結果一致”。與蔣明朗等發現的4周間歇性低氧刺激后大鼠心肌、骨骼肌和腦的SOD活性升高，MDA含量下降的結果也相一致。

由表1的數據可見本研究發現肥胖大鼠骨骼肌線粒體SOD活性顯著低于正常大鼠(P＜0.01)，而且表明肥胖大鼠骨骼肌線粒體MDA含量比正常大鼠高，但差異無顯著性，說明肥胖大鼠機體的抗氧化能力和自由基清除能力比正常大鼠差。Dobrian等實驗也證實，在給SD大鼠高脂飼料喂養16周造成肥胖模型后，模型組大鼠大動脈、腎臟等臟器MDA較對照組顯著升高。

4 結論與建議

1)正常組大鼠骨骼肌線粒體SOD活力明顯高于肥胖造模組大鼠(P＜0.01)；正常組大鼠骨骼肌線粒體MDA含量低于造模組大鼠，但沒有統計學意義。而有氧運動組大鼠骨骼肌線粒體SOD活力高于安靜組，MDA含量則低于安靜組。說明肥胖者機體的抗氧化能力和自由基清除能力比正常者要差，而有氧運動可以改善這種狀況。

2)低氧安靜組大鼠骨骼肌線粒體SOD活力明顯高于常氧安靜組(P＜0.01)；MDA含量低于常氧安靜組，但無統計學意義。說明單純的低氧刺激可以提高機體抗自由基能力和抗自由基能力。

3)低氧運動組大鼠骨骼肌線粒體SOD活性明顯高于常氧運動組(P＜0.05)，MDA含量則低于常氧運動組，但無統計學意義。表明有氧運動以及間歇性低氧刺激都能提高機體的抗氧化和自由基清除能力，如果運用運動與低氧雙重刺激相結合效果更好。

[編輯：鄭植友]