模擬梯度交替海拔低氧訓練對大鼠腦自由基代謝的影響*

劉金柱

(安徽外國語學院基礎課教學部，安徽 合肥 231201)

腦組織作為生物機體的中樞，其本身重量占全身的2%，而代謝率占全身的15%，是機體平均代謝率的7.5倍.腦組織由于其自身高代謝速率、高脂質含量及相對較低的CAT、GSH－Px水平而易遭受氧化損傷.超氧化物歧化酶(SOD)是一種天然的超氧化物清除劑，在一定程度上反映機體自由基清除系統的功能狀況，是判斷機體抗氧化能力的重要指標.丙二醛(MDA)是脂質過氧化的重要產物，機體內MDA水平高低可反映機體脂質過氧化的水平，也可以間接反映氧自由基和清除之間的關系.谷胱甘肽過氧化物酶(GSH－Px)是體內廣泛存在的一種催化H2O2分解的重要酶，能特異的催化GSH對H2O2的還原反應，起到保護細胞膜結構和功能完整性的作用.過氧化氫酶(CAT)廣泛存在于哺乳動物體內，是清除H2O2的重要酶.

1 材料與方法

1.1 實驗分組

健康雄性Wister大鼠50只，2月齡，體重120±10g，購自蘭州大學醫學院動物實驗中心，分籠飼養，國家標準嚙齒類動物飼料，自由攝食飲水.室溫25±3℃，濕度40% －60%，自然采光，飼養室、用具等定期消毒滅菌.大鼠購入后利用一周時間進行適應性訓練及篩選，篩選后隨機分組:(1)常氧運動組(CY)10只;(2)低氧運動組共30只，每組10只:固定海拔2500m組(2500m)、固定海拔4000m組(4000m)、2500m－4000m交替組(JT).

1.2 訓練安排

根據慢性運動性疲勞動物訓練模型和A.X.Bigard大鼠低氧遞增負荷模式［1］，利用動物跑臺對大鼠進行遞增負荷訓練，持續訓練4 周［2，3］，每周訓練6 天，休息1 天.

CY組跑臺速度從第1周的27m/min增加到第4周的40m/min，訓練時間為40min/d.見表1.

表1 CY組訓練安排

2500m、4000m組大鼠每天休息和訓練分別在模擬海拔2500m、4000m的低壓氧艙內，跑臺速度從第1周到第4周:2500m 組分別是25、30、35、38m/min;4000m 組分別是20、25、28、30m/min，訓練時間為 40min/d.

交替組每周交替訓練一次.負荷強度、負荷量同2500m和4000m訓練時段一致，其中1－3天訓練海拔為2500m，4－6天訓練海拔為4000m，每周休息1天的海拔為2500m.見表2.

表2 交替組低氧環境訓練安排

下高原后適應訓練 4天［4］，第一天休息，第 2、3、4 天速度分別為 30、35、25m/min，時間為 40 min.

1.3 樣本取材及制備

在整個實驗過程中大鼠沒有出現死亡情況，各組于下高原第5天稱重后分別在跑臺上以25m/min［5］的速度一次性力竭，即刻斷頭處死取材.

大鼠處死后于冰盤上迅速取出全腦，在預冷的0.9%生理鹽水中洗凈，用濾紙吸去表面水分，置液氮中冷凍數小時，取出－40℃保存待用.檢測前將腦組織放入燒杯中以1:9的比例加入預冷的生理鹽水緩沖液，在冰浴中剪碎，隨后在勻漿機內以10000r/min轉速 (每次20s，3次)制成10%的勻漿液，然后以3000r/min低溫(4℃)離心15分鐘后取上清液置冰箱中－40℃保存待測.

1.4 指標觀測方法

1.4.1 力竭時間

隨轉動皮帶后拖達30s，毛刷刺激驅趕無效.行為特征為呼吸深急、幅度大，精神疲倦，反應遲鈍，俯臥位垂頭，刺激后無反應.

1.4.2 蛋白濃度

用考馬斯亮藍法測定.

1.4.3 SOD、GSH －Px、CAT 的活性及 MDA 含量

SOD活性用黃嘌呤氧化法，用UV754N紫外可見分光光度計測其吸光度;GSH－Px活性用谷胱甘肽比色法，在412nm處測其吸光度;CAT活性用鉬酸銨氧化法，在405nm處測其吸光度;MDA含量用硫代巴比妥酸沉淀法，在532nm處有最大吸收峰.以上試劑盒購于南京建成生物工程研究所.

1.5 數據處理

所有實驗數據采用國際專用統計學軟件SPSS VER.15.0，對每一組數據樣本進行統計學處理，組間各指標的顯著性差異采用單因素方差分析檢驗，結果以平均數±標準差表示，顯著性水平為P=0.05，非常顯著性水平為P=0.01.

2 實驗結果討論與分析

2.1 大鼠運動至力竭時間變化

表3、圖1顯示，JT組與CY、4000m組相比力竭時間明顯延長，差異具有非常顯著性意義(P＜0.01);JT組與2500m組，2500m組與4000m組相比力竭時間差異具有顯著性意義(P＜0.05);4000m組與CY組相比不具有顯著性差異(P＞0.05).

表3 各組大鼠運動至力竭的時間

大鼠跑臺至力竭的時間是反映運動能力的常用指標，運動能力的高低是機體抗疲勞能力最有力的宏觀體現.大鼠一次性力竭后，低氧訓練各組大鼠的力竭時間均要長于CY組，而JT組又明顯長于CY組.說明交替低氧訓練對大鼠耐力有顯著改善作用.另外，4000m組的力竭時間和CY組相近，沒有顯著性差異，分析其原因可能是因為4000m海拔高度偏高，在高原訓練階段低氧刺激過度，不利于在常氧階段的恢復與提高.

圖1 大鼠力竭時間變化

2.2 大鼠力竭即刻腦組織 SOD、GSH－Px、CAT的活性和MDA含量的變化

從表4及圖2、3、4、5中可以看出，大鼠力竭即刻:

SOD活性:JT組與4000m、CY組相比明顯升高，差異具有非常顯著性意義(P＜0.01);2500m組與4000m、CY組，JT組與2500m組相比差異具有顯著性意義(P＜0.05);4000m組與CY組相比差異不具有統計學性意義(P＞0.05).

GSH－Px活性:2500m組與JT、4000m、CY組相比明顯升高，差異具有非常顯著性意義(P＜0.01);CY組與4000m組，JT組與 CY、4000m組相比差異具有顯著性意義(P＜0.05).

CAT活性:JT組與4000m、CY組相比明顯升高，差異具有非常顯著性意義(P＜0.01);2500m組與4000m、CY組相比差異具有非常顯著性意義(P＜0.01);CY組與4000m組相比差異具有顯著性意義(P＜0.05);JT組與2500m組相比差異不具有統計學性意義(P＞0.05).

MDA含量:4000m組與JT、2500m、CY組相比明顯升高，差異具有非常顯著性意義(P＜0.01);2500m、CY組與JT組相比差異具有顯著性意義(P＜0.05);2500m組與CY組相比差異不具有統計學意義(P＞0.05).

以上實驗結果在同一機體同一組織內不同的抗氧化酶活性所表現出的變化趨勢不一致，究其原因可能是不同的抗氧化酶具有各自特點，具有不同的活性激活閾值.綜合以上實驗結果，交替低氧訓練可有效提高大鼠腦組織 SOD和CAT的活性，降低MDA的含量，表現出了明顯的抗脂質過氧化和清除自由基的能力.固定海拔2500m低氧訓練可有效提高大鼠腦組織GSH－Px的活性，減少了自由基對機體的損傷.分析其原因可能是不同海拔高度訓練能更好地激活相對應的抗氧化酶的活性.關于低氧運動組4000m的MDA含量最高，可能因素是海拔偏高，低氧刺激較深和運動負荷過大有關，抑制了腦組織自由基清除劑的生成.

3 結論

經過4周模擬梯度交替海拔低氧訓練后平原恢復訓練4天的實驗對比研究，觀測各組大鼠指標得出:(1)交替低氧訓練能明顯提高大鼠的耐力;(2)交替低氧訓練可有效提高大鼠腦組織SOD和CAT的活性，降低MDA的含量，提高了機體的抗氧化能力.模擬2500m－4000m交替低氧訓練的高度及負荷相對適宜，使氧運輸能力和抗氧化能力得到明顯的加強，線粒體氧化磷酸化增強，合成ATP的能力提高，大鼠的運動能力得到提高;(3)在運動實踐中，高原運動員選擇2500m－4000m交替低氧訓練可能會收到較好效果.

［1］Bigard A X，Brunet A，Guezennec C Y，et al.Skeletal muscle changes after endurance training at high altitude［J］.Journal of Applied Physiology，1991，(6):2114 －2121.

［2］李世成，田野.間歇性缺氧模擬高原訓練對小鼠骨骼肌乳酸代謝的影響［J］.中國運動醫學雜志，1999，(2):126－128.

［3］劉曄，劉桂龍，陳瓏，等.模擬海拔4000m高原訓練1～3周對大鼠骨骼肌蛋白質代謝和血清睪酮的影響［J］.北京體育大學學報，2000，(1):41 －42.

［4］劉志強，閔均，馬福海，等.世居高原中長跑運動員不同海拔地區交替訓練的研究［J］.體育科學，1999，(6):34 －38，49.

［5］王瑜娟.不同強度力竭運動對大鼠心肌細胞凋亡的影響［D］.長沙:湖南師范大學碩士學位論文，2005.