6周有氧訓(xùn)練對(duì)高溫環(huán)境下運(yùn)動(dòng)大鼠自由基水平的影響

仇乃民 李巧云 馬思遠(yuǎn)

(江蘇省鹽城工學(xué)院 體育部，江蘇 鹽城 224003)

6周有氧訓(xùn)練對(duì)高溫環(huán)境下運(yùn)動(dòng)大鼠自由基水平的影響

仇乃民 李巧云 馬思遠(yuǎn)

(江蘇省鹽城工學(xué)院 體育部，江蘇 鹽城 224003)

探討有氧訓(xùn)練對(duì)機(jī)體運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激下自由基代謝的影響及其可能機(jī)制。方法：健康雄性SD大鼠51只，隨機(jī)選取45只分為對(duì)照組(A組)、熱應(yīng)激組(B組)、6周有氧訓(xùn)練組(C組)、1次有氧運(yùn)動(dòng)加熱應(yīng)激組(D組)與6周有氧訓(xùn)練末次加熱應(yīng)激組(E組)，其余6只用于乳酸閾強(qiáng)度的測(cè)定。各組實(shí)驗(yàn)后取血清測(cè)定SOD、MDA水平。結(jié)果：(1)B、D、E組經(jīng)高溫暴露后，大鼠肛溫迅速至39.65±0.25℃、41.02±0.14℃與39.97±0.29℃，均表現(xiàn)出呼吸急促、流汗、煩躁不安等，為典型的熱應(yīng)激癥候。(2)B組血清SOD、SOD/MDA均顯著低于A組，MDA高于A組；D組血清SOD、SOD/MDA均顯著低于A組(Plt;0.01)與B組(Plt;0.05)，MDA顯著高于A組(Plt;0.01)與B組(Plt;0.05)。(3)C組血清SOD、SOD/MDA均顯著高于A組，MDA顯著低于A組；血清SOD、SOD/MDA均顯著高于D組，MDA顯著低于D組。結(jié)論：運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激可導(dǎo)致自由基生成增多，損害組織細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能，阻斷溫度調(diào)節(jié)的信號(hào)通路，使體溫失衡，導(dǎo)致熱損傷；有氧訓(xùn)練可通過(guò)降低血MDA水平，提高SOD等活性，拮抗運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激對(duì)機(jī)體的損傷。

有氧運(yùn)動(dòng)；熱應(yīng)激；超氧化物歧化酶；丙二醛

機(jī)體在高溫環(huán)境下進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)，受有氧代謝產(chǎn)熱和環(huán)境熱兩種因素的共同作用，使機(jī)體處于運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激狀態(tài)，易引起脫水、熱痙攣、熱衰竭與中暑等多種運(yùn)動(dòng)性病癥，從而影響機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力與健康狀況。近年來(lái)，運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激問(wèn)題逐漸引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，其研究多集中于觀察運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激下機(jī)體血液與組織生理生化指標(biāo)的變化與熱應(yīng)激對(duì)運(yùn)動(dòng)性骨骼肌微損傷的保護(hù)作用[1-4]，而對(duì)運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激防治手段的研究尚不多見(jiàn)。許多實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，有氧訓(xùn)練能有效提高機(jī)體的抗氧化水平。[5-6]本研究通過(guò)對(duì)比分析熱應(yīng)激、6周有氧運(yùn)動(dòng)、1次運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激與6周有氧運(yùn)動(dòng)末次熱應(yīng)激對(duì)大鼠血自由基指標(biāo)的影響，探討有氧訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激大鼠自由基代謝的影響及其可能機(jī)制，為相關(guān)后續(xù)研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

健康雄性SD大鼠51只(徐州醫(yī)學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供)，體重196.39±18.17g。大鼠按組別分籠飼養(yǎng)，自然光照，通風(fēng)條件良好，實(shí)驗(yàn)室溫度為18-25℃，相對(duì)濕度50-55%，自由進(jìn)食(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類(lèi)動(dòng)物固體混合飼料)，自由飲水。實(shí)驗(yàn)前，所有動(dòng)物均未進(jìn)行過(guò)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

1.2研究步驟與方法

1.2.1 動(dòng)物分組及處理因素

隨機(jī)選取大鼠45只(其余6只用于乳酸閾強(qiáng)度的測(cè)定)分為對(duì)照組(A組, n=9)、熱應(yīng)激組(B組, n=9)、6周有氧訓(xùn)練組(C組, n=9)、1次有氧運(yùn)動(dòng)加熱應(yīng)激組(D組, n=9)與6周有氧訓(xùn)練末次加熱應(yīng)激組(E組, n=9)5組。其中，A組不運(yùn)動(dòng)也不加熱應(yīng)激；B組不運(yùn)動(dòng)，取樣前加熱應(yīng)激；C組在常溫環(huán)境下進(jìn)行6周有氧訓(xùn)練；D組在高溫環(huán)境下進(jìn)行一次有氧運(yùn)動(dòng)；E組進(jìn)行6周有氧訓(xùn)練，末次訓(xùn)練在高溫環(huán)境下進(jìn)行。

運(yùn)動(dòng)方案的制定：隨機(jī)選取6只大鼠，進(jìn)行逐級(jí)遞增負(fù)荷的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，起始跑速為25m/min，每級(jí)運(yùn)動(dòng)5min，逐級(jí)遞增跑速3m/min，至40m/min。安靜時(shí)和各級(jí)運(yùn)動(dòng)后即刻取大鼠尾血測(cè)定血乳酸。根據(jù)各級(jí)負(fù)荷血乳酸濃度，采用Beaver等的對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換法(Log-Log法)[7]，計(jì)算出的乳酸閾跑速為30.2m/min。本研究采用跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)方式，大鼠常規(guī)喂養(yǎng)3天后，進(jìn)行2天、每天1次的適應(yīng)性跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)時(shí)間為5min，第1天與第2天的跑速分別為10m/min與15m/min)。之后大鼠休息2天，第3天進(jìn)行正式有氧訓(xùn)練。正式訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度依據(jù)乳酸閾強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，參考其他大鼠跑臺(tái)漸增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)模型[8]，采用：第1周10m/min×15min，第2周15m/min×20min，第3周18m/min×30min，第4周21m/min×40min，第5-6周24m/min×60min。每周訓(xùn)練5天。D組采用24m/min×60min進(jìn)行一次高溫環(huán)境下運(yùn)動(dòng)。

熱應(yīng)激方案的制定：參考以往研究結(jié)果[9]，設(shè)定高溫室(熱應(yīng)激室)干球溫度為38.5±0.5℃，濕球溫度35±1℃；常溫室(空調(diào)室)干球溫度為25±0.5℃，濕球溫度21±1.0℃。將1間8m2的密封房間設(shè)計(jì)為熱應(yīng)激室，內(nèi)置取器暖4只(功率為500～3000W)。通過(guò)調(diào)控取暖器的開(kāi)放數(shù)量和功率，使熱應(yīng)激室保持在指定溫度。B、D、E組在稱(chēng)重、測(cè)量肛溫后放入熱應(yīng)激室，熱應(yīng)激時(shí)間為60min，實(shí)驗(yàn)后重測(cè)1次肛溫。

1.2.2 測(cè)試樣品的采集

為什么靈感像風(fēng)暴？也許是因?yàn)榧记珊茈y把握。 但反過(guò)來(lái)說(shuō)，靠所謂技巧寫(xiě)作的永遠(yuǎn)是匠才而非天才，也許可以寫(xiě)出來(lái)很漂亮的文字，但永遠(yuǎn)是塵世的文字，距離天國(guó)有著無(wú)限遙遠(yuǎn)的距離。 老子曰，大巧若拙，大音希聲，大象無(wú)形，生動(dòng)而準(zhǔn)確地指出了技巧與靈感的關(guān)系。 只有超越了技巧(大巧若拙)，才有可能在貌似笨拙甚至丑陋的形式下，有機(jī)會(huì)說(shuō)出“神言”。 既然靈感是風(fēng)暴，就不可能持續(xù)太久，“神言”也就不可能太多。 在陀氏創(chuàng)作中“神言”究竟占有多大的分量？羅扎諾夫在不同的場(chǎng)合做出過(guò)大同小異的判斷。 他說(shuō)：

各組大鼠實(shí)驗(yàn)后即刻腹腔注射20%氨基甲酸乙酯(1.5-2克/公斤體重)麻醉，摘除眼球取血5ml，靜置30min后，3000r/min離心15min，分離血清用于測(cè)定SOD、MDA水平。

1.2.3 指標(biāo)檢測(cè)方法

SOD采用黃嘌呤氧化酶法，MDA采用硫代巴比妥酸法(TBA)，血乳酸采用酶電極法。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均以“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”(±s)表示。統(tǒng)計(jì)分析借助 SPSS 13.0版統(tǒng)計(jì)分析軟件。顯著性差異水平P lt;0.05，非常顯著性差異水平P lt;0.01。

2 研究結(jié)果

2.1熱應(yīng)激下大鼠基本狀態(tài)變化

B、D、E組大鼠受熱后肛溫(B組：39.65±0.25℃，D組：41.02±0.14℃，E組：39.97±0.29℃)均明顯高于受熱前(B組：37.13±0.16℃，D組：37.58±0.34℃，E組：37.43±0.22℃)，其中受熱后肛溫D組﹥E組﹥B組。三組大鼠受熱60min后均表現(xiàn)出呼吸急促、流汗、煩躁不安等，為典型的熱應(yīng)激癥候。B組還表現(xiàn)出活動(dòng)減少，D組出現(xiàn)逃避行為、神情萎靡、運(yùn)動(dòng)能力下降等現(xiàn)象。

2.2血清SOD、MDA、SOD/MDA水平的比較

B組血清SOD、SOD/MDA均顯著低于A組，而MDA高于A組，但差異無(wú)顯著性。C組血清SOD、SOD/MDA均顯著高于A組，而MDA顯著低于A組。D組血清SOD、SOD/MDA均顯著低于A組(P lt;0.01)與B組(P lt;0.05)，而MDA顯著高于A組(P lt;0.01)與B組(P lt;0.05)。E組血清SOD(P lt;0.05)、SOD/MDA均低于A組，而MDA高于A組；血清SOD、SOD/MDA均高于低于B組，而MDA均低于B組，但均無(wú)顯著性差異；血清SOD(P lt;0.01)、SOD/MDA均低于C組，而MDA非常顯著地高于C組；血清SOD、SOD/MDA均顯著高于D組，而MDA顯著低于D組。(表1)

表1 各組大鼠血清指標(biāo)的比較(x±s)

注:★ Plt;0.05，★★ Plt;0.01 vs group A ； ● plt;0.05 vs group B； amp;amp; P lt;0.01 vs group C;▲P lt;0.05 vs group D

3 分析與討論

熱應(yīng)激是指在環(huán)境溫度超過(guò)機(jī)體的適溫區(qū)上限的影響下，因機(jī)體體內(nèi)產(chǎn)熱與散熱失衡而導(dǎo)致的一系列生理機(jī)能與行為上的負(fù)面反應(yīng)。熱應(yīng)激癥候群常分為熱衰竭、熱射病(含日射病)和熱痙攣三種病癥。本研究參考以往研究結(jié)果[9]，將熱應(yīng)激環(huán)境設(shè)定為干球溫度38.5±0.5℃，濕球溫度35±1℃。結(jié)果顯示，B、D、E組經(jīng)高溫暴露后，大鼠肛溫迅速至39.65±0.25℃、41.02±0.14℃與39.97±0.29℃。前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大鼠的致死溫度一般為肛溫43℃以上，本研究中大鼠最高肛溫為41℃左右，連續(xù)暴露60 min后不會(huì)導(dǎo)致其嚴(yán)重衰竭或死亡。而熱應(yīng)激后三組大鼠均表現(xiàn)出呼吸急促、流汗、煩躁不安等，為典型的熱應(yīng)激癥候。B組還表現(xiàn)出活動(dòng)減少，D組出現(xiàn)逃避行為、神情萎靡、運(yùn)動(dòng)能力下降等現(xiàn)象。表明本研究設(shè)計(jì)的熱應(yīng)激方案能夠滿(mǎn)足研究設(shè)計(jì)要求，大鼠熱應(yīng)激模型建立成功。

3.2有氧訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激大鼠自由基代謝的影響及可能機(jī)制

眾多研究中，常將SOD、MDA與SOD/MDA作為評(píng)定機(jī)體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的自由基損傷程度的重要指標(biāo)[10,11]。SOD歸屬于機(jī)體內(nèi)對(duì)抗自由基的酶促體系，可有效清除超氧自由基的內(nèi)源性金屬離子，而其活性的變化情況可間接反映出運(yùn)動(dòng)中自由基的平衡狀態(tài)以及體內(nèi)的物質(zhì)代謝。在生理?xiàng)l件下，SOD可有效清除體內(nèi)的代謝產(chǎn)物，通過(guò)與其它抗氧化物質(zhì)的協(xié)同作用，保護(hù)細(xì)胞膜和生物大分子不受氧自由基的攻擊。因此，SOD具有保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能完整性的重要作用。MDA是機(jī)體脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)中的代謝產(chǎn)物之一，其水平可反映脂質(zhì)過(guò)氧化程度，間接反映出細(xì)胞的損傷情況。SOD和MDA為反映脂質(zhì)過(guò)氧化程度的一對(duì)指標(biāo)，SOD/MDA值可反映自由基所導(dǎo)致的脂質(zhì)過(guò)氧化與清除速率，有利于深入客觀分析自由基的代謝情況。

3.2.1 熱應(yīng)激與運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激對(duì)大鼠血清SOD、MDA、SOD/MDA水平的影響

B組血清SOD、SOD/MDA均顯著低于A組，而MDA高于A組，但差異無(wú)顯著性。其可能機(jī)制是：在長(zhǎng)時(shí)間的熱應(yīng)激環(huán)境中，機(jī)體的體溫調(diào)節(jié)無(wú)法有效糾正機(jī)體的產(chǎn)熱與散熱失衡，當(dāng)體溫達(dá)到某一水平時(shí)，體溫調(diào)節(jié)失衡和水鹽代謝紊亂引起心血管和中樞神經(jīng)等系統(tǒng)的功能障礙，機(jī)體出現(xiàn)熱損傷。在這一過(guò)程中，下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞的溫度調(diào)定點(diǎn)保持不變，遭受熱損傷的原因可能是自由基損傷破壞了組織細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的完整性，從而使溫度調(diào)節(jié)的信號(hào)傳導(dǎo)通路中斷。自由基的產(chǎn)生增多的原因可能是：熱應(yīng)激與體溫的升高引起體內(nèi)兒茶酚胺分泌增加，機(jī)體可能出現(xiàn)嚴(yán)重的組織缺氧、缺血，細(xì)胞的能量消耗大于合成，為自由基的大量生成提供了條件。此外，在缺血狀態(tài)下，血液和組織中的SOD等抗氧化酶的活性下降且消耗增多，細(xì)胞清除自由基的能力下降。同時(shí)，機(jī)體產(chǎn)生的過(guò)量MDA又可氧化細(xì)胞膜中的多不飽和脂肪酸(PUFA)，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞膜嚴(yán)重?fù)p傷。

D組血清SOD、SOD/MDA均非常顯著地低于A組，而MDA非常顯著地高于A組；D組血清SOD、SOD/MDA顯著低于B組，而MDA顯著高于B組。該結(jié)果我們認(rèn)為，在運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激條件下，運(yùn)動(dòng)引起的骨骼肌溫度升高進(jìn)一步提高了新陳代謝率，機(jī)體的產(chǎn)熱量和耗氧量也進(jìn)一步加大，通過(guò)與熱應(yīng)激的協(xié)同作用，導(dǎo)致自由基生成增多，從而加重了組織細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的損害，導(dǎo)致體溫調(diào)節(jié)的信號(hào)傳導(dǎo)通路中斷，體溫調(diào)節(jié)失衡，心血管和中樞神經(jīng)等系統(tǒng)出現(xiàn)功能障礙，從而使熱損傷程度加強(qiáng)。

3.2.2 有氧訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激大鼠血清SOD、MDA、SOD/MDA水平的影響

許多研究表明，有氧訓(xùn)練可提高機(jī)體SOD活性，降低MDA水平，提高機(jī)體的抗自由基能力[5,6]。本研究結(jié)果也顯示，C組血清SOD、SOD/MDA均顯著高于A組，MDA顯著低于A組。機(jī)體的體溫調(diào)節(jié)是由神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動(dòng)來(lái)完成，在熱應(yīng)激或運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激環(huán)境中，下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞的溫度調(diào)定點(diǎn)保持不變，視前區(qū)-下丘腦前部的熱敏神經(jīng)元(調(diào)定點(diǎn)神經(jīng)元)發(fā)放沖動(dòng)的增多，通過(guò)相應(yīng)的神經(jīng)聯(lián)系，一方面促進(jìn)汗腺的分泌，另一方面控制交感神經(jīng)的活動(dòng)，使交感神經(jīng)緊張性減弱，皮膚血管擴(kuò)張，散熱增加，體溫回降。在這一過(guò)程中，內(nèi)分泌活動(dòng)也對(duì)下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞發(fā)揮著重要的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用。然而，自由基損傷則可能破壞了組織細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的完整性，使溫度調(diào)節(jié)的信號(hào)通路中斷。本研究中，6周的有氧訓(xùn)練顯著降低了血MDA水平，提高了機(jī)體酶促體系中SOD等抗氧化酶的活性，通過(guò)與其它抗氧化物質(zhì)的協(xié)同作用，增強(qiáng)了清除自由基的能力，保護(hù)細(xì)胞膜和生物大分子不受氧自由基的攻擊，維持了信號(hào)通路的有效性，拮抗運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激對(duì)機(jī)體的損傷。大鼠受熱后的肛溫也顯示，E組(39.97±0.29℃)低于D組(41.02±0.14℃)。而E組血清SOD、SOD/MDA均顯著高于D組，MDA顯著低于D組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也佐證了這一機(jī)制。

4 結(jié)論

4.1 本研究中B、D、E組經(jīng)高溫暴露后，大鼠肛溫迅速至39.65±0.25℃、41.02±0.14℃與39.97±0.29℃，三組均表現(xiàn)出呼吸急促、流汗、煩躁不安等，為典型的熱應(yīng)激癥候。B組還表現(xiàn)出活動(dòng)減少，D組出現(xiàn)逃避行為、神情萎靡、運(yùn)動(dòng)能力下降等現(xiàn)象，表明本研究的大鼠熱應(yīng)激模型建立成功。

4.2 B組血清SOD、SOD/MDA均顯著低于A組，MDA高于A組；D組血清SOD、SOD/MDA均顯著低于A組(P lt;0.01)與B組(P lt;0.05)，MDA顯著高于A組(P lt;0.01)與B組(P lt;0.05)。提示：熱應(yīng)激引起機(jī)體出現(xiàn)嚴(yán)重的組織缺氧、缺血，自由基生成增多，造成組織細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的損害，溫度調(diào)節(jié)的信號(hào)傳導(dǎo)通路中斷，體溫調(diào)節(jié)失衡，導(dǎo)致熱損傷。而熱應(yīng)激與運(yùn)動(dòng)應(yīng)激的協(xié)同作用，可使熱損傷程度加重。

4.3 C組血清SOD、SOD/MDA均顯著高于A組，而MDA顯著低于A組；血清SOD、SOD/MDA均顯著高于D組，而MDA顯著低于D組。提示：有氧訓(xùn)練可通過(guò)降低血MDA水平，提高機(jī)體酶促體系中SOD等抗氧化酶的活性，通過(guò)與其它抗氧化物質(zhì)的協(xié)同作用，增強(qiáng)清除自由基的能力，保護(hù)細(xì)胞膜和生物大分子不受氧自由基的攻擊，保持體溫調(diào)節(jié)信號(hào)通路的有效性，拮抗運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激對(duì)機(jī)體的損傷。

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Effectsof6WeeksofAerobicTrainingonRats’FreeRadicalMetabolismunderHotEnviroment

Qiu Naimin, Li Qiaoyun, Ma Siyuan

(P.E.Dept, YanCheng Institute of Technology, YanCheng, 224003,Jiangsu,China)

To investigate the influences of aerobic training on free radical metabolism under heat stress and its possible mechanism. Methods: 45 of 51 healthy SD rats were randomly selected and divided into control group (groupA), heat stress group (group B), 6 weeks of aerobic training group (group C), a bout of aerobic exercise and heat stress group (group D) and 6 weeks of aerobic training and heat stress group (group E), and the remaining six for the determination of lactate threshold intensity. Serum SOD, MDA levels in each group were determined after experiments. Results: (1) After high temperature exposure, rat rectal temperature in B, D, E group rapidly raised to 39.65±0.25℃, 41.02±0.14℃ and 39.97±0.29℃ respectively, with shortness of breath, sweating, restlessness, etc., which are typical symptoms of heat stress. (2)In group B, serum SOD, SOD/MDA were significantly lower than that in group A, MDA was higher than that in group A; In group D,serum SOD, SOD/MDA were significantly lower than that in group A (Plt;0.01) and group B (Plt;0.05 ), MDA was significantly higher than that in group A (Plt;0.01) with group B (Plt;0.05). (3) In group C,serum SOD, SOD/MDA were significantly higher than that in group A, MDA was significantly lower than that in group A; serum SOD, SOD/MDA were significantly higher than that in group D, MDA was significantly lower than that in group D. Conclusion: Exercise heat stress can lead to increasing free radical production, damage to cell membrane structure and function and as well block signal path of temperature regulation, leading to temperature imbalance and thus thermal damage. Aerobic training can reduce levels of MDA, increase the activity of SOD in blood and so antagonize body damage caused by heat stress movement.

aerobic exercise; thermal stress; SOD; MDA

G804.23

A

1672-1365(2012)06-0010-04

2012-08-20；

2012-10-07

仇乃民(1971-)，男，漢，江蘇鹽城人，博士，研究方向：運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)。