甘氨酸补充对力竭性运动小鼠部分生化指标的影响＊

曹 进，樊晓飞，李良菊，徐 姿

（1.江苏大学药学院，江苏镇江212013；2.江苏大学体育部，江苏镇江212013；3.江苏省昆山市第一人民医院检验科215300）

甘氨酸是一种人体非必需氨基酸，尽管结构非常简单，但对它的生理功能已有很多报道。甘氨酸除了作为合成其他氨基酸的原料以外，还在多种疾病状态下具有抗炎、免疫调节和细胞保护等作用，因此被作为一种新的抗炎、免疫调节和细胞保护的活性物质用于药物开发［1］。有多项指标表明，甘氨酸补充对乙醇造成的肝损伤具有保护作用［2-6］，可以缓解脂肪肝、脑水肿、肝纤维化和炎症的发生；甘氨酸在心肌和脑的缺血再灌注模型中具有心肌保护和神经保护作用［7-10］；甘氨酸还可以保护遭辐射大鼠的结肠壁厚度和黏膜上皮层［11-12］，拮抗肠源性内毒素［13-14］，以及对烧伤大鼠的应激性损伤有保护作用［15-16］。有研究表明，对大鼠给予高剂量的甘氨酸后，可以发现其在脑内的水平升高，并观察到胶质细胞形态学的改变［17-18］。以上这些研究均表明，甘氨酸补充具有一定的生理学或药理学作用。

由于甘氨酸是人体内抗氧化多肽谷胱甘肽的组成成分之一，也是合成肌酸的重要原料，因此甘氨酸补充被认为有助于人体运动能力的提高。但是，目前甘氨酸在运动中的保护作用研究甚少。运动对机体的刺激作用表现较为复杂，神经内分泌系统及免疫系统可产生双向调节，使机体发生适应性变化［19］，然而过度的力竭性运动可使神经内分泌水平发生较大变化，造成组织细胞的严重缺氧。本研究中将小鼠力竭性游泳作为运动应激反应模型，用以观察力竭性游泳小鼠的血清生化指标的改变，并研究甘氨酸预补充对这些变化的影响。该研究可为进一步探讨甘氨酸补充对人体运动的影响及作用机制打下基础。

1 材料与方法

1.1 动物 雄性昆明小鼠，6周龄，体质量（20±2）g，由江苏大学实验动物中心提供。小鼠被分为3组，每组10只：力竭性游泳运动组（E组），甘氨酸补充后力竭性游泳组（G 组）及静息对照组（S组）。动物按照国家标准饲料喂养，自由饮食、饮水。G 组给予10mg·kg-1·d-1（0.5mL）甘氨酸，S组及E 组给予0.5mL／d的生理盐水连续灌胃4周。4周后实施力竭性游泳。游泳池规格为：长90cm、宽60cm、高48cm，水深35cm，水温（30±2）℃。力竭的判断标准为游泳最后下沉入水中，经10s后不能自主返回水面。分别记录各组小鼠的游泳时间。

1.2 方法 采取摘眼球采血，放室温待血液凝固收缩后，2 000r／min离心20min，吸取上层血清备用。血清补体溶血活性的测定参考文献［20］，采用微量CH50溶血法进行补体溶血活性（CHA）测定，以50%溶血作为判断终点。血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、碱性磷酸酶（ALP）、乳酸脱氢酶（LDH）、肌酸激酶（CK）、尿素氮和血清铁（Fe3＋）均采用全自动生化鉴定仪测定。

1.3 统计学处理 采用SPSS13.0软件进行数据处理，计数资料采用±s表示，采用t检验及方差分析进行显著性检验，每两组间比较采用q检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 甘氨酸补充对小鼠力竭性游泳运动时间的影响 G 组小鼠游泳时间［（133.9±4.41）min］较E 组［（151.0±13.5）min］明显延长且差异有统计学意义（t＝4.973，P＜0.01）。表明甘氨酸补充显著提高了小鼠的最大运动能力。

2.2 甘氨酸补充对力竭性游泳小鼠血清中部分生化指标的影响 E、G 及S组血清中ALT、AST 和ALP 的水平如图1所示。统计学方差分析ALT 和AST 差异有统计学意义（F＝4.349，P＜0.05；F＝10.05，P＜0.01）；组与组之间两两比较（q检验）差异也有统计学意义（P＜0.01）。ALP统计学方差分析差异有统计学意义（F＝4.768，P＜0.01）。组与组之间两两比较（q检验）：E组与S组及G 组比较差异有统计学意义（P＜0.01）；G 组与S组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。E 组、G 组和S组血清中LDH 的水平如图2A 所示。统计学方差分析结果显示差异有统计学意义（F＝3.57，P＜0.05）。组与组之间两两比较：E 组与S 组及G 组比较差异有统计学意义（P＜0.01）；G组与S组比较比较差异无统计学意义（P＞0.05）。各组血清CK 水平如图2B所示，统计学方差分析结果显示差异有统计学意义（F＝19.16，P＜0.01），组与组之间两两比较差异均有统计学意义（P＜0.01）。各组尿素氮水平如图2C所示，统计学方差分析结果显示差异有统计学意义（F＝20.27，P＜0.01），组与组之间两两比较显示差异亦有统计学意义（P＜0.01）。各组血清Fe3＋水平如图2D 所示，统计学分析结果显示差异有统计学意义（F＝3.21，P＜0.05），E组与G组及S组比较差异有统计学意义（P＜0.01），G 组与E 组比较差异无统计学意义（P＜0.05）。

图1 力竭性游泳对血清中ALT、AST 和ALP的影响及甘氨酸的作用

图2 力竭性游泳对血清中LDH、CK、尿素氮和Fe3＋的影响及甘氨酸的作用

2.3 甘氨酸补充对力竭性游泳小鼠血清总补体的影响 如图3所示，血清CHA E组显著低于S组（P＜0.01）；G 组显著高于E组（P＜0.01），但仍低于S组（P＜0.05）。

图3 力竭性游泳对血清总补体的影响及甘氨酸的作用

3 讨 论

研究结果表明，预补充甘氨酸4周可以明显延长小鼠力竭性游泳的时间，这说明甘氨酸补充可以增强小鼠的最大操作能力。从物质合成的角度来看，由于甘氨酸是合成肌酸的重要原料，所以补充甘氨酸具有提高机体运动能力的作用。另外，有多项对大鼠心肌缺血和心脏损伤的研究表明［15-16，21］，甘氨酸对心肌细胞有保护作用。其主要机制有：通过增加谷胱甘肽合成清除缺血再灌注时产生的大量活性自由基，改善对缺氧环境导致的细胞损伤；通过降低无氧酵解产生的乳酸堆积改善细胞能量合成方式；还可以增加ATP合成，加快机体能量代谢。以上这些机制都能提高机体的运动能力。

力竭性游泳小鼠由于极限运动，全身的血液重新分布，使得机体多脏器（肝脏、心脏、肾脏）及组织细胞缺血缺氧，缺氧环境可导致糖酵解产物乳酸的堆积和脂质过氧化损伤引起细胞膜通透性升高，从而促使各种酶，如ALT、AST、ALP、CK 释放进入血液循环［16，22］，引起血清水平的升高，而细胞内重要酶的丢失又会导致细胞能量代谢障碍。预先补充甘氨酸的力竭性游泳小鼠，血清中ALT、AST、CK 比静息小鼠虽有所增高，但比预先未补充甘氨酸的力竭性游泳小鼠的血清水平有所下降。张水军等［23］的研究和本文结果类似并表明：肝脏缺血可引起肝脏Kupffer细胞代谢功能的改变，出现多种自稳态失调，进而导致肝细胞的损伤坏死，使得ALT、AST 升高，补充甘氨酸后，抑制Kupffer细胞的活化和细胞因子的释放，使得ALT、AST 均有所下降。这些结果表明，甘氨酸补充可以改善缺血缺氧导致的细胞膜通透性增加，保护细胞的完整性和正常功能。

LDH 是调节无氧代谢和有氧氧化十分关键的酶。本研究表明力竭游泳后小鼠的LDH 增高，预先补充甘氨酸可降低力竭性小鼠血清中的LDH 水平。有研究表明，在狗肾脏细胞中ATP耗尽引起细胞损伤会导致LDH 的释放［24］。秦霞等［8］发现，甘氨酸可以通过与细胞膜上的甘氨酸受体（GlyR）反应，对被剥夺ATP的细胞发挥保护作用，其机制可能是通过抑制细胞自噬体的形成来减轻细胞ATP 耗竭所引起的损伤反应［25-26］。这些研究和本研究结果都表明力竭性运动引发的细胞缺氧和ATP耗竭会引起血清中LDH 水平上升，而甘氨酸补充可以对细胞起到保护作用。

本实验结果显示，力竭性游泳后小鼠血清尿素增高，这可能因为力竭性游泳使得肾脏组织细胞ATP 耗尽，细胞严重缺血缺氧，继而出现排泄功能障碍，从而导致尿素氮水平的增高。有研究提示，甘氨酸补充可以对抗缺氧引起的肾脏损伤，降低肾脏代谢综合征（MS）的严重程度，维持肾脏的功能［27］。因此，可以认为G 组小鼠肾脏排泄尿素的功能受到预先补充甘氨酸的保护，使得小鼠力竭性游泳后血清尿素氮的水平较E组有所下降。

血清Fe3＋是指与转铁蛋白结合的铁。本研究发现，力竭性游泳组小鼠血清Fe3＋明显下降，预先补充甘氨酸的力竭性游泳小鼠血清Fe3＋明显高于单纯游泳小鼠。周庆功等［28］的研究证实了小鼠力竭运动后血液中Fe3＋的下降，该现象是因为剧烈运动可引起高血容量反应，造成血清Fe3＋水平相对下降。而甘氨酸补充对于血清Fe3＋水平的维持是小鼠运动能力提高的原因之一。

本研究结果显示，G 组小鼠的CHA 明显高于E 组，也就是说甘氨酸预补充提高了机体的CHA。由于力竭性运动可导致暂时的免疫缺陷［29］，机体处于高度的应激状态，作为免疫反应的重要角色——补体系统也必然高度激活，连续的运动加重了补体系统的负担，导致体内补体成分大量消耗，造成总补体水平及溶血活性减低；同时，力竭性游泳快速消耗氧气与能量物质，产生大量代谢产物，加速了补体的消耗；另外，力竭性运动使得血流量的重新分布亦可引起血清补体水平相对降低［30］。甘氨酸预补充能够有效提高机体的CHA，然而补体系统和有氧运动的关系涉及很多方面，其具体的作用方式还有待于进一步的深入研究［31］。

近年来越来越多的研究表明甘氨酸对许多器官、组织、细胞都具有保护作用。其保护作用主要体现在对抗缺血缺氧、抗炎性反应、抗缺血／再灌注损伤等方面。本研究发现小鼠的力竭性游泳造成的组织细胞缺血缺氧和ATP耗竭可引起血液部分生化指标的异常，预先补充甘氨酸对力竭性游泳小鼠有明显的保护作用，对于恢复生化指标和CHA 具有一定的作用。甘氨酸补充可提高小鼠的运动能力，这对理解甘氨酸对人体运动能力的影响打下了基础。而甘氨酸对运动动物的生理指标保护作用的机制还有待于进一步探讨。

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