力竭游泳運動對腸組織MDA、Free－SH、ATP含量、ATPase和ATPase活性的影響

李風華，王寶明，衣雪潔

（1.北京工業職業技術學院，北京 100042；2.沈陽體育學院 運動人體科學學院，遼寧 沈陽 110102）

李風華1，王寶明2，衣雪潔2

（1.北京工業職業技術學院，北京 100042；2.沈陽體育學院 運動人體科學學院，遼寧 沈陽 110102）

探討力竭性運動引起的氧化應激對腸功能的影響及運動性腸功能紊亂的原因，32只SD雄性大鼠隨機分為4組：即對照組（C）；運動后即刻組EX；運動后30min組（EX30）；運動后60min組（EX60），測定力竭性游泳后不同時相腸組織勻漿MDA、游離巰基和ATP含量。結果：運動后腸組織MDA含量在運動后30min、60min顯著性增加（P＜0.01）；運動后Free－SH含量在運動后30min（P＜0.05）和運動后60min后（P＜0.01）顯著下降；運動后30min組 ATP含量顯著下降（P＜0.01）；運動后30min，Ca2＋－ATPase活性下降（P＜0.05）；運動后60min，Pase和Ca2＋－ATPase活性均顯著下降（P＜0.05）。結論：運動源性自由基產生增加，使腸組織中游離巰基被氧化，導致ATP含量下降ATPase和ATPase活性下降，可能是造成運動性腸功能紊亂的重要因素之一。

力竭性游泳；丙二醛；游離巰基；ATP；腸組織泵泵

在運動訓練和體育競賽中經常會出現一些常見的運動性疾病，運動性胃腸功能失調（胃腸道綜合癥）就是這種常見的疾病之一，即運動員在運動中及運動后引起的各種胃腸道癥狀總稱，主要表現為腹痛（包括胃脘部疼、右上腹和／或坐上腹疼、全腹疼或下腹疼），出現排便或便意、腹瀉、嘔吐等癥狀。運動員出現胃腸道各種癥狀常與胃排空、內臟血流、高溫時脫水、飲料的性質等因素有關。胃排空：胃排空的內在調節是與食物微粒大小、食物數量；溫度等有關。與腸道調節有關的因素為十二指腸內存在的滲透壓、酸度、脂肪酸、甘油脂、氨基酸和糖的感受器。這些感受器受刺激后，將延遲胃排空。運動中喝高糖飲料，將抑制胃排空，使水分存積在胃腔內，造成胃膨脹和不想喝水，出現反胃，胃腸逆流、胃痛和不適感覺。內臟血流：運動可引起肌肉和內臟血流的重新分配，即骨骼肌的血管擴張以增加血流，胃腸道則發生血管收縮，其結果為內臟和胃部血流減少。Clausen報道，在極量運動時，訓練有素者或缺乏訓練者，腸道血流可減少80%。Roweh等報道，用70%VO2max運動時，內臟血流僅為安靜的30%～40%。在亞極量運動時有訓練者的內臟血流優于無訓練者，這與機體對運動的適應能力提高有關。高溫與脫水：近年來有關運動時因脫水中暑，或因高溫和脫水致死的報道不少。在高溫下長時間運動和出現的低血糖將使兒茶酚胺濃度升高，后者將延遲胃排空和延長食物和飲料的通過時間。高溫和脫水對運動時胃腸道癥狀的出現有相當大的作用；飲料：運動時攝入飲料可以克服嚴重的脫水和中暑。理想的飲料應具備三個要求：①有快速的胃排空率，以便迅速的再水化；②應提供出汗丟失的礦物質；③作為基本熱能的來源。

運動中及運動后引起的各種胃腸道癥狀在男女無明顯差別，在不同項目中發生率也不一樣，以長距離耐力項目（田徑、公路自行車等）及籃球、排球運動員的發生率較高。一般安靜時不疼，運動時才疼，疼痛的程度與運動強度成正比，即慢速度運動時疼痛不明顯，隨著運動速度的加快疼痛逐漸加劇。運動性胃腸道癥狀發生的確切原因還未完全清楚。

運動性胃腸功能不適、失調或紊亂（胃腸道綜合癥）是限制運動員運動能力正常發揮因素之一。有關力竭性運動產生自由基對肝臟、心肌、腎臟、肌肉等方面的影響報道較多，而有關運動狀態下對其發病機理的研究較少。至于運動狀態下腸組織功能變化與運動源性自由基生成的關系，尚未見有關文獻報道。該問題的研究對于探討運動性胃腸不適、功能失調和紊亂的機理具有重要的理論意義和現實意義。

1 材料和方法

1.1 實驗動物和運動方式

動物選用中外合資西普爾－畢克實驗動物有限公司SD大鼠，體重300～350g，將大鼠隨機分為四組：對照組（C），n＝8；運動后即刻組（EX），n＝8；運動后30min組（EX30），n＝8；運動后60min組（EX60），n＝8。采用力竭性游泳運動方式，大鼠游泳裝置為長100cm、寬50cm、高50cm玻璃泳槽，水溫（32±1）℃，力竭標準以大鼠下沉10s不露出水面為標準，迅速取出，斷頭取材。

1.2 上清液制備

組織勻漿的制備清洗后的組織塊用干過濾紙吸干外表，稱取一定的組織塊，按1∶10加入勻漿介質（測Free－SH的介質是6%三氯醋酸溶液，其它指標勻漿介質為生理鹽水）后，在組織搗碎機上制成組織勻漿，然后在冷凍離心機上3000～4000rpm離心15min，測試時均取上清液。

1.3 MDA濃度測定

采用南京建成生物工程研究所試劑盒測定。

1.4 游離巰基的測定

參照參照文獻［1］。

參照參照文獻［1、2］。

1.6 蛋白定量

采用Bradford方法。

1.7 數理統計法

實驗結果以均數±標準差，以配對t檢驗作統計學處理。

2 結果

表1顯示，與對照組相比，運動后腸組織MDA含量在運動后30min、60min顯著性增加（P＜0.01）；運動后Free－SH含量在運動后30min（P＜0.05）和運動后60min后（P＜0.01）顯著下降；運動后30min組ATP含量顯著下降（P＜0.01）；運動后30min，CATPase活性下降（P＜0.05）；運動后60minATPase和ATPase活性均顯著下降（P＜0.05）。

Table 1Effects of exhaustive swimming on the MDA，Free－SH content，ATP content，ATPase and Ca2＋ －ATPase activity in rat intestine tissue

Table 1Effects of exhaustive swimming on the MDA，Free－SH content，ATP content，ATPase and Ca2＋ －ATPase activity in rat intestine tissue

注：compared with control group，＊P＜0.05，＊＊P＜0.01。

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3 討論

機體各組織器官血流量因代謝增加而增加。體育運動時，骨骼肌活動增加時，供血量和氧耗量相應增加。氧耗量由安靜時的0.25L／min增至2～6L／min，較安靜時增加2倍多。為了適應運動時骨骼肌供氧的要求，機體通過一系列調節方式，使增加的心輸出量不均地分配于不同組織器官，其中大部分血液（80%左右）流經骨骼肌。以滿足其代謝增加的需要。運動時血液重新分配使內臟器官供血大大減少，造成運動期間內臟器官——胃、腸、胰等器官的相對缺血狀態。此外，長時間運動會使體溫上升，適應散熱需求，皮膚血流增多，會使內臟器官缺血狀態加劇。國內學者許豪文報道，大強度運動時內臟供血不足正常的20%。運動后的恢復期內，骨骼肌供血減少，體溫下降（特別是物理降溫，如食冷飲、肌膚沖冰冷水氣等），皮膚血流減少內臟血流迅速增加，形成了運動后內臟器官的血流再灌注狀態。

一定時間和程度的缺血，會引起該組織的損傷，這已是不爭的事實，其治療措施是積極恢復血液的供給。一般認為，只要缺血組織和器官在沒有發生不可逆損傷之前給予血流再灌輸可使其存活和恢復。但隨著缺血再灌理論的深入研究發現，情況并非如此。當缺血組織并未出現明顯功能和結構上的障礙時，給予血流再灌注卻往往使其發生明顯的功能和結構障礙，甚至發生不可逆損傷。當組織發生了嚴重的缺血性損傷時，再灌注也未見使其恢復，反倒使損傷更嚴重，加速了細胞的解體和組織壞死。上述現象首先在觀察心肌缺血再灌時發現的，隨后又在腦、胃、腸、腎等器官也發現類似現象。于是，人們認識到：再灌注并不一定使缺血損傷的組織和細胞得以恢復，相反，在一定條件下使這種損傷加劇，甚至導致組織壞死。后來的研究證實缺血再灌注損傷的“罪魁禍首”是活性氧。

過去認為，胃腸缺血再灌注損傷可能是由于組織胺、前列腺素、溶酶體酶等物質造成的。但是，當再灌注入上述幾種物質的拮抗劑，結果發現如此處理未能阻止小腸粘膜血管通透性的顯著增加。但是，如果用自由基清除劑SOD（supper－oxiole desmutose）提前灌注組織，然后在血液再灌注，結果發現，預處理卻能顯著減輕小腸及胃組織的高通透性。Perry等在胃缺血再灌注實驗中也得到類似結果，證明氧自由基在胃腸缺血再灌注的損傷中具有重要作用。

Surjit的實驗直接證明了氧自由基對胃粘膜的損傷，在有氧條件下，黃嘌呤氧化酶催化的反應中可生成氧自由基。他將黃嘌呤氧化酶及底物經腹腔動脈同時輸入非缺血性大鼠的體內，以胃粘膜丟失Cr標記的紅細胞的程度作為胃粘膜損傷的指標，結果發現胃粘膜紅細胞丟失嚴重，且與缺血再灌注時胃粘膜損傷情況相類似。如果在輸入黃嘌呤氧化酶及底物的同時輸入SOD，則胃粘膜的損傷明顯減輕。說明胃腸以外的組織產生的自由基及其代謝產物亦可加重胃腸粘膜損傷，SOD可以對這種損傷有保護作用。相關方面的研究也證實了氧自由基在胃腸粘膜損傷中的重要作用，而且發現胃腸組織中富含黃嘌呤氧化酶，是氧自由基產生的“定時炸彈”。

實驗研究發現，運動后腸組織MDA含量在運動后30min、60min顯著性增加；運動后Free－SH含量在運動后30min和運動后60min后顯著下降；運動后30min組ATP含量顯著下降；運動后30min，Ca2＋－ATPase活性下降，運動后60min，Na＋－K＋－ATPase和 Ca2＋－ATPase活性均顯著下降。

解剖學觀察發現，運動后即刻組大鼠的腸組織沒見異常，色白質鮮；而運動后30min組，特別是腸壁，有明顯充血和血斑，組織呈紫紅色；運動后60min組的組織損傷明顯大于30min組，腸部大面積出血和血斑。運動造成的組織的損傷可能原因是由于急性游泳的大鼠對水環境的不適應，運動中灌注外源水、疲勞等造成運動中大鼠的胃腸強烈收縮或痙攣，形成運動期組織的一定程度的損傷，使組織及毛細血管受損，運動后恢復期的損傷加重可能主要是化學性損傷。

上消化道急性出血的最常見原因是潰瘍病。這一原因可占上消化道出血原因的2／3或一半。其次為胃部粘膜發生Mallory－Weiss撕裂所致出血。較少見的為運動誘發的膽道內出血。動物實驗可見運動性潰瘍（Exercise Ulcer）。

其發生機制是激烈運動引起體力衰竭，使機體處于一過性的休克狀態，并伴有胃血循環的障礙，造成局部缺氧和胃粘膜的損傷而致出血。這種潰瘍往往僅侵及粘膜層，由于損傷表淺，愈合較快，因而易被忽略。

下消化道出血的原因研究較少，主要認為與腸道在極量運動時缺血有關，同時由于高溫、脫水等影響，致使腸道管發生缺血性壞死，出現血便等癥狀。另一個可能原因是下部胃腸道在運動時被反復震動引起損傷或出血。

出現上述結果和現象與運動性血液重新分配（腸道運動性血液缺血和再關注）有關，尤其是與自由基的產生有關。運動時自由基的主要來源以下幾個方面：

1）缺血再灌注時氧自由基的來源。①黃嘌呤氧化酶系統（X／XOD）黃嘌呤氧化酶（XOD）主要存在于毛細血管內皮細胞及胃腸上皮細胞。在許多高等動物中，胃腸組織中的還原型黃嘌呤氧化酶（黃嘌呤脫氫酶）遠遠高于其他任何組織，故稱胃腸道為產生氧自由基的“定時炸彈”。正常情況下XOD只有10%的呈氧化型存在，所以通過他催化的酶促反應產生的自由基是相當少的。但是，當胃腸上皮細胞處于缺血狀態時，它為自由基的產生做了充分的準備。一方面它使XOD催化的反應的底物（次黃嘌呤）得到積累。Menguy報道，大鼠出血性休克15min后，胃腸粘膜內ATP減少75%，ADP減少27%，AMP增至350%，AMP又可進一步分解成胰苷、肌酐及次黃嘌呤。其原因是缺血缺氧時，胃腸粘膜細胞氧化磷酸化能力減弱，ATP合成減少所致。另一方面，使黃嘌呤托氧化酶轉化成黃嘌呤氧化酶。ATP合成減少，膜泵功能受影響，胞漿中Ca2＋濃度升高，使蛋白水解酶激活，使黃嘌呤脫氫酶變成XOD。可見，當組織缺血時，已為氧自由基的產生提供了兩個必要條件－底物及酶，組織再灌注血時，大量02和XOD系統迅速啟動，氧自由基呈“爆發式”合成。共反應是：黃嘌呤＋O2＋H2O→尿酸＋20＋2H＋X／XOD系統產生氧自由基的原理見圖1。

圖1 缺血再灌注時氧自由基來源

②中性粒細胞的呼吸爆發產生大量氧自由基，當毛細血管壁受損后，中性粒細胞會粘附受損處而被激活，產生呼吸爆發，使受損組織中的氧自由基生成增多，受損血組織加重。研究發現，呼吸爆發時中性粒細胞等吞噬細胞的氧耗量增加10～15倍，增耗的氧大部分轉變成氧自由基。其產生氧自由基的確切機理尚不清楚，可能與膜上的NADPH氧化酶有關系，其途徑可能是圖2所示。

圖2 中性粒細胞呼吸爆發產生氧自由基可能示意圖

2）線粒體呼吸鏈受損會發生呼吸電子漏出而產生自由基。花生四烯酸代謝也將產生部分自由基，但他們所產生的自由基的量較X／XPOD系統及中性粒細胞呼吸爆發所產生的自由基的量要少得多。血液中兒茶酚胺和血紅蛋白自氧化也可以產生自由基。Chiney證實，缺血時，細胞外鐵離子水平升高，使羥自由基生成成為可能。活性氧會觸發脂質過氧化的鏈式反應，造成生物膜損傷，也會損傷細胞解體，發生胃腸道出血等嚴重損傷。

自由基作為活性極高的一類化學物質，他們易于與體內任何生物分子起反應。正常情況下所產生的自由基均在機體抗氧化防御系統的清除能力之內，所以不會對機體造成任何傷害，相反，一定水平的自由基是生命代謝所必須的。在體內，自由基有多種生理生化功能，如參與膠原蛋白的合成，作為某些氧化反應的中間物，吞噬細胞實現其防御功能的“武器”，前列腺素的合成，核糖核苷的還原，清除外來有毒物質（肝解毒功能）等。但是在特殊情況下，如病理、手術、大強度運動等，機體通過多種途徑產生的自由基水平超過機體抗氧化系統的清除能力，就會對機體造成不同程度的損傷。自由基對機體的損傷及機制有兩點：①脂質過氧化，使生物膜通透性增加，流動性下降。活性氧中，毒性最大的是羥自由基，其次是H2O2及氧自由基。一般認為，氧自由基的毒性最大，是其他活性氧的源頭。當氧自由基與膜上多聚不飽和脂肪酸反應后，就啟動了脂質過氧化鏈式反應，產生毒性更大的脂質自由基（R）、脂氧自由基（RO）、脂質過氧自由基（Reo）及脂質過氧化物。有人認為這種鏈式反應造成的損傷占自由基損傷的90%，可見脂質過氧化反應一方面直接損傷生物膜，同時又使這種損傷得以在膜上傳遞，使生物膜的損傷范圍漸漸擴大。不飽脂肪被氧化后的產物很不穩定，會自發裂解而致膜結構受損，同時他們又可分解成醛、酮、醇醚羧酸及烷基烴類等物質，其中醛的毒性更大，如丙二醛（MDA）使帶有氨基的化合物發生交聯變性，使醛失活，可見，脂質過氧化一旦發生，會形成對生物膜損傷的惡性循環，使生物膜通透性增加，流動性下降，使正常的生理代謝發生障礙。損傷嚴重時會導致細胞解體和死亡。如果損傷發生在亞細胞的生物膜上，則對細胞破壞更大，因亞細胞器的內容物的釋放會加速損傷的過程。

②損傷蛋白質，使其喪失應有的活性，蛋白質在體內廣泛存在。因而蛋白質呈自由基攻擊的主要目標，細胞中的蛋白質，特別是生命活動中起重要作用的蛋白質（如酶）被自由基攻擊后，會使機體正常的生理生活過程發生紊亂，自由基對蛋白質的攻擊主要有兩種方式：其一，修飾蛋白質的活性中心，使其失去活性，國外有些學者在實驗中證明谷氨酸胺合成酶會在自由基生成體系中失活。Blum等報道，羥自由基攻擊了酶分子中的活性部分上的－SH而使GSH變成GSSG而是活的，生物膜上廣泛存在Na＋—KtATP酶（一種含－SH），自由基及代謝可直接攻擊它而使該酶失活性下降。當然細胞內還有別的酶是通過這種方式被修飾的，如NADH細胞色素還原酶C：G－6－P酶、Ca2＋－ATP酶ATP酶等。

其二，使蛋白質聚合和破裂，蛋白質被羥自由基攻擊后，會使雙酪酸氨酸生成增多，其機理可能是羥自由基抽取了蛋白質中酪氨酸上的氫，使其生成酪氨氨酸酰基，酪氨酸酰基又可與其他酪氨酸酰基或酪氨酸分子發生反應生成穩定的二酚化合物，從而使蛋白質分子發生聚合。所以，有人認為，雙酪氨酸可以作為羥自由基攻擊蛋白質分子的標志物。Carrison及Daviaes等發現羥自由基亦可使蛋白質分子發生斷裂。當然，自由基作為化學性質相當活潑的物質，他們還可使核酸分子、維生素分子受到攻擊。關于自由基對生物分子的攻擊和損傷機制如圖所示：圖3機體自由基水平升高的途徑。圖4自由基攻擊細胞的機制。

圖3 氧化應激可能引起的組織損傷途徑之一

圖4 氧化應激可能引起的組織損傷途徑之二

4 結論

力竭游泳運動可引起腸組織脂質過氧化水平升高，游離巰基下降，ATP含量和ATPase活性下降，尤其在運動后30min和60min脂質過氧化水平和游離巰基顯著下降ATPase和ATPase活性在運動后60min后顯著下降，這與運動過程中相對“缺血－再灌注”過程有關，表現為相對再灌注期引起的損傷大于相對缺血期，這可能是引起運動性腸功能紊亂（胃腸道綜合癥Gastro－intestinal syndrome）和運動性疲勞機制之一。

［1］衣雪潔，常 波，王和平.力竭運動對大鼠胃組織脂質過氧化水平的影響［J］.沈陽體育學院學報，1997（4）：40－42.

［2］衣雪潔.力竭性游泳對大鼠胃組織丙二醛、游離巰基和ATP含量的影響［J］.中國應用生理學雜志，1999（6）：5－6.

［3］Keeffe EB.Lowe DK，Gross JR，et al.The gastrointestinal symptoms of marathon runners.［J］.West J Med，1984，141：481.

［4］Sullivan SN.The gastrointestinal symptoms of running［J］.N Engl J Med，1981，304：915.

［5］曲綿域，高云秋.主編，臨床醫師診療全書：現代運動醫學診療手冊［M］.北京：北京醫科大學、中國協和醫科大學聯合出版社，1997.

［6］劉志二，趙大林，李進華，等.人參莖葉提取物對過度訓練大鼠肝組織氧化損傷的預防作用［J］.沈陽體育學院學報，2009（5）：65－67.

［7］衣雪潔，趙大林.不同藥物對一次力竭游泳小鼠海馬自由基代謝的影響［J］.沈陽體育學院學報，2008（6）：52－54.

［8］胡志剛，丁樹哲，葉家琪.運動對線粒體的氧化損傷及線粒體營養的補充［J］.沈陽體育學院學報，2008（1）：68－71.

［9］Palazzetti S，Richard MJ，Favier A，Margaritis I.Overloaded training increases exercise－induced oxidative stress and damage［J］.Can J Appl Physiol，2003，28（4）：588－604.

［10］Cazzola R，Russo－Volpe S，Cervato G，Cestaro B.Biochemical assessments of oxidative stress，erythrocyte membrane fluidity and antioxidant status in professional soccer players and sedentary controls.Eur J Clin Invest，2003，33（10）：924－930.

［11］黃 秦，張文明，徐印坎，等.川芪、別嘌呤醇對大鼠肢體缺血再灌注損傷的作用［J］.中華實驗外科雜志，1990，7（2）：76－77.

［12］余新華.氧自由基與炎癥性胃腸疾病［J］.國外醫學消化系統分冊，1991，11（4）：206－209.

［13］曲綿域，高云秋，陳吉棣，等.實用運動醫學［M］.北京：北京科學技術出版社，1996.

［14］Lambert GP，Chang RT，Xia T，et al.Absorption from different intestinal segments during exercise［J］.J Appl Physiol，1997，83（1）：204－212.

［15］Kondo T，Naruse S，Hayakawa T et al.Effect of exercise on gastroduodenal functions in untrained dogs［J］.Int J Sports Med，1994，15（4）：186－1891.

［16］Aguilo A，Tauler P，Pilar Guix M，et al.Effect of exercise intensity and training on antioxidants and cholesterol profile in cyclists［J］.J Nutr Biochem，2003，14（6）：319－325.

［17］Vesovic D，Borjanovic S，Markovic S，et al.Strenuous exercise and action of antioxidant enzymes［J］.Med Lav，2002，93（6）：540－550.

［18］Davies J.Free radical and tissue demage produced by exercise［J］.Biochem Biophy Res.Comm，1982，107：1198－1205.

［19］郝慧琴，王蘊紅，姚鴻恩.不同留針時間電針對血清自由基及骨骼JNK蛋白表達的影響［J］.沈陽體育學院學報，2008（3）：52－54.

［20］Davis MS，Willard MD，Williamson KK，et al.Sustained strenuous exercise increases intestinal permeability in racing Alaskan sled dogs［J］.J Vet Intern Med，2005，19（1）：34－39.

Effects of Exhaustive Swimming on Lipid Peroxidation，Free Thiol Group，ATP Content，Na＋－K＋－ATPase and Ca2＋－ATPase Activity in the Rat’s Intestine Tissue

LI Fenghua1，WANG Baoming2，YI Xuejie2
（1.Beijing Polytechnic College，Beijing 100042，China；2.School of Human Exercise Science，Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China）

In order to investigate the effects of oxidative stress on intestines function and the exercise－induced intestines function disorder，32 male SD rats were divided into four groups（control group，immediate postexercise group，30 min postexercise group and60 min postexercise group）.We measured contents of MDA，FREE－SH and ATP contents in rats intestine tissues.The result showed that MDA contents had a significant increase at 30 min and 60 min after exhaustive swimming while FREE－SH contents had a remarkable decrease in the 30 min post exercise group and60 min postexercise group.At the same time，ATP content decline significantly 30 min postexercise group.ATPase activity declines remarkably 30min after exhaustive swimming exercise（P＜0.05）ATPase andATPase activity decrease significantly in 60 min postexercise group（P＜0.05）.The result suggested that increase of exercise－induced free radicals led to FREE－SH of intestine cross－link，which resulted in the decline of ATP content，ATPase andATPase activity.These might be important factors of exercise－induced intestine disorder.

exhaustive swimming；MDA；FREE－SH；ATP；intestine tissueATPaseATPase

G804.54

A

1004－0560（2011）03－0072－05

2011－03－15；

2011－04－25

李風華（1968－），女，副教授，碩士，主要研究方向為體育教學與健康促進。

喬艷春

體育教育訓練學