有氧运动对衰老大鼠骨骼肌抗氧化能力的影响

金 雯 李明学 钱 海 刘宁宁

(江苏大学基础医学与医学技术学院生理系,江苏 镇江 212013)

衰老是一个多因素、复杂的综合生理变化过程,是个体成长过程中必然出现的阶段。衰老的自由基理论认为体内具有一整套产生和清除活性氧的平衡体系,机体随着年龄增大的退行性变是由于受到内、外环境的影响以及机体抗氧化酶的活性不断下降使体内自由基物质过剩的结果〔1〕。运动训练与氧自由基研究表明,有氧运动动训练可使人体和动物运动后血液、肌肉、肝脏等组织器官中自由基和脂质过氧化产物含量减少,自由基引起的损伤程度减轻〔2〕。因此,适当的运动可以提高机体的有氧代谢水平,增进有氧工作的能力,在抗衰老中起着重要的作用。本试验系统观察了有氧运动对衰老大鼠骨骼肌组织中的活性氧和过氧化脂质以及抗氧化酶水平的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物 3月龄雌性SD大鼠 42只(江苏大学医学实验动物中心提供),体重 190～210 g,随机分成空白组(n=7)和造模组(n=35),另有 20月龄雌性SD大鼠作为老龄组(n=7)。分笼饲养,自由饮食,饲料为标准啮齿类饲料,室温 18℃ ～23℃,相对湿度 41%～57%,习服 1 w后造模。

1.1.2 试剂 D-半乳糖(上海第二化学试剂厂);超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)、H2O2测定试剂盒(南京建成生物工程研究所)。严格按照试剂盒要求进行操作,测试仪器为 722紫外光分光光度计。

1.2 方法

1.2.1 造模 参考徐智等人文献方法造模〔3〕,D-半乳糖用生理盐水配成浓度为 7.5%的注射液,造模大鼠腹部皮下注射D-半乳糖 125 mg◦kg-1◦d-1,空白组注射相同剂量的生理盐水,连续注射 42d。随机选取空白组、造模组和老龄组各 7只禁食12 h后处死,取股四头肌组织检测。

1.2.2 分组及运动训练 造模后,SD大鼠随机分为 4组,每组 7只,分别为对照组,0.5 h运动组,1 h运动组,2 h运动组。运动组为无负重游泳,水温 31℃ ～33℃,水深为 60 cm,人工控制大鼠不停地游泳。对照组放入同样温度的浅水中,以避免水温对大鼠产生的刺激差异,每周连续训练 5 d,休息 2 d,第 1天3组游泳时间均为 0.5h,以后每日增加 10 min,直到达到相应的游泳时间后保持不变。每次训练结束后,动物能自己抖干身上的水无疲劳症状出现,共训练 12 w。训练结束,四组在禁食12 h后,同天断头处死后,立即在放置冰块的盘中迅速取出股四头肌组织,用于测定 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H2O2含量。

1.2.3 检测指标 采集的股四头肌样本组织在冰浴条件下称重后加入 9倍冰生理盐水匀浆,冰冻离心 4℃ 3 500 r/min,15min离心后取上清液检测,检测 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H2O2。

1.3 统计学处理 应用 SPSS13.0统计软件,数据以±s表示,采用单因素方差分析。

2 结 果

2.1 造模结果 除了 SOD外,空白组的 GSH-Px、CAT显著高于衰老组(P＜0.05),而 MDA、H2O2含量则显著低于衰老组(P＜0.05);衰老组与老龄组相比较,两组间 GSH-Px、CAT、MDA、H2O2含量差异均无显著性。见表 1。

2.2 运动后的结果 股四头肌中SOD含量 0.5 h和 1 h运动组均大于对照组(P＜0.05);GSH-Px含量 1 h运动组大于对照组和 0.5 h运动组(P＜0.05);CAT含量运动组均大于对照组(P＜0.01),2 h运动组小于 0.5 h和 1 h运动组(P＜0.01);MDA含量对照组均大于运动组(P＜0.01),运动组之间 2 h组小于 0.5 h组(P＜0.05);H2O2含量运动组和对照组之间无差异。见表 2。

表1 造模后各组大鼠骨骼肌组织中 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H 2O2含量(±s,n=7)

表1 造模后各组大鼠骨骼肌组织中 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H 2O2含量(±s,n=7)

与对照组比较:1)P＜0.05

组别 SOD(U/ml) GSH-Px(U/ml) CAT(U/ml) MDA(nmol/ml) H2 O2(U/ml)对照组 147.684±53.147 62.655±17.224 29.837±9.727 0.655±0.140 36.777±25.574衰老组 139.474±25.927 36.67±20.7011) 22.728±5.9531) 2.377±0.5591) 152.132±57.7521)老龄组 162.589±61.117 38.639±3.5041) 18.495±4.1591) 2.196±1.1491) 160.015±76.1591)

表2 运动后各组大鼠股四头肌中 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H 2 O2含量(±s,n=7)

表2 运动后各组大鼠股四头肌中 SOD、GSH-Px、CAT、MDA、H 2 O2含量(±s,n=7)

与对照组比较:1)P＜0.05,2)P＜0.01;与 0.5 h运动组比较:3)P＜0.05,4)P＜0.01;与 1 h运动组比较:5)P＜0.01

组别 SOD(U/ml) GSH-Px(U/ml) CAT(U/ml) MDA(nmol/ml) H2 O2(U/ml)对照组 61.283±14.214 19.927±12.769 48.498±6.443 2.377±0.559 156.187±29.222 0.5 h运动组 128.947±30.3481) 21.341±15.522 93.621±2.7582) 0.804±0.3282) 280.879±165.757 1 h运动组 132.583±89.4691) 42.785±15.1941)3) 95.059±1.7472) 0.354±0.2892) 260.574±40.358 2 h运动组 75.251±25.600 36.198±6.605 86.451±1.7942)4)5) 0.174±0.1572)3) 181.612±72.930

3 讨 论

在一定时间内连续给动物注射大剂量的D-半乳糖,使机体细胞内半乳糖浓度增高,在醛糖还原酶的催化下还原成半乳糖醇,这种物质不能被细胞进一步代谢而堆积在细胞内,影响正常渗透压,导致细胞肿胀、功能丧失和代谢紊乱,最终导致衰老的发生。本实验中,经过 42 d连续D-半乳糖皮下注射后,观察到造模组与对照组相比较其氧自由基水平上升而抗氧化酶系统活性降低,而造模组和老龄组氧自由基和抗氧化酶系统活性之间无明显差异性,表明造模成功。

过量的自由基引发脂质过氧化反应、蛋白质的氧化损伤以及 DNA的损伤,导致机体衰老。骨骼肌是氧负荷大、易引起与年龄相关的结构与功能退行性改变的组织,衰老进程中骨骼肌氧利用率的下降是引起运动能力下降及运动性疲劳外周机制的重要因素。自由基产生与清除平衡的打破被认为是导致骨骼肌衰老的重要因素。

SOD、GSH-Px、CAT是广泛存在于生物体内的抗氧化酶,可清除和H2O2等氧自由基,使体内过量超氧离子维持在一定的水平。MDA是机体内脂质过氧化反应的重要代谢产物,对细胞具有损伤作用,MDA的含量在一定程度上反映了机体自由基产生和消除的情况。机体抗氧化酶活性的增加、抗氧化能力的提高,可以加快对体内自由基的清除,减少对机体的氧化损伤,延缓衰老的进程。本结果表明,长期规律的有氧运动训练可以增加衰老大鼠股四头肌 SOD、GSH-Px和 CAT等抗氧化酶的活性,同时有效地减少 MDA含量,降低脂质过氧化水平,并且以 1～2 h的运动时间效果为佳。此结果与相关研究〔4～8〕一致。

1 陈 瑗,周 枚 .自由基与衰老〔M〕.北京:人民卫生出版社,2004:1-52.

2 牛育鸿,陈娅萍 .运动、自由基与衰老研究〔J〕.榆林学院学报,2009;19(2):17-9

3 徐 智,吴国明,钱桂生,等 .大鼠衰老模型的初步建立〔J〕.第三军医大学学报,2003;25(4):312-5.

4 郭海英,许豪文 .耐力训练对大鼠肝脏、股四头肌谷胱甘肽抗氧化系统酶活性的影响〔J〕.中国应用生理学杂志,1999;15(1):55-8.

5 韩立明 .游泳运动对小白鼠某些组织中 MDA含量及 SOD活性的影响〔J〕.烟台师范学院学报(自然科学版),1995;11(4):62-4.

6 陆阿明,吴金全 .脑衰老大鼠游泳运动后行为能力及海马结构、抗氧化能力的观察〔J〕.苏州大学学报,2009;29(6):1061-4.

7 刘洪珍,郭建军,武桂新 .不同有氧耐力训练对肌组织自由基代谢和抗氧化系统的影响〔J〕.中国运动医学杂志,2000;19(1):99-100.

8 Powers SK,Criswell D,Lawer J.Influence of exercise and fiber type on antioxidant enzyme activity in rat skeletal muscle〔J〕.Am J Physical,1994;266(2):375-80.