大蒜素對(duì)大鼠骨骼肌抗氧化能力和ATP酶活性的影響*

喬秀芳， 才金玲

(1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)體育學(xué)院， 江蘇 徐州 221008； 2. 天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院， 天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300457)

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大蒜素對(duì)大鼠骨骼肌抗氧化能力和ATP酶活性的影響*

喬秀芳1△， 才金玲2

(1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)體育學(xué)院， 江蘇 徐州 221008； 2. 天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院， 天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300457)

目的：探討大蒜素對(duì)大鼠骨骼肌抗氧化能力和ATP酶活性的影響。方法：30只SD大鼠隨機(jī)分為安靜組、訓(xùn)練組、大蒜素訓(xùn)練組(n=10)，6周訓(xùn)練和補(bǔ)充大蒜素后,測(cè)定大鼠骨骼肌超氧化物歧化酶(SOD)、 丙二醛(MDA)、Ca2+-ATPase、Na+-K+-ATPase和血清Ca2+的含量。結(jié)果：大蒜素訓(xùn)練組與訓(xùn)練組相比，運(yùn)動(dòng)至力竭的時(shí)間明顯延長(zhǎng)；骨骼肌抗氧化能力明顯升高，Na+-K+-ATPase, Ca2+-ATPase及血清Ca2+極為顯著升高。結(jié)論：大蒜素能增強(qiáng)大鼠骨骼肌抗氧化能力，延緩疲勞出現(xiàn)。

大蒜素；抗氧化能力；Na+,K+-ATPase；Ca2+-ATPase

allicin； antioxidant ability； Na+-K+-ATPase； Ca2+-ATPase

大蒜素是從百合科植物大蒜鱗莖中提取的一種生物活性物質(zhì)，其化學(xué)名稱為二烯丙基三硫化物，大量研究證實(shí)大蒜素具有抗細(xì)胞凋亡、預(yù)防心血管疾病、抗衰老、提高機(jī)體免疫力等多種藥理作用。目前，有關(guān)大蒜素在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)領(lǐng)域中的研究較少，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察大鼠補(bǔ)充大蒜素后骨骼肌抗氧化能力和ATP酶活性的變化，以期探討大蒜素對(duì)延緩疲勞出現(xiàn)，清除自由基的作用，為其在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中進(jìn)一步推廣和應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組

雄性健康SD大鼠30只，體重(220±20)g，由徐州醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，動(dòng)物購(gòu)買(mǎi)適應(yīng)飼養(yǎng)三天后，隨機(jī)分為3組，分別是安靜組、訓(xùn)練組、大蒜素訓(xùn)練組(n=10)。大鼠分籠單獨(dú)飼養(yǎng)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類飼料喂養(yǎng)，自由飲食，室溫23℃±2℃，相對(duì)濕度45%～55%，自然光照，所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)前均未進(jìn)行過(guò)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

大鼠購(gòu)買(mǎi)適應(yīng)飼養(yǎng)3 d后，安靜組為籠內(nèi)正常飼養(yǎng)不進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練組和大蒜素訓(xùn)練組采用國(guó)產(chǎn)電動(dòng)鼠類跑臺(tái)進(jìn)行跑步訓(xùn)練，強(qiáng)度大小依據(jù)Bedford[1]的研究結(jié)果確定，以坡度5%，速度15.2 m/min，每天持續(xù)運(yùn)動(dòng)90 min，每周5 d，堅(jiān)持訓(xùn)練6周，最后一次訓(xùn)練至力竭，力竭標(biāo)準(zhǔn)為動(dòng)物不能繼續(xù)原跑速，先后滯跑道后1/3處達(dá)3次以上，刺激驅(qū)趕無(wú)效，并具有呼吸深、幅度大、神情疲倦、腹臥位、垂頭等行為特征[2]。從訓(xùn)練第一天起，大蒜素訓(xùn)練組每天腹腔注射大蒜素注射液20 mg/kg，持續(xù)注射6周，安靜組和訓(xùn)練組注射等量生理鹽水，大蒜素為上海禾豐制藥有限公司生產(chǎn)。

1.3 取材與指標(biāo)檢測(cè)

6周訓(xùn)練結(jié)束后，所有動(dòng)物處死，腹主動(dòng)脈取血，分離血清測(cè)Ca2+，同時(shí)立即取出股四頭肌，浸入冰生理鹽水中洗凈殘余血液，剪取1 g左右組織按W/V=1∶9加入預(yù)冷的pH 7.2的Na2HPO4緩沖液，勻漿后低溫離心15 min，取上清液用于超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD),丙二醛(malonyldialdehyde， MDA)、Ca2+-ATPase，Na+-K+-ATPase的測(cè)定，各指標(biāo)均采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果

2.1 大蒜素對(duì)大鼠力竭時(shí)間的影響

大蒜素訓(xùn)練組與訓(xùn)練組相比，運(yùn)動(dòng)至力竭的時(shí)間明顯延長(zhǎng)(P<0.05，表1)。

GroupTimeTraining172.09±14.48Allicintraining192.83±18.96*

*P<0.05vstraining group

2.2 大蒜素對(duì)大鼠骨骼肌抗氧化能力的影響

訓(xùn)練組力竭運(yùn)動(dòng)后與安靜組相比，SOD活性明顯下降(P<0.05)，MDA含量顯著升高(P<0.01)，SOD/MDA下降極為明顯；大蒜素訓(xùn)練組與訓(xùn)練組相比，SOD活性顯著升高(P<0.05)，MDA顯著降低(P<0.05)，SOD/MDA升高極為顯著(P<0.01，表2)。

GroupSOD(NU/mg·prot)MDA(nmol/mg·prot)SOD/MDASedentary98.69±13.023.59±0.6427.40±5.08Training86.48±10.80*4.30±0.72**20.60±4.22**Allicintrain-ing99.01±12.76#3.50±0.59#27.31±4.86##

SOD： Superoxide dismutase； MDA： Malonyldialdehyde

*P<0.05,**P<0.01vssedentary group；#P<0.05，##P<0.01vstraining group

2.3 大蒜素對(duì)大鼠骨骼肌Na+-K+-ATPase, Ca2+-ATPase及血清Ca2+的影響

訓(xùn)練組與安靜組相比，力竭運(yùn)動(dòng)后Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase和Ca2+均顯著降低(P<0.05)；大蒜素訓(xùn)練組與訓(xùn)練組相比，Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase和Ca2+升高都極為明顯(P<0.01，表3)。

GroupNa+-K+-ATPase(U/mgprot)Ca2+-ATPase(U/mgprot)Ca2+(mmol/l)Sedentary2.10±0.165.02±0.482.95±0.10Training1.95±0.09*4.53±0.46*2.80±0.12*Allicintraining2.13±0.14##5.22±0.49##2.97±0.11##

*P<0.05vssedentary group；##P<0.01vstraining group

3 討論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練組大鼠力竭運(yùn)動(dòng)后，MDA含量顯著高于安靜組，這是因運(yùn)動(dòng)中代謝加強(qiáng)、產(chǎn)物堆積、耗氧增加等多因素導(dǎo)致的機(jī)體內(nèi)源性自由基增加，自由基損傷也是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)性疲勞的重要原因之一[3]。補(bǔ)充大蒜素訓(xùn)練后大鼠骨骼肌MDA含量明顯低于訓(xùn)練組，說(shuō)明大蒜素能增強(qiáng)機(jī)體對(duì)自由基的防御能力，減輕運(yùn)動(dòng)造成的細(xì)胞的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的加劇。周美云[4]等驗(yàn)證了大蒜素具有清除自由基的作用，王東輝[5]等人研究發(fā)現(xiàn)給予大蒜素補(bǔ)充的大鼠運(yùn)動(dòng)后即刻血清MDA非常顯著地低于單純運(yùn)動(dòng)組，與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相一致。

SOD用于清除超氧陰離子自由基，處于自由基防御前沿陣地的重要抗氧化酶。丁海麗[6]等研究發(fā)現(xiàn)大蒜素可提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物血清中谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和SOD的活性，劉浩[7]在大蒜素抗氧化延緩衰老作用的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)大蒜素顯著提高了機(jī)體內(nèi)SOD活性，能有效清除自由基。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，大蒜素訓(xùn)練組SOD活性明顯高于訓(xùn)練組，與上述及其他相關(guān)研究[8-10]結(jié)果一致，分析其原因可能有：(1)大蒜素分子結(jié)構(gòu)中的巰基和親電子基團(tuán)具有清除自由基的能力，另外大蒜素在體內(nèi)同脂肪、糖、蛋白質(zhì)結(jié)合后生成脂質(zhì)蒜素、糖質(zhì)蒜素、復(fù)合蛋白質(zhì)，這些結(jié)合物也具有抗氧化能力，因此可以節(jié)約SOD的利用。(2)大蒜素能誘導(dǎo)機(jī)體內(nèi)源性抗氧化酶增多。訓(xùn)練組大鼠力竭運(yùn)動(dòng)后與安靜組相比，SOD活性下降顯著，這可能是因運(yùn)動(dòng)中自由基生成增多，SOD用于清除自由基而被大量消耗。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是訓(xùn)練組與安靜組相比，還是大蒜素訓(xùn)練組與訓(xùn)練組相比，SOD/MDA的變化均極為顯著，比單一的SOD或MDA變化幅度要大，由此可見(jiàn)SOD/MDA的比值更能有效地反映自由基清除與生成的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，訓(xùn)練組力竭運(yùn)動(dòng)后Na+-K+-ATPase活性顯著低于安靜組，分析其原因可能與運(yùn)動(dòng)中生成增多的自由基有關(guān)，力竭運(yùn)動(dòng)后顯著升高的MDA引起細(xì)胞膜發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化，使膜的完整性和流動(dòng)性被破壞，繼發(fā)性引起Na+-K+-ATPase活性受抑制或失活，不能滿足細(xì)胞內(nèi)外鉀、鈉離子的交換，影響膜電位而引起收縮功能降低，這也可能是力竭出現(xiàn)的主要原因之一。補(bǔ)充大蒜素干預(yù)后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與訓(xùn)練組相比，Na+-K+-ATPase活性升高極為顯著，這是由于大蒜素自身作為一種抗氧化劑，能夠有效清除自由基，增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力，減輕了Na+-K+-ATPase的氧化損傷。

Ca2+-ATPase又稱鈣泵，主要存在質(zhì)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，通過(guò)ATP提供能量將Ca2+泵出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，以維持胞漿中低濃度的游離Ca2+。Ca2+參與骨骼肌興奮收縮耦聯(lián)、收縮后的放松、調(diào)節(jié)糖原代謝等生命活動(dòng)，因此維持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)具有十分重要的意義[11]。處于靜息狀態(tài)的肌細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞漿中Ca2+的濃度極低，只有細(xì)胞外液的十萬(wàn)分之一左右。這是因?yàn)榧?xì)胞漿中高濃度的游離鈣對(duì)細(xì)胞具有毒性作用，其濃度平時(shí)保持在極低水平，在需要時(shí)由細(xì)胞外液或細(xì)胞內(nèi)其他細(xì)胞器中的Ca2+進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)細(xì)胞膜出現(xiàn)損傷或鈣泵功能異常時(shí)，細(xì)胞外液中的Ca2+順著濃度梯度大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起胞內(nèi)鈣超載，同時(shí)表現(xiàn)出血鈣的降低。由表2可見(jiàn)，訓(xùn)練組大鼠力竭運(yùn)動(dòng)后與安靜組相比，骨骼肌Ca2+-ATPase和血清中Ca2+均顯著降低，充分證實(shí)了上述觀點(diǎn)，也正是由于Ca2+-ATPase活性的下降，影響Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)，使得肌肉放松延緩，從而產(chǎn)生疲勞。大蒜素訓(xùn)練組與訓(xùn)練組相比，Ca2+-ATPase和Ca2+均明顯升高，說(shuō)明大蒜素可以改善運(yùn)動(dòng)引起細(xì)胞內(nèi)的鈣分布異常，使鈣轉(zhuǎn)運(yùn)功能趨于平衡，這可能與大蒜素具有抗氧化和鈣拮抗的作用有關(guān)，能夠保護(hù)細(xì)胞膜并減輕因鈣超載介導(dǎo)的細(xì)胞損傷。

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充大蒜素的大鼠運(yùn)動(dòng)至力竭的時(shí)間明顯長(zhǎng)于對(duì)照組。究其原因可能是大蒜素自身作為抗氧化劑，能清除自由基，減輕骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的損傷，保護(hù)細(xì)胞膜的通透性和完整性，抑制膜上ATP酶活性的下降，維持胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，從而延緩疲勞出現(xiàn)，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力，這與其他相關(guān)研究[12-15]報(bào)道結(jié)果一致。

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天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(14JCZDJC40200)

2014-07-14 【修回日期】2014-10-23

R337.2

A

1000-6834(2015)01-079-03

10.13459/j.cnki.cjap.2015.01.023

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