FICM干预对急性运动大鼠抗氧化能力的影响

何建伟，刘学谦，林秋华，许 剑，詹金添，吴朱艳

(1.莆田学院体育学院，福建 莆田 351100；2.广州大学体育学院，广东 广州 510006；3.厦门大学体育教学部，福建 厦门 361005；4.集美大学体育学院，福建 厦门 361021)

长期的运动训练和比赛易导致的骨骼肌纤维微细损伤，骨骼肌损伤后的康复治疗一直是运动医学的热门话题。清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室863项目研制的YL-2.0-1型远红外陶瓷微珠(Far Infrared Ceramic Microspheres，FICM)[1]，通过发射波长为8～14μm的远红外线，使生物的分子能级激发而处于较高的共振能级，产生良好的热效应和共振效应[2]，从而改善人体微循环，促进人体血液循环和新陈代谢。该产品作为一种新型的理疗、康复材料，凭借其良好性能及简便易行的优点，已在临床和运动医学界得到广泛推广和应用。在2008年北京奥运会期间，受到运动员、教练员的一致好评[3]。本文利用远红外陶瓷微珠作为干预手段，探究动物一次性力竭运动后骨骼肌处于微损伤状态下，大鼠体内自由基的生成变化及降低对机体的损害的作用机制。

1 材料与方法

1.1 实验对象与分组

清洁级标准健康8周龄雄性SD大鼠88只，每组8只，共11组，专用大鼠、饲料均由北京维通利华公司提供。饲养条件：室内温度18～22 ℃，湿度30～50 %，通风良好，大鼠分笼饲养，每笼8只，自由进食。适应性喂养3周后随机分组，体重280±20g，并在正式试验前进行多次5～10 min的跑台适应性运动，运动组大鼠在下坡跑动物跑台上进行一次性力竭运动，跑台速度为16～20 m/min，坡度为-16°，大鼠每运动5 min，中间休息2 min，运动时间为120 min；运动过程中大鼠如不能坚持完成运动，休息2 min后继续跑足120 min， A组对照组大鼠不进行运动。动物实验共分四大组：

A组：安静对照组； 1组

B组：运动后自然恢复组，即模型组； 4组

C组：运动后+热水组，即模型+热水组； 3组

D组：运动后远红外陶瓷微珠干预组，即模型+陶瓷微珠组； 3组

共计：1+4+3+3=11组，按实验设计D组将加热至45 ℃的远红外陶瓷微珠装入自制袋中，透明胶布绑于双腿上热敷15 min，休息10 min；热水组C组大鼠一次性运动力竭后，将45℃的热水装入自制热水袋中，透明胶布绑于双腿上热敷15 min，休息10 min。

1.2 样本时相点的选取、采集、处理和测试

按实验要求取每组大鼠安静时，运动后即刻、24 h、48 h、72 h共5个时相点，用2%戊巴比妥钠(25 ml/kg体重) 腹腔注射麻醉大鼠并取心脏血。取血1管5 ml，静置30 min后3 000 r/min离心15 min，分离血清，用来检测血清SOD、GSH-Px、MDA。

1.3 实验检测指标具体方法

血清超氧化物歧化酶(SOD)、血清丙二醛(MDA)、血清谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)：比色法。以血清SOD为例(其他按试剂盒说明书严格执行)，实验方法按以下程序严格进行。

(1)检测程序：

试剂盒的组成与配制：测定时使用的试剂盒由南京建成生物工程研究所生产、提供，试剂盒的具体成分与实验要求一致。

(2)操作方法

在此过程中需要进行两步反应，分别是酶促反应和显色反应，具体操作见表1、2。

表1 酶促反应

表2 显色反应

注：1.空白管、标准管一般只需1～2支；2.最佳取样量以及最佳取样浓度因样品种类不同，其GSH-PX活力不一，根据酶的百分抑制率与酶活力呈抛物线关系，各组测定样品取样浓度不一样，在每测定一种新的样品前最好选一种最佳取样量以及最佳取样浓度

1.4 分析与处理

所有数据通过SPSS 16.0进行统计分析，实验结果以M±SD表示，组内、组间比较采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)进行统计，显著性差异以P<0.05表示，非常显著性差异以P<0.01表示。

2 实验结果

2.1 血清SOD的变化

B组运动后即刻SOD均降到最低，非常显著低于对照组(P<0.01)，其后逐渐升高；运动后24 h，B、C 两组SOD仍处于较低状态，还是非常显著低于对照组(P<0.01)，而D组与B、C两组同时相比，有非常显著的升高(P<0.01)，几乎接近对照组水平；而B、C两组运动后48 h和72 h，数值逐渐升高，B、C组之间相比没有显著性差异(P> 0.05)；与B、C两组相比，D组运动后48h血清SOD值显著高于 B、C两组的对应同时相(P<0.05)，运动后72 h D组与B、C组相比则没有差异性(见表3)。

表3 SOD值的组间比较(单位：U/L，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A组对照组；★P<0.05，★★P<0.01，vs B组运动后即刻；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs C组运动后即刻；▲P<0.05，▲▲P<0.01， vs D组运动后即刻；■P<0.05，■■P<0.01，vs B、C组运动后24 h；●P<0.05，●●P<0.01，vs B 、C组运动后48 h

2.2 血清GSH-Px指标的变化

B组运动后即刻GSH-Px均降到最低，非常显著低于对照组(P<0.01)，其后逐渐升高；运动后24 h，B、C 两组小幅升高，但GSH-Px水平仍处于较低状态，还是非常显著低于对照组(P<0.01)，而D组有非常显著的升高(P<0.01)，甚至高于对照组，与B、C组相比有非常显著性差异(P<0.01)；而B、C两组运动后48 h和72 h，数值逐渐升高，与同组运动后即刻相比有显著性差异(P<0.05，P<0.01)，B、C组之间相比没有显著性差异(P> 0.05)；与B、C两组相比，D组运动后48 h血清GSH-Px值显著高于 B、C两组(P<0.05)，运动后72 h D组与B、C组相比略高，但没有显著差异性(见表4)。D组在陶瓷微珠干预下，运动后24 h、48 h、72 h都处在高位状态，并都略高于安静对照组。

表4 GSH-Px值的组间比较(单位：umol/l，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A组 对照组；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs B组运动即刻；★P<0.05，★★P<0.01， vs C组运动后即刻；▲P<0.05，▲▲P<0.01 vs D组运动后即刻；■P<0.05，■■P<0.01，vs B、C组运动后24 h；●P<0.05，●●P<0.01，vs B 、C组运动后48 h

2.3 血清MDA的变化

B组运动后即刻MDA均升到最高，非常显著高于对照组(P<0.01)，其后逐渐降低；运动后24h和48h，B组MDA仍处于较高状态，还是明显高于对照组(P<0.05)，而C、D两组与B两组同时相相比，有比较明显的降低(P<0.05，P<0.01)，而D组几乎接近对照组水平；而D组运动后24h、48h和72h，数值逐渐降低，24h就基本达到安静水平，48h、72h后就几乎处在同一水平，没有变化。C、D组之间相比没有显著性差异(P>0.05)，而在72h，D组运动后MDA值显著低于 B、C两组的对应同时相(P<0.05)(见表5)。

表5 MDA值的组间比较(单位：nmol/ml，N=9)

Note：#P<0.05，##P<0.01，vs A组 对照组；■P<0.05，■■P<0.01，vs B组运动后24 h；▲P<0.05，▲▲P<0.01， vs D组运动后即刻；◇P<0.05，◇◇P<0.01，vs C组运动后即刻；★P<0.05，★★P<0.01，vs B组运动后即刻；●P<0.05，●●P<0.01，vs B组运动后48 h；△P<0.05，△△P<0.01，vs C组运动后72 h

3 分析与讨论

当运动负荷超过于机体承受能力而产生的暂时的生理机能减退现象，同时机体疲劳时机体抗氧化系统能力也随之减弱，体内可能大量自由基产生，酸性等物质的大量生成，从而导致骨骼肌的微损伤[4]；本实验大鼠经过一次性120分钟的跑台下坡跑之后，动物体内能源耗尽，大鼠骨骼肌处于微损伤模型之中，长时间疲劳积累可能导致肌肉损伤，这些都需要一个科学的、有效的方法来解决。远红外陶瓷微珠红外发射率高，处在88～92 %之间，属强红外健康材料[5]。傅旭东[6]等研究表明，远红外线具有两方面生物效应、远红外线热生物效应和非热生物效应，该两种生物效应对疲劳的恢复均有积极作用，有学者研究发现当红外线能量被人体吸收后，可引起肌纤维蛋白质分子中酞胺键的振动，在一次性力竭之后，体内ATP～CP基本耗完情况下，生物能量补偿顺利地从一处传递到另一处，从而对消除自由基有积极的意义[7]。目前国内外关于陶瓷微珠远红外线相关的研究还较少，远红外陶瓷微珠如何清除自由基、延缓疲劳的发生和促进疲劳恢复、促进肌肉损伤的快速恢复、提高运动能力方面进行科学深入的研究有重要的现实意义。

3.1 远红外陶瓷微珠对大鼠血清SOD、GSH-Px指标的影响

图1 SOD值得组间比较

图2 GSH-Px值得组间比较

3.2 远红外陶瓷微珠对大鼠血清MDA指标的影响

正常情况下，机体内的自由基生成过程与清除过程呈平衡状态。然而，在大强度运动中，机体耗氧量大于摄氧量，机体缺氧，为了保证ATP的再合成，酵解作用加强，乳酸生成增多，并在体内堆积，乳酸还原使胞浆烟酰胺嘌呤二核苷酸浓度下降，抑制体内自由基清除酶活性，造成自由基大量产生，引起细胞损伤[13]。大量研究表明，大强度离心运动后机体血SOD、GSH-Px指标显著降低，而MDA(见图3)指标则显著升高[14]。

图3 MDA值的组间比较

在本研究中，一次大强度离心运动后大鼠血SOD、GSH-Px(见图1、2)均呈逐渐上升趋势，而运动后72h时相血MDA 低于运动后其他各时相。运动后各时相SOD均显著低于安静对照组，血MDA运动后各时相均高于安静对照组，其中运动后24h与48h时相呈显著性差异。而运动后24h血SOD、GSH-Px均显著低于安静对照组，运动后72h恢复至安静时水平。以上结果提示，一次大强度离心运动可引起机体自由基生成增多，使酶促体系中SOD、GSH-Px的消耗增加，不能有效消除大量产生的自由基，从而导致了骨骼肌细胞膜的损伤。随着恢复时间的延长，酶促体系的机能得到了一定恢复，使机体自由基的损伤程度逐渐减轻[15]。该结果提示，虽然运动后一段时间机体酶促体系中的SOD、GSH-Px消耗增多，但总抗氧化、消除自由基的能力却被激发，但随着恢复时间的延长，机体内各种抗氧化物质均受到很大程度地消耗，抗自由基能力明显减弱。但对照以前研究的CK、CK-MM指标的变化趋势发现[16]，大量抗自由基物质的消耗减轻了肌细胞膜的损伤，发挥了消除氧自由基的重要作用。综合各组的实验结果可见，常规恢复组与陶瓷微珠组血SOD、GSH-Px运动后各时相均高于运动组，而陶瓷微珠组两指标指标各时相又均高于常规恢复组。而常规恢复组与陶瓷微珠组血MDA运动后各时相均低于运动组，而陶瓷微珠组血MDA运动后各时相又均低于常规恢复组。该结果提示，热水疗法与陶瓷微珠疗法可能均具有抑制机体自由基生成，减少抗氧化酶及其它抗自由基物质的消耗，从而减轻骨骼肌细胞膜损伤的作用，而陶瓷微珠干预下的作用更为显著。

4 结论

远红外陶瓷微珠组干预恢复后各时相血SOD、GSH-Px水平均高于自然恢复组与常规模型组，而MDA值均低于自然恢复组与常规模型组，提示远红外陶瓷微珠可能具有抑制机体自由基的生成，减少自由基对身体损伤的作用。