低氧訓(xùn)練對大鼠骨骼肌谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的影響

陳曉彬，林文，翁錫全

(廣州體育學(xué)院 運(yùn)動生物化學(xué)省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510075)

近年來，高原訓(xùn)練作為一種提高有氧耐力輔助訓(xùn)練手段引起國內(nèi)外體育界重視，國內(nèi)外許多有氧耐力項(xiàng)目運(yùn)動員在參加重大比賽前經(jīng)常采用了高原訓(xùn)練手段。自由基代謝及抗氧化酶與機(jī)體的機(jī)能狀態(tài)密切相關(guān)，低氧訓(xùn)練對人體自由基抗氧化系統(tǒng)影響一直備受人們關(guān)注。谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)是機(jī)體內(nèi)非常重要的抗氧化酶系，最近研究報(bào)道，GSH-PX和GSH基因表達(dá)是低氧敏感基因之一[1,2]。目前，國內(nèi)外有關(guān)低氧訓(xùn)練的研究結(jié)果仍存在許多分歧和爭議，有關(guān)低氧訓(xùn)練對谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)這方面的研究尚較少，本文通過探討低氧訓(xùn)練對骨骼肌谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的影響，為低氧訓(xùn)練方法進(jìn)一步推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

雄性SD大鼠40只，體重190～210 g，8 wk齡，購自中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心。分籠飼養(yǎng)，每籠5只，自由飲食、飲水，標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類飼料，室溫(25±2)℃，濕度40%～60%，自然采光，利用空調(diào)和排氣扇保持通風(fēng)，每天換一次木屑墊料以保持清潔。

1.2 實(shí)驗(yàn)分組

將雄性SD大鼠40只隨機(jī)分為低住安靜組(LC)、低住低練組(LoLo)、低住高練組(LoHi)和高住低練組(HiLo)等4組，每組10只。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)采用美國Hypoxico公司生產(chǎn)常壓低氧艙，低氧濃度控制在15.4%左右。低住安靜組大鼠每天在常氧環(huán)境生活；低住低練組大鼠每天在常氧環(huán)境生活23 h，常氧動物跑臺運(yùn)動1 h；低住高練組大鼠每天在常氧環(huán)境生活23 h，低氧動物跑臺運(yùn)動1 h；高住低練組大鼠每天在低氧環(huán)境生活23 h，常氧動物跑臺運(yùn)動1 h。各運(yùn)動組大鼠采用杭州段氏生產(chǎn)的動物跑臺進(jìn)行運(yùn)動，低住組運(yùn)動強(qiáng)度為35 m/min、高住組運(yùn)動強(qiáng)度為30 m/min，60 min/d，5 d/wk，持續(xù)4 wk。

1.4 樣本采集和處理

第4周末次訓(xùn)練后所有大鼠禁食12 h進(jìn)行采樣，先按大鼠0.3 ml/100 g體重劑量腹腔注射10%水合三氯乙醛溶液進(jìn)行麻醉、固定，迅速分離大鼠股四頭肌，用生理鹽水漂洗大鼠股四頭肌表面的血跡，采用濾紙吸干，用滅菌錫紙包好后放在液氮罐里面速凍，后移放至-70℃冰箱凍存?zhèn)溆谩?/p>

1.5 測試方法

谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶(GST)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)、還原型谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽還原酶(GR)、丙二醛(MDA)、總抗(T-AOC)、巰基(-SH)等生化指標(biāo)測試均采用南京建成生物工程研究所提供試劑盒進(jìn)行測定，專人負(fù)責(zé)各生化指標(biāo)的測試，測試時嚴(yán)格按照說明書要求進(jìn)行操作。

1.6 主要儀器

S22PC分光光度計(jì)、752紫外光分光光度計(jì)、內(nèi)切式組織勻漿機(jī)、高速冷凍離心機(jī)、恒溫箱、三合電熱水箱等。

1.7 數(shù)據(jù)處理

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 各組大鼠股四頭肌谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)指標(biāo)的變化

從表1可見，低住高練組和高住低練組大鼠股四頭肌GSH活性顯著高于其它各組(P<0.05)，但兩組間差異不顯著(P>0.05)，低住低練組大鼠股四頭肌GSH活性顯著高于低住安靜組(P<0.05)；低住高練組和高住低練組大鼠股四頭肌GSH-PX活性顯著高于其它各組(P<0.05)，但兩組間差異不顯著(P>0.05)，低住低練組大鼠股四頭肌GSH-PX活性顯著高于低住安靜組(P<0.05)；低住安靜組大鼠股四頭肌GST活性顯著低于其它各組(P<0.05)，其余各組間大鼠股四頭肌GST活性沒有顯著性差異(P>0.05)；低住低練組大鼠股四頭肌GR活性顯著高于其它各組(P<0.05)，其余各組間大鼠股四頭肌GR活性沒有顯著性差異(P>0.05)。

表1 各組大鼠股四頭肌谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)指標(biāo)的變化

2.2 各組大鼠肌四頭肌總抗、丙二醛、巰基的變化

從表2可見，低住高練組和高住低練組大鼠股四頭肌T-AOC顯著高于其它各組(P<0.05)，但兩組間差異不顯著(P>0.05)，低住低練組大鼠股四頭肌T-AOC顯著高于低住安靜組(P<0.05)；低住高練組和高住低練組大鼠股四頭肌MDA顯著低于其它各組(P<0.05)，但兩組間差異不顯著(P>0.05)，低住低練組大鼠股四頭肌MDA顯著低于低住安靜組(P<0.05)；低住高練組、高住低練組、低住低練組各組間大鼠股四頭肌-SH的活性比較，差異不顯著(P>0.05)。

表2 各組大鼠股四頭肌總抗、丙二醛、巰基的變化

3 分析與討論

谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)主要指谷GSH、GSSG、GSH-PX、GR、GST。GSH主要生理功能是清除羥自由基，防止自由基損傷，同時保護(hù)細(xì)胞膜中巰基蛋白質(zhì)和酶的還原狀態(tài)，也可以作為GSH-PX、GST底物與各種內(nèi)源性和外源性電子化合物發(fā)生反應(yīng)，生成無毒性或毒性小的硫結(jié)合物，而自身被氧化生成GSSG，GSSG在GR催化下，以NADPH為供氫體，又可還原生成GSH。

國內(nèi)外有關(guān)低氧訓(xùn)練對抗氧化酶的研究結(jié)果仍存在一些分歧和爭議，其中有一些研究文獻(xiàn)并不支持低氧訓(xùn)練能提高機(jī)體的抗氧化水平，這可能和實(shí)驗(yàn)方案中的低氧濃度以及實(shí)驗(yàn)方法有關(guān)。如Hartney[3]等研究發(fā)現(xiàn)低氧訓(xùn)練會導(dǎo)致GSH和GSSG的比值降低，這不利于體內(nèi)自由基的清除。Rulin Li等[4]對懷孕大鼠進(jìn)行極低氧濃度(2%～5%O2)的低氧刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組大鼠相比，實(shí)驗(yàn)組大鼠GSH顯著降低，脂質(zhì)過氧化水平嚴(yán)重。但也研究報(bào)道，進(jìn)行一定程度的低氧訓(xùn)練能使相關(guān)細(xì)胞的GSH-PX抗氧化酶基因的表達(dá)量增加[5]。Jain研究也表明，進(jìn)行適度的低氧訓(xùn)練可以提高谷胱甘肽過氧化物酶的活性[6]。Badawi[7](2009)等在研究低氧暴露環(huán)境下HIF-1對星形膠質(zhì)細(xì)胞對咳骯貢酸毒性的研究中也發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行低氧暴露能導(dǎo)致細(xì)胞的GSH水平的升高。

本研究發(fā)現(xiàn)，低住高練組和高住低練組大鼠股四頭肌除GR活性無明顯變化外，GSH、GSH-Px、GST均得到了顯著的改善，如低住高練組和高住低練組大鼠股四頭肌GSH、GSH-PX顯著高于其它各組，且低住低練組顯著高于低住安靜組。這表明進(jìn)行低住高練和低住高練均能使大鼠股四頭肌谷胱甘肽抗氧化能力得到改善。分析其內(nèi)在機(jī)制，這可能是當(dāng)機(jī)體處于適度的低氧刺激時，能在避免引起機(jī)體損傷的前提下通過生物體的適應(yīng)能力，增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力。而當(dāng)?shù)脱鯘舛葮O低甚至可以說時亞弱的條件下會造成機(jī)體不良反應(yīng)，使得機(jī)體產(chǎn)生大量ROS，易引起機(jī)體損傷的應(yīng)激[8，9]。而機(jī)體產(chǎn)生大量的ROS和其它對機(jī)體產(chǎn)生損害的自由基的同時，一方面，機(jī)體GSH含量卻顯著下降，GSSG含量升高，使得機(jī)體整體的抗氧化能力大大降低；另一方面，與谷胱甘肽抗氧化能力相關(guān)的酶如GSH-PX、GST、GSH的總體變化趨勢也會朝著不利于機(jī)體抗氧化能力的方面轉(zhuǎn)變。在本研究中，低住高練與高住低練組的大鼠骨四頭肌GST、GR與低住低練組無明顯差異，但是低住安靜組要顯著低于低住高練與高住低練組，而低住高練與高住低練組的巰基要顯著高于低住安靜組與低住低練組，這可能和相關(guān)的酶對GSH和GSSG之間濃度變化的適應(yīng)性提高有關(guān)。

正常情況下ROS的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡之中，當(dāng)ROS產(chǎn)生大于清除時，即會攻擊機(jī)體，即產(chǎn)生所謂氧化應(yīng)激。ROS能夠與生物膜脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，組織的脂質(zhì)過氧化是ROS過量引起氧化損傷的重要標(biāo)志。ROS通過其強(qiáng)烈的氧化作用，對不飽和脂肪酸產(chǎn)生氧化和過氧化作用，生成脂質(zhì)過氧化物，并降解成MDA，MDA的壽命比羥基自由基長，具有很強(qiáng)的毒性，極易與磷脂蛋白發(fā)生反應(yīng)，改變細(xì)胞膜的通透性，而造成組織細(xì)胞的氧化損傷，可以由生成部位擴(kuò)散到其他部位而產(chǎn)生毒性作用，也可以引起其它物質(zhì)產(chǎn)生過氧化作用的連鎖反應(yīng)，所以MDA是反映LPO水平的有效指標(biāo)。

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低住低練組大鼠股四頭肌MDA顯著低于低住安靜組，低住低練組大鼠股四頭肌T-AOC顯著高于低住安靜組，說明4 wk的跑臺運(yùn)動可以使脂質(zhì)過氧化物生成減少，降低組織細(xì)胞損傷。大量的研究表明，低氧訓(xùn)練提高了機(jī)體對缺氧的適應(yīng)能力，減少M(fèi)DA生成，增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力[10，11]。本實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)相類似的結(jié)果，低住高練組和高住低練組大鼠股四頭肌MDA顯著低于其它各組，低住高練組和高住低練組大鼠股四頭肌T-AOC顯著高于其它各組，這表明低氧訓(xùn)練可以減少脂質(zhì)過氧化物的生成，降低對組織細(xì)胞的損傷，同時也說明機(jī)體對ROS產(chǎn)生了適應(yīng)，加上適宜的運(yùn)動訓(xùn)練更有利于機(jī)體抗缺氧耐受性的形成。但也有實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)低氧下自由基過量產(chǎn)生，自由基引起的脂質(zhì)過氧化使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能都受到損傷。Sarada研究發(fā)現(xiàn)低氧暴露導(dǎo)致血漿中MDA水平增加，同時血液中GSH，GSH-PX減少[12]。造成這兩種截然不同的結(jié)果可能是低氧刺激的濃度、低氧刺激時間、以及不同組織器官等。

4 結(jié)論

運(yùn)動、低住高練和高住低練均能提高大鼠股四頭肌GSH、GSH-PX、T-AOC、減少M(fèi)DA的生成，這表明低住高練與高住低練這兩種訓(xùn)練方法比單一的常氧運(yùn)動更能改善機(jī)體的抗氧化能力，降低脂質(zhì)過氧化水平。

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