经皮穴位电刺激对大运动量耐力训练大鼠骨骼肌能量代谢的影响

游世晶,夏勇,李艺,具紫勇,何金森



经皮穴位电刺激对大运动量耐力训练大鼠骨骼肌能量代谢的影响

游世晶,夏勇,李艺,具紫勇,何金森

(上海中医药大学针灸推拿学院,上海 201203)

观察经皮穴位电刺激(TEAS)对大运动量耐力训练大鼠骨骼肌能量代谢的影响,探讨其防治骨骼肌疲劳的可能作用机制。将40只雄性SD大鼠随机分为正常组、模型组、正常刺激组、治疗1组、治疗2组,每组8只。采用TEAS干预手段,刺激大鼠足三里和环跳穴,8星期跑台训练结束后,检测大鼠腓肠肌糖原、乳酸(LA)、乳酸脱氢酶(LDH)、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶含量。TEAS能显著减缓骨骼肌糖原的消耗,减轻乳酸的堆积,提高LDH、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶的含量,模型组与其他四组比较,差异均有统计学意义(＜0.05)。TEAS大运动量耐力训练大鼠足三里、环跳穴可以稳定骨骼肌细胞能量代谢,延长肌肉工作的时间,延缓骨骼肌疲劳的发生。

经皮穴位电刺激;骨骼肌;耐力训练;能量;大鼠

运动性疲劳的防治一直是运动医学界研究的热点,是指机体生理过程不能持续其机能在一定水平上和/或机能不能维持预定的运动强度[1]。骨骼肌作为人体运动的动力器官,其收缩能力的好坏直接影响了运动能力,而过度训练容易导致骨骼肌疲劳和损伤。因此掌握合理有效的恢复措施消除骨骼肌疲劳,对提高竞技体育水平和维护运动员健康有着十分重要的意义。TEAS作为一种无创伤干预手段,简单易操作、便于携带,有利于推广使用,越来越受到研究者的青睐[2-5]。本实验采用大鼠跑台运动疲劳模型,观察TEAS对大鼠骨骼肌能量代谢的影响,旨在探讨TEAS在防治运动性骨骼肌疲劳方面可能的作用机制,为临床进一步的研究提供可靠的实验依据。

1 材料和方法

1.1 实验动物与分组

40只纯种SD雄性大鼠,清洁级,体重200～220 g,由上海中医药大学实验动物中心提供。饲养温度为18～21℃,相对湿度为40%～60%,12 h光照维持,自由摄食饮水。大鼠适应性喂养1星期后,每天以10 m/min的速度进行适应性跑台练习,连续3 d,每天15 min。练习后,将大鼠按体重随机分为5组,即正常组、模型组、正常刺激组、治疗1组、治疗2组,每组8只。

1.2 运动方案

训练强度参照Bedford的运动负荷标准[6],大鼠以15 m·min－1×15 min的运动负荷训练,速度隔日增加2 m·min－1,时间增加5 min,当强度递增至38 m·min－1×60 min时,维持此负荷训练至8星期结束,每星期训练6 d。训练中使用小木棍或毛刷刺激动物尾部,使动物保持在跑道前1/3处,以保证运动强度。运动过程中未使用声、光、电刺激,以避免大鼠的应激反应对实验结果的影响。

1.3 干预方法

各种大鼠分别于足(后)三里、环跳穴位用电动剃毛器备皮,用75%乙醇局部消毒,注意避免皮肤损伤。环跳穴在后肢髋关节后上缘;足(后)三里穴在后肢后外侧,当腓骨小头下约5 mm处[7]。

正常组采用常规饲养,每天将大鼠俯卧于自制大鼠固定器上15 min,不加任何干预措施。模型组进行共8星期大运动量跑台运动,同样方法固定,不加任何干预措施。正常刺激组不进行8星期大运动量跑台运动,每天将大鼠俯卧于自制大鼠固定器上,分别于足三里、环跳穴放一直径约0.5 cm长的电极片,再将电极片与韩氏HANS-200E穴位神经刺激仪相连,选用疏密波模式,刺激频率为2～15 Hz,强度为2.5 mA,时间15 min。治疗1组在大鼠跑台训练前进行经皮穴位电刺激干预,干预结束后1 h再进行跑台运动,干预方法同正常刺激组,共8星期。治疗2组在大鼠跑台训练第2个星期起,每次训练后1 h进行经皮穴位电刺激干预,干预方法同正常刺激组,共7星期。

1.4 取材及处理

末次训练治疗后各组大鼠禁食不禁水,24 h后各组称重,用2%戊比巴妥钠30 mL/kg腹腔注射麻醉后,迅速取右后肢腓肠肌(尽可能去除脂肪组织和结缔组织),称取适量的腓肠肌加0.9%生理盐水,按W(g):v(m)=1:10制成匀浆,分离上清液,4℃冰箱保存备用。

1.5 指标检测

大鼠骨骼肌糖原含量、乳酸(LA)、乳酸脱氢酶(LDH)、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶。实验试剂由南京建成生物工程研究所提供,具体检测过程严格按照说明书进行。

1.6 统计学方法

2 结果

2.1 各组大鼠骨骼肌糖原、LA、LDH的比较

由表1可见,模型组大鼠骨骼肌糖原、LDH含量明显降低,与正常组和正常刺激组比较,差异具有统计学意义(＜0.05);治疗1组和治疗2组均能减少糖原和LDH含量,与模型组比较,差异均具有统计学意义(＜0.05)。此外,模型组LA明显升高,与正常组和正常刺激组比较,差异具有统计学意义(＜0.05);治疗1组和治疗2组均能降低LA的堆积,与模型组比较,差异均具有统计学意义(＜0.05)。

表1 各组大鼠骨骼肌糖原、LA、LDH的比较 (±s)

注:与模型组比较1)＜0.05

2.2 各组大鼠骨骼肌ATP酶含量的变化比较

由表2可见,模型组大鼠Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋ATP酶含量明显低于正常组、正常刺激组和治疗1组(＜0.05);治疗2组大鼠的Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋ATP酶含量明显高于模型组(＜0.05),与正常组比较,差异无统计学意义(＞0.05)。

表2 各组大鼠骨骼肌ATP酶含量的变化比较 (±s)

注:与模型组比较1)＜0.05

3 讨论

足三里为足阳明胃经合穴和胃之下合穴,为补虚要穴,能促进或增强机体的免疫功能。环跳穴为足少阳、太阳经之交会穴。此两经与腰腿部关系最密切,从解剖部位看,刺激环跳穴可刺激臀大肌、股方肌、股上皮神经、坐骨神经、臀下神经。故刺激环跳可使下肢运动和感觉功能得到改善,具有利腰腿、通经络之功效。《针灸甲乙经》:“利腰胁相引痛急,髀筋瘈,胫痛不可屈伸,痹不仁,环跳主之。”因此,本实验选择足三里和环跳穴作为防治运动性骨骼肌疲劳的穴位。

糖原是机体运动能量的重要来源,有实验表明[8], 糖原大量消耗可能是导致肌肉疲劳的重要原因,提高肌糖原水平则可延缓长时间运动中疲劳的发生。乳酸是体内糖原(或葡萄糖)无氧代谢的产物,随着运动强度的增加,不断增多的乳酸在机体内可解离生成H＋,使肌肉pH值下降,抑制糖酵解关键酶,从而抑制糖无氧氧化供能,减少运动时ATP再合成,造成能量供应障碍;另外H＋可与Ca2＋竞争骨骼肌肌钙蛋白的结合位点,使兴奋-收缩脱偶联阻碍肌肉收缩,导致收缩机能下降。因此减少乳酸堆积是防治运动性疲劳的一个重要环节。本实验结果表明,TEAS大鼠足三里、环跳穴可以减缓骨骼肌糖原的消耗,降低乳酸的堆积,防止运动骨骼肌疲劳的发生,这与一些文献报道相符[9,10]。

乳酸脱氢酶(LDH)广泛存在于各组织中,是无氧糖酵解中的一种标志酶,它可以使细胞在氧气暂时供应不足时通过糖酵解提供能量,保证细胞活动。LDH活性增强,既可使骨骼肌糖酵解产生的丙酮酸还原成乳酸以提供能量,又可在肝脏将糖酵解产生的乳酸氧化成丙酮酸并经线粒体进入三羧酸循环,从而加快乳酸的清除[11]。LDH活性降低,将影响能量的代谢,导致乳酸的堆积,进而导致骨骼肌的疲劳。肌细胞膜上的Na＋-K＋- ATP酶与骨骼肌兴奋收缩中离子跨膜运动有密切关系,通过水解ATP提供能量完成对Na＋和K＋的主动转运,对维持细胞正常的容积及跨膜静息电位有重要作用。Na＋-K＋-ATP酶活性下降,可致胞内外Na＋、K＋分布失常,胞外K＋浓度显著升高,使动作电位降低,从而影响骨骼肌的兴奋收缩。细胞内Ca2＋-ATP酶可通过对胞质Ca2＋浓度的调节,影响肌肉兴奋收缩。此外Ca2＋-ATP酶还控制肌动蛋白横桥ATP的分解,从而决定肌肉收缩的速度和收缩的张力,因此,Ca2＋-ATP酶活性是肌肉收缩能力的重要生化指标。实验表明大鼠长时间耐力性运动或急性运动所致疲劳,与肌浆网Ca2＋-ATP酶活性下降及Ca2＋转运能力下降有密切关系[12,13]。高明等[14]发现大鼠急性游泳运动后骨骼肌线粒体Ca2＋-ATP酶活性显著下降, Ca2＋含量明显上升,手针组可以明显提高大鼠骨骼肌线粒体Ca2＋-ATP酶活性。本实验结果提示,TEAS能显著增加大运动量耐力训练大鼠骨骼肌LDH、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶的含量,加快乳酸的代谢,缓解肌肉酸中毒,防止因过度训练导致细胞内酶的降低,从而稳定细胞内离子的正常分布,保证骨骼肌正常兴奋收缩,延缓骨骼肌疲劳的发生。

综上所述,TEAS大运动量耐力训练大鼠足三里、环跳穴可以减缓骨骼肌糖原的消耗,减轻乳酸的堆积,提高LDH、Na＋-K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶的含量,稳定骨骼肌细胞能量代谢,延长肌肉工作的时间,延缓骨骼肌疲劳的发生,但具体的抗骨骼肌疲劳作用还有待于进一步的研究。

(衷心感谢上海中医药大学中医工程研究室杨华元教授在实验设计方面的指导和建议。)

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Effect of Transcutaneous Electrical Acupoint Stimulation on Skeletal Muscle Energy Metabolism in Strenuous Endurance Training Rats

-,,,-,-.

-,201203,

To investigate the effect of transcutaneous electrical acupoint stimulation (TEAS) on skeletal muscle energy metabolism in strenuous endurance training rats.Forty male SD rats were randomly allocated to normal, model, normal stimulation, treatment 1 and treatment 2 groups, 8 rats each. TEAS was used as an intervention. Rat points Zusanli and Huantiao were stimulated. Rat gastrocnemius hepatin, lactic acid (LA), lactic acid dehydrogenase (LDH), Na＋-K＋-ATPase and Ca2＋-ATPase contents were measured after 8 weeks of platform exercises.TEAS could significantly decrease gastrocnemius hepatin consumption, reduce lactic acid accumulation and increase Na＋-K＋-ATPase and Ca2＋-ATPase contents. There were statistically significant differences between the model group and each of the other 4 groups (＜0.05).Transcutaneous electrical stimulation of points Zusanli and Huantiao can stabilize skeletal muscle cell energy metabolism, prolong muscular work and delay skeletal muscle fatigue.

Transcutaneous electrical acupoint stimulation; Skeletal muscle; Endurance training; Energy; Rat

R2-03

A

10.3969/j.issn.1005-0957.2011.03.192

1005-0957(2011)03-0192-03

游世晶(1979 - ),男,2008级博士生,研究方向为针刺的调节作用,E-mail:yixiao4211@yahoo.com.cn

何金森(1952 - ),男,教授,E-mail:hejinsen@citiz.net

2010-09-27