糖有氧供能下不同周期游泳训练后大鼠肾脏功能恢复规律的研究

朱 斌，陈学龄，张业廷

糖有氧供能下不同周期游泳训练后大鼠肾脏功能恢复规律的研究

朱 斌1，陈学龄2，张业廷1

目的：探索在糖有氧供能条件下的间歇性游泳训练最佳训练周期及机制。方法：SD雄性大鼠随机分成空白对照组(C，n=6)、单周期/周训练组(小、中、大负荷循环1次，T1，n=42)、双周期/周训练组(小、中、大负荷循环2次，T2，n=42)、三周期/周训练组(小、大负荷循环3次，T3，n=42)。大鼠经过一周不同训练周期游泳训练后，C组在安静状态下，T1、T2、T3组在运动后7个时刻(T0、T12、T24、T36、T48、T60、T72)分别取血液、肾脏组织，测定CRE、SOD、MDA、Ca2+-ATP酶等指标。结果：单周期训练结束后即刻大鼠血液中CRE含量显著升高(P<0.05)；肾脏组织中MDA含量即刻显著性升高；Ca2+-ATPase含量在T0和T12表现为显著性降低(P<0.05)。双周期训练结束后肾脏组织Ca2+-ATPase含量各时相变化明显，在T12、T24和T36分别为显著性降低和显著性回升；肾脏组织内SOD水平在即刻显著性降低，T24和T36显著性升高，T60恢复至正常水平；即刻大鼠血液中CRE水平显著性升高，所以肾脏功能恢复的最佳时间为T48至T60。三周期训练后即刻大鼠血液中CRE含量显著性升高，T24和T36均表现显著性升高和回落，T72时恢复正常；大鼠肾脏内的SOD含量水平在即刻显著性降低；与安静对照组相比，MDA在各时相有上升趋势，至T72恢复至正常水平；肾脏组织内Ca2+-ATPase水平在T12、T24和T48均表现为显著性下降，所以肾脏功能恢复的最佳时间为T60至T72。结论:双周期训练后，肾脏功能恢复的最佳时段为48 h至60 h；三周期训练后肾脏功能恢复的最佳时间为60 h至72 h。

肾脏；周期训练；恢复规律；有氧供能；大鼠

目前，关于不同训练周期致疲劳后恢复规律的研究并不多[1]。在运动训练中，运动水平的高低与内脏器官的机能状态密切相关。同时，内脏器官疲劳恢复的质量也在一定程度上影响和制约着训练后机体运动能力的恢复和提高[2-3]。

运动对内脏器官功能影响很大，其中肾脏在维持机体内环境稳定中发挥重要作用，其疲劳恢复的好坏与运动训练效果的实现密切相关。了解运动训练对肾脏功能的影响，探索肾脏疲劳后的恢复规律，对促进运动训练的科学化意义重大。为此，本实验采用大鼠负重游泳训练的方式模拟有氧供能型运动，结合运动训练实际，采取在糖有氧供能条件下的间歇训练法，对大鼠进行1周的不同负荷强度周期训练，并在训练结束后每隔12h进行相关生化指标检测，以期了解不同负荷强度周期训练对大鼠肾脏功能的影响，探索肾脏疲劳恢复规律及其相关机制，为间歇性游泳最佳训练周期的确定提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

132只SD健康雄性大鼠(四川大学华西医学实验动物中心提供)，重量为(180±10)g，鼠龄为4个月，国家标准鼠类饲料饲养，自由摄食与饮水；饲养环境相对湿度为51%±3%，室温(21±3)℃,自然光照射。

1.2 研究方法

1.2.1 动物模型与处理

根据糖有氧供能的游泳运动模型，建立本实验动物实验模型，让大鼠在透明玻璃缸(50 cm×60 cm×100 cm)中游泳，水深为大鼠身长加上尾长的1.5倍，水温为(31±2)℃[4]。购回大鼠首先进行适应性饲养，进行为期2天无负重适应性游泳，剔除异常大鼠；在第3天负自身体重3%负荷游泳；第4天起每天负重逐渐递增至自身体重的4%、5%、6%，直到第6天；第7天休息。1周的适应性游泳结束以后，对大鼠进行分组，安排为期7天的单、双、三周期的大、中、小负荷训练，负重达到自身体重6%，运动时间设为每次16 min，游泳训练在每天进行；大运动量设为3次/每组，中等运动量为2次/每组，小运动量为每组1次/每组，16 min设为以糖有氧供能为主的时间段标准，次间休息5 min。

1.2.2 实验分组

采用随机数字法进行分组，分成对照组(C)和训练组(T)两大组，对照组6只，单周期组(T1)42只、双周期组(T2)42只、三周期组(T3)42只，各组训练时间及负荷量见表1。

表1 T1、T2、T3 组大鼠训练时间及负荷量表Table 1 Training time and load scale for rats in group T1、T2、T3

其中T1组、T2组、T3组分别在以下7个时刻测定指标：T0(训练结束即刻)、T12(训练结束后12 h)、T24(训练结束后24 h)、T36(训练结束后36 h)、T48(训练结束后48 h)、T60(训练结束后60 h)、T72(训练结束后72 h)组。

1.2.3 样本采集

采血：昐别在结束运动干预后即刻、12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h在大鼠一侧股动静脉取3 ml混合血液，以3 000 r/min的转速离心10 min，分离出用于指标测定的血清。

组织匀浆：取血后即刻，将腹腔剪开，取出右肾，在肾脏的上段部分取0.5 g左右组织，用冰生理盐水冲洗组织，然后用滤纸吸干称重，放入10 ml的烧杯中，用移液枪取2/3预冷生理盐水(9倍于组织块重量)注入到烧杯内，迅速剪碎组织块，随后将组织倒入玻璃匀浆器，用剩余的冷生理盐水冲洗烧杯，一并倒入玻璃匀浆器，在冰水中对组织匀浆，做成10%的匀浆液。将匀浆液以4 000 r/min的转速离心30 min，取上清液，进行指标测定。

1.2.4 指标检测方法

采用黄嘌呤氧化酶法检测超氧化物歧化酶(SOD)，TBA法检测丙二醛(MDA)，化学比色法测定Ca2+-ATPase活性(ATP酶活性单位为μmolPi/mg·pro·h)，除蛋白法检测肌酐活性(Crea)。

1.2.5 数据处理

2 实验结果

2.1 单周期(T1)训练组大鼠不同时刻各指标比较

表2 T1组(单周期)不同时刻之间各指标比较

注：与C组相比,#P<0.05,##P<0.01。下同。

图1 T1组(单周期)不同时相之间各指标Graph 1 Line chart of the indexes at different phases of T1 (single cycle)

由表2、图1可见，在单周期的运动结束之后，即刻各指标都有显著性变化，大部分指标都在36 h～60 h恢复到接近安静时的水平。

2.2 双周期(T2)训练组大鼠不同时刻各指标比较

图2 T2组(单周期)不同时刻之间各指标Graph 2 Line chart of the indexes at different phases of T2 (single cycle)

由表3、图2可见，双周期训练结束之后，大鼠肾脏组织各指标的变化在恢复阶段呈现出明显的规律，肾脏良好的适应性出现在双周期训练后的48 h～60 h。

2.3 三周期(T3)训练组不同时相大鼠各指标比较

表3 T2组(双周期)不同时刻之间各指标比较Table 3 Comparison of the indexes at different phases of T2 (double cycle)

表4 T3组(三周期)不同时刻之间各指标比较Table 4 Comparison of the indexes at different phases of T3 (triple cycle)

图3 T3组(单周期)不同时刻之间各指标Graph 3 Line chart of the indexes at different phases of T3 (single cycle)

由表4、图3可见，三周期训练方法运动量最高，各大鼠肾脏组织指标恢复的最慢，对大鼠肾脏功能影响比较的明显。

3 分析与讨论

3.1 糖有氧供能条件下运动模型的建立

本实验的实验模型是依据张灵记建立的大鼠糖有氧供能为主的游泳运动模型为基础建立的[4]。实验采用性SD大鼠为实验对象，采用负重游泳的方式干预，造成大鼠疲劳但不能影响其运动。大鼠负荷的重量设为自身体重6%，一次运动16 min，在此情况下能源供能系统以糖有氧供能为主，糖的消耗会随着运动次数的增多而明显增加。

3.2 运动致肾脏损伤后恢复的可能机制

肾脏等内脏器官的病理、生理变化及临床表现均受运动的影响，这一课题长久以来就是运动生理学等学科领域的重要研究课题[5-6]。有研究表明，长时间大强度负重游泳后，SD大鼠肾小球上皮细胞会出现肿胀现象、肾小球内的毛细血管会充血扩张、肾小球的内皮细胞胞质内空泡会变多，并且他们会连接在一起，近球端的毛细血管系膜外肾小球毛细血管壁的3层结构均会出现破裂以及分离的现象，部分内质网会出现管泡状化，次级溶酶体增多等现象[7-10]。

运动结束后，机体内部自由基会增多，机体组织对于自由基的清除防御能力由此会被激活，使运动所产生的自由基通过抗氧化体系能力的增强而清除，从而减少了自由基对肾脏的损害。自由基损伤肾脏一方面是由于其产生数量的增多，另一方面抗氧化酶也起到了降低自由基的作用[11]。人体内含有丰富的抗自由基体系，超氧化歧化酶(SOD)就是其中之一，它广泛存在于生物体内，可以歧化O2-生成H2O2，最终转化为H2O，从而清除超氧阴离子自由基，运动过程中自由基平衡状态及与体内物质代谢情况关系可通过SOD的活性变化间接反映。MDA是解脂质过氧化降解产物，它可以扩散到其它部位，产生毒性作用，最终使机体的正常生理、生化过程发生紊乱。机体脂质过氧化的程度可以通过MDA的水平反映，也可以间接反映细胞损伤的情况。脂质过氧化程度可以通过SOD与MDA来应激，SOD含量改变的同时会伴随MDA水平的改变。所以，联合检测这两个指标，对寻找适合的训练周期和训练强度具有指导意义。线粒体Ca2+-ATPase存在于其内膜中[12]，Ca2+-ATPase可维持线粒体膜电化学梯度[13]，线粒体结构和功能的变化可以根据Ca2+-ATPase活性进行判断。Ca2+、Na+、H+交换体存在于线粒体内膜上[14-15]，线粒体内部游离钙的浓度可以通过这些交换体来降低。在调控线粒体功能和ATP合成过程中，Ca2+起着重要的作用[16]。研究表明，运动所带来的疲劳现象可以通过线粒体Ca2+-ATPase活性的增高得以延缓[17]。当肾实质受到损害的时候，血中CRE浓度会随着肾小球滤过率降低而增加。因此，CRE可以作为重要的指标来确定临床诊断肾功能衰竭程度及疗效判断。

3.3 不同周期训练对大鼠肾脏各指标影响

3.3.1 单周期训练对大鼠肾脏各指标的影响

由表2、图1可知，T1训练结束后，即刻的大鼠血液中肌酐CRE值与C组比较而言，前两时刻均显著升高。负荷训练后，肌酐的上升趋势的原因可能是在单周期训练后，大鼠肾脏排泄功能恢复有所滞后，肌酐还没有完全恢复，说明单周期训练方法对于大鼠的肾的影响比较大，只是在经过一夜后部分恢复[17]。肾脏组织中的SOD含量与C组相比，虽然T0组有上升趋势，整个时相有升有降，但SOD的含量并没有显著性变化，同时数据表明小运动量训练即刻SOD含量会上升，运动强度及运动时间的改变会影响SOD变化，SOD含量越多，防御O2-的能力越强。MDA 的变化与C组相比，在T0时显著升高，随后各时相有所回落，但无统计意义。Recknage[18]发现，由于MDA可以在有些组织中消耗，因此判断，在中等负荷条件下，MDA生成速率小于其代谢速率，可能是导致MDA下降的影响因素。后期MDA含量的下降不明显，可能与训练导致大鼠清除自由基的能力提升密切相关，从而出现MDA水平变化不显著。由于训练造成细胞膜对Ca2+通透性增加，提高了Ca2+的内流速度，导致线粒体功能和结构出现异常变化。因此，Ca2+-ATPase对减轻肾脏组织细胞损伤及维持细胞正常的形态和功能作用显著。单周期试验相关指标变化表明，肾组织中Ca2+-ATPase指标和C组比较，T0、T12时相显著降低，随后其它时相的差异都无显著变化，T48、T60时相恢复至C组安静状态时水平，说明大鼠的肾脏功能变化在单周期训练中恢复较慢。

3.3.2 双周期训练对大鼠肾脏各指标的影响

由表3、图2可以看出，T2结束训练后，肾组织Ca2+-ATPase在T0时的含量与C组相比略有下降，但无统计意义。T12、T24和T36时相则都有显著下降，T48时后有所回升，至T60时恢复至正常水平。综合分析T12、T24、T363时刻肾脏组织中Ca2+-ATPase的变化情况，该指标均在T0时降低，在此后的T12、T24、T36时均无明显上升趋势，直至T48时相出现显著上升，双周期Ca2+-ATPase在T60时恢复至安静水平，表明肾脏在双周期训练后有较严重的缺血再灌注损伤，从而明显降低Ca2+-ATPase活性并导致细胞离子跨膜转运障碍，导致恢复速率变慢。双周期训练结束后即刻SOD指标出现显著下降，T24和T36时相显著上升，T60时相恢复至安静状态水平；MDA指标与C组比较，T0时相上升，到T36时相恢复至安静水平，其指标水平下降的原因可能与双周期训练条件下肾脏抗氧化能力增强有关；双周期训练结束后，即刻大鼠的血液CRE含量显著上升，T12、T24时相后下降，至T60时相逐步恢复到安静水平。

上述结果表明，肾脏良好的适应性出现在双周期训练后的48 h～60 h。

3.3.3 三周期训练对大鼠肾脏各指标的影响

由表4、图3可知，大鼠血液中的肌酐含量在三周期训练后与C组相比，T0时相显著上升，T12时相略有下降。T24、T36时相显著提高，此后该指标在各时相均呈现下降趋势，在T72时相恢复至安静水平，表明三周期训练负荷强度下大鼠适应性不良，肌酐代谢能力恢复时间延长，休息后72 h也并未恢复到安静水平。大鼠训练后即刻SOD的水平和C组相比，呈显著降低。其原因可能与大量的自由基导致细胞内防御体系遭到破坏，细胞膜损伤，甚至出现细胞凋亡有关。T12时有回升的趋势，可能与机体存在有代偿应激导致SOD含量出现一过性增加相关。T24和T36时相显著降低，T60至T72时相恢复至安静水平。自由基含量会随着训练负荷的加大而增多，导致SOD消耗增加，机体的抗氧化能力下降，出现组织细胞膜结构受损进而加深机体的疲劳程度。同时，过度训练导致的组织缺血、缺氧也会使细胞内ATP生成受限，使细胞清除自由基的能力有所下降，最终造成自由基的大量堆积[19-21]，此机制可能是引起SOD出现上述变化的主要原因。肾脏组织内Ca2+-ATPase水平在T0时呈现降低趋势，T12、T24时显著降低，随后有所回升，T48时显著降低，T60、T72时逐步回升。此指标的变化可能是由于在三周期训练强度下，肾脏出现较严重的缺血再灌注损伤，导致Ca2+-ATPase活性显著下降，进而引发细胞离子跨膜转运障碍，恢复时间延长。

三周期训练为运动量最高的训练方式，各指标恢复也最慢，对大鼠肾脏功能影响较为显著，表明此种训练量对大鼠机体及肾脏的机能影响较大,并且各指标变化无明显恢复趋势，因此需要考虑是否有疲劳积累现象的产生。

4 结论

双周期训练后，肾脏功能恢复的最佳时间为48 h～60 h；三周期训练后肾脏功能恢复的最佳时间为60 h～72 h。

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(编辑 李新)

Research on the Laws of Rat Renal Function Recovery after Different Cycles of Sugar Aerobic Swimming Training

ZHU Bin1,CHEN Xueling2,ZHANG Yeting1

Object:To provide the best training cycle and mechanism for the intermittent swimming training.Methods:The male SD rats were randomly divided into blank control group(K,n=6),single cycle/week training group (one round of training with small,medium and large load,T1,n=42),double cycle/week training group (T2,n= 42),triple cycle/week training group (T3,n= 42).After oneweek of swimming training,indexes of blood,kidneys,measured CRE,SOD,MDA,Ca2+-ATP were sampled respectively from K group in quiet state,and group T1,T2 and T3 at seven different times(T0、T12、T24、T36、T48、T60、T72) after motion.Results:The CRE content in rats bloodincreased significantly(P<0.05)after the single cycle of training;MDA content in kidney tissue rose dramatically; Ca2+-ATPase content atT0andT12 dropped significantly(P<0.05).After double cycle of training,Ca2+-ATPase content in kidney changed obviously at every phase,going up significantly atT12andT24and dropping obviously at T36. SOD in kidney tissue went down immediately,up significantly atT24andT36,and back to normal atT60;CRE in blood increased immediately,therefore the best time/phasefor renalfunction recovery is in the period fromT48toT60.After the triple cycle of training,CRE content in the blood increased significantly,going up obviously and down atT24andT36,and back to normal atT72;SOD in kidney tissue presented sharp drop immediately; as compared with Group in quiet state,MDA content went up significantly at every phase,and back to normal atT72;Ca2+-ATPase content in kidney dropped significantly atT12,T24,andT48,therefore the best time/phasefor renalfunction recovery is in the period fromT60toT72.Conclution:After T2 training ,the best time/phasefor renal function recovery is in the period from 48 h to 60 h; After T3 training ,the best time/phasefor renal function recovery is in the period from 60 h to 72 h.

Kidney;CycleTraining;LawofRecovery;AerobicExercise;Rat

G804.2 Document code：A Article ID：1001-9154(2017)03-0109-06

朱斌，副教授，硕士，研究方向：运动性疲劳恢复研究，E-mail：316640390@qq.com。

1.成都大学， 四川 成都 610106；2.成都体育学院，四川 成都 610041

1. Chengdu University,Chengdu Sichuan 610106；2. Chengdu Sport University,Chengdu Sichuan 610041

2016-07-14

2017-03-23

G804.2

A

1001-9154(2017)03-0109-06