馬齒莧提取物對力竭小鼠骨骼肌乳酸性無氧代謝的干預(yù)作用

劉金海,安玉香,馬 玲

(沈陽師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院,遼寧沈陽110034)

馬齒莧提取物對力竭小鼠骨骼肌乳酸性無氧代謝的干預(yù)作用

劉金海,安玉香,馬 玲

(沈陽師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院,遼寧沈陽110034)

目的:研究馬齒莧提取物對力竭運動時延緩乳酸無氧代謝的作用及其可能的機制,旨在增加其抗疲勞作用研究的針對性,進而為實際運用提供可靠的實驗依據(jù)。方法:讓4組小鼠連續(xù)7天按一定劑量分別飲用蒸餾水和不同濃度的馬齒莧水溶液,于第8天進行力竭游泳實驗,分別測定小鼠骨骼肌組織的乳酸、肌糖原含量和LDH的活性。結(jié)果:Ⅲ組和Ⅳ組的肌糖原含量顯著高于Ⅰ組和Ⅱ組(P＜0.05),而乳酸含量和LDH活性顯著低于Ⅰ組和Ⅱ組(P＜0.05)。結(jié)論:馬齒莧提取物可顯著抑制骨骼肌組織乳酸的產(chǎn)生,有助于延緩力竭運動的時間,其可能的機制是增強肌糖原的儲備和肌乳酸的利用,降低骨骼肌LDH的活性,進而緩解因力竭運動引發(fā)的糖原耗竭、乳酸蓄積和能源障礙所致的細(xì)胞損傷。

馬齒莧;無氧代謝;肌糖原;乳酸脫氫酶

持續(xù)運行極限運動勢必使機體由有氧代謝進入無氧代謝狀態(tài),能量代謝由有氧向無氧轉(zhuǎn)換的這種必然趨勢一直是嚴(yán)重制約人類挑戰(zhàn)極限的生物學(xué)問題。在競技體育運動中,主要通過乳酸性無氧代謝能力訓(xùn)練或高原訓(xùn)練克服上述生物學(xué)問題,很少關(guān)注如何用外源性物質(zhì)延緩由有氧向無氧的代謝方式的轉(zhuǎn)化。研究表明,代謝方式由有氧向無氧的轉(zhuǎn)化并不是缺氧造成的,提示這一轉(zhuǎn)化的內(nèi)在生物化學(xué)機制還有待深入研究,以延緩有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)化為切入點,有望開發(fā)出新型抗疲勞藥物。

馬齒莧是一種富含堿性物質(zhì)的野生植物[1,2],具有較高的食用價值、營養(yǎng)價值和藥用價值。近年來有關(guān)馬齒莧化學(xué)成分的分析和臨床應(yīng)用已有很多報道[1,3-5],但馬齒莧是否有助于延緩機體由有氧代謝進入無氧代謝狀態(tài)的轉(zhuǎn)換至今未見報道。由非乳酸性無氧代謝產(chǎn)生的能量在運動初始消耗殆盡時,乳酸性無氧代謝成為后續(xù)的大強度運動得以維持的主要供能途徑。本研究將重點探討馬齒莧提取物是否對力竭小鼠骨骼肌組織乳酸性無氧代謝能力有確切的干預(yù)作用,旨在增加其抗疲勞作用研究的針對性,進而為馬齒莧作為天然的運動應(yīng)激保護劑的實際運用提供可靠的實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動物準(zhǔn)備和模型制備

選擇雄性8周齡封閉群昆明種小鼠,平均體重(20.68±1.61)g,購自沈陽醫(yī)學(xué)院動物實驗中心(白鼠許可證號:SCXK遼2008-0016)。在適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后進行一次適應(yīng)性游泳,剔除不會游泳的小鼠,將選出的符合實驗要求的小鼠按體重隨機分為4組(圖1),正常飼養(yǎng),同時按每次10ml/kg的劑量讓每組小鼠分別飲用蒸餾水和不同濃度馬齒莧水溶液(在預(yù)實驗中,選擇了2.5%、5%和10%三個濃度,結(jié)果發(fā)現(xiàn)濃度為10%時效果并不理想,所以只選擇了前兩個有效濃度),每天2次,連續(xù)7天。末次用藥后24h進行常溫?zé)o負(fù)重力竭游泳,力竭標(biāo)準(zhǔn)為沉入水中超過10s,撈出后不能完成翻正反射[6]。

圖1 小鼠分組示意圖

1.2 實驗藥品和試劑

用寶雞市方晟生物開發(fā)有限公司提供的馬齒莧提取物(批號:080406,植物部位為地上部分),以蒸餾水配成2.5%和5%的馬齒莧水溶液,用以復(fù)制動物模型。乳酸、肌糖原含量和LDH活性測定試劑均由南京建成生物研究所提供。

1.3 取材

末次用藥后將Ⅰ組處死,即刻留取骨骼肌標(biāo)本,勻漿后置于4℃保存?zhèn)溆?。Ⅱ組、Ⅲ組、Ⅳ組分別將每只小鼠投入水深40cm水溫為25℃的恒溫游泳池中行無負(fù)重力竭游泳實驗,力竭后即刻處死,留取骨骼肌標(biāo)本,制備勻漿。測定骨骼肌組織乳酸、肌糖原含量和LDH的活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用SPSS12.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計,數(shù)據(jù)以ˉx±s表示,差異顯著性檢驗采用獨立樣本t檢驗,顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 馬齒莧提取物對各組小鼠游泳時間和骨骼肌糖元含量的影響

結(jié)果顯示(表1),Ⅲ組、Ⅳ組的力竭游泳時間比Ⅱ組有明顯的延長(P＜0.05),其中Ⅳ組延長百分率高達16.06%。同時,Ⅱ組肌糖原含量顯著少于Ⅰ組(P＜0.05),其運動時相肌糖原消耗百分比為13.11,Ⅲ組和Ⅳ組的肌糖原含量不但顯著高于Ⅱ組(P＜0.05),還顯著高于Ⅰ組,與Ⅰ組相比,其運動時相肌糖原凈儲備分別為14.05%和40.64%。

2.2 馬齒莧對各組小鼠骨骼肌乳酸含量的影響

由表1可知,Ⅱ組與Ⅰ組相比,Ⅱ組的骨骼肌乳酸含量顯著高于Ⅰ組(P＜0.05),Ⅲ組骨骼肌乳酸含量雖然顯著高于Ⅰ組,但開始顯著低于Ⅱ組(P＜0.05),其蓄積率為5.18%,而Ⅳ組骨骼肌乳酸含量不但顯著低于Ⅱ組,而且還顯著低于Ⅰ組,其凈清除率為2.03%。

2.3 馬齒莧提取物對各組小鼠骨骼肌組織LDH活性的影響

與Ⅰ組相比,Ⅱ組骨骼肌LDH活性顯著增加(P＜0.05),其增幅高達25.28%,Ⅲ組和Ⅳ組LDH活性均顯著低于Ⅰ組和Ⅱ組(P＜0.05),其中Ⅳ組與Ⅰ組相比,其活性下降幅度高達15.92%。

表1 各組小鼠骨骼肌糖元含量、乳酸和LDH活性的變化(ˉx±s)

3 討論

3.1 馬齒莧對骨骼肌組織乳酸性無氧代謝的干預(yù)作用

監(jiān)測力竭運動后即刻骨骼肌組織糖原含量,可以間接反映力竭運動過程中肌糖原的生成與消耗之間的平衡情況,進而為所研發(fā)的抗疲勞藥物是否對骨骼肌組織肌糖原的超量補償作用作出判斷。本實驗結(jié)果顯示,Ⅱ組肌糖原含量明顯小于Ⅰ組(P＜0.05),說明力竭運動過程中糖原的消耗速率大于糖原生產(chǎn)速率,反映出力竭運動過程中糖原消耗過量,而Ⅲ組和Ⅳ組肌糖原含量均顯著高于Ⅰ組和Ⅱ組(P＜0.05),說明給小鼠飲用馬齒莧溶液不但能克服運動過程的肌糖原消耗,還可增加肌糖原儲備量,提示馬齒莧具有肌糖原超量補償作用。人們?yōu)榱藨?yīng)對運動應(yīng)激所致的肌糖原的過度消耗,很多學(xué)者試圖通過調(diào)整糖類攝取比例以獲取最理想的肌肉肌糖原儲存量,進而達到肌糖原超量補償效果。以目前全球公認(rèn)效果最好的現(xiàn)代肌糖原超補償方法為例,需要攝取高比例糖類(生糖指數(shù)較低的糖類飲食對肌糖原儲存效果較佳)以增加肌肉組織的糖原含量,其缺點是當(dāng)補充的糖劑量超過某一范圍時肌糖原儲存速率不再繼續(xù)增加,而且這種方法還易導(dǎo)致糖代謝紊亂。在本研究則無需調(diào)整飲食即可獲得肌糖原超量補償效果,提示馬齒莧具有促進骨骼肌細(xì)胞將非糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)換成糖的作用,進而為骨骼肌組織儲備足夠的肌糖原以隨時應(yīng)對各種運動應(yīng)激。

乳酸是肌糖原無氧酵解的終產(chǎn)物,是無氧代謝的標(biāo)志性產(chǎn)物。其生成與排除速率與諸多因素相關(guān),為了準(zhǔn)確反映肌肉內(nèi)的乳酸代謝狀態(tài),本研究直接監(jiān)測了骨骼肌組織的乳酸含量。研究顯示,Ⅱ組的骨骼肌乳酸含量顯著高于Ⅰ組(P＜0.05),其增加百分率高達8.69%,提示力竭運動時相骨骼肌乳酸含量有明顯蓄積趨勢,說明力竭運動后即刻骨骼肌組織已由有氧代謝狀態(tài)轉(zhuǎn)向無氧代謝狀態(tài),而Ⅲ組骨骼肌乳酸含量雖然顯著高于Ⅰ組,但已顯著低于Ⅱ組(P＜0.05),提示馬齒莧對力竭運動過程生成的肌乳酸有清除作用,但該濃度不能完全清除運動過程中的乳酸蓄積,而Ⅳ組骨骼肌乳酸含量不但顯著低于Ⅱ組,而且還顯著低于Ⅰ組,提示該濃度的馬齒莧對力竭運動時相的乳酸蓄積有超量清除作用。馬齒莧對肌乳酸的超量清除作用具有非常重要的生理意義,這種超量清除效應(yīng)至少可增加骨骼肌組織的耐酸儲備能力,有效地阻止了骨骼肌組織運動時相伴隨的內(nèi)環(huán)境紊亂。骨骼肌作為運動的主要器官,其內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的生理意義是不言而喻的。此外,鑒于運動終末期骨骼肌乳酸含量與骨骼肌運動時相糖代謝形式密切相關(guān),在本研究已證實Ⅰ組骨骼肌乳酸含量顯著高于Ⅳ組,可見馬齒莧有延緩力竭運動過程中有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)換作用,從而在運動時相盡可能維持有氧代謝。由于乳酸是骨骼肌細(xì)胞將非糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)換成糖的主要原料,乳酸的清除還與其再利用相關(guān),所以馬齒莧還可能有促進乳酸轉(zhuǎn)化成糖原的作用。

乳酸脫氫酶(LDH)廣泛存在于機體組織中,骨骼肌組織中含量最為顯著,是催化乳酸與丙酮酸之間轉(zhuǎn)化的酶,直接監(jiān)測骨骼肌組織乳酸脫氫酶活性對判定骨骼肌能量代謝狀況具有實際意義,乳酸脫氫酶活性高低可用于評價骨骼肌等組織的無氧代謝能力,是評價乳酸性無氧代謝的標(biāo)志酶。本研究結(jié)果顯示,Ⅱ組骨骼肌LDH活性顯著增加(P＜0.05),說明力竭運動可使LDH活性增加,提示主要靠無氧酵解供能,進一步驗證力竭運動終末期機體已由有氧代謝代謝狀態(tài)向無氧代謝狀態(tài)轉(zhuǎn)化,而Ⅲ組LDH活性已開始低于Ⅰ和Ⅱ組(P＜0.05),提示2.5%的馬齒莧水溶液即可延緩力竭運動過程中有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)換,Ⅳ組LDH活性比Ⅰ組下降15.92%的事實進一步證實馬齒莧提取物可顯著抑制無氧代謝,進而在力竭運動過程中最大限度地維持有氧氧化,為機體提供更多的能量。本研究中馬齒莧對LDH活性的顯著抑制作用,從酶學(xué)角度為其具有抑制乳酸性無氧代謝的作用提供了直接證據(jù)。

3.2 馬齒莧對骨骼肌組織乳酸性無氧代謝干預(yù)作用的實際意義

楊錫讓根據(jù)運動員從低強度向高強度跑時體內(nèi)氧代謝指標(biāo)的變化,將體內(nèi)從有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)化時相分為三個時期,并指出第一時相的代謝特點是有氧代謝為主,第二時相是有氧代謝和無氧代謝兩者間的過渡形式,第三時相無氧代謝為主。第二時相由有氧代謝和無氧代謝過渡后的無氧代謝由乳酸性無氧代謝提供,以延緩有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)化為著眼點開發(fā)的抗疲勞藥物更具針對性。體內(nèi)一旦啟動并以糖酵解供能為主時,必然使細(xì)胞漿內(nèi)乳酸迅速蓄積,故以糖酵解的底物和終產(chǎn)物為主要切入點,將有助于探明所研發(fā)的抗疲勞藥物是否有助于延緩有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)化。本研究已證實力竭運動組力竭運動后即刻骨骼肌組織乳酸蓄積量和肌糖原消耗量均大于安靜對照組,說明力竭運動后期骨骼肌組織以乳酸性無氧代謝為主,而實驗Ⅰ組出現(xiàn)的肌乳酸較力竭運動組的下降,說明實驗Ⅰ組依然有乳酸性無氧代謝參與,但不再以乳酸性無氧代謝為主,提示該濃度的馬齒莧溶液具有延緩有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)化的作用,而實驗Ⅱ組不但出現(xiàn)了肌糖原超量蓄積效應(yīng)(如前面所提,馬齒莧具有促進骨骼肌細(xì)胞將非糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)換成糖的作用),而且還出現(xiàn)了乳酸超量清除作用,提示該濃度的馬齒莧溶液可有效地抑制乳酸性無氧代謝,最大限度地維持有氧代謝。

乳酸性無氧代謝能力訓(xùn)練旨在提高人體對乳酸的耐受力,而高原訓(xùn)練的目的是使機體獲得耐缺氧能力,然而人體對乳酸和缺氧的耐受力畢竟有限,人體耐酸耐缺氧能力的有限性決定了這些訓(xùn)練手段很難獲得突破性進展。近年來,人們通過補充外源性耐缺氧性物質(zhì)以提高機體的耐缺氧能力,一些植物提取物的耐缺氧作用得到了普遍關(guān)注[7-9],并在高原訓(xùn)練和高原疾病的治療中得到了應(yīng)用,然而,如何憑借外源性物質(zhì)提高機體的耐酸能力尚未引起人們的關(guān)注。有關(guān)馬齒莧化學(xué)成分的分析已證實馬齒莧富含生物堿[10]和礦物質(zhì)[1,2],馬齒莧對乳酸性無氧代謝的顯著抑制作用可能與該植物富含堿性物質(zhì)相關(guān),其可能的機制在于這些生物堿可提高骨骼肌細(xì)胞的耐酸能力,提高骨骼肌細(xì)胞的堿儲備,進而減少乳酸的生成,促進乳酸再利用。體內(nèi)的代謝方式由有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)化的延緩無疑會使運動主體維持更長時間的有氧運動,增加機體對缺氧的耐受儲備。有關(guān)馬齒莧對于人體乳酸性無氧代謝的干預(yù)作用還需要進一步在運動訓(xùn)練實踐中得到證實。但馬齒莧對乳酸性無氧代謝的顯著抑制作用為人體突破耐酸耐缺氧能力有限性、解決制約體能類項目突破人體極限瓶頸的問題提供了一個全新的思路。

4 結(jié)論

1)馬齒莧提取物可增強肌糖原的儲備,有助于延緩力竭運動的時間。

2)馬齒莧提取物可有效延緩糖酵解的發(fā)生,進而緩解因力竭運動引發(fā)的糖原耗竭、乳酸蓄積和能源障礙所致的細(xì)胞損傷。其可能的機制是通過降低骨骼肌LDH的活性來抑制骨骼肌組織乳酸的產(chǎn)生以及加強肌乳酸的利用。

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責(zé)任編輯:喬艷春

Intervention on the Lactic Anaerobic M etabolis m of SkeletalM uscle with Purslane Extract

L IU Jinhai,AN Yuxiang,MA L ing
(College of Sport Science,Shenyang N orm al U niversity,Shenyang110034,L iaoning,China)

Objective:To study the effect on the lactic anaerobic m etabolism of skeletal m uscle in exhaustive m ice w ith Purslane extract and the m echanism,w ith the aim of anti-fatigue and providing the experim ental basis for practical application.M ethods:4groups of m ouse drink distilled w ater,aqueous solution of Portulaca oleracea respectively for7days.O n the eighth day,the exhaustive sw imm ing test w as done.M eanw hile the concentration of m uscle lactic acid and glycogen and lactate dehydrogenase(LDH)activity were m easured respectively.Results:The content of m uscle glycogen in groupⅢand groupⅣwere significantly higher than that in groupⅠand groupⅡ(P＜0.05),and the content of lactic acid and LDH activity were significantly low er than that in groupⅠand groupⅡ(P＜0.05).Conclusion:The Purslane extract can significantly prevent the produce of the lactic acid in skeletal m uscle,and can help slow down the occurrence of the exhaustion,and its m echanism is possibly to enhance the m uscle glycogen store and the utilizing of lactic acid,to reduce the activity of LDH,therefore relieving the cell from dam age w hich caused by the exhaustive exercise-induced glycogen depletion,lactic acid accum ulation and energy barriers.

purslane,anaerobic m etabolism,m uscle glycogen,lactate dehydrogenase

G804.7

A

1004-0560(2010)06-0094-03

2010-04-04;

2010-04-26

遼寧省教育廳科研項目(編號為20060841)。

劉金海(1978-),男,講師,碩士,主要研究方向為運動生物化學(xué)。

安玉香(1960-),女,教授,博士,主要研究方向為體適能促進與應(yīng)激防護劑科學(xué)利用,E-mail:anyuxiang88@163.com。