游泳訓(xùn)練對大鼠心肌能量代謝酶類活性的影響

李 鋒，劉洪珍

(1.廣西民族師范學(xué)院體育系，廣西龍州532400;2.曲阜師范大學(xué)體育學(xué)院，山東曲阜273165)

游泳訓(xùn)練對大鼠心肌能量代謝酶類活性的影響

李 鋒1，劉洪珍2

(1.廣西民族師范學(xué)院體育系，廣西龍州532400;2.曲阜師范大學(xué)體育學(xué)院，山東曲阜273165)

為探討游泳訓(xùn)練對大鼠心肌能量代謝相關(guān)酶類活性的影響，采用實驗法對大鼠游泳訓(xùn)練前后的心肌琥珀酸脫氫酶(SDH)、蘋果酸脫氫酶(MDH)、肌酸激酶(CK)和Na+-K+-ATP酶活性進(jìn)行測定。結(jié)果表明:各狀態(tài)下訓(xùn)練組大鼠的SDH活性均低于對照組，且在力竭時顯著低于對照組(P＜0.01);訓(xùn)練組在力竭即刻和24 h恢復(fù)時的MDH活性顯著高于對照組(P＜0.05);訓(xùn)練組在力竭即刻、恢復(fù)12h和恢復(fù)24h時的CK活性顯著高于對照組(P＜0 05);訓(xùn)練組在運(yùn)動1 h、力竭即刻、恢復(fù)12 h和恢復(fù)24 h時的Na+-K+-ATP酶活性均高于對照組，但無顯著差異。結(jié)論表明:游泳訓(xùn)練能促進(jìn)大鼠心肌MDH、CK、Na+-K+-ATP酶等能量代謝相關(guān)酶活性升高，卻使大鼠心肌胞漿中SDH活性降低，最終增強(qiáng)心肌有氧供能能力，提高運(yùn)動能力。

游泳訓(xùn)練;能量代謝;心肌琥珀酸脫氫酶;蘋果酸脫氫酶;肌酸激酶;Na+-K+-ATP酶

人體是一個對立統(tǒng)一的整體，任何運(yùn)動都是機(jī)體各器官和系統(tǒng)協(xié)同作用的結(jié)果，而能量的充分供應(yīng)則是機(jī)體維持運(yùn)動的基礎(chǔ)。人體細(xì)胞直接利用的能源來自于三磷酸腺苷(ATP)的分解產(chǎn)生，而ATP合成最終主要來源于糖的分解代謝，其次是脂肪、蛋白質(zhì)，能量產(chǎn)生的量與速度不但與能源物質(zhì)的提供有關(guān)，更決定于催促三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化過程的有關(guān)酶類的活性。因此如何提高機(jī)體的能量代謝水平，以保證正常訓(xùn)練和比賽中機(jī)體能量的供應(yīng)始終是運(yùn)動生理學(xué)研究的重點(diǎn)之一。

長時間有氧運(yùn)動需要運(yùn)動員提供更多的能量以保證肌肉做功。大量的實驗研究已經(jīng)證明:適宜的體育鍛煉能改善體質(zhì)和提高健康水平，但超負(fù)荷訓(xùn)練和競賽引起的過強(qiáng)應(yīng)激會導(dǎo)致機(jī)體的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等功能的障礙。心血管系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著機(jī)體生命活動所需要的氧及能源物質(zhì)運(yùn)輸?shù)奶厥庾饔?，在長時間的運(yùn)動中心臟的功能顯得尤為重要。因此，心臟與運(yùn)動性疲勞的關(guān)系為眾多研究者所關(guān)注。運(yùn)動的疲勞與恢復(fù)是人體運(yùn)動過程中身體機(jī)能變化的重要環(huán)節(jié)，也是影響運(yùn)動訓(xùn)練效果的重要因素，如何減緩運(yùn)動疲勞并加快疲勞的恢復(fù)過程則是影響運(yùn)動訓(xùn)練水平和提高運(yùn)動成績的重要因素之一。本實驗采用遞增負(fù)荷游泳訓(xùn)練方式，對大鼠進(jìn)行為期8周的游泳運(yùn)動，通過觀察大鼠對照組、訓(xùn)練組在安靜、定量負(fù)荷、力竭即刻、力竭恢復(fù)12 h、力竭恢復(fù)24 h五種不同狀態(tài)下與心肌能量代謝有關(guān)酶活性的變化，探討遞增負(fù)荷游泳運(yùn)動大鼠對心肌能量代謝的影響，進(jìn)而從能量代謝角度探討延緩運(yùn)動疲勞發(fā)生和促進(jìn)疲勞恢復(fù)的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實驗對象及分組

選取8周齡雌性Wistar大鼠80只，體重200 g左右，購于山東魯抗醫(yī)藥股份有限公司，隨機(jī)分為運(yùn)動組(B組)和對照組(A組)，采用國家標(biāo)準(zhǔn)大鼠飼料喂養(yǎng)，自由飲水。

1.2 實驗方法

1.2.1 運(yùn)動方案

運(yùn)動組大鼠采用游泳訓(xùn)練，訓(xùn)練桶高100 cm、直徑70 cm ，水深55 cm，水溫 32℃ ～35℃，每桶4只，先進(jìn)行適應(yīng)訓(xùn)練時間為15 min/d，共6天。之后進(jìn)行持續(xù)8周游泳訓(xùn)練，尾部負(fù)重為體重的3%，每周訓(xùn)練6天。第一周訓(xùn)練時間為30 min，以后每周遞增訓(xùn)練時間10 min，最后一周每天訓(xùn)練100 min。周一上午稱體重。

1.2.2 取材

8周后，對訓(xùn)練組和對照組大鼠分別再分作安靜、定量負(fù)荷、力竭運(yùn)動即刻、力竭后恢復(fù)12 h和力竭后恢復(fù)24 h五個小組，并于相應(yīng)狀態(tài)斷頭處死，迅速取出心肌，于冰生理鹽水中洗凈血液，濾紙吸干，剪取約0.3 g，按W/V=1/9加入預(yù)冷的生理鹽水，冰浴條件下勻漿后放置4℃的冷凍離心機(jī)，以3 000 rpm離心15 min，取上清裝入樣品管中置－20℃冷藏。力竭運(yùn)動標(biāo)準(zhǔn):大鼠沉入水面下10 s不能自主浮出水面，且放在平板上無法完成翻正反射視為力竭［1］。

1.2.3 測試指標(biāo)與方法

Na+-K+-ATP酶、蘋果酸脫氫酶(MDH)、琥珀酸脫氫酶(SDH)、肌酸激酶(CK)試劑盒購于南京建成生物工程研究所，運(yùn)用比色法測定，各項指標(biāo)的測定嚴(yán)格按照試劑盒說明書進(jìn)行，并在實驗之前進(jìn)行預(yù)實驗，測定完畢后按說明書計算所測指標(biāo)濃度。

1.2.4 實驗數(shù)據(jù)處理方法

2 實驗結(jié)果

2.1 大鼠游泳力竭時間的比較

兩組大鼠游泳力竭時間比較，B組游泳力竭時間明顯延長(P ＜0 05)，見表1。

表1 兩組大鼠游泳力竭時間的比較一覽表

2.2 不同狀態(tài)下大鼠心肌SDH活性的變化

5種狀態(tài)下，訓(xùn)練組大鼠心肌SDH活性均低于對照組，但無顯著差異，力竭即刻狀態(tài)訓(xùn)練組顯著低于對照組(P ＜0.01)，見表 2。

表2 不同狀態(tài)下各組大鼠心肌SDH酶活性的變化一覽表 U/mgprot

2.3 不同狀態(tài)下大鼠心肌MDH活性的變化

5種狀態(tài)下，B組大鼠心肌MDH活性均高于A組，力竭即刻組和24h恢復(fù)組B組顯著高于A組(P＜0.05)，見表3。

表3 不同狀態(tài)下各組大鼠心肌MDH酶活性的變化一覽表 U/mgprot

2.4 不同狀態(tài)下大鼠心肌CK活性的變化

5種狀態(tài)下，B組大鼠心肌CK活性均高于A組，力竭即刻、12 h恢復(fù)組和24 h恢復(fù)組顯著高于A組(P ＜0 05)，見表4。

表4 不同狀態(tài)下各組大鼠心肌CK酶活性的變化一覽表 U/mgprot

2.5 不同狀態(tài)下大鼠心肌Na+-K+-ATP酶活性的變化

定量負(fù)荷組、力竭即刻組、12 h恢復(fù)組和24 h恢復(fù)組，B組大鼠心肌Na+-K+-ATP酶活性均高于A組，但無顯著差異，見表5。

表5 不同狀態(tài)下各組大鼠心肌CK酶活性的變化一覽表 U/mgprot

3 分析與討論

運(yùn)動疲勞的出現(xiàn)會導(dǎo)致機(jī)體運(yùn)動能力降低直至力竭。力竭是指肌肉或器官完全不可能維持運(yùn)動［2］。大鼠運(yùn)動能力可以通過大鼠的力竭運(yùn)動時間來體現(xiàn)，本實驗結(jié)果顯示(表1)，訓(xùn)練組大鼠力竭運(yùn)動時間明顯長于對照組。說明長時間遞增負(fù)荷耐力訓(xùn)練可以提高大鼠運(yùn)動能力。大鼠運(yùn)動能力的提高，是綜合性的因素，可能涉及到能量供應(yīng)系統(tǒng)功能改善，心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等機(jī)能的提高。單就能量系統(tǒng)而言，可能是運(yùn)動時能量產(chǎn)生的總量增多，供給速度加快，也可能是能量利用的節(jié)省化兩個方面的效果。本實驗設(shè)計方案可提高能量產(chǎn)生的多種有氧氧化酶的活性，說明運(yùn)動時，大鼠心肌能量產(chǎn)生的速度和供給增多，是提高大鼠心血管機(jī)能的重要原因。本實驗對產(chǎn)生能量的物質(zhì)基礎(chǔ)的糖原含量暫未測定，有待于研究的進(jìn)一步實施。

琥珀酸脫氫酶屬膜結(jié)合酶，位于線粒體內(nèi)膜，是三羧酸循環(huán)中唯一滲入線粒體內(nèi)膜的酶，廣泛存在于諸多臟器的線粒體中，正常情況下SDH位于線粒體內(nèi)膜上，組織損傷時，線粒體腫脹、變性，線粒體膜通透性增加，基質(zhì)水腫，SDH活性會發(fā)生變化，大量逸出細(xì)胞器，所以胞漿內(nèi)SDH含量增加的多少是衡量組織損傷程度的一個重要指標(biāo)［3］。SDH大量逸出嚴(yán)重影響線粒體內(nèi)三羧酸循環(huán)的順利進(jìn)行，能量代謝紊亂，機(jī)體出現(xiàn)疲勞。本實驗研究結(jié)果顯示，8周的遞增負(fù)荷游泳訓(xùn)練改善了運(yùn)動大鼠心肌的氧化代謝能力，明顯降低組織損傷的程度，表現(xiàn)為細(xì)胞液中SDH活性降低，推測線粒體內(nèi)SDH活性應(yīng)升高。這與CamPbell［4］、李燕玉［5］等運(yùn)動使大鼠骨骼肌及心肌線粒體SDH活性研究結(jié)果一致。蘋果酸脫氫酶是機(jī)體有氧代謝途徑中的催化酶之一，存在于胞漿和線粒體基質(zhì)中，線粒體基質(zhì)中的MDH可促進(jìn)蘋果酸到草酰乙酸的轉(zhuǎn)化，而細(xì)胞質(zhì)中的MDH可將草酰乙酸還原為蘋果酸，后者通過線粒體內(nèi)膜上的載體進(jìn)入線粒體，參與蘋果酸—天冬氨酸循環(huán)，維持酶促反應(yīng)的動態(tài)平衡［6］。本實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過8周的遞增負(fù)荷耐力訓(xùn)練，訓(xùn)練組大鼠MDH活性在不同狀態(tài)下均較安靜，對照組大鼠有不同程度的提高(如表3)，說明此實驗方案對大鼠心肌細(xì)胞MDH活性有顯著提高作用。

肌酸激酶又稱磷酸肌酸激酶，與機(jī)體的能量代謝密切相關(guān)，它參與糖酵解的控制、線粒體的呼吸和肌肉的收縮供能，是機(jī)體ATP-CP供能系統(tǒng)代謝的關(guān)鍵酶之一。人體骨骼肌、心肌、腦、平滑肌中都含有CK，以骨骼肌含量最多。CK是能量代謝的關(guān)鍵酶之一，其作用是催化三磷酸腺苷和磷酸肌酸之間高能磷酸鍵可逆性的轉(zhuǎn)移。CK在心肌細(xì)胞中高表達(dá)，在心肌細(xì)胞的能量代謝和從ATP產(chǎn)生到利用的能量傳遞過程中起關(guān)鍵作用［7］。關(guān)于運(yùn)動對CK活性影響的研究較多，多見于血清中CK活力測定。CK是一種大分子蛋白質(zhì)，正常情況下肌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整，功能正常，CK極少滲透出細(xì)胞膜進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。大強(qiáng)度或力竭性運(yùn)動后血清中CK活性會急劇上升，說明運(yùn)動導(dǎo)致肌細(xì)胞損傷，細(xì)胞膜通透性增加，大量CK蛋白分子滲透出細(xì)胞膜最終進(jìn)入循環(huán)血液［8］。血清中CK活性的變化往往表明心肌損傷程度，經(jīng)常作為心肌損傷的標(biāo)志酶。本實驗結(jié)果顯示，五種狀態(tài)下，訓(xùn)練組大鼠心肌CK活性均高于對照組，且在運(yùn)動過程，訓(xùn)練組大鼠心肌CK活力降低程度比對照組有明顯減緩趨勢。說明采取遞增負(fù)荷的有氧訓(xùn)練方式可有效增強(qiáng)大鼠心肌組織的抗損傷能力，提高運(yùn)動中大鼠心肌CK活力。

Na+-K+-ATP酶是鑲嵌在生物膜脂質(zhì)雙分子層中的一種蛋白質(zhì)，具有載體作用和酶的活性，其活力的大小是細(xì)胞能量代謝及判別功能有無損傷的重要指標(biāo)。它催化ATP水解，提供能量驅(qū)動Na+和K+對向運(yùn)輸，使細(xì)胞內(nèi)蓄積高濃度的K+，而細(xì)胞外則為高濃度Na+狀態(tài)。這種離子梯度的維持有著重要的生理意義，如在膜電位產(chǎn)生、調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓、為某些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收提供驅(qū)動力，以及在神經(jīng)和肌肉細(xì)胞的沖動傳導(dǎo)等方面起著重要作用［9］。本實驗在大鼠運(yùn)動及恢復(fù)過程中，訓(xùn)練組大鼠Na+-K+-ATP酶均高于對照組大鼠，且訓(xùn)練組大鼠在運(yùn)動過程該酶的降低趨勢較對照組減緩。說明此實驗運(yùn)動方案可增強(qiáng)大鼠運(yùn)動中Na+-K+-ATP酶活性，對減少力竭運(yùn)動時大鼠心肌損傷、提高心肌能量代謝能力具有重要意義。

綜上所述，遞增負(fù)荷有氧耐力訓(xùn)練能促進(jìn)大鼠心肌MDH酶活性的升高，減緩運(yùn)動過程中其活性的降低，從而提高大鼠心肌有氧代謝的能力、延緩疲勞的發(fā)生;可以增加與能量代謝相關(guān)的CK、Na+-K+-ATP酶的活性，減緩運(yùn)動過程中降低的速率及增加其恢復(fù)，從而提高大鼠能量代謝水平，提高運(yùn)動能力并促進(jìn)運(yùn)動后疲勞的恢復(fù)。本研究顯示，游泳訓(xùn)練使大鼠心肌SDH酶活性水平在各狀態(tài)下均降低，其原因有待進(jìn)一步探討和驗證。

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［責(zé)任編輯 江國平］

The research is about that swimming training on the myocardium energy metabolism of rats

LI Feng1，LIU Hong-zhen2
(Guangxi Normal University for Nationalities，Longzhou 532400，China;Physical Education College of Qufu Normal University，Qufu，273165，China)

To explore the effects of swimming training on the energy metabolism enzymes activity of mice's heart muscle，the method of experiment is taken to test the mice＇s SDH，MDH，CK and the enzymes activity of Na+-K+-ATP.The results show that the SDH activity level of training group in different conditions is all lower than that of control group，while significantly lower as the mice are exhausted(P ＜0.01);the MDH activity level in the strength using up state and 24-hour-recovery state is significantly higher than that of the control group(P ＜0.05);so is the CK activity level(P ＜0 05)in the strength using up state，12-hour-recovery and 24-hour-recovery state;while the Na+-K+-ATP enzymes activity in the training group is higher than that of control group without significant difference.The conclusion shows that swimming training can improve the mice's heart muscle's energy metabolism enzymes activity such as MDH、CK、Na+-K+-ATP，but lower SDH activity level of their myocardium.Such swimming training can strengthen mice's myocardial oxygen capability and improve sports ability.

swimming training;energy metabolism;SDH;MDH;CK;Na+-K+-ATP

G 804.2

A

1007－7413(2011)02－0064－04

2010－09－17

山東省教育廳自然科學(xué)基金資助項目(J04E14)

李峰(1978—)，男，黑龍江綏化人，講師，碩士。研究方向:遠(yuǎn)動生理學(xué)。