“健脾”中藥對(duì)急性運(yùn)動(dòng)大鼠線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體的影響

李 爽，李燕舞，王 蕾，阿拉木斯

(1.廣州大學(xué)體育學(xué)院，廣東 廣州 510006;2.廣州中醫(yī)藥大學(xué)，廣東 廣州 510405)

運(yùn)動(dòng)中的能量供應(yīng)、運(yùn)動(dòng)能力的保持以及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練引起人體機(jī)能水平的提高等均與線(xiàn)粒體功能變化密切相關(guān)［1］。關(guān)于線(xiàn)粒體功能的研究已成為運(yùn)動(dòng)科學(xué)領(lǐng)域中的重要方面。在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，骨骼肌線(xiàn)粒體功能改變已有大量研究，多集中在線(xiàn)粒體鈣代謝、膜脂質(zhì)過(guò)氧化、膜流動(dòng)性、氧化磷酸化功能改變等方面，提示急性運(yùn)動(dòng)力竭狀態(tài)的產(chǎn)生與線(xiàn)粒體呼吸鏈損害有關(guān)［2］。線(xiàn)粒體內(nèi)膜呼吸鏈?zhǔn)怯伤膫€(gè)跨膜蛋白復(fù)合體(線(xiàn)粒體呼吸鏈膜蛋白復(fù)合體 I、II、III、和 IV)、介于 I、II與III之間的泛醌(Q)以及介于III與IV之間的細(xì)胞色素C(Cyt－C)共同組成，它們共同完成了線(xiàn)粒體氧化磷酸化過(guò)程［3，4］。線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體的功能變化能直接或間接地反映線(xiàn)粒體的呼吸功能變化。提高線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體活性可起到保護(hù)線(xiàn)粒體膜結(jié)構(gòu)的作用，維持呼吸鏈的完整性，改善其氧化磷酸化功能，對(duì)促進(jìn)有氧供能和提高運(yùn)動(dòng)能力具有較大的實(shí)用價(jià)值。因此，本研究在中醫(yī)“脾主肌肉”的理論指導(dǎo)下，采用健脾中藥補(bǔ)中益氣丸對(duì)急性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)大鼠進(jìn)行預(yù)防性干預(yù)，觀察其骨骼肌、肝臟線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體活性的變化，進(jìn)一步探討“健脾”中藥補(bǔ)劑對(duì)急性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)大鼠線(xiàn)粒體功能的干預(yù)作用，以期能有效提高運(yùn)動(dòng)員技能水平，延緩運(yùn)動(dòng)疲勞的發(fā)生。

1 對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

中藥補(bǔ)劑選用北京同仁堂科技發(fā)展股份有限公司制藥廠生產(chǎn)的補(bǔ)中益氣丸，藥物組成為:黃芪(蜜炙)、黨參、白術(shù)(炒)、柴胡、當(dāng)歸、升麻、陳皮和甘草(蜜炙)，藥品批號(hào)為國(guó)藥準(zhǔn)字:Z11020244。線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ活性濃度檢測(cè)試劑盒(ELISA)購(gòu)于廣州有田生物科技有限公司(RB分裝)。大鼠跑臺(tái)，恒溫水浴振蕩器，酶標(biāo)儀(Biorad)。

1.2 動(dòng)物與分組

SPF級(jí)SD大鼠27只，3月齡，180g－220g，適應(yīng)性喂養(yǎng)1周，隨機(jī)分成正常對(duì)照組、急性運(yùn)動(dòng)組，中藥補(bǔ)劑組，每組雌鼠5只，雄鼠4只，各組動(dòng)物體重?zé)o顯著性差異。動(dòng)物常規(guī)分籠飼養(yǎng)，室溫控制在(23±3)℃，相對(duì)濕度40%－60%，自由進(jìn)食、飲水。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

中藥補(bǔ)劑組大鼠預(yù)先給予補(bǔ)中益氣丸3g/Kg灌胃，每天一次，連續(xù)1周，其余大鼠給予等劑量蒸餾水進(jìn)行平行對(duì)照。正式實(shí)驗(yàn)前兩天，急性運(yùn)動(dòng)組和中藥補(bǔ)劑組大鼠進(jìn)行適應(yīng)性跑臺(tái)訓(xùn)練，速度為(5－10)m/min，使大鼠熟悉跑臺(tái)。正式實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行大強(qiáng)度間歇性跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，速度為27m/min，坡度為0°，總運(yùn)動(dòng)時(shí)間90min，每運(yùn)動(dòng)10min，間歇1min［5］。所有大鼠在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后即刻處死，取股四頭肌、肝臟樣本，放入－80℃超低溫冰箱迅速冷凍保存?zhèn)溆?。采用雙抗體夾心法酶聯(lián)免疫分析(ELISA)測(cè)定大鼠肌肉和肝臟組織中線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體活性濃度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均用mean±SD表示，組間用SPSS13.0軟件進(jìn)行單因素分析，P＜0.05，表示差異具有顯著性。

2 結(jié)果

(1)急性運(yùn)動(dòng)組大鼠肌肉組織呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ活性高于正常對(duì)照組，而呼吸鏈復(fù)合體Ⅳ活性則低于正常對(duì)照組，但組間比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。中藥補(bǔ)劑組大鼠肌肉組織呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ活性明顯高于正常對(duì)照組(P ＜0.05)，見(jiàn)表1。

表1 大鼠肌肉組織呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ活性濃度的變化

(2)急性運(yùn)動(dòng)組與正常對(duì)照組的大鼠肝臟組織呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ活性濃度，組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而中藥補(bǔ)劑能顯著提高大鼠肝臟組織呼吸鏈復(fù)合體Ⅱ、Ⅲ的活性，與正常對(duì)照組比較，組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見(jiàn)表2。

表2 大鼠肝臟組織呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ活性濃度的變化

3 討論

機(jī)體在正常的生理狀態(tài)下，線(xiàn)粒體氧化磷酸化供能提供了80%以上的能量，線(xiàn)粒體氧化磷酸化由線(xiàn)粒體內(nèi)膜呼吸鏈(電子傳遞鏈)完成［3］。線(xiàn)粒體內(nèi)膜呼吸鏈?zhǔn)俏挥诰€(xiàn)粒體內(nèi)膜的一個(gè)酶體系，主要由復(fù)合體Ⅰ(NADH泛醌氧化還原酶)、Ⅱ(琥珀酸泛醌氧化還原酶)、Ⅲ(細(xì)胞色素c還原酶)、Ⅳ(細(xì)胞色素c氧化酶)、Ⅴ(ATP合成酶)及一系列輔酶組成，它們活性濃度的變化直接或間接地反映著線(xiàn)粒體的呼吸功能變化［6］。線(xiàn)粒體呼吸鏈的作用使需氧細(xì)胞內(nèi)糖、脂肪、氨基酸等通過(guò)各自的分解途徑，形成還原型輔酶，在復(fù)合體I或復(fù)合體Ⅱ的作用下，將其電子通過(guò)Q給復(fù)合體Ⅲ，再經(jīng)細(xì)胞色素c傳給復(fù)合體Ⅳ，最終還原氧生成水。在電子傳遞的同時(shí)，底物(NADH或琥珀酸)的氧化勢(shì)能(△Eh)通過(guò)復(fù)合體I，復(fù)合體Ⅲ和復(fù)合體Ⅳ的質(zhì)子泵作用轉(zhuǎn)化為質(zhì)子電化學(xué)梯度勢(shì)能(△H)，后者再通過(guò)復(fù)合體V(H一ATP)轉(zhuǎn)化為ATP的高級(jí)磷酸鍵能(△Gp)。在以Q為輔酶的電子傳遞過(guò)程中復(fù)合體I、Ⅱ和Ⅲ作用重大，如果它們的活性發(fā)生改變，必將影響電子傳遞過(guò)程，從而影響組織的能量代謝［7］。研究顯示，呼吸鏈復(fù)合體是線(xiàn)粒體活性氧的主要來(lái)源部位［8］，呼吸鏈復(fù)合體對(duì)維持組織正常的功能起著重要作用。從能量代謝的角度看，線(xiàn)粒體內(nèi)膜氧化磷酸化能力直接影響著機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力［9］。大量實(shí)驗(yàn)研究表明［10－14］不同運(yùn)動(dòng)方式或同種運(yùn)動(dòng)方式不同運(yùn)動(dòng)時(shí)間對(duì)大鼠線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體有不同的影響:中長(zhǎng)期有規(guī)律的有氧運(yùn)動(dòng)可有效提高大鼠線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體活性，提高其骨骼肌的工作效率和運(yùn)動(dòng)持久能力，一次性無(wú)氧運(yùn)動(dòng)可以短時(shí)間提高上述酶活性，而長(zhǎng)時(shí)間無(wú)氧運(yùn)動(dòng)則可能導(dǎo)致機(jī)體疲勞，造成對(duì)線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體酶的損傷，影響骨骼肌工作效率。

本研究結(jié)果顯示在急性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后即刻大鼠肌肉和肝臟組織的呼吸鏈復(fù)合體活性濃度普遍有輕微上升，但與正常對(duì)照組無(wú)顯著性差異。急性運(yùn)動(dòng)過(guò)程中骨骼肌的收縮活動(dòng)增加可導(dǎo)致線(xiàn)粒體功能代償性提高，組織中參與氧化的物和終端氧化的酶含量及活性也會(huì)有所增長(zhǎng)，以滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的高能量需求，隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，線(xiàn)粒體代償功能會(huì)逐漸減弱。此研究結(jié)果與李潔等的報(bào)道［5，11，15］不盡完全統(tǒng)一，可能主要由于實(shí)驗(yàn)大鼠的月齡、鼠種、性別不同，造成大鼠對(duì)同一運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的耐受性不同。同時(shí)同一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，檢測(cè)的組織不同及同一檢測(cè)組織在不同的氧含量外環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，也是結(jié)果差異出現(xiàn)的原因之一。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)提示:大鼠組織線(xiàn)粒體功能對(duì)運(yùn)動(dòng)的耐受性有較大的個(gè)體差異，機(jī)體的能量代謝系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中呈現(xiàn)出不同的階段性表現(xiàn);運(yùn)動(dòng)會(huì)引起線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體的活性發(fā)生改變，這種變化在不同組織器官中的表現(xiàn)是不同的，可能在急性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心肌組織和腦組織先于骨骼肌和肝臟出現(xiàn)疲勞征象，我們的同期實(shí)驗(yàn)中腦組織呼吸鏈的變化也證實(shí)這一推測(cè);不同運(yùn)動(dòng)方式和時(shí)間對(duì)組織呼吸鏈復(fù)合體的影響也是不同的［12］，低氧訓(xùn)練會(huì)加大運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)機(jī)體的刺激效應(yīng)，誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)疲勞提前出現(xiàn)。急性運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)體組織線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體活性的變化規(guī)律及機(jī)制，有待通過(guò)進(jìn)一步的相關(guān)實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)。

中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，脾的主要生理功能為主運(yùn)化、主升舉和主統(tǒng)血，其中以運(yùn)化為核心?！端貑?wèn)集注.五臟生成》中說(shuō)“脾主運(yùn)化水谷之精，以生養(yǎng)肌肉.故主肉”。這說(shuō)明脾胃為后天之本、氣血生化之源，全身的肌肉都需要脾胃所運(yùn)化的水谷精微來(lái)營(yíng)養(yǎng)，肌肉才能發(fā)達(dá)豐滿(mǎn)，臻于健壯。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為［16－17］脾主運(yùn)化的生物學(xué)基礎(chǔ)與線(xiàn)粒體的功能關(guān)系密切，線(xiàn)粒體的氧化磷酸化產(chǎn)能過(guò)程與脾主運(yùn)化功能相吻合，提出了“脾——線(xiàn)粒體相關(guān)”的理論，故中醫(yī)脾功能正常與否與細(xì)胞線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)與功能的完整有著極密切的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)［17－19］:脾虛大鼠、小鼠骨骼肌線(xiàn)粒體的形態(tài)、數(shù)量、功能均會(huì)發(fā)生異常改變，表現(xiàn)為:數(shù)目減少，腫脹、基質(zhì)透明、嵴減少、呼吸鏈酶活性降低等，經(jīng)過(guò)健脾方藥和艾灸治療［17，20］，上述線(xiàn)粒體的損傷均有所改善。可見(jiàn)，“健脾”可有效糾正細(xì)胞線(xiàn)粒體形態(tài)和功能的異常改變，促進(jìn)損傷的恢復(fù)。補(bǔ)中益氣丸由黃芪、黨參、白術(shù)、柴胡、當(dāng)歸、升麻、陳皮和甘草8味藥材組成，其具有補(bǔ)中益氣，升陽(yáng)舉陷的功效，可用于治療脾胃虛弱所致的體倦乏力，為“補(bǔ)脾”常藥。補(bǔ)中益氣丸當(dāng)中的黃芪是主藥，黃芪是一味具有益氣健脾作用的中藥，主要包括黃芪多糖、黃芪皂苷、黃芪黃酮類(lèi)化合物等幾十種有效化學(xué)成分，具有提高運(yùn)動(dòng)能力、延緩運(yùn)動(dòng)疲勞等作用，是一味常用的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)劑。有研究顯示［21－22］黃芪總苷能明顯增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)性疲勞大鼠骨骼肌抗氧化能力，減少其乳酸含量，黃芪總苷還能有效提高運(yùn)動(dòng)大鼠骨骼肌和腦組織的ATP酶活性。補(bǔ)中益氣丸中其它7味中藥也都具有補(bǔ)益脾胃之氣的功效:黨參能平補(bǔ)中焦脾胃之氣，白術(shù)能夠補(bǔ)氣健脾，柴胡和升麻具有升陽(yáng)舉陷功效，多用于脾胃陽(yáng)氣下陷的病癥，當(dāng)歸能補(bǔ)血活血，歸心、脾經(jīng)，陳皮具有理氣健脾，燥濕化痰之功效，甘草可起到清熱解毒、補(bǔ)中益氣的作用。本研究以大鼠一次性大強(qiáng)度急性運(yùn)動(dòng)為模型，觀察“補(bǔ)中益氣丸”對(duì)急性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)大鼠肌肉、肝臟線(xiàn)粒體電子傳遞鏈酶復(fù)合體(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)活性濃度的影響，為健脾中藥在對(duì)抗運(yùn)動(dòng)性疲勞領(lǐng)域中的應(yīng)用提供客觀評(píng)價(jià)依據(jù)。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，中藥補(bǔ)劑組大鼠的肌肉組織的呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ及肝臟組織的呼吸鏈復(fù)合體Ⅱ、Ⅲ活性明顯高于正常對(duì)照組，由此說(shuō)明補(bǔ)充“健脾”中藥在維護(hù)骨骼肌和肝臟線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體活性的作用明顯，補(bǔ)中益氣丸通過(guò)維持機(jī)體組織線(xiàn)粒體呼吸鏈酶活性，保持呼吸鏈的完整性，改善了線(xiàn)粒體氧化磷酸化功能，以滿(mǎn)足急性運(yùn)動(dòng)中能量增加的需求。研究結(jié)果提示補(bǔ)充“健脾”中藥能通過(guò)調(diào)節(jié)呼吸鏈復(fù)合體活性濃度，提高線(xiàn)粒體氧利用能力，改善急性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)大鼠能量代謝，呼吸鏈復(fù)合體活性的增加有利于運(yùn)動(dòng)中細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持，可提高其組織的工作效率和運(yùn)動(dòng)持久能力，對(duì)運(yùn)動(dòng)疲勞具有較好的干預(yù)效果，有利于運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高。

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