不同劑量補鐵對低氧訓練大鼠力竭運動后骨骼肌線粒體呼吸鏈酶復合體活性的影響*

李 潔， 杜樂樂

(1. 西北師范大學體育學院， 甘肅 蘭州 730070； 2. 隨州職業(yè)技術學院醫(yī)護學院， 湖北 隨州 441300)

不同劑量補鐵對低氧訓練大鼠力竭運動后骨骼肌線粒體呼吸鏈酶復合體活性的影響*

李 潔1△， 杜樂樂2

(1. 西北師范大學體育學院， 甘肅 蘭州 730070； 2. 隨州職業(yè)技術學院醫(yī)護學院， 湖北 隨州 441300)

目的：探討不同劑量補鐵對低氧訓練大鼠力竭運動后骨骼肌線粒體呼吸鏈酶復合體活性的影響。方法：將40只雄性Wistar大鼠隨機分為5組(n=8)：安靜對照組(C)、運動組(E)、運動低劑量補鐵組(EL)、運動中劑量補鐵組(EM)、運動高劑量補鐵組(EH)。各組大鼠分別在低氧(模擬海拔3 500 m)環(huán)境中居住和訓練5周，每周6 d。力竭運動后即刻取骨骼肌樣本，測定線粒體呼吸鏈酶復合體Ⅰ～Ⅳ(CⅠ～Ⅳ)活性。結(jié)果：與C組相比，E組、EL組、EM組骨骼肌線粒體呼吸鏈CⅠ～Ⅳ活性均顯著提高(P<0.05，P<0.01)，EH組CⅠ活性顯著降低(P<0.05)，CⅢ和CⅣ活性均顯著提高(P<0.05，P<0.01)；與E組相比，EL組、EM 組和EH 組CⅠ～Ⅳ活性均顯著降低(P<0.01)。結(jié)論：低氧訓練及結(jié)合補鐵均可改善低氧環(huán)境骨骼肌線粒體呼吸鏈功能，提高機體有氧工作能力，但低氧訓練結(jié)合補鐵的效果不及低氧訓練。

補鐵；低氧訓練；骨骼?。痪€粒體；呼吸鏈；酶活性；大鼠

iron supplement; hypoxia training; skeletal muscle; mitochondria; respiratory chain; enzyme activity; rat

【DOI】 10.12047/j.cjap.5367.2017.019

已有研究表明，長期劇烈的運動訓練可以導致機體鐵代謝紊亂，從而引發(fā)機體缺鐵的發(fā)生，而缺鐵又將影響機體的運動能力[1]。長距離自行車運動員分別進行低住高練和低住低練6周，發(fā)現(xiàn)訓練后兩組運動員的血清鐵蛋白均下降，前者下降更為明顯[2]。徒步越野運動員高住低練24 d后,

血液學指標改善的同時，轉(zhuǎn)鐵蛋白(trans ferritin,Tf)和血清轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(sTfR)明顯升高，鐵蛋白(ferritin,SF)下降[3]，說明高住低練時運動員有可能缺鐵。另有研究表明，低氧對骨骼肌鐵代謝的影響與暴露時間密切相關，一定時間的低氧暴露可以提高肌細胞的鐵攝取能力，降低鐵釋放，增加細胞內(nèi)的鐵含量，而長時間的低氧暴露會引起細胞鐵代謝紊亂[4]。由于鐵還是線粒體呼吸鏈中電子傳遞體的重要組成成分，因此鐵在機體能量代謝中有著非常重要的作用。骨骼肌是運動的主要直接器官，其物質(zhì)代謝和能量代謝對運動能力有直接的影響。目前，低氧訓練復合補充微量元素對骨骼肌線粒體能量代謝影響的研究還十分鮮見。本研究應用小型低壓氧艙，對大鼠進行低氧訓練并結(jié)合不同劑量補鐵，通過測定骨骼肌線粒體呼吸鏈酶的活性，探討低氧訓練結(jié)合補鐵對線粒體呼吸鏈功能的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

雄性2月齡Wistar大鼠55只，體重150 g 左右，購自甘肅中醫(yī)學院實驗動物中心(SPF級)，動物生產(chǎn)許可證：SCXK(甘)2005-0007，常規(guī)飼養(yǎng)。

1.2 自制低壓氧艙

用有機玻璃(厚13 mm)制成封閉艙(1.3×0.7×0.55 m3,可放入動物跑臺)，采用降低環(huán)境大氣壓的辦法模擬海拔3 500 m環(huán)境。

1.3 實驗方案

參照文獻[5]，對購入的大鼠進行適應性訓練和篩選。將保留的40只大鼠隨機分為5組(n=8)：安靜對照組(C)、運動組(E)、運動低劑量補鐵組(EL)、運動中劑量補鐵組(EM)、運動高劑量補鐵組(EH)。補鐵大鼠每日按低劑量28.85 mg/kg體重、中劑量57.7 mg/kg體重、高劑量115.4 mg/kg體重灌胃補充硫酸亞鐵溶液1次[6]，非補鐵組大鼠每日灌胃補充相同量的蒸餾水1次，每周6 d，共5周。除安靜對照組不進行運動訓練外，其余各組大鼠進行遞增負荷水平跑臺運動訓練，每天1次，每周6 d，共5周，訓練方案[7]見表1。所有大鼠生活和運動訓練均在海拔3 500 m低氧環(huán)境中。

Tab. 1 Training plan

為了更接近高原訓練后平原參加比賽的實際情況，運動訓練結(jié)束后，所有大鼠在常氧環(huán)境休息1 d，然后進行水平跑臺力竭運動(速度為35 m/min),記錄力竭運動時間。運動力竭后即刻取股四頭肌，取材方法及處理參見文獻[5]。按文獻[8]方法制備勻漿液和提取股四頭肌線粒體。

線粒體呼吸鏈酶復合體Ⅰ～Ⅳ(C Ⅰ～Ⅳ)活性的測定，藥品和試劑，主要儀器設備參照文獻[9]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠體重及力竭運動時間的比較

正式實驗開始前,大鼠體重各組之間無顯著性差異。第5周末，與C組相比,E組、EL組、EM組和EH組均顯著下降(P<0.01)，分別下降23.1%、29%、31.73%和30.12%。與E組相比，EL組、EM組和EH組均顯著下降(P<0.01)，分別下降7.67%、11.18%、9.13%(表2)。

大鼠運動至力竭的時間，與C組相比， E組、EL組、EM組和EH組均顯著延長(P<0.01)，分別增長656.61%、330.86%、314.46%和196.82%。與E組相比，EL組、EM組與EH組大鼠運動至力竭的時間顯著縮短(P<0.01)，分別縮短43.05%、45.22%和60.77%(表2)。

Group0weekofbodyweight(g)5weeksofbodyweight(g)Exhaustivetime(min)C223.4±10.5366.2±8.9856.7±18.9E195.5±12.4281.6±13.75**429±66.3**EL193.8±8.7260.0±9.0**##244.3±72.7**##EM197.3±15.4250.1±13.3**##235±74.3**##EH198.4±14.6255.9±16.1**##168.3±17.3**##

C: Hypoxic control; E: Hypoxic training; EL: Light dose iron; EM: Middle dose iron; EH: High dose iron

**P<0.01vsC group；###P<0.01vsE group

2.2 各組大鼠骨骼肌線粒體呼吸鏈酶復合體活性的比較

與C組相比，E組CⅠ～Ⅳ活性均顯著提高(P<0.01)，分別增長69.26%、170.84%、138.22%和156.88%。EL組CⅠ～Ⅳ活性均顯著提高(P<0.01)，分別增長29.59%、89.9%、80.89%和44.04%。EM組CⅠ～Ⅳ活性均顯著性提高，分別增長14.71%(P<0.05)、48.72%(P<0.01)、59.87%(P<0.01)和66.97%(P<0.01)。EH組CⅠ活性顯著降低18.02%(P<0.05)，CⅡ活性增長 7.29%，但無顯著變化, CⅢ和CⅣ活性均有顯著提高，分別增長24.84%(P<0.05)和33.94%(P<0.01)。與E組相比，EL組、EM組和EH組CⅠ～Ⅳ活性均顯著降低(P<0.01)，EL組分別降低23.44%、29.89%、24.06%和43.93%；EM組分別降低32.23%、45.09%、32.89%和35%；EH組分別降低51.56%、60.39%、47.59%和47.86%(表3)。以上結(jié)果表明，低氧訓練、低氧訓練結(jié)合低劑量和中劑量補鐵均可提高大鼠股四頭肌線粒體呼吸鏈酶活性，其中低氧訓練效果最佳。低氧訓練結(jié)合高劑量補鐵效果還不及低氧訓練結(jié)合低劑量和中劑量補鐵。

GroupCⅠCⅡCⅢCⅣC0.605±0.0770.782±0.0320.157±0.0090.109±0.007E1.024±0.109**2.118±0.091**0.374±0.021**0.280±0.018**EL0.784±0.083**##1.485±0.035**##0.284±0.013**##0.157±0.068**##EM0.694±0.0588*##1.163±0.045**##0.251±0.007**##0.182±0.012**##EH0.496±0.183*##0.839±0.046##0.196±0.013*##0.146±0.009**##

C: Hypoxic control; E: Hypoxic training; EL: Light dose iron; EM: Middle dose iron; EH: High dose iron; CⅠ： Respiratory chain complexes Ⅰ； CⅡ： Respiratory chain complexes Ⅱ； CⅢ： Respiratory chain complexes Ⅲ； CⅣ： Respiratory chain complexes Ⅳ

*P<0.05，**P<0.01vsC group；###P<0.01vsE group

3 討論

本研究結(jié)果表明，經(jīng)5周的訓練，各組大鼠體重增長幅度顯著低于對照組，結(jié)合補鐵組大鼠體重還顯著低于運動組。說明低氧訓練可減小大鼠體重自然增長的幅度，這可能是低氧訓練導致機體能源物質(zhì)消耗增加，從而使體重增長減慢。結(jié)合補鐵可進一步減少大鼠體重的增長幅度，其機制還需進一步研究。

各組大鼠運動至力竭時間較對照組顯著延長，運動結(jié)合補鐵組顯著低于運動組，其效果為E組>EL組>EM組>EH組。說明低氧訓練能夠顯著增強機體的有氧工作能力，結(jié)合補鐵不能進一步提高機體有氧運動能力，這可能與本研究采用的補鐵劑量、運動訓練負荷及低氧程度等諸因素有關。要尋找到各因素間最佳的匹配狀態(tài)，不斷提高機體有氧工作能力，還有待進一步的研究。

本研究小組前期的研究表明，模擬3 500 m低氧訓練組大鼠股四頭肌線粒體呼吸鏈CⅠ～CIII活性均顯著高于常氧訓練組[5]。本實驗結(jié)果顯示，低氧訓練可提高大鼠股四頭肌線粒體呼吸鏈CⅠ～CⅣ活性，這也與間歇性低氧訓練可以提高小鼠股四頭肌中有氧代謝酶-細胞色素氧化酶(CCO)和琥珀酸脫氫酶(SDH)的含量，提高機體的有氧代謝能力[10]的研究結(jié)果相呼應。低氧訓練可使大鼠運動至力竭時間顯著延長，也可作為骨骼肌有氧工作能力提高的一個佐證。另外，低氧訓練提高大鼠股四頭肌線粒體呼吸鏈CⅠ～CⅣ活性，可能還與低氧訓練可提高骨骼肌組織抗氧化能力[5]，從而減少膜及相關基因的氧化損傷有關。

已有研究表明，低氧訓練可能會導致運動員缺鐵[2,3]。本研究結(jié)果顯示，低氧訓練結(jié)合低劑量和中劑量補鐵可提高骨骼肌線粒體呼吸鏈CⅠ～CⅣ活性，但提高幅度均小于單獨的低氧訓練組，結(jié)合高劑量補鐵效果不及低劑量和中劑量補鐵。提示低氧訓練復合外源性補鐵對提高線粒體呼吸鏈功能無協(xié)同效應。這可能與低氧訓練導致的機體缺鐵，可通過長期低氧訓練使鐵代謝達到新的平衡，從而滿足了機體所需。外源性補充鐵，引起機體對補鐵的應激反應，反而不利于運動能力和線粒體呼吸鏈功能的進一步提高有關。也可能還與本實驗采用的訓練計劃、補鐵劑量及補鐵時段等有關。本研究小組前期的研究結(jié)果顯示，低氧訓練及復合不同劑量補鐵，對大鼠肝臟線粒體呼吸鏈功能的影響也較為復雜，合理的低氧訓練及補鐵有可能改善線粒體呼吸鏈功能[9]。以上研究說明低氧訓練期間機體對補鐵刺激的適應較復雜，單純補鐵還需謹慎，只有掌握好訓練負荷、補鐵劑量及補鐵的時段，才有可能達到理想的效果。

綜上，就本研究方案，低氧訓練及結(jié)合補鐵均可改善低氧環(huán)境骨骼肌線粒體呼吸鏈功能，提高機體有氧工作能力，但低氧訓練結(jié)合補鐵的效果不及低氧訓練。低氧訓練期間補鐵需慎用。

[1] 王 道. 運動、低氧訓練與鐵代謝[J]. 體育科研， 2009， 30(1)： 62-64.

[2] Ventura N, Hoppeler H, Seiler R,etal. The response of trained athletes to six weeks of endurance training in hypoxia or normoxia[J].IntJSportsMed, 2003, 24(3): 166-172.

[3] Wehrlin JP, Zuest P, Hallen J,etal. Live high-train low for 24 days increases hemoglobin mass and red cell volume in elite endurance athletes[J].JApplPhysiol(1985), 2006, 100(6): 1938-1945.

[4] 李海洲， 劉玉倩， 王海濤， 等. 低氧暴露對大鼠骨骼肌L6細胞鐵代謝的影響[J].生理學報， 2011, 63(4): 347-352.

[5] 李 潔， 張耀斌. 不同低氧訓練模式對大鼠力竭運動后骨骼肌線粒體抗氧化能力及呼吸鏈酶復合體活性的影響[J]. 生理學報， 2011， 63(1)： 55-61.

[6] 楊青俊, 蔭士安， 賴建昌， 等. 每日或間歇性大劑量補充硫酸亞鐵對大鼠鐵營養(yǎng)狀況和抗氧化功能的影響[J]. 營養(yǎng)學報, 2006, 28(4): 338-341.

[7] Bigardax, Bruneta, Guezenneccy,etal． Skeletal muscle changes after endurance training at high altitude[J].JApplPhysiol, 1991, 71(6): 2114-2121.

[8] 周錦琳， 田 野． 急性運動對大鼠骨骼肌線粒體Ca2+-ATP酶和H+-ATP酶活性的影響[J]． 北京體育大學學報， 2001， 24(3)： 320-322.

[9] 李 潔， 陳 飛. 補鐵對低氧訓練大鼠肝臟線粒體呼吸鏈功能的影響[J]. 中國應用生理學雜志， 2015， 31(3)： 263-265.

[10]王茂葉. 間歇性低氧訓練對小鼠機體細胞色素氧化酶和琥珀酸脫氫酶的影響[J]. 天津體育學院學報, 2005, 20(6)： 26-28.

國家自然科學基金(31060145)；甘肅省自然科學基金(1107RJZA087)

2015-10-26 【修回日期】2016-06-17

G804.7

A

1000-6834(2017)01-075-03

△【通訊作者】Tel： 13919079404； E-mail： lijie2005ty@126.com