有氧運動對衰老大鼠骨骼肌抗氧化能力的影響

金 雯 李明學 錢 海 劉寧寧

(江蘇大學基礎醫學與醫學技術學院生理系,江蘇 鎮江 212013)

衰老是一個多因素、復雜的綜合生理變化過程,是個體成長過程中必然出現的階段。衰老的自由基理論認為體內具有一整套產生和清除活性氧的平衡體系,機體隨著年齡增大的退行性變是由于受到內、外環境的影響以及機體抗氧化酶的活性不斷下降使體內自由基物質過剩的結果〔1〕。運動訓練與氧自由基研究表明,有氧運動動訓練可使人體和動物運動后血液、肌肉、肝臟等組織器官中自由基和脂質過氧化產物含量減少,自由基引起的損傷程度減輕〔2〕。因此,適當的運動可以提高機體的有氧代謝水平,增進有氧工作的能力,在抗衰老中起著重要的作用。本試驗系統觀察了有氧運動對衰老大鼠骨骼肌組織中的活性氧和過氧化脂質以及抗氧化酶水平的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物 3月齡雌性SD大鼠 42只(江蘇大學醫學實驗動物中心提供),體重 190～210 g,隨機分成空白組(n=7)和造模組(n=35),另有 20月齡雌性SD大鼠作為老齡組(n=7)。分籠飼養,自由飲食,飼料為標準嚙齒類飼料,室溫 18℃ ～23℃,相對濕度 41%～57%,習服 1 w后造模。

1.1.2 試劑 D-半乳糖(上海第二化學試劑廠);超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、過氧化氫酶(CAT)、丙二醛(MDA)、H2O2測定試劑盒(南京建成生物工程研究所)。嚴格按照試劑盒要求進行操作,測試儀器為 722紫外光分光光度計。

1.2 方法

1.2.1 造模 參考徐智等人文獻方法造模〔3〕,D-半乳糖用生理鹽水配成濃度為 7.5%的注射液,造模大鼠腹部皮下注射D-半乳糖 125 mg?kg-1?d-1,空白組注射相同劑量的生理鹽水,連續注射 42d。隨機選取空白組、造模組和老齡組各 7只禁食12 h后處死,取股四頭肌組織檢測。

1.2.2 分組及運動訓練 造模后,SD大鼠隨機分為 4組,每組 7只,分別為對照組,0.5 h運動組,1 h運動組,2 h運動組。運動組為無負重游泳,水溫 31℃ ～33℃,水深為 60 cm,人工控制大鼠不停地游泳。對照組放入同樣溫度的淺水中,以避免水溫對大鼠產生的刺激差異,每周連續訓練 5 d,休息 2 d,第 1天3組游泳時間均為 0.5h,以后每日增加 10 min,直到達到相應的游泳時間后保持不變。每次訓練結束后,動物能自己抖干身上的水無疲勞癥狀出現,共訓練 12 w。訓練結束,四組在禁食12 h后,同天斷頭處死后,立即在放置冰塊的盤中迅速取出股四頭肌組織,用于測定 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H2O2含量。

1.2.3 檢測指標 采集的股四頭肌樣本組織在冰浴條件下稱重后加入 9倍冰生理鹽水勻漿,冰凍離心 4℃ 3 500 r/min,15min離心后取上清液檢測,檢測 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H2O2。

1.3 統計學處理 應用 SPSS13.0統計軟件,數據以±s表示,采用單因素方差分析。

2 結 果

2.1 造模結果 除了 SOD外,空白組的 GSH-Px、CAT顯著高于衰老組(P＜0.05),而 MDA、H2O2含量則顯著低于衰老組(P＜0.05);衰老組與老齡組相比較,兩組間 GSH-Px、CAT、MDA、H2O2含量差異均無顯著性。見表 1。

2.2 運動后的結果 股四頭肌中SOD含量 0.5 h和 1 h運動組均大于對照組(P＜0.05);GSH-Px含量 1 h運動組大于對照組和 0.5 h運動組(P＜0.05);CAT含量運動組均大于對照組(P＜0.01),2 h運動組小于 0.5 h和 1 h運動組(P＜0.01);MDA含量對照組均大于運動組(P＜0.01),運動組之間 2 h組小于 0.5 h組(P＜0.05);H2O2含量運動組和對照組之間無差異。見表 2。

表1 造模后各組大鼠骨骼肌組織中 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H 2O2含量(±s,n=7)

表1 造模后各組大鼠骨骼肌組織中 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H 2O2含量(±s,n=7)

與對照組比較:1)P＜0.05

組別 SOD(U/ml) GSH-Px(U/ml) CAT(U/ml) MDA(nmol/ml) H2 O2(U/ml)對照組 147.684±53.147 62.655±17.224 29.837±9.727 0.655±0.140 36.777±25.574衰老組 139.474±25.927 36.67±20.7011) 22.728±5.9531) 2.377±0.5591) 152.132±57.7521)老齡組 162.589±61.117 38.639±3.5041) 18.495±4.1591) 2.196±1.1491) 160.015±76.1591)

表2 運動后各組大鼠股四頭肌中 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H 2 O2含量(±s,n=7)

表2 運動后各組大鼠股四頭肌中 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H 2 O2含量(±s,n=7)

與對照組比較:1)P＜0.05,2)P＜0.01;與 0.5 h運動組比較:3)P＜0.05,4)P＜0.01;與 1 h運動組比較:5)P＜0.01

組別 SOD(U/ml) GSH-Px(U/ml) CAT(U/ml) MDA(nmol/ml) H2 O2(U/ml)對照組 61.283±14.214 19.927±12.769 48.498±6.443 2.377±0.559 156.187±29.222 0.5 h運動組 128.947±30.3481) 21.341±15.522 93.621±2.7582) 0.804±0.3282) 280.879±165.757 1 h運動組 132.583±89.4691) 42.785±15.1941)3) 95.059±1.7472) 0.354±0.2892) 260.574±40.358 2 h運動組 75.251±25.600 36.198±6.605 86.451±1.7942)4)5) 0.174±0.1572)3) 181.612±72.930

3 討 論

在一定時間內連續給動物注射大劑量的D-半乳糖,使機體細胞內半乳糖濃度增高,在醛糖還原酶的催化下還原成半乳糖醇,這種物質不能被細胞進一步代謝而堆積在細胞內,影響正常滲透壓,導致細胞腫脹、功能喪失和代謝紊亂,最終導致衰老的發生。本實驗中,經過 42 d連續D-半乳糖皮下注射后,觀察到造模組與對照組相比較其氧自由基水平上升而抗氧化酶系統活性降低,而造模組和老齡組氧自由基和抗氧化酶系統活性之間無明顯差異性,表明造模成功。

過量的自由基引發脂質過氧化反應、蛋白質的氧化損傷以及 DNA的損傷,導致機體衰老。骨骼肌是氧負荷大、易引起與年齡相關的結構與功能退行性改變的組織,衰老進程中骨骼肌氧利用率的下降是引起運動能力下降及運動性疲勞外周機制的重要因素。自由基產生與清除平衡的打破被認為是導致骨骼肌衰老的重要因素。

SOD、GSH-Px、CAT是廣泛存在于生物體內的抗氧化酶,可清除和H2O2等氧自由基,使體內過量超氧離子維持在一定的水平。MDA是機體內脂質過氧化反應的重要代謝產物,對細胞具有損傷作用,MDA的含量在一定程度上反映了機體自由基產生和消除的情況。機體抗氧化酶活性的增加、抗氧化能力的提高,可以加快對體內自由基的清除,減少對機體的氧化損傷,延緩衰老的進程。本結果表明,長期規律的有氧運動訓練可以增加衰老大鼠股四頭肌 SOD、GSH-Px和 CAT等抗氧化酶的活性,同時有效地減少 MDA含量,降低脂質過氧化水平,并且以 1～2 h的運動時間效果為佳。此結果與相關研究〔4～8〕一致。

1 陳 瑗,周 枚 .自由基與衰老〔M〕.北京:人民衛生出版社,2004:1-52.

2 牛育鴻,陳婭萍 .運動、自由基與衰老研究〔J〕.榆林學院學報,2009;19(2):17-9

3 徐 智,吳國明,錢桂生,等 .大鼠衰老模型的初步建立〔J〕.第三軍醫大學學報,2003;25(4):312-5.

4 郭海英,許豪文 .耐力訓練對大鼠肝臟、股四頭肌谷胱甘肽抗氧化系統酶活性的影響〔J〕.中國應用生理學雜志,1999;15(1):55-8.

5 韓立明 .游泳運動對小白鼠某些組織中 MDA含量及 SOD活性的影響〔J〕.煙臺師范學院學報(自然科學版),1995;11(4):62-4.

6 陸阿明,吳金全 .腦衰老大鼠游泳運動后行為能力及海馬結構、抗氧化能力的觀察〔J〕.蘇州大學學報,2009;29(6):1061-4.

7 劉洪珍,郭建軍,武桂新 .不同有氧耐力訓練對肌組織自由基代謝和抗氧化系統的影響〔J〕.中國運動醫學雜志,2000;19(1):99-100.

8 Powers SK,Criswell D,Lawer J.Influence of exercise and fiber type on antioxidant enzyme activity in rat skeletal muscle〔J〕.Am J Physical,1994;266(2):375-80.