高住高练和高住低练对大鼠血脂及腓肠肌脂肪酸氧化的影响

路瑛丽 张漓 冯连世 徐建方 王雪冰 宗丕芳

国家体育总局体育科学研究所（北京 100061）

有氧运动能够降低或控制体重、改善血脂代谢、促进脂肪酸氧化已经被多数研究证实。在有关高山探险和高原低氧训练的实践中发现人体体重降低，只是不同研究报道中对体重的影响程度不同。赵鹏的研究［1］建立了模拟海拔3500m高住高练、高住低练、低住高练等动物训练实验模型，对低氧训练的适应机制进行了系统研究，发现低氧训练对运动机体的体重控制有很好的效果，“高住高练”控体重的效果最好，“高住低练”次之，“低住高练”较差。三种低氧训练方式在控体重方面都明显优于“低住低练”。

低氧训练研究发现体重降低主要由体脂降低引起。Mawson等［2］的研究表明，当机体处于低氧环境时，会消耗更多的能量满足机体代谢的需要，在所增加的能量中，主要以脂肪氧化供能为主。在4300m高原，机体碳水化合物利用率降低，而能量需要量增加，增加的能量主要是由脂肪代谢产生。另外，Darleen等［3］报道在低氧状态下脂肪代谢酶活性增强。脂代谢在低氧训练中的作用越来越受到重视。但目前有关低氧训练脂代谢影响的研究多为纵向比较，低氧训练与常氧训练之间的横向比较还不多见，不同低氧训练方法之间的比较更少。故本研究以常氧训练为对照，同时建立高住高练和高住低练两种低氧训练模型，分别从血脂和脂肪酸氧化的角度研究两种低氧训练方法对脂代谢的影响。

1 材料与方法

1.1 实验对象及方案

6周龄雄性SD大鼠60只，购自北京维通利华实验动物技术有限公司，分笼饲养，每笼5只。室温23～25℃，湿度40%～60%，自然光照，自由饮食。饲养室、用具等定期消毒灭菌。经过适应性训练筛选出30只，随机双盲法分成3组，每组10只，分别为低住低练组（Lo-Lo）、高住高练组（HiHi）和高住低练组（HiLo）。

低住低练组每天常氧生活23h，训练1h（非训练日生活 24h）；高住高练组每天低氧生活 23h，训练 1h（非训练日低氧生活24h）；高住低练组每天低氧生活12h（晚7点至次日早 7点），常氧生活 11h，训练 1h（非训练日低氧生活12h，常氧生活12h）。低氧浓度为13.6%（相当于海拔3500m高度）。低氧实验主要设备空气压缩机为瑞典AtlasCopco公司GA15FF-13型双螺杆式风冷空压机；制氮机为天津森罗科技发展有限公司CA-200AT型中空纤维膜制氮机。采用水平动物跑台对大鼠进行耐力训练，训练强度为常氧35m/min，低氧30m/min，持续运动1h/d，6d/周，训练 4 周。

1.2 取材与测试

最后一次训练后恢复24h，按0.3m l/100g体重剂量腹腔注射10%水合三氯乙醛溶液麻醉大鼠。固定，开腹，腹主动脉取血，静置 30min后，3000转/min离心15min，分离血清备用；然后在冰盘中迅速分离出大鼠右侧腓肠肌，并在预冷的生理盐水中漂洗去血，滤纸吸干水分，放入液氮中速冻保存。

采用日本第一化学试剂公司试剂，全自动生化分析仪测试胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白（HDL）、低密度脂蛋白（LDL）；脂蛋白脂酶（LPL）、瘦素（Leptin）、脂联素（adiponectin，AD）采用 R&D 的 ELISA试剂盒，严格按说明书操作。过氧化物酶体增殖物激活受体 α（PPARα）和肉碱棕榈酰转移酶-1（CPT-1）采用SYBR Green荧光定量PCR分析，RNA提取、逆转录试剂盒购自美国Promega公司，荧光定量PCR试剂盒由美国ABI公司提供。

引物由上海生物工程有限公司合成，序列如下：β-actin-s：5’ATGTGGATCAGCAAGCAGGAGTA 3’，大小23bp；β-actin-a：5’AGGTTTTGTCAAAGAAAGGGTGTAA3’，大 小 25bp；PPARα-s：5’GACAAGGCCTCAGGATACCA CTATG3’，大小 25bp；PPARα-a：5’TTGCAGCTT CGATCACACTTGTC3’，大小 23bp；CPT-1-s：5’AAACATGTAC CGCCTAGCCATGA3’，大小 23bp；CPT-1-a：5’AGGCTC CAGGGTTCCGAAAG3’，大小 20bp。

PCR反应体系为20μl，在Real-time PCR管中依次加入 cDNA（1μl）、上游引物（1.2μl）、下游引物（1.2μl）和2×定量 PCR 优化试剂盒（10μl），用水补足 20μl。PCR 反应条 件：50℃ 2min，95℃ 10min，95℃ 15s，60℃ 1min，共40个循环；测得Ct值并分析溶解曲线，以β-actin作为内参，用Ct比较法进行相对定量计算：△Ct=Ct（目的基因）－Ct（内参基因），相对表达量 =2-△Ct。

1.3 统计学分析

2 结果

2.1 血脂变化

如表1所示，与低住低练组相比，高住高练组大鼠血清TC和TG水平分别下降了17.4%和37.7%，均有统计学意义（P<0.05）；血清HDL水平基本无变化，LDL降低了11.2%，但无统计学意义（P>0.05）。高住低练组血清TC和TG水平较低住低练组分别下降了14.0%和12.1%，均无统计学意义（P>0.05）；HDL水平下降 11.0%，有统计学意义（P<0.05）；LDL水平下降8.2%，无统计学意义（P>0.05）。

两种低氧训练比较：高住高练组血清 TC、TG和LDL较高住低练组分别降低16.2%、29.1%、3.3%，均无统计学意义（P>0.05）；血清HDL升高12.4%，有统计学意义（P<0.05）。

表1 各组大鼠血脂比较

2.2 血清 LPL、Leptin、AD变化

如表2所示，与低住低练组相比，高住高练组血清LPL、AD水平分别提高45.2%和23.3%，均有统计学意义（P<0.01）；Leptin水平升高 16.0%，无统计学意义（P>0.05）；高住低练组血清LPL、AD水平较低住低练组分别升高了3.2%和4.2%，Leptin降低22.3%，均无统计学意义（P>0.05）。

两种低氧训练比较：高住高练组血清LPL、Leptin和AD较高住低练组分别提高了40.7%、49.3%和18.4%，其中LPL和AD有统计学意义（P<0.01）。

2.3 腓肠肌PPARα、CPT-1 mRNA相对表达量变化

如表3所示，与低住低练组比较，高住高练组大鼠腓肠肌PPARαmRNA和CPT-1 mRNA表达分别升高68.1%和 8.2%，均有统计学意义（P<0.05）；高住低练组腓肠肌PPARαmRNA表达较低住低练组升高36.2%，无统计学意义（P>0.05），CPT-1mRNA表达降低 42.5%，有统计学意义（P<0.01）。

两种低氧训练比较：高住高练组腓肠肌PPARαmRNA和CPT-1 mRNA较高住低练组分别升高23.4%和88.3%，其中，仅CPT-1 mRNA有统计学意义（P<0.01）。

3 讨论

3.1 高住高练和高住低练对血脂的影响

研究发现，低氧训练对血脂代谢有良好的改善作用。Bailey等［4］发现，16.0%氧浓度下每周三次、每次 20～30 min、70%～85%HRmax的自行车训练4周后，健康受试者血脂肪酸、TC、LDL浓度都明显下降。动物实验也有类似的发现。低氧训练与常氧训练以及低氧训练之间的比较目前尚无一致意见。翁锡全［5］的研究显示，高住低练4周后，大鼠血清TC、TG、LDL较常氧运动组明显降低，而HDL明显升高。而王昕［6］研究却发现，虽然高住高练和高住低练较常氧训练降低TG的幅度更大，但无统计学差异，因此不能认为高住高练和高住低练较常氧训练降低TG的作用更明显。Greie［7］研究了两组受试者分别到海拔1700米（相当于高住高练）和200米进行徒步旅游，3周后TC、LDL均明显下降，HDL无明显变化，但1700米和200米两组之间无显著差异。

本研究发现，高住高练比常氧训练对血脂的作用更明显，但高住低练较常氧训练对血脂的作用不明显。高住高练较高住低练更能提高HDL。

3.2 高住高练和高住低练对血脂代谢的影响机制

高住高练和高住低练对血脂产生不同的影响可能与低氧程度以及训练强度都有关。高住高练和高住低练是低氧和训练两种因素不同组合方式，本实验中，3500m高度上训练强度30m/min的高住高练更有利于促进大鼠血脂代谢，而同样高度的高住低练的效果并不明显，可能与以下因素有关：低氧本身可以刺激血中TG水解加强，肝脏合成TG速度减慢［11］，使血中富含TG的脂蛋白浓度下降；低氧训练使血游离脂肪酸氧化利用明显加强，从而更有利于TG分解［12］；此外，还与 LPL有关，LPL活性对血TG降解速率的影响至关重要，王昕［6］的实验发现，低氧训练后骨骼肌LPL活性增强比常氧训练更明显，LPL活性增强使富含TG的脂蛋白分解代谢加强，其分解产物与未成熟的HDL融合致使HDL浓度升高。本研究发现，与低住低练组相比，高住高练组大鼠血清LPL显著升高，高住低练组几乎没有变化；高住高练组与高住低练组比较有显著性差异（P<0.01）。LPL升高，促进TG分解代谢也可能是高住高练组TG显著降低，HDL显著高于高住低练组的原因之一。

刘茜等［8］研究证明，正常状态下小鼠脂肪组织有明显的Leptin mRNA表达，接受缺氧刺激后，其脂肪组织Leptin及其受体mRNA表达水平升高显著，Leptin水平上升，通过中枢和外周途径来调节体重。Tschop等［9］发现在高原的低压低氧环境中暴露20h，人体血Leptin含量增加，食欲减退。黄徐根等［10］发现大鼠在低氧训练中血清Leptin水平逐渐升高，至实验3周末达到显著水平，随后逐渐下降，但至复氧2周末仍显著高于实验前，低氧训练促进了Leptin产生或分泌，使大鼠食物摄入量及体脂减少。本研究结果显示：与低住低练组比较，高住高练组大鼠血清Leptin水平升高，高住低练组血清Leptin降低，但无统计学意义（P>0.05），可能是由于大鼠适应和低氧训练的环境对食欲影响不大。

PPARα激活后也可对脂蛋白的代谢产生作用。作用于编码蛋白 APOA-I、APOA-II和 LPL的基因，增加了HDL的合成，通过下调血浆编码蛋白APOCIII水平抑制肝脏VLDL的合成与分泌，并减少中性脂质在VLDL和HDL之间的交换，促进LDL清除等。本研究发现，低氧训练能够显著提高或提高PPARαmRNA表达，但因未测试 APOA-I、APOA-II、APOCIII， 故 推 测 PPARα 可 能 对HDL和LDL起到一定的调节作用，但仍有待进一步研究。

3.3 高住高练和高住低练对脂肪酸氧化的影响

低氧训练可引起骨骼肌内脂肪酸氧化酶发生适应性变化。Bigard等［13］发现低氧训练后，大鼠足趾长伸肌和跖肌脂肪酸氧化酶活性明显提高。Terrados等［14］在模拟2300m高原训练中发现，骨骼肌脂肪酸氧化酶活性提高比平原训练更显著。Takahashi等［15］研究发现，低氧训练组脂肪酸氧化酶活性明显提高并高于常氧训练组。雄性W istar鼠在模拟海拔4000m的低氧环境暴露或训练14周，其脂肪酸β-氧化酶——β-羟脂酰辅酶A脱氢酶活性增加。Galbès［16］研究发现，在 4000m 进行 5周高住高练可以削弱低氧引起的大鼠CPT-1的下降。

表2 各组大鼠血清LPL、Leptin、AD比较

表3 各组大鼠腓肠肌PPARα、CPT-1 mRNA相对表达量比较

本研究发现，与低住低练组比较，高住高练组大鼠腓肠肌CPT-1 mRNA相对表达量显著升高（P<0.05），高住低练组显著降低（P<0.01），高住高练组显著高于高住低练组（P<0.01）。这提示在3500m进行4周高住高练可以明显增强脂肪氧化，而在同一高度进行4周高住低练后，脂肪酸氧化明显降低。高住高练较高住低练更能促进脂肪酸氧化。结合血脂代谢结果发现，高住高练可能更有利于脂代谢。

3.4 低氧训练对脂肪酸氧化的影响机制

脂联素能增加脂肪酸转运蛋白36、脂酰CoA氧化酶、解偶联蛋白2等分子的表达，增加脂肪酸的转运，增强脂肪氧化和能量释放，从而降低血液TG和游离脂肪酸浓度。脂联素还可以活化骨骼肌和肝脏AMPK和PPARα。通过活化AMPK，增加乙酰辅酶A羧化酶的磷酸化，增强脂肪酸的氧化；通过激活 PPARα，可以诱导多个线粒体脂肪酸催化酶的表达，如脂酰CoA合成酶（ACS）以及经典β氧化途径中的所有酶的编码基因，诱导肌肉和肝脏特异性的CPT-1表达，进而促进脂肪酸向线粒体的转运，刺激β氧化过程，降低脂肪酸和TG合成［17］。

本研究发现，与低住低练组比较，高住高练组血清AD水平显著升高（P<0.01），腓肠肌 PPARα mRNA和CPT-1 mRNA表达显著升高（P<0.05）。升高的AD本身可以增加脂肪酸的转运，增强脂肪氧化；AD与其受体结合后还可以激活 PPARα，活化的 PPARα诱导肌肉CPT-1 mRNA表达，促进脂肪酸β氧化，降低TG浓度，从而间接有利于血脂代谢。高住低练组大鼠血清AD水平和腓肠肌PPARαmRNA表达稍有升高，但无统计学意义（P>0.05），而腓肠肌CPT-1 mRNA表达显著下降（P<0.01），与高住高练组相比亦有显著性差异（P<0.01）。因为本实验未检测AD受体，推测可能由于AD受体未与AD变化保持一致，没充分激活PPARα，而不能有效诱导促进脂肪酸氧化的CPT-1表达。但CPT-1 mRNA表达显著下降的原因还有待进一步探讨。

4 总结

（1）高住高练调节血脂变化的作用优于常氧训练，可能与提高血清LPL水平有关，高住高练较常氧训练更能促进腓肠肌脂肪酸氧化，可能与提高血清AD和腓肠肌 PPARα mRNA、CPT-1 mRNA 表达关系密切；（2）高住低练较常氧训练对血脂代谢无有利影响，对腓肠肌脂肪酸氧化起抑制作用；（3）高住高练对血清HDL影响优于高住低练，可能与提高血清LPL有关，高住高练较高住低练更能促进腓肠肌脂肪酸氧化，可能与提高血清AD和腓肠肌CPT-1 mRNA表达关系密切。

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