不同環(huán)境適應(yīng)對(duì)大鼠紋狀體5-HT及運(yùn)動(dòng)能力的影響

賴麗麗 趙杰修 崔書(shū)強(qiáng) 安楠 封文平 涂相仁

1 國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所（北京100061）

2 南昌師范學(xué)院體育系 3 北京市體育科學(xué)研究所

與常溫環(huán)境（23℃，相對(duì)濕度40%～60%）相比，在熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)機(jī)體將會(huì)出現(xiàn)更高的核心溫度，出汗率增加，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力下降［1］。持續(xù)在熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)或者暴露會(huì)使機(jī)體出現(xiàn)熱適應(yīng)，如核心溫度和心率等逐漸下降［2］。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中紋狀體神經(jīng)元參與運(yùn)動(dòng)疲勞的中樞調(diào)控［3］，而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)富含5-HT神經(jīng)元的中腦神經(jīng)纖維可投射到紋狀體和黑質(zhì)等部位［4］。研究發(fā)現(xiàn)，常溫環(huán)境下急性力竭性運(yùn)動(dòng)使大鼠紋狀體5-HT及其代謝產(chǎn)物顯著上升［5］。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的大腦5-HT水平升高與中樞疲勞相關(guān)［6］，但并非所有大腦腦區(qū)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)至疲勞時(shí)5-HT都會(huì)上升［7］，在高溫環(huán)境下經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間適應(yīng)性耐力訓(xùn)練后，大鼠紋狀體5-HT如何變化，不同環(huán)境適應(yīng)運(yùn)動(dòng)后其如何變化，尚不明了。

LDH是催化丙酮酸和乳酸相互轉(zhuǎn)換的酶，其廣泛存在于各種組織中，如心肌、骨骼?。?］。LDH活性反映機(jī)體運(yùn)動(dòng)損傷的程度，還反映高溫環(huán)境下過(guò)度訓(xùn)練對(duì)機(jī)體各器官造成的損傷情況［9］。SDH是線粒體內(nèi)的重要氧化酶，其活性變化與線粒體結(jié)構(gòu)變化一致，說(shuō)明骨骼肌氧化能力的發(fā)展存在最適宜的訓(xùn)練強(qiáng)度［10］，故常用來(lái)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)機(jī)體有氧代謝潛能的影響。本實(shí)驗(yàn)研究不同環(huán)境適應(yīng)后力竭對(duì)大鼠紋狀體中樞神經(jīng)遞質(zhì)5-HT及其代謝產(chǎn)物5-HIAA的影響，通過(guò)SDH和LDH的變化探討在不同環(huán)境下適應(yīng)后大鼠力竭運(yùn)動(dòng)能力的改變。

1 動(dòng)物與方法

1.1 動(dòng)物與分組

隨機(jī)選取雄性成年Wistar大鼠24只，8周齡，體重300～350 g，由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供（動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào)為L(zhǎng)2677）。本實(shí)驗(yàn)在國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。分籠飼養(yǎng)，標(biāo)準(zhǔn)飲食，飼養(yǎng)室溫度20～24℃，濕度50%～60%，每日采用燈光照明，12小時(shí)晝夜節(jié)律變化，光照時(shí)間從早6點(diǎn)至晚6點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中及休息時(shí)大鼠隨意進(jìn)食和飲水。大鼠購(gòu)進(jìn)后進(jìn)行1天環(huán)境適應(yīng)，然后進(jìn)行連續(xù)2天適應(yīng)性跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，再隨機(jī)均分為4組：安靜對(duì)照組（Q），高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組（A），高溫暴露適應(yīng)組（P）和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組（E）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

采用跑臺(tái)（中國(guó)杭州段式制作DSPY0202）運(yùn)動(dòng)建立大鼠運(yùn)動(dòng)力竭模型。高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度和力竭運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度一致。高溫溫度設(shè)為38℃，常溫溫度設(shè)為23℃，相對(duì)濕度均為50%～60%。分組后大鼠分別進(jìn)行高溫運(yùn)動(dòng)、常溫運(yùn)動(dòng)或熱暴露適應(yīng)，均6天，運(yùn)動(dòng)組訓(xùn)練速度逐日遞增，分別為12 m/min、15 m/min、18 m/min、20 m/min加5%坡度、22 m/min加5%坡度（后2天），每天訓(xùn)練1 h，高溫暴露適應(yīng)組每天于同一時(shí)間在相同高溫環(huán)境 （濕度一致）下暴露1 h。

第7天三個(gè)適應(yīng)組進(jìn)行高溫力竭運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。跑速22 m/min，坡度5%［11］。大鼠力竭標(biāo)準(zhǔn)為：多次下滑，跟不上跑臺(tái)速度，在跑臺(tái)后格跑道上滯留30 s以上，用木棍、聲音等驅(qū)趕無(wú)效［12］。運(yùn)動(dòng)力竭后即刻測(cè)試肛溫，尾部取血測(cè)血乳酸，然后腹腔麻醉（2%戊巴比妥鈉麻醉，劑量為40 mg·kg-1），迅速取出大鼠紋狀體和腓腸肌，盡快移入-80℃冰箱保存待測(cè)。

1.3 指標(biāo)測(cè)試

1.3.1 HPLC-ECD法測(cè)試大鼠紋狀體5-HT和5-HIAA

取待測(cè)大鼠紋狀體樣品，稍微解凍后，加入0.2 mol/L高氯酸0.2 ml，充分振蕩攪拌混勻，4℃、18000 r/min（Heraeus GmbH D-3360）避光離心20 min，取上清液待測(cè)［13］。

采用美國(guó)ESA公司高效液相色譜系統(tǒng)測(cè)試：582型液相色譜泵，542型自動(dòng)進(jìn)樣器，5600A型Coularry電化學(xué)檢測(cè)器，Coularry軟件工作站。色譜柱為Agilent ZORBAX SB-C18反相柱，4.6×150 mm，粒徑5 μm。流動(dòng)相組成：50 mM檸檬酸，50 mM檸檬酸三鈉，100 μM乙二胺四乙酸二鈉，500 μM辛烷磺酸鈉，8%甲醇，用NaOH將pH值調(diào)至4.1，配好后用0.22 μM濾膜過(guò)濾，流動(dòng)相流速：1 ml/min。檢測(cè)器電極電壓550 mV，靈敏度1 nA。配置不同濃度的5-HIAA和5-HT標(biāo)準(zhǔn)品，標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度為2～200 ng/ml，所有標(biāo)準(zhǔn)品均為美國(guó)Sigma產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)品與待測(cè)樣品以50 μl進(jìn)樣，根據(jù)色譜峰面積進(jìn)行定量。

1.3.2 測(cè)定大鼠腓腸肌SDH和LDH

取待測(cè)樣品，稍微解凍后，取腓腸肌肌腹0.2～0.3 g， 用生理鹽水按1∶10稀釋后勻漿，3000 r/min離心15 min（德國(guó)Heraeus公司Biofuge臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)），取上清液（即10%勻漿）備用。以上所有步驟均在0～4℃條件下進(jìn)行。采用紫外分光光度法（UNICO，UV-2000，中國(guó)上海）測(cè)定10%腓腸肌勻漿液SDH活性。采用全自動(dòng)多功能酶標(biāo)儀 （MULTISKAN MK3，Thermo，USA）測(cè)定2‰腓腸肌勻漿液LDH活性。SDH試劑盒和LDH試劑盒由南京建成生物工程研究所提供。

1.3.3 肛溫和血乳酸測(cè)試

運(yùn)動(dòng)后即刻測(cè)定大鼠肛溫。用數(shù)字溫度計(jì)（北京司南儀器廠Sn2202）插入大鼠肛門(mén)括約肌內(nèi)約7 cm，待溫度讀數(shù)穩(wěn)定（約5秒）后讀數(shù)。

運(yùn)動(dòng)后即刻，針刺大鼠尾部取靜脈血20 μl入溶血?jiǎng)═RITON），輕彈使其混勻，避光保存并盡快測(cè)試。采用血乳酸分析儀（YSI-2327）檢測(cè)，檢測(cè)前用標(biāo)準(zhǔn)品 （CAS27848802）校正儀器，儀器數(shù)值顯示在4.95～5.05之間為正常，然后取20 μl血液混合液進(jìn)行檢測(cè)，每檢測(cè)5～6個(gè)樣品后重新校正，如此反復(fù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)均采用SPSS15.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，各指標(biāo)數(shù)值以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（± s）表示。采用單因素方差分析檢驗(yàn)組間顯著性差異，P<0.05時(shí)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 運(yùn)動(dòng)時(shí)間

高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)后（高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組）大鼠運(yùn)動(dòng)時(shí)間（78.67±12.09 min）明顯長(zhǎng)于其余兩組（P<0.05），高溫暴露適應(yīng)組（42.17±6.79 min）和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組（46.5±9.65 min）組間無(wú)顯著性差異。

2.2 血乳酸、肛溫、SDH、LDH、5-HT和5-HIAA

表1顯示，高溫暴露適應(yīng)組和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組血乳酸高于安靜對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P<0.05），高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組與安靜對(duì)照組比較無(wú)顯著性差異。高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組、高溫暴露適應(yīng)組和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組三組肛溫與安靜對(duì)照組比較顯著上升，其中高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組升幅較小。

高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組SDH與安靜對(duì)照組及其余2個(gè)適應(yīng)組比較顯著上升（P<0.05）。高溫暴露適應(yīng)組和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組SDH上升不明顯。各組LDH均無(wú)顯著性差異。

高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組與安靜對(duì)照組比較5-HT顯著上升（P<0.05），高溫暴露適應(yīng)組和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組上升不明顯。高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組和高溫暴露適應(yīng)組5-HIAA與安靜對(duì)照組比較顯著上升（P<0.05）。

表1 各組測(cè)試指標(biāo)比較

3 討論

3.1 不同環(huán)境下適應(yīng)后力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠紋狀體5-HT及5-HIAA的影響

5-HT對(duì)睡眠、情緒、精神活動(dòng)、心血管活動(dòng)、體溫調(diào)節(jié)、下丘腦內(nèi)分泌活動(dòng)及痛覺(jué)等起調(diào)控作用［14］。高熱環(huán)境下暴露，人體血漿5-HT濃度顯著上升［15］，而長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后大腦5-HT水平升高還與中樞疲勞相關(guān)［6］，高溫環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，機(jī)體體溫升高導(dǎo)致疲勞出現(xiàn)與中樞5-HT能神經(jīng)元活性相關(guān)［16］。有研究表明，心室5-HT使機(jī)體溫度升高，而通過(guò)微透析給大鼠腦室或下丘腦注入5-HT時(shí)，大鼠反而出現(xiàn)體溫過(guò)低的現(xiàn)象［17］，可能不同部位5-HT作用不一，但機(jī)制尚不清楚。

長(zhǎng)時(shí)間游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠間腦、端腦、腦干5-HT水平影響都未達(dá)到顯著性水平，5-HIAA也無(wú)明顯改變［18］，而在急性跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)力竭后，大鼠脊髓內(nèi)5-HT在運(yùn)動(dòng)后即刻反而出現(xiàn)了下降，其代謝產(chǎn)物5-HIAA則出現(xiàn)了顯著性上升［19］。研究發(fā)現(xiàn)，常溫環(huán)境下急性力竭性運(yùn)動(dòng)使大鼠紋狀體內(nèi)5-HT及其代謝產(chǎn)物顯著上升［5］，本實(shí)驗(yàn)中，大鼠紋狀體5-HT在高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)后力竭運(yùn)動(dòng)結(jié)束即刻顯著升高，而高溫暴露適應(yīng)組和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)組力竭運(yùn)動(dòng)后無(wú)顯著性變化。研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)運(yùn)動(dòng)可能增加了大鼠腦區(qū)5-HT代謝和轉(zhuǎn)換，引起5-HT反復(fù)升高，最終導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)5-HT受體下調(diào)（數(shù)量減少和敏感性下降）［20］。中樞神經(jīng)系統(tǒng)5-HT神經(jīng)元的中腦纖維投射到紋狀體內(nèi)，電生理和神經(jīng)化學(xué)研究顯示此投射在腦內(nèi)主要起抑制作用［4］，主要通過(guò)減少中樞神經(jīng)向外周發(fā)放神經(jīng)沖動(dòng)降低運(yùn)動(dòng)能力［21］，而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)，大鼠腦內(nèi)5-HT受體敏感性下降，紋狀體能耐受更高的5-HT，調(diào)控其抑制能力，提高運(yùn)動(dòng)能力，延緩運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞發(fā)生［20］。經(jīng)高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)和高溫暴露適應(yīng)后進(jìn)行力竭運(yùn)動(dòng)，大鼠紋狀體內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)5-HT代謝產(chǎn)物5-HIAA亦顯著上升，表明經(jīng)過(guò)6天高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)，大鼠紋狀體內(nèi)5-HT及其代謝產(chǎn)物5-HIAA出現(xiàn)了適應(yīng)性改變。

3.2 不同環(huán)境適應(yīng)后大鼠運(yùn)動(dòng)能力的比較

高溫環(huán)境下運(yùn)動(dòng)顯著升高核心溫度并導(dǎo)致疲勞［22］。研究報(bào)道高溫環(huán)境下連續(xù)15天運(yùn)動(dòng)有效降低機(jī)體核心溫度［12］。在高溫環(huán)境下進(jìn)行力竭性游泳時(shí)血清LDH活性提高，反映了高溫環(huán)境下過(guò)度訓(xùn)練對(duì)組織器官的損傷情況［9］。LDH活性變化還反映運(yùn)動(dòng)肌肉在缺氧狀態(tài)下的糖酵解和磷酸化供能作用，其活性增強(qiáng)表示糖酵解有著加速的潛力［23］，研究報(bào)道耐力訓(xùn)練使SDH顯著上升［24］。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)后SDH活性顯著增加，而熱暴露適應(yīng)和常溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)對(duì)其影響不明顯。SDH活性變化與線粒體結(jié)構(gòu)變化有著一致性，說(shuō)明骨骼肌氧化能力發(fā)展存在最適宜的訓(xùn)練強(qiáng)度［10］。而不同組LDH適應(yīng)后均無(wú)顯著改變，說(shuō)明熱適應(yīng)提高了機(jī)體有氧能力，而對(duì)于糖酵解運(yùn)動(dòng)能力影響不大，同時(shí)熱適應(yīng)運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠機(jī)體的損傷不明顯。

熱適應(yīng)后，高溫適應(yīng)組大鼠在高溫環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)時(shí)間較熱暴露適應(yīng)和常溫適應(yīng)大鼠更長(zhǎng)，且其肛溫要低于常溫適應(yīng)和熱暴露適應(yīng)大鼠，血乳酸也低于其余兩組。

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)6天高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)后進(jìn)行力竭運(yùn)動(dòng)，大鼠腦內(nèi)5-HT受體敏感性下降，紋狀體能耐受更高的5-HT，其代謝產(chǎn)物5-HIAA亦升高，表明大鼠紋狀體5-HT及5-HIAA均出現(xiàn)適應(yīng)性改變。LDH和SDH及運(yùn)動(dòng)時(shí)間結(jié)果顯示，6天高溫運(yùn)動(dòng)適應(yīng)提高了大鼠有氧運(yùn)動(dòng)能力。

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