FICM干預(yù)對(duì)急性運(yùn)動(dòng)大鼠抗氧化能力的影響

何建偉，劉學(xué)謙，林秋華，許 劍，詹金添，吳朱艷

(1.莆田學(xué)院體育學(xué)院，福建 莆田 351100；2.廣州大學(xué)體育學(xué)院，廣東 廣州 510006；3.廈門大學(xué)體育教學(xué)部，福建 廈門 361005；4.集美大學(xué)體育學(xué)院，福建 廈門 361021)

長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和比賽易導(dǎo)致的骨骼肌纖維微細(xì)損傷，骨骼肌損傷后的康復(fù)治療一直是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的熱門話題。清華大學(xué)新型陶瓷與精細(xì)工藝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室863項(xiàng)目研制的YL-2.0-1型遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠(Far Infrared Ceramic Microspheres，F(xiàn)ICM)[1]，通過(guò)發(fā)射波長(zhǎng)為8～14μm的遠(yuǎn)紅外線，使生物的分子能級(jí)激發(fā)而處于較高的共振能級(jí)，產(chǎn)生良好的熱效應(yīng)和共振效應(yīng)[2]，從而改善人體微循環(huán)，促進(jìn)人體血液循環(huán)和新陳代謝。該產(chǎn)品作為一種新型的理療、康復(fù)材料，憑借其良好性能及簡(jiǎn)便易行的優(yōu)點(diǎn)，已在臨床和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)界得到廣泛推廣和應(yīng)用。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，受到運(yùn)動(dòng)員、教練員的一致好評(píng)[3]。本文利用遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠作為干預(yù)手段，探究動(dòng)物一次性力竭運(yùn)動(dòng)后骨骼肌處于微損傷狀態(tài)下，大鼠體內(nèi)自由基的生成變化及降低對(duì)機(jī)體的損害的作用機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與分組

清潔級(jí)標(biāo)準(zhǔn)健康8周齡雄性SD大鼠88只，每組8只，共11組，專用大鼠、飼料均由北京維通利華公司提供。飼養(yǎng)條件：室內(nèi)溫度18～22 ℃，濕度30～50 %，通風(fēng)良好，大鼠分籠飼養(yǎng)，每籠8只，自由進(jìn)食。適應(yīng)性喂養(yǎng)3周后隨機(jī)分組，體重280±20g，并在正式試驗(yàn)前進(jìn)行多次5～10 min的跑臺(tái)適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)組大鼠在下坡跑動(dòng)物跑臺(tái)上進(jìn)行一次性力竭運(yùn)動(dòng)，跑臺(tái)速度為16～20 m/min，坡度為-16°，大鼠每運(yùn)動(dòng)5 min，中間休息2 min，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為120 min；運(yùn)動(dòng)過(guò)程中大鼠如不能堅(jiān)持完成運(yùn)動(dòng)，休息2 min后繼續(xù)跑足120 min， A組對(duì)照組大鼠不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)共分四大組：

A組：安靜對(duì)照組； 1組

B組：運(yùn)動(dòng)后自然恢復(fù)組，即模型組； 4組

C組：運(yùn)動(dòng)后+熱水組，即模型+熱水組； 3組

D組：運(yùn)動(dòng)后遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠干預(yù)組，即模型+陶瓷微珠組； 3組

共計(jì)：1+4+3+3=11組，按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)D組將加熱至45 ℃的遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠裝入自制袋中，透明膠布綁于雙腿上熱敷15 min，休息10 min；熱水組C組大鼠一次性運(yùn)動(dòng)力竭后，將45℃的熱水裝入自制熱水袋中，透明膠布綁于雙腿上熱敷15 min，休息10 min。

1.2 樣本時(shí)相點(diǎn)的選取、采集、處理和測(cè)試

按實(shí)驗(yàn)要求取每組大鼠安靜時(shí)，運(yùn)動(dòng)后即刻、24 h、48 h、72 h共5個(gè)時(shí)相點(diǎn)，用2%戊巴比妥鈉(25 ml/kg體重) 腹腔注射麻醉大鼠并取心臟血。取血1管5 ml，靜置30 min后3 000 r/min離心15 min，分離血清，用來(lái)檢測(cè)血清SOD、GSH-Px、MDA。

1.3 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)具體方法

血清超氧化物歧化酶(SOD)、血清丙二醛(MDA)、血清谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)：比色法。以血清SOD為例(其他按試劑盒說(shuō)明書(shū)嚴(yán)格執(zhí)行)，實(shí)驗(yàn)方法按以下程序嚴(yán)格進(jìn)行。

(1)檢測(cè)程序：

試劑盒的組成與配制：測(cè)定時(shí)使用的試劑盒由南京建成生物工程研究所生產(chǎn)、提供，試劑盒的具體成分與實(shí)驗(yàn)要求一致。

(2)操作方法

在此過(guò)程中需要進(jìn)行兩步反應(yīng)，分別是酶促反應(yīng)和顯色反應(yīng)，具體操作見(jiàn)表1、2。

表1 酶促反應(yīng)

表2 顯色反應(yīng)

注：1.空白管、標(biāo)準(zhǔn)管一般只需1～2支；2.最佳取樣量以及最佳取樣濃度因樣品種類不同，其GSH-PX活力不一，根據(jù)酶的百分抑制率與酶活力呈拋物線關(guān)系，各組測(cè)定樣品取樣濃度不一樣，在每測(cè)定一種新的樣品前最好選一種最佳取樣量以及最佳取樣濃度

1.4 分析與處理

所有數(shù)據(jù)通過(guò)SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以M±SD表示，組內(nèi)、組間比較采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，顯著性差異以P<0.05表示，非常顯著性差異以P<0.01表示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 血清SOD的變化

B組運(yùn)動(dòng)后即刻SOD均降到最低，非常顯著低于對(duì)照組(P<0.01)，其后逐漸升高；運(yùn)動(dòng)后24 h，B、C 兩組SOD仍處于較低狀態(tài)，還是非常顯著低于對(duì)照組(P<0.01)，而D組與B、C兩組同時(shí)相比，有非常顯著的升高(P<0.01)，幾乎接近對(duì)照組水平；而B(niǎo)、C兩組運(yùn)動(dòng)后48 h和72 h，數(shù)值逐漸升高，B、C組之間相比沒(méi)有顯著性差異(P> 0.05)；與B、C兩組相比，D組運(yùn)動(dòng)后48h血清SOD值顯著高于 B、C兩組的對(duì)應(yīng)同時(shí)相(P<0.05)，運(yùn)動(dòng)后72 h D組與B、C組相比則沒(méi)有差異性(見(jiàn)表3)。

表3 SOD值的組間比較(單位：U/L，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A組對(duì)照組；★P<0.05，★★P<0.01，vs B組運(yùn)動(dòng)后即刻；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs C組運(yùn)動(dòng)后即刻；▲P<0.05，▲▲P<0.01， vs D組運(yùn)動(dòng)后即刻；■P<0.05，■■P<0.01，vs B、C組運(yùn)動(dòng)后24 h；●P<0.05，●●P<0.01，vs B 、C組運(yùn)動(dòng)后48 h

2.2 血清GSH-Px指標(biāo)的變化

B組運(yùn)動(dòng)后即刻GSH-Px均降到最低，非常顯著低于對(duì)照組(P<0.01)，其后逐漸升高；運(yùn)動(dòng)后24 h，B、C 兩組小幅升高，但GSH-Px水平仍處于較低狀態(tài)，還是非常顯著低于對(duì)照組(P<0.01)，而D組有非常顯著的升高(P<0.01)，甚至高于對(duì)照組，與B、C組相比有非常顯著性差異(P<0.01)；而B(niǎo)、C兩組運(yùn)動(dòng)后48 h和72 h，數(shù)值逐漸升高，與同組運(yùn)動(dòng)后即刻相比有顯著性差異(P<0.05，P<0.01)，B、C組之間相比沒(méi)有顯著性差異(P> 0.05)；與B、C兩組相比，D組運(yùn)動(dòng)后48 h血清GSH-Px值顯著高于 B、C兩組(P<0.05)，運(yùn)動(dòng)后72 h D組與B、C組相比略高，但沒(méi)有顯著差異性(見(jiàn)表4)。D組在陶瓷微珠干預(yù)下，運(yùn)動(dòng)后24 h、48 h、72 h都處在高位狀態(tài)，并都略高于安靜對(duì)照組。

表4 GSH-Px值的組間比較(單位：umol/l，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A組 對(duì)照組；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs B組運(yùn)動(dòng)即刻；★P<0.05，★★P<0.01， vs C組運(yùn)動(dòng)后即刻；▲P<0.05，▲▲P<0.01 vs D組運(yùn)動(dòng)后即刻；■P<0.05，■■P<0.01，vs B、C組運(yùn)動(dòng)后24 h；●P<0.05，●●P<0.01，vs B 、C組運(yùn)動(dòng)后48 h

2.3 血清MDA的變化

B組運(yùn)動(dòng)后即刻MDA均升到最高，非常顯著高于對(duì)照組(P<0.01)，其后逐漸降低；運(yùn)動(dòng)后24h和48h，B組MDA仍處于較高狀態(tài)，還是明顯高于對(duì)照組(P<0.05)，而C、D兩組與B兩組同時(shí)相相比，有比較明顯的降低(P<0.05，P<0.01)，而D組幾乎接近對(duì)照組水平；而D組運(yùn)動(dòng)后24h、48h和72h，數(shù)值逐漸降低，24h就基本達(dá)到安靜水平，48h、72h后就幾乎處在同一水平，沒(méi)有變化。C、D組之間相比沒(méi)有顯著性差異(P>0.05)，而在72h，D組運(yùn)動(dòng)后MDA值顯著低于 B、C兩組的對(duì)應(yīng)同時(shí)相(P<0.05)(見(jiàn)表5)。

表5 MDA值的組間比較(單位：nmol/ml，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A組 對(duì)照組；■P<0.05，■■P<0.01，vs B組運(yùn)動(dòng)后24 h；▲P<0.05，▲▲P<0.01， vs D組運(yùn)動(dòng)后即刻；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs C組運(yùn)動(dòng)后即刻；★P<0.05，★★P<0.01，vs B組運(yùn)動(dòng)后即刻；●P<0.05，●●P<0.01，vs B組運(yùn)動(dòng)后48 h；△P<0.05，△△P<0.01，vs C組運(yùn)動(dòng)后72 h

3 分析與討論

當(dāng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷超過(guò)于機(jī)體承受能力而產(chǎn)生的暫時(shí)的生理機(jī)能減退現(xiàn)象，同時(shí)機(jī)體疲勞時(shí)機(jī)體抗氧化系統(tǒng)能力也隨之減弱，體內(nèi)可能大量自由基產(chǎn)生，酸性等物質(zhì)的大量生成，從而導(dǎo)致骨骼肌的微損傷[4]；本實(shí)驗(yàn)大鼠經(jīng)過(guò)一次性120分鐘的跑臺(tái)下坡跑之后，動(dòng)物體內(nèi)能源耗盡，大鼠骨骼肌處于微損傷模型之中，長(zhǎng)時(shí)間疲勞積累可能導(dǎo)致肌肉損傷，這些都需要一個(gè)科學(xué)的、有效的方法來(lái)解決。遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠紅外發(fā)射率高，處在88～92 %之間，屬?gòu)?qiáng)紅外健康材料[5]。傅旭東[6]等研究表明，遠(yuǎn)紅外線具有兩方面生物效應(yīng)、遠(yuǎn)紅外線熱生物效應(yīng)和非熱生物效應(yīng)，該兩種生物效應(yīng)對(duì)疲勞的恢復(fù)均有積極作用，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)紅外線能量被人體吸收后，可引起肌纖維蛋白質(zhì)分子中酞胺鍵的振動(dòng)，在一次性力竭之后，體內(nèi)ATP～CP基本耗完情況下，生物能量補(bǔ)償順利地從一處傳遞到另一處，從而對(duì)消除自由基有積極的意義[7]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于陶瓷微珠遠(yuǎn)紅外線相關(guān)的研究還較少，遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠如何清除自由基、延緩疲勞的發(fā)生和促進(jìn)疲勞恢復(fù)、促進(jìn)肌肉損傷的快速恢復(fù)、提高運(yùn)動(dòng)能力方面進(jìn)行科學(xué)深入的研究有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1 遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠對(duì)大鼠血清SOD、GSH-Px指標(biāo)的影響

圖1 SOD值得組間比較

圖2 GSH-Px值得組間比較

3.2 遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠對(duì)大鼠血清MDA指標(biāo)的影響

正常情況下，機(jī)體內(nèi)的自由基生成過(guò)程與清除過(guò)程呈平衡狀態(tài)。然而，在大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，機(jī)體耗氧量大于攝氧量，機(jī)體缺氧，為了保證ATP的再合成，酵解作用加強(qiáng)，乳酸生成增多，并在體內(nèi)堆積，乳酸還原使胞漿煙酰胺嘌呤二核苷酸濃度下降，抑制體內(nèi)自由基清除酶活性，造成自由基大量產(chǎn)生，引起細(xì)胞損傷[13]。大量研究表明，大強(qiáng)度離心運(yùn)動(dòng)后機(jī)體血SOD、GSH-Px指標(biāo)顯著降低，而MDA(見(jiàn)圖3)指標(biāo)則顯著升高[14]。

圖3 MDA值的組間比較

在本研究中，一次大強(qiáng)度離心運(yùn)動(dòng)后大鼠血SOD、GSH-Px(見(jiàn)圖1、2)均呈逐漸上升趨勢(shì)，而運(yùn)動(dòng)后72h時(shí)相血MDA 低于運(yùn)動(dòng)后其他各時(shí)相。運(yùn)動(dòng)后各時(shí)相SOD均顯著低于安靜對(duì)照組，血MDA運(yùn)動(dòng)后各時(shí)相均高于安靜對(duì)照組，其中運(yùn)動(dòng)后24h與48h時(shí)相呈顯著性差異。而運(yùn)動(dòng)后24h血SOD、GSH-Px均顯著低于安靜對(duì)照組，運(yùn)動(dòng)后72h恢復(fù)至安靜時(shí)水平。以上結(jié)果提示，一次大強(qiáng)度離心運(yùn)動(dòng)可引起機(jī)體自由基生成增多，使酶促體系中SOD、GSH-Px的消耗增加，不能有效消除大量產(chǎn)生的自由基，從而導(dǎo)致了骨骼肌細(xì)胞膜的損傷。隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，酶促體系的機(jī)能得到了一定恢復(fù)，使機(jī)體自由基的損傷程度逐漸減輕[15]。該結(jié)果提示，雖然運(yùn)動(dòng)后一段時(shí)間機(jī)體酶促體系中的SOD、GSH-Px消耗增多，但總抗氧化、消除自由基的能力卻被激發(fā)，但隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)體內(nèi)各種抗氧化物質(zhì)均受到很大程度地消耗，抗自由基能力明顯減弱。但對(duì)照以前研究的CK、CK-MM指標(biāo)的變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)[16]，大量抗自由基物質(zhì)的消耗減輕了肌細(xì)胞膜的損傷，發(fā)揮了消除氧自由基的重要作用。綜合各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，常規(guī)恢復(fù)組與陶瓷微珠組血SOD、GSH-Px運(yùn)動(dòng)后各時(shí)相均高于運(yùn)動(dòng)組，而陶瓷微珠組兩指標(biāo)指標(biāo)各時(shí)相又均高于常規(guī)恢復(fù)組。而常規(guī)恢復(fù)組與陶瓷微珠組血MDA運(yùn)動(dòng)后各時(shí)相均低于運(yùn)動(dòng)組，而陶瓷微珠組血MDA運(yùn)動(dòng)后各時(shí)相又均低于常規(guī)恢復(fù)組。該結(jié)果提示，熱水療法與陶瓷微珠療法可能均具有抑制機(jī)體自由基生成，減少抗氧化酶及其它抗自由基物質(zhì)的消耗，從而減輕骨骼肌細(xì)胞膜損傷的作用，而陶瓷微珠干預(yù)下的作用更為顯著。

4 結(jié)論

遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠組干預(yù)恢復(fù)后各時(shí)相血SOD、GSH-Px水平均高于自然恢復(fù)組與常規(guī)模型組，而MDA值均低于自然恢復(fù)組與常規(guī)模型組，提示遠(yuǎn)紅外陶瓷微珠可能具有抑制機(jī)體自由基的生成，減少自由基對(duì)身體損傷的作用。