間歇低氧訓(xùn)練對(duì)大鼠心肌有氧代謝能力的影響

閆巧珍,張 楊

(1.廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院,廣東廣州510090;2.西安科技大學(xué)體育部,陜西西安 750054)

國內(nèi)外有關(guān)心肌代謝酶的研究報(bào)道了間歇性低氧訓(xùn)練對(duì)大鼠心肌有氧代謝酶活性(MDH[1]、SDH和CCO[2])明顯增加,運(yùn)動(dòng)時(shí)間延長。說明合理的間歇性低氧訓(xùn)練能使肌細(xì)胞受到適宜的刺激,使肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生適應(yīng)性變化,肌細(xì)胞氧化酶活性升高,組織利用氧能力提高,有利于心肌的有氧代謝,保證了肌組織收縮時(shí)的能量供應(yīng),提高肌肉的工作效率和運(yùn)動(dòng)持久能力。

常蕓等[3]研究發(fā)現(xiàn),耐力訓(xùn)練后實(shí)驗(yàn)大鼠心臟重量和心臟重量指數(shù)分別增高,尤其心臟重量指數(shù)的增高較為顯著,說明長期耐力訓(xùn)練后心臟確實(shí)產(chǎn)生肥大。同時(shí)耐力訓(xùn)練后,心臟毛細(xì)血管功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了良好的重構(gòu),心肌組織中毛細(xì)血管的數(shù)密度增加,毛細(xì)血管腔表面積密度增高,使單位體積心肌組織中毛細(xì)血管容積增大,血流量增多,有利于心肌組織氧氣和能源物質(zhì)的供應(yīng)。

因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)后即刻、運(yùn)動(dòng)后1h、運(yùn)動(dòng)后3h大鼠的有氧代謝能力,旨在探討大鼠在運(yùn)動(dòng)后即刻和運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期的有氧代謝能力的變化,以期探尋更能發(fā)揮運(yùn)動(dòng)能力的有效時(shí)間,同時(shí)也探索組織化學(xué)方法對(duì)心肌有氧代謝酶活性的變化進(jìn)行定量分析。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及負(fù)荷安排

SD雄性大鼠108只,8周齡,按實(shí)驗(yàn)動(dòng)物喂養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)分籠飼養(yǎng)、適應(yīng)訓(xùn)練1周后實(shí)驗(yàn)動(dòng)物隨機(jī)分為6組,正式訓(xùn)練3周,共4周。將大鼠適應(yīng)訓(xùn)練1周后隨機(jī)分為6組:常氧對(duì)照組(C)、常氧運(yùn)動(dòng)組(S)、間歇低氧對(duì)照組(I)、間歇低氧訓(xùn)練組(IS),每組18只。

①常氧對(duì)照組(C):正常進(jìn)食,自由飲水不進(jìn)行任何訓(xùn)練活動(dòng)。

②常氧運(yùn)動(dòng)組(S):大鼠每天只進(jìn)行有氧耐力訓(xùn)練。

③間歇低氧對(duì)照組(I):低氧組在低氧小室中進(jìn)行IHT,每周3次,每天 1h(一個(gè)組合為5min低氧、5min間歇,共 6個(gè)組合)。第1周氧的濃度為14%,以后逐周遞減,每周遞減1%。

④間歇低氧訓(xùn)練組(IS)::低氧組在低氧小室中進(jìn)行IHT,每周3次,每天1h(一個(gè)組合為5min低氧、5min間歇,共6個(gè)組合)。第1周氧的濃度為14%,以后逐周遞減,每周遞減1%,每天低氧訓(xùn)練后即刻進(jìn)行有氧耐力訓(xùn)練。

運(yùn)動(dòng)組用國產(chǎn)鼠類電動(dòng)跑臺(tái)進(jìn)行訓(xùn)練,適應(yīng)周速度15m/min,每天30min,使動(dòng)物熟悉跑臺(tái)運(yùn)動(dòng),1周后開始逐周遞增負(fù)荷,每周增加速度5m/min,增加時(shí)間10min;最后1周速度達(dá)到30m/min,時(shí)間達(dá)60min。

1.2 實(shí)驗(yàn)取材

訓(xùn)練方案結(jié)束后,用0.4%戊巴比妥鈉lml/100g體重將大鼠麻醉,迅速取出腓腸肌和心臟,將心臟在天枰上稱重,然后用眼科小剪分離左右心室,用游標(biāo)卡尺測(cè)量左心室壁厚度,將腓腸肌和心肌放入-70℃冰箱內(nèi)待用。

1.3 測(cè)試指標(biāo)的步驟

勻漿的制備:準(zhǔn)確稱取心肌200mg,放入5ml的小燒杯中;用移液器取預(yù)先在冰箱(4℃)預(yù)冷的9%生理鹽水1ml于燒杯中,眼科小剪盡快剪碎組織塊(小燒杯放入冰水中)。將剪碎組織倒入玻璃勻漿管中,再取0.8ml冷生理鹽水沖洗殘留在燒杯中的組織碎塊,一起倒入勻漿管中進(jìn)行勻漿,使組織充分勻漿化,制成10%勻漿。然后分為兩部分,一部分將制備好的勻漿用冷凍離心機(jī)3 000r/min離心10min,取上清,按照琥珀酸脫氫酶試劑盒測(cè)定琥珀酸脫氫酶活性;另外一部分按照常規(guī)細(xì)胞色素氧化酶的測(cè)定方法離心后測(cè)定細(xì)胞色素氧化酶的活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)結(jié)果均采用均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差(ˉx±SD)來表示,統(tǒng)計(jì)處理用單因素方差分析方法,所有數(shù)據(jù)均在計(jì)算機(jī)上用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS計(jì)算而得,顯著性差異為P<0.05。

2 結(jié) 果

2.1 心室壁厚度的變化

從表1可以看出:安靜狀態(tài)的間歇低氧對(duì)照組和間歇低氧訓(xùn)練組均比常氧對(duì)照組有非常顯著性差異(P<0.01),運(yùn)動(dòng)后即刻狀態(tài)的間歇低氧訓(xùn)練組比常氧對(duì)照組、常氧運(yùn)動(dòng)組、間歇低氧對(duì)照組均有非常顯著性差異(P<0.01),而間歇低氧對(duì)照組與其他組相比無顯著性差異,運(yùn)動(dòng)后3h狀態(tài)中,間歇低氧對(duì)照組和間歇低氧訓(xùn)練組均比常氧對(duì)照組有非常顯著性差異(P<0.01)。

表1 左心室壁厚度的變化單位:mm

2.2 大鼠心肌指數(shù)的變化

從表2可以看出:安靜狀態(tài)下的間歇低氧訓(xùn)練組與常氧對(duì)照組有非常顯著性差異(P<0.01),間歇低氧訓(xùn)練組與常氧運(yùn)動(dòng)組和間歇低氧對(duì)照組均有顯著性差異(P<0.05),間歇低氧對(duì)照組則無顯著性差異,在運(yùn)動(dòng)后即刻狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)后3h狀態(tài)下間歇低氧對(duì)照組和間歇低氧訓(xùn)練組均無顯著性差異。

表2 心肌指數(shù)的變化單位:mg/g

2.3 大鼠心肌琥珀酸脫氫酶的變化

從表3可以看出:間歇低氧對(duì)照組與常氧對(duì)照組有非常顯著性差異(P<0.01),間歇低氧對(duì)照組與常氧運(yùn)動(dòng)組有顯著性差異(P<0.05),間歇低氧訓(xùn)練組與常氧對(duì)照組、常氧運(yùn)動(dòng)組、間歇低氧對(duì)照組均有非常顯著性差異(P<0.01),運(yùn)動(dòng)后即刻狀態(tài)下間歇低氧對(duì)照組和間歇低氧訓(xùn)練組與常氧對(duì)照組、常氧運(yùn)動(dòng)組均有非常顯著性差異(P<0.01),運(yùn)動(dòng)后3h狀態(tài)下間歇低氧對(duì)照組和間歇低氧訓(xùn)練組與常氧對(duì)照組、常氧運(yùn)動(dòng)組均有非常顯著性差異(P<0.01)。

2.4 大鼠心肌細(xì)胞色素氧化酶的變化

從表4可以看出:間歇低氧對(duì)照組與常氧對(duì)照組有非常顯著性差異(P<0.01),間歇低氧訓(xùn)練組與常氧對(duì)照組、常氧運(yùn)動(dòng)組、間歇低氧對(duì)照組均有非常顯著性差異(P<0.01),在運(yùn)動(dòng)后即刻狀態(tài)下和運(yùn)動(dòng)后3h狀態(tài)下均無顯著性差異。

3 討 論

運(yùn)動(dòng)員通過高原訓(xùn)練后,左心室壁增厚,室間隔厚度增加,心臟容量增加,泵血效率提高。這說明,心臟結(jié)構(gòu)通過高原訓(xùn)練有所改善。優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員楊文意在1997年經(jīng)3周高原訓(xùn)練后,其左心室厚度由高原訓(xùn)練前的15mm增加到訓(xùn)練后的17mm,左心室小軸縮短率由34.8%增加到39.4%。她在隨后的平原比賽中取得了突出的好成績。另據(jù)報(bào)道,10名中長跑運(yùn)動(dòng)員在海拔1 890m的高原訓(xùn)練兩個(gè)月后,所測(cè)得的心臟面積、肺動(dòng)脈段突出度、左心房寬徑、右心室高以及左心室壁厚度等,都比高原訓(xùn)練前增大[4]。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可以看出,間歇低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠左心室壁厚度有顯著的影響,單純對(duì)于大鼠左心室壁厚度的影響來說,間歇性低氧訓(xùn)練的增長趨勢(shì)很明顯,可能由于大鼠左心室壁厚度對(duì)于間歇低氧訓(xùn)練的刺激都很敏感,從這個(gè)角度可以說明本實(shí)驗(yàn)所采用的低氧訓(xùn)練模式在一定程度上可以有效地影響心肌的結(jié)構(gòu)甚至功能,尤其是低氧訓(xùn)練復(fù)合一定的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,對(duì)心臟的結(jié)構(gòu)影響更為明顯。

4周低氧訓(xùn)練對(duì)于大鼠心肌SDH活性的影響是十分顯著的,安靜狀態(tài)下,常氧對(duì)照組和常氧運(yùn)動(dòng)組、間歇低氧對(duì)照組、間歇低氧運(yùn)動(dòng)組,運(yùn)動(dòng)組和間歇低氧運(yùn)動(dòng)組,間歇低氧對(duì)照組和間歇低氧運(yùn)動(dòng)組,間歇低氧運(yùn)動(dòng)組有非常顯著性差異(P<0.01),心肌SDH活性在間歇低氧對(duì)照組、間歇低氧訓(xùn)練組分別提高33%、54%;運(yùn)動(dòng)后即刻狀態(tài)下,常氧對(duì)照組和間歇低氧對(duì)照組、間歇低氧運(yùn)動(dòng)組,運(yùn)動(dòng)組和間歇低氧對(duì)照組、間歇低氧運(yùn)動(dòng)組有非常顯著性差異(P<0.01),心肌SDH活性在間歇低氧對(duì)照組、間歇低氧訓(xùn)練組分別提高50%、62%;運(yùn)動(dòng)后3h狀態(tài)下,常氧對(duì)照組和間歇低氧對(duì)照組、間歇低氧運(yùn)動(dòng)組,運(yùn)動(dòng)組和間歇低氧對(duì)照組、間歇低氧運(yùn)動(dòng)組有非常顯著性差異(P<0.01),單純低氧和低氧復(fù)合運(yùn)動(dòng)都有非常顯著性變化,說明了小鼠心肌對(duì)于低氧刺激有很高的敏感性,不管是在運(yùn)動(dòng)期還是運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期的變化都比較明顯,同時(shí)也說明了經(jīng)過低氧訓(xùn)練后,心肌的有氧代謝能力也有了顯著性增強(qiáng)。李強(qiáng)等對(duì) Wistar大鼠進(jìn)行了 IHT研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),IHT可顯著提高大鼠心肌 ATP酶活性,使心肌收縮能力加強(qiáng),在相同氧濃度條件下,隨著時(shí)間延長效果越明顯,當(dāng)時(shí)間相同時(shí),氧濃度低的效果優(yōu)于含氧量高的,說明經(jīng)過 IHT,心肌在缺氧情況下供能的能力增強(qiáng)了。Mellisa等的實(shí)驗(yàn)研究證明了氧化酶的活性和有氧運(yùn)動(dòng)能力經(jīng)高原訓(xùn)練后明顯增強(qiáng),王茂葉等的研究也發(fā)現(xiàn)間歇性低氧訓(xùn)練可以顯著提高小鼠心肌、腦、股四頭肌的CCO、SDH活性。加之本實(shí)驗(yàn)證明了 IHT對(duì)機(jī)體有氧代謝酶系統(tǒng)兩種酶(CCO和 SDH)的活性有了很大的提高,這兩種酶又分別是呼吸鏈和三羧酸循環(huán)的標(biāo)志酶和關(guān)鍵酶,其活性的提高對(duì)于機(jī)體通過有氧代謝產(chǎn)生能量來適應(yīng)缺氧環(huán)境的能力來說無疑具有重要的意義,以上結(jié)果共同說明了 IHT后機(jī)體的有氧代謝能力大大提高了。

細(xì)胞色素氧化酶作為線粒體內(nèi)膜上呼吸鏈和氧化磷酸化系統(tǒng)的關(guān)鍵酶,在組化反應(yīng)中常作為氧化呼吸鏈的標(biāo)志酶,是呼吸鏈上最末端的一個(gè)酶,擔(dān)當(dāng)著最終將電子傳遞給分子氧的重要任務(wù),是電子傳遞鏈的最后一個(gè)載體,把從呼吸鏈前段傳來的電子,經(jīng)一系列傳遞過程最后經(jīng)CCO傳遞給分子態(tài)氧(即具有自動(dòng)氧化作用),最終生成水,釋放出能量供給機(jī)體需要[5]。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表示:安靜狀態(tài)下,常氧對(duì)照組和其他三組,常氧運(yùn)動(dòng)組和間歇低氧運(yùn)動(dòng)組,間歇低氧對(duì)照組和間歇低氧運(yùn)動(dòng)組,有非常顯著性差異(P<0.01),間歇低氧訓(xùn)練組心肌CCO活性提高40%。說明運(yùn)動(dòng)時(shí)缺氧同單純?nèi)毖醯男Ч麑?duì)于心肌來說沒有顯著性差異,運(yùn)動(dòng)時(shí)環(huán)境的缺氧刺激使機(jī)體不能形成更加新異的刺激而其成為應(yīng)激源,故其不能成為引起機(jī)體新的應(yīng)激反應(yīng)的條件。

4 結(jié) 論

4.1 經(jīng)過4周的間歇低氧訓(xùn)練,大鼠的心肌的SDH和CCO活性有了顯著提高。

4.2 大鼠的心肌形態(tài)學(xué)和有氧代謝酶均有的明顯的變化,說明4周的間歇低氧訓(xùn)練可以提高大鼠心肌的有氧代謝能力。

[1] 李世成,田野.模擬高原訓(xùn)練對(duì)小鼠骨骼肌代謝的影響[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),1998,21(2):15-18.

[2] 王茂葉,雷志平.間歇性低氧訓(xùn)練對(duì)小鼠有氧運(yùn)動(dòng)能力影響的實(shí)驗(yàn)研究[C].第六屆全國體育科學(xué)大會(huì)論文摘要匯編,2000:205-206.

[3] 常蕓,等.運(yùn)動(dòng)心臟結(jié)構(gòu)與功能的發(fā)生與轉(zhuǎn)歸[J].中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2000,22(1):40-48.

[4] 翁慶章.高原訓(xùn)練[M].北京:人民體育出版社,2007:29-30.

[5] 鞏清波.游泳耐力訓(xùn)練對(duì)不同周齡小鼠心肌代謝酶影響[D].武漢體育學(xué)院,2007.