不同环境适应对大鼠纹状体5-HT及运动能力的影响

赖丽丽 赵杰修 崔书强 安楠 封文平 涂相仁

1 国家体育总局体育科学研究所（北京100061）

2 南昌师范学院体育系 3 北京市体育科学研究所

与常温环境（23℃，相对湿度40%～60%）相比，在热环境下运动机体将会出现更高的核心温度，出汗率增加，导致运动能力下降［1］。持续在热环境下运动或者暴露会使机体出现热适应，如核心温度和心率等逐渐下降［2］。长时间运动过程中纹状体神经元参与运动疲劳的中枢调控［3］，而在中枢神经系统内富含5-HT神经元的中脑神经纤维可投射到纹状体和黑质等部位［4］。研究发现，常温环境下急性力竭性运动使大鼠纹状体5-HT及其代谢产物显著上升［5］。长时间运动中，运动导致的大脑5-HT水平升高与中枢疲劳相关［6］，但并非所有大脑脑区在长时间运动至疲劳时5-HT都会上升［7］，在高温环境下经长时间适应性耐力训练后，大鼠纹状体5-HT如何变化，不同环境适应运动后其如何变化，尚不明了。

LDH是催化丙酮酸和乳酸相互转换的酶，其广泛存在于各种组织中，如心肌、骨骼肌［8］。LDH活性反映机体运动损伤的程度，还反映高温环境下过度训练对机体各器官造成的损伤情况［9］。SDH是线粒体内的重要氧化酶，其活性变化与线粒体结构变化一致，说明骨骼肌氧化能力的发展存在最适宜的训练强度［10］，故常用来评价运动训练对机体有氧代谢潜能的影响。本实验研究不同环境适应后力竭对大鼠纹状体中枢神经递质5-HT及其代谢产物5-HIAA的影响，通过SDH和LDH的变化探讨在不同环境下适应后大鼠力竭运动能力的改变。

1 动物与方法

1.1 动物与分组

随机选取雄性成年Wistar大鼠24只，8周龄，体重300～350 g，由北京维通利华实验动物技术有限公司提供（动物生产许可证号为L2677）。本实验在国家体育总局体育科学研究所动物实验室进行。分笼饲养，标准饮食，饲养室温度20～24℃，湿度50%～60%，每日采用灯光照明，12小时昼夜节律变化，光照时间从早6点至晚6点。实验中及休息时大鼠随意进食和饮水。大鼠购进后进行1天环境适应，然后进行连续2天适应性跑台运动，再随机均分为4组：安静对照组（Q），高温运动适应组（A），高温暴露适应组（P）和常温运动适应组（E）。

1.2 实验方案

采用跑台（中国杭州段式制作DSPY0202）运动建立大鼠运动力竭模型。高温运动适应组和常温运动适应组的运动训练强度和力竭运动强度一致。高温温度设为38℃，常温温度设为23℃，相对湿度均为50%～60%。分组后大鼠分别进行高温运动、常温运动或热暴露适应，均6天，运动组训练速度逐日递增，分别为12 m/min、15 m/min、18 m/min、20 m/min加5%坡度、22 m/min加5%坡度（后2天），每天训练1 h，高温暴露适应组每天于同一时间在相同高温环境 （湿度一致）下暴露1 h。

第7天三个适应组进行高温力竭运动实验。跑速22 m/min，坡度5%［11］。大鼠力竭标准为：多次下滑，跟不上跑台速度，在跑台后格跑道上滞留30 s以上，用木棍、声音等驱赶无效［12］。运动力竭后即刻测试肛温，尾部取血测血乳酸，然后腹腔麻醉（2%戊巴比妥钠麻醉，剂量为40 mg·kg-1），迅速取出大鼠纹状体和腓肠肌，尽快移入-80℃冰箱保存待测。

1.3 指标测试

1.3.1 HPLC-ECD法测试大鼠纹状体5-HT和5-HIAA

取待测大鼠纹状体样品，稍微解冻后，加入0.2 mol/L高氯酸0.2 ml，充分振荡搅拌混匀，4℃、18000 r/min（Heraeus GmbH D-3360）避光离心20 min，取上清液待测［13］。

采用美国ESA公司高效液相色谱系统测试：582型液相色谱泵，542型自动进样器，5600A型Coularry电化学检测器，Coularry软件工作站。色谱柱为Agilent ZORBAX SB-C18反相柱，4.6×150 mm，粒径5 μm。流动相组成：50 mM柠檬酸，50 mM柠檬酸三钠，100 μM乙二胺四乙酸二钠，500 μM辛烷磺酸钠，8%甲醇，用NaOH将pH值调至4.1，配好后用0.22 μM滤膜过滤，流动相流速：1 ml/min。检测器电极电压550 mV，灵敏度1 nA。配置不同浓度的5-HIAA和5-HT标准品，标准品质量浓度为2～200 ng/ml，所有标准品均为美国Sigma产品。标准品与待测样品以50 μl进样，根据色谱峰面积进行定量。

1.3.2 测定大鼠腓肠肌SDH和LDH

取待测样品，稍微解冻后，取腓肠肌肌腹0.2～0.3 g， 用生理盐水按1∶10稀释后匀浆，3000 r/min离心15 min（德国Heraeus公司Biofuge台式高速冷冻离心机），取上清液（即10%匀浆）备用。以上所有步骤均在0～4℃条件下进行。采用紫外分光光度法（UNICO，UV-2000，中国上海）测定10%腓肠肌匀浆液SDH活性。采用全自动多功能酶标仪 （MULTISKAN MK3，Thermo，USA）测定2‰腓肠肌匀浆液LDH活性。SDH试剂盒和LDH试剂盒由南京建成生物工程研究所提供。

1.3.3 肛温和血乳酸测试

运动后即刻测定大鼠肛温。用数字温度计（北京司南仪器厂Sn2202）插入大鼠肛门括约肌内约7 cm，待温度读数稳定（约5秒）后读数。

运动后即刻，针刺大鼠尾部取静脉血20 μl入溶血剂（TRITON），轻弹使其混匀，避光保存并尽快测试。采用血乳酸分析仪（YSI-2327）检测，检测前用标准品 （CAS27848802）校正仪器，仪器数值显示在4.95～5.05之间为正常，然后取20 μl血液混合液进行检测，每检测5～6个样品后重新校正，如此反复。

1.4 统计学分析

所有数据均采用SPSS15.0统计软件进行数据统计分析，各指标数值以平均数±标准差（± s）表示。采用单因素方差分析检验组间显著性差异，P<0.05时差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 运动时间

高温运动适应后（高温运动适应组）大鼠运动时间（78.67±12.09 min）明显长于其余两组（P<0.05），高温暴露适应组（42.17±6.79 min）和常温运动适应组（46.5±9.65 min）组间无显著性差异。

2.2 血乳酸、肛温、SDH、LDH、5-HT和5-HIAA

表1显示，高温暴露适应组和常温运动适应组血乳酸高于安静对照组，差异有统计学意义 （P<0.05），高温运动适应组与安静对照组比较无显著性差异。高温运动适应组、高温暴露适应组和常温运动适应组三组肛温与安静对照组比较显著上升，其中高温运动适应组升幅较小。

高温运动适应组SDH与安静对照组及其余2个适应组比较显著上升（P<0.05）。高温暴露适应组和常温运动适应组SDH上升不明显。各组LDH均无显著性差异。

高温运动适应组与安静对照组比较5-HT显著上升（P<0.05），高温暴露适应组和常温运动适应组上升不明显。高温运动适应组和高温暴露适应组5-HIAA与安静对照组比较显著上升（P<0.05）。

表1 各组测试指标比较

3 讨论

3.1 不同环境下适应后力竭运动对大鼠纹状体5-HT及5-HIAA的影响

5-HT对睡眠、情绪、精神活动、心血管活动、体温调节、下丘脑内分泌活动及痛觉等起调控作用［14］。高热环境下暴露，人体血浆5-HT浓度显著上升［15］，而长时间运动后大脑5-HT水平升高还与中枢疲劳相关［6］，高温环境下运动，机体体温升高导致疲劳出现与中枢5-HT能神经元活性相关［16］。有研究表明，心室5-HT使机体温度升高，而通过微透析给大鼠脑室或下丘脑注入5-HT时，大鼠反而出现体温过低的现象［17］，可能不同部位5-HT作用不一，但机制尚不清楚。

长时间游泳运动对大鼠间脑、端脑、脑干5-HT水平影响都未达到显著性水平，5-HIAA也无明显改变［18］，而在急性跑台运动力竭后，大鼠脊髓内5-HT在运动后即刻反而出现了下降，其代谢产物5-HIAA则出现了显著性上升［19］。研究发现，常温环境下急性力竭性运动使大鼠纹状体内5-HT及其代谢产物显著上升［5］，本实验中，大鼠纹状体5-HT在高温运动适应后力竭运动结束即刻显著升高，而高温暴露适应组和常温运动适应组力竭运动后无显著性变化。研究发现，持续运动可能增加了大鼠脑区5-HT代谢和转换，引起5-HT反复升高，最终导致中枢神经系统5-HT受体下调（数量减少和敏感性下降）［20］。中枢神经系统5-HT神经元的中脑纤维投射到纹状体内，电生理和神经化学研究显示此投射在脑内主要起抑制作用［4］，主要通过减少中枢神经向外周发放神经冲动降低运动能力［21］，而经过长时间高温运动适应，大鼠脑内5-HT受体敏感性下降，纹状体能耐受更高的5-HT，调控其抑制能力，提高运动能力，延缓运动性中枢疲劳发生［20］。经高温运动适应和高温暴露适应后进行力竭运动，大鼠纹状体内神经递质5-HT代谢产物5-HIAA亦显著上升，表明经过6天高温运动适应，大鼠纹状体内5-HT及其代谢产物5-HIAA出现了适应性改变。

3.2 不同环境适应后大鼠运动能力的比较

高温环境下运动显著升高核心温度并导致疲劳［22］。研究报道高温环境下连续15天运动有效降低机体核心温度［12］。在高温环境下进行力竭性游泳时血清LDH活性提高，反映了高温环境下过度训练对组织器官的损伤情况［9］。LDH活性变化还反映运动肌肉在缺氧状态下的糖酵解和磷酸化供能作用，其活性增强表示糖酵解有着加速的潜力［23］，研究报道耐力训练使SDH显著上升［24］。

本实验结果发现，高温运动适应后SDH活性显著增加，而热暴露适应和常温运动适应对其影响不明显。SDH活性变化与线粒体结构变化有着一致性，说明骨骼肌氧化能力发展存在最适宜的训练强度［10］。而不同组LDH适应后均无显著改变，说明热适应提高了机体有氧能力，而对于糖酵解运动能力影响不大，同时热适应运动对大鼠机体的损伤不明显。

热适应后，高温适应组大鼠在高温环境下的运动时间较热暴露适应和常温适应大鼠更长，且其肛温要低于常温适应和热暴露适应大鼠，血乳酸也低于其余两组。

4 总结

经过6天高温运动适应后进行力竭运动，大鼠脑内5-HT受体敏感性下降，纹状体能耐受更高的5-HT，其代谢产物5-HIAA亦升高，表明大鼠纹状体5-HT及5-HIAA均出现适应性改变。LDH和SDH及运动时间结果显示，6天高温运动适应提高了大鼠有氧运动能力。

［1］Shibasaki M，Wilson TE，Crandall CG.Neural control and mechanisms of eccrine sweating during heat stress and exercise.J Appl Physiol，2006，100（5）：1692-1701.

［2］Brazaitis M，Skurvydas A.Heat acclimation does not reduce the impact of hyperthermia on central fatigue.Eur J Appl Physiol，2010，109（4）：771-778.

［3］乔德才，李许贞，刘晓莉，等.力竭运动过程中大鼠纹状体神经元局部场电活动的动态研究.中国运动医学杂志，2012，31（10）：855-860.

［4］侯莉娟，刘晓莉，乔德才.运动疲劳对大鼠纹状体单胺类递质含量及多巴胺受体表达的影响.中国康复医学杂志，2010年，25（7）：639-642.

［5］杨东升，刘晓莉，乔德才.力竭运动及恢复期大鼠纹状体5-HT、DA及其代谢产物浓度的动态变化研究.中国应用生理学杂志，2011，27（4）：432-436.

［6］Nybo L，Nielsen B，Blomstrand E，et al.Neurohumoral responses during prolonged exercise in humans.J Appl Physiol，2003，95：1125-1131.

［7］徐传香，刘洪涛，王静.运动性疲劳对大鼠脊髓前角5-羟色胺和色氨酸羟化酶表达的影响.中国运动医学杂志，2008，27（5）：560-562.

［8］沈阿丹，邹飞，万为人，等.谷氨酰胺对高温下游泳大鼠SOD、MDA和LDH的影响.解放军预防医学杂志，2005，23（5）：344-345.

［9］毕秋芸，彭莉，王启荣.递增负荷训练后大鼠血清CK及同工酶、LDH、ALT、AST活性变化.中国运动医学杂志，2006，25（5）：593-595.

［10］李开刚，陆绍中，冯连世，等.不同强度耐力训练后大鼠骨骼肌活性适应性变化的研究.中国运动医学杂志，2002，21（2）：166-169.

［11］Bedford TG，Tipton CM，Wilson NC，et al.Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimen tal procedures.J Appl Physiol，1979，47（6）：1278-1283.

［12］Hasegawa H，Piacentini MF，Sarre S，et al.Influence of brain catecholamines on the development of fatigue in exercising rats in the heat.J Physiol，2008，586（1）：141-149.

［13］Petroske E，Meredith GE，Callen S，et al.Mouse model ofParkinsonism:a comparison between subacute MPTP and chronic MPTP/probenecid treatment.Neuroscience，2001，106（3）：589-601.

［14］Mundel T，Bunn SJ，Hooper PL，et al.The effects of face cooling during hyperthermic exercise in man:evidence for an integrated thermal，neuroendocrineand behavioural response.Exp Physiol，2007，92：187-195.

［15］Mcmorris T，Swain J，Smith M，et al.Heat stress，plasma concentrations ofadrenaline，noradrenaline，5-hydroxytryptamine and cortisol，mood state and cognitive performance.Int J Psychophysiol，2006，61：204-215.

［16］Krishnan V，Nestler EJ.The molecular neurobiology of depression.Nature，2008，455（7215）：894-902.

［17］Green AR.Gaddum and LSD：the birth and growth of experimental and clinical neuropharmacology research on 5-HT in the UK.Br J Pharmacol，2008，154：1583-1599.

［18］宋亚军，孙勤枢，王鲁克，等.急性耐力运动对大鼠不同脑区单胺类神经递质及其代谢产物的影响.北京体育大学学报，2005，28（4）：484-486.

［19］徐传香，刘洪涛，王静.运动性中枢疲劳后脊髓内主要神经递质含量的变化.中国应用生理学杂志，2008，24（2）：225-228.

［20］徐传香，刘洪涛，王静.运动与中枢5-羟色胺.解放军预防医学杂志，2008，26（1）：72-74.

［21］张蕴琨，丁树哲主编，运动生物化学.北京：高等教育出版社，2011：148.

［22］Low D，Purvis A，Reilly T，et al.The prolactin responses to active and passive heating in man.Exp Physiol，2005，90（6）：909–917.

［23］朱红花.低氧间歇训练对大鼠骨骼肌HIF-1a及糖代谢相关酶的影响.长沙：湖南师范大学硕士学位论文，2007：32-33.

［24］苏艳红，王瑞元.低氧、耐力训练对大鼠代谢酶及肌球蛋白Ca-ATPase的影响.体育科学，2005，25（6）：67-69.