低氧訓練對大鼠骨骼肌谷胱甘肽抗氧化系統的影響

陳曉彬，林文，翁錫全

(廣州體育學院 運動生物化學省重點實驗室，廣東 廣州 510075)

近年來，高原訓練作為一種提高有氧耐力輔助訓練手段引起國內外體育界重視，國內外許多有氧耐力項目運動員在參加重大比賽前經常采用了高原訓練手段。自由基代謝及抗氧化酶與機體的機能狀態密切相關，低氧訓練對人體自由基抗氧化系統影響一直備受人們關注。谷胱甘肽抗氧化系統是機體內非常重要的抗氧化酶系，最近研究報道，GSH-PX和GSH基因表達是低氧敏感基因之一[1,2]。目前，國內外有關低氧訓練的研究結果仍存在許多分歧和爭議，有關低氧訓練對谷胱甘肽抗氧化系統這方面的研究尚較少，本文通過探討低氧訓練對骨骼肌谷胱甘肽抗氧化系統的影響，為低氧訓練方法進一步推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗對象

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

1.2 實驗分組

將雄性SD大鼠40只隨機分為低住安靜組(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 實驗方案

實驗采用美國Hypoxico公司生產常壓低氧艙，低氧濃度控制在15.4%左右。低住安靜組大鼠每天在常氧環境生活；低住低練組大鼠每天在常氧環境生活23 h，常氧動物跑臺運動1 h；低住高練組大鼠每天在常氧環境生活23 h，低氧動物跑臺運動1 h；高住低練組大鼠每天在低氧環境生活23 h，常氧動物跑臺運動1 h。各運動組大鼠采用杭州段氏生產的動物跑臺進行運動，低住組運動強度為35 m/min、高住組運動強度為30 m/min，60 min/d，5 d/wk，持續4 wk。

1.4 樣本采集和處理

第4周末次訓練后所有大鼠禁食12 h進行采樣，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℃冰箱凍存備用。

1.5 測試方法

谷胱甘肽轉硫酶(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)等生化指標測試均采用南京建成生物工程研究所提供試劑盒進行測定，專人負責各生化指標的測試，測試時嚴格按照說明書要求進行操作。

1.6 主要儀器

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

1.7 數據處理

2 實驗結果

2.1 各組大鼠股四頭肌谷胱甘肽抗氧化系統指標的變化

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指標的變化

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，同時保護細胞膜中巰基蛋白質和酶的還原狀態，也可以作為GSH-PX、GST底物與各種內源性和外源性電子化合物發生反應，生成無毒性或毒性小的硫結合物，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。

國內外有關低氧訓練對抗氧化酶的研究結果仍存在一些分歧和爭議，其中有一些研究文獻并不支持低氧訓練能提高機體的抗氧化水平，這可能和實驗方案中的低氧濃度以及實驗方法有關。如Hartney[3]等研究發現低氧訓練會導致GSH和GSSG的比值降低，這不利于體內自由基的清除。Rulin Li等[4]對懷孕大鼠進行極低氧濃度(2%～5%O2)的低氧刺激，結果發現與對照組大鼠相比，實驗組大鼠GSH顯著降低，脂質過氧化水平嚴重。但也研究報道，進行一定程度的低氧訓練能使相關細胞的GSH-PX抗氧化酶基因的表達量增加[5]。Jain研究也表明，進行適度的低氧訓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境下HIF-1對星形膠質細胞對咳骯貢酸毒性的研究中也發現，進行低氧暴露能導致細胞的GSH水平的升高。

本研究發現，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。分析其內在機制，這可能是當機體處于適度的低氧刺激時，能在避免引起機體損傷的前提下通過生物體的適應能力，增強機體的抗氧化能力。而當低氧濃度極低甚至可以說時亞弱的條件下會造成機體不良反應，使得機體產生大量ROS，易引起機體損傷的應激[8，9]。而機體產生大量的ROS和其它對機體產生損害的自由基的同時，一方面，機體GSH含量卻顯著下降，GSSG含量升高，使得機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的酶如GSH-PX、GST、GSH的總體變化趨勢也會朝著不利于機體抗氧化能力的方面轉變。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，這可能和相關的酶對GSH和GSSG之間濃度變化的適應性提高有關。

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

本實驗研究發現，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的跑臺運動可以使脂質過氧化物生成減少，降低組織細胞損傷。大量的研究表明，低氧訓練提高了機體對缺氧的適應能力，減少MDA生成，增強機體的抗氧化能力[10，11]。本實驗也發現相類似的結果，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，這表明低氧訓練可以減少脂質過氧化物的生成，降低對組織細胞的損傷，同時也說明機體對ROS產生了適應，加上適宜的運動訓練更有利于機體抗缺氧耐受性的形成。但也有實驗結果發現低氧下自由基過量產生，自由基引起的脂質過氧化使細胞膜結構和功能都受到損傷。Sarada研究發現低氧暴露導致血漿中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 結論

運動、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MDA的生成，這表明低住高練與高住低練這兩種訓練方法比單一的常氧運動更能改善機體的抗氧化能力，降低脂質過氧化水平。

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