间歇低氧训练对大鼠心肌有氧代谢能力的影响

闫巧珍,张 杨

(1.广东工业大学华立学院,广东广州510090;2.西安科技大学体育部,陕西西安 750054)

国内外有关心肌代谢酶的研究报道了间歇性低氧训练对大鼠心肌有氧代谢酶活性(MDH[1]、SDH和CCO[2])明显增加,运动时间延长。说明合理的间歇性低氧训练能使肌细胞受到适宜的刺激,使肌细胞结构和功能产生适应性变化,肌细胞氧化酶活性升高,组织利用氧能力提高,有利于心肌的有氧代谢,保证了肌组织收缩时的能量供应,提高肌肉的工作效率和运动持久能力。

常芸等[3]研究发现,耐力训练后实验大鼠心脏重量和心脏重量指数分别增高,尤其心脏重量指数的增高较为显著,说明长期耐力训练后心脏确实产生肥大。同时耐力训练后,心脏毛细血管功能结构产生了良好的重构,心肌组织中毛细血管的数密度增加,毛细血管腔表面积密度增高,使单位体积心肌组织中毛细血管容积增大,血流量增多,有利于心肌组织氧气和能源物质的供应。

因此本实验设计了监测运动后即刻、运动后1h、运动后3h大鼠的有氧代谢能力,旨在探讨大鼠在运动后即刻和运动后恢复期的有氧代谢能力的变化,以期探寻更能发挥运动能力的有效时间,同时也探索组织化学方法对心肌有氧代谢酶活性的变化进行定量分析。

1 材料与方法

1.1 实验动物及负荷安排

SD雄性大鼠108只,8周龄,按实验动物喂养标准分笼饲养、适应训练1周后实验动物随机分为6组,正式训练3周,共4周。将大鼠适应训练1周后随机分为6组:常氧对照组(C)、常氧运动组(S)、间歇低氧对照组(I)、间歇低氧训练组(IS),每组18只。

①常氧对照组(C):正常进食,自由饮水不进行任何训练活动。

②常氧运动组(S):大鼠每天只进行有氧耐力训练。

③间歇低氧对照组(I):低氧组在低氧小室中进行IHT,每周3次,每天 1h(一个组合为5min低氧、5min间歇,共 6个组合)。第1周氧的浓度为14%,以后逐周递减,每周递减1%。

④间歇低氧训练组(IS)::低氧组在低氧小室中进行IHT,每周3次,每天1h(一个组合为5min低氧、5min间歇,共6个组合)。第1周氧的浓度为14%,以后逐周递减,每周递减1%,每天低氧训练后即刻进行有氧耐力训练。

运动组用国产鼠类电动跑台进行训练,适应周速度15m/min,每天30min,使动物熟悉跑台运动,1周后开始逐周递增负荷,每周增加速度5m/min,增加时间10min;最后1周速度达到30m/min,时间达60min。

1.2 实验取材

训练方案结束后,用0.4%戊巴比妥钠lml/100g体重将大鼠麻醉,迅速取出腓肠肌和心脏,将心脏在天枰上称重,然后用眼科小剪分离左右心室,用游标卡尺测量左心室壁厚度,将腓肠肌和心肌放入-70℃冰箱内待用。

1.3 测试指标的步骤

匀浆的制备:准确称取心肌200mg,放入5ml的小烧杯中;用移液器取预先在冰箱(4℃)预冷的9%生理盐水1ml于烧杯中,眼科小剪尽快剪碎组织块(小烧杯放入冰水中)。将剪碎组织倒入玻璃匀浆管中,再取0.8ml冷生理盐水冲洗残留在烧杯中的组织碎块,一起倒入匀浆管中进行匀浆,使组织充分匀浆化,制成10%匀浆。然后分为两部分,一部分将制备好的匀浆用冷冻离心机3 000r/min离心10min,取上清,按照琥珀酸脱氢酶试剂盒测定琥珀酸脱氢酶活性;另外一部分按照常规细胞色素氧化酶的测定方法离心后测定细胞色素氧化酶的活性。

1.4 数据处理

所有数据结果均采用均数和标准差(¯x±SD)来表示,统计处理用单因素方差分析方法,所有数据均在计算机上用统计软件SPSS计算而得,显著性差异为P<0.05。

2 结 果

2.1 心室壁厚度的变化

从表1可以看出:安静状态的间歇低氧对照组和间歇低氧训练组均比常氧对照组有非常显著性差异(P<0.01),运动后即刻状态的间歇低氧训练组比常氧对照组、常氧运动组、间歇低氧对照组均有非常显著性差异(P<0.01),而间歇低氧对照组与其他组相比无显著性差异,运动后3h状态中,间歇低氧对照组和间歇低氧训练组均比常氧对照组有非常显著性差异(P<0.01)。

表1 左心室壁厚度的变化单位:mm

2.2 大鼠心肌指数的变化

从表2可以看出:安静状态下的间歇低氧训练组与常氧对照组有非常显著性差异(P<0.01),间歇低氧训练组与常氧运动组和间歇低氧对照组均有显著性差异(P<0.05),间歇低氧对照组则无显著性差异,在运动后即刻状态和运动后3h状态下间歇低氧对照组和间歇低氧训练组均无显著性差异。

表2 心肌指数的变化单位:mg/g

2.3 大鼠心肌琥珀酸脱氢酶的变化

从表3可以看出:间歇低氧对照组与常氧对照组有非常显著性差异(P<0.01),间歇低氧对照组与常氧运动组有显著性差异(P<0.05),间歇低氧训练组与常氧对照组、常氧运动组、间歇低氧对照组均有非常显著性差异(P<0.01),运动后即刻状态下间歇低氧对照组和间歇低氧训练组与常氧对照组、常氧运动组均有非常显著性差异(P<0.01),运动后3h状态下间歇低氧对照组和间歇低氧训练组与常氧对照组、常氧运动组均有非常显著性差异(P<0.01)。

2.4 大鼠心肌细胞色素氧化酶的变化

从表4可以看出:间歇低氧对照组与常氧对照组有非常显著性差异(P<0.01),间歇低氧训练组与常氧对照组、常氧运动组、间歇低氧对照组均有非常显著性差异(P<0.01),在运动后即刻状态下和运动后3h状态下均无显著性差异。

3 讨 论

运动员通过高原训练后,左心室壁增厚,室间隔厚度增加,心脏容量增加,泵血效率提高。这说明,心脏结构通过高原训练有所改善。优秀运动员杨文意在1997年经3周高原训练后,其左心室厚度由高原训练前的15mm增加到训练后的17mm,左心室小轴缩短率由34.8%增加到39.4%。她在随后的平原比赛中取得了突出的好成绩。另据报道,10名中长跑运动员在海拔1 890m的高原训练两个月后,所测得的心脏面积、肺动脉段突出度、左心房宽径、右心室高以及左心室壁厚度等,都比高原训练前增大[4]。本实验研究结果可以看出,间歇低氧运动对大鼠左心室壁厚度有显著的影响,单纯对于大鼠左心室壁厚度的影响来说,间歇性低氧训练的增长趋势很明显,可能由于大鼠左心室壁厚度对于间歇低氧训练的刺激都很敏感,从这个角度可以说明本实验所采用的低氧训练模式在一定程度上可以有效地影响心肌的结构甚至功能,尤其是低氧训练复合一定的运动训练,对心脏的结构影响更为明显。

4周低氧训练对于大鼠心肌SDH活性的影响是十分显著的,安静状态下,常氧对照组和常氧运动组、间歇低氧对照组、间歇低氧运动组,运动组和间歇低氧运动组,间歇低氧对照组和间歇低氧运动组,间歇低氧运动组有非常显著性差异(P<0.01),心肌SDH活性在间歇低氧对照组、间歇低氧训练组分别提高33%、54%;运动后即刻状态下,常氧对照组和间歇低氧对照组、间歇低氧运动组,运动组和间歇低氧对照组、间歇低氧运动组有非常显著性差异(P<0.01),心肌SDH活性在间歇低氧对照组、间歇低氧训练组分别提高50%、62%;运动后3h状态下,常氧对照组和间歇低氧对照组、间歇低氧运动组,运动组和间歇低氧对照组、间歇低氧运动组有非常显著性差异(P<0.01),单纯低氧和低氧复合运动都有非常显著性变化,说明了小鼠心肌对于低氧刺激有很高的敏感性,不管是在运动期还是运动后恢复期的变化都比较明显,同时也说明了经过低氧训练后,心肌的有氧代谢能力也有了显著性增强。李强等对 Wistar大鼠进行了 IHT研究,结果发现,IHT可显著提高大鼠心肌 ATP酶活性,使心肌收缩能力加强,在相同氧浓度条件下,随着时间延长效果越明显,当时间相同时,氧浓度低的效果优于含氧量高的,说明经过 IHT,心肌在缺氧情况下供能的能力增强了。Mellisa等的实验研究证明了氧化酶的活性和有氧运动能力经高原训练后明显增强,王茂叶等的研究也发现间歇性低氧训练可以显著提高小鼠心肌、脑、股四头肌的CCO、SDH活性。加之本实验证明了 IHT对机体有氧代谢酶系统两种酶(CCO和 SDH)的活性有了很大的提高,这两种酶又分别是呼吸链和三羧酸循环的标志酶和关键酶,其活性的提高对于机体通过有氧代谢产生能量来适应缺氧环境的能力来说无疑具有重要的意义,以上结果共同说明了 IHT后机体的有氧代谢能力大大提高了。

细胞色素氧化酶作为线粒体内膜上呼吸链和氧化磷酸化系统的关键酶,在组化反应中常作为氧化呼吸链的标志酶,是呼吸链上最末端的一个酶,担当着最终将电子传递给分子氧的重要任务,是电子传递链的最后一个载体,把从呼吸链前段传来的电子,经一系列传递过程最后经CCO传递给分子态氧(即具有自动氧化作用),最终生成水,释放出能量供给机体需要[5]。本实验研究结果表示:安静状态下,常氧对照组和其他三组,常氧运动组和间歇低氧运动组,间歇低氧对照组和间歇低氧运动组,有非常显著性差异(P<0.01),间歇低氧训练组心肌CCO活性提高40%。说明运动时缺氧同单纯缺氧的效果对于心肌来说没有显著性差异,运动时环境的缺氧刺激使机体不能形成更加新异的刺激而其成为应激源,故其不能成为引起机体新的应激反应的条件。

4 结 论

4.1 经过4周的间歇低氧训练,大鼠的心肌的SDH和CCO活性有了显著提高。

4.2 大鼠的心肌形态学和有氧代谢酶均有的明显的变化,说明4周的间歇低氧训练可以提高大鼠心肌的有氧代谢能力。

[1] 李世成,田野.模拟高原训练对小鼠骨骼肌代谢的影响[J].北京体育大学学报,1998,21(2):15-18.

[2] 王茂叶,雷志平.间歇性低氧训练对小鼠有氧运动能力影响的实验研究[C].第六届全国体育科学大会论文摘要汇编,2000:205-206.

[3] 常芸,等.运动心脏结构与功能的发生与转归[J].中国运动医学杂志,2000,22(1):40-48.

[4] 翁庆章.高原训练[M].北京:人民体育出版社,2007:29-30.

[5] 巩清波.游泳耐力训练对不同周龄小鼠心肌代谢酶影响[D].武汉体育学院,2007.