李 涛
Alterations of anti-oxidation capability of rat skeletal muscles at different function states

Li Tao

Abstract
AIM: Previous studies on the effect of exercise training on tissue anti-oxidation ability always focus on endurance training. In this study, we observed the effect of exercise training on anti-oxidation capability in rats skeletal muscle at different function states to know more about the mechanism of the positive or negative influence on organism induced exercise.
METHODS: The experiment was performed at the Physiology Laboratory, Academy of Physical Education and Science, College of Qufu Normal University from April to June 2003. ①Fifty-six male Wistar rats were randomly divided into a control group and a training group (n=28). The rats in the training group were subjected to treadmill training for 8 weeks, but the rats in the control group were not trained. The rats in two groups swam for two days in plastic barrel. ②After the rats were executed under anesthesia, the superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GSH-PX) activities and anti-oxidation capability of rat skeletal muscles were measured at the resting state, immediately after fixed-loading exercise, immediate of exhaustive exercise, 24 hours after exhaustive exercise on the 3rd day, 7 animals at each time point.
RESULTS: Fifty-six rats were included in final analysis. ①In resting state and 24 hours after exhaustive exercise, the SOD, anti-oxidation capability, and GSH-PX activities in the skeletal muscle of the control group were significantly lower than the exercise training group (P < 0.05). ②After fixed loading exercise, the anti-oxidation capability of the skeletal muscle in the control group was remarkably lower compared with the training group (P < 0.05), but the SOD activities were markedly higher than training group (P < 0.05). ③After exhaustive exercise, the SOD activities and anti-oxidation capability in skeletal muscle of the training group were significantly elevated compared with the control group (P < 0.05).
CONCLUSION: The results show that exercise training can increase GSH-PX, SOD activity and anti-oxidation capability in rat skeletal muscles at resting state, and inhibit the abnormal decrease in SOD activity and anti-oxidation capability caused by exhaustive exercise.

Li T. Alterations of anti-oxidation capability of rat skeletal muscles at different function states.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(24):4619-4622(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-24/24k-4619(ps).pdf]

摘要
目的：以往关于运动训练对组织抗氧化能力影响的研究主要集中在耐力训练,在此基础上,进一步观察大鼠在不同功能状态下骨骼肌抗氧化能力与运动训练的关系,认识生物体对运动训练所产生的适应性变化机制。
方法：实验于 2003-04/06 在曲阜师范大学体育科学学院生理实验室完成。①分组干预：选取雄性 Wistar 大鼠 56 只,随机分为对照组和训练组2 组各28 只,训练组进行8 周的跑台训练,对照组不干预。然后两组分别在塑料桶中进行 2 d 适应性游泳,第 3 天,两组大鼠分别于安静状态、定量负荷运动后、力竭运动后即刻、力竭运动 24 h 后麻醉处死,每个时相点 7 只大鼠。②观察指标：观察不同功能状态下大鼠骨骼肌中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性以及总抗氧能力变化。
结果：56 只大鼠进入结果分析。①在安静状态、力竭运动24 h后,对照组骨骼肌中超氧化物歧化酶的活性、总抗氧能力、谷胱甘肽过氧化物酶活性都明显低于训练组（P < 0.05）。②定量负荷运动后,对照组骨骼肌中总抗氧能力明显低于训练组（P < 0.05）,而骨骼肌中超氧化物歧化酶的活性明显高于训练组（P < 0.05）。③力竭运动后训练组骨骼肌中超氧化物歧化酶的活性、总抗氧能力都明显高于对照组（P < 0.05）。
结论：运动训练能提高大鼠安静状态下骨骼肌中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶的活性以及总抗氧化能力可因,抑制因力竭运动导致的超氧化物歧化酶活性、总抗氧能力的下降。
关键词：骨骼肌抗氧化能力；运动训练；超氧化物歧化酶；谷胱甘肽过氧化物酶；总抗氧能力

李涛. 不同功能状态大鼠骨骼肌抗氧化能力的变化[J].中国组织工程研究与临床康复,2008,12(24):4619-4622
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-24/24k-4619(ps).pdf]

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0 引言

近年来,有关运动训练对机体自由基代谢的影响报道较多,但多数的报道仅以一种运动形式进行训练,多见于急性力竭运动,时间短,运动方式单一[1-3]。 鉴于以上状况,本实验探讨运动训练对大鼠在不同功能状态下骨骼肌抗氧化能力的影响,以期为健身锻炼和运动训练提供一定的科学依据。

1 材料和方法

设计：随机对照动物实验。
单位：枣庄学院与曲阜师范大学体育学院。
材料：实验于 2003-04/06 在曲阜师范大学体育科学学院生理实验室完成。选取 7 周龄2级雄性 Wistar 大鼠 56 只,体质量 130~140 g,购于山东大学动物研究所（鲁动质字：2001003）。基础饲料饲养,饮用纯净水,动物房室温 18~27 ℃,湿度 40%。将56 只大鼠随机分为 2 组,即对照组和训练组,每组 28 只。实验过程中动物处置符合动物伦理学标准。
仪器和试剂：动物跑台(杭州钱江科技公司生产,型号：PCPT-96)、超低温冰箱（型号：HZB□-2-H ,无锡晟泽理化器械有限公司生产）、低温离心机（型号：D-06R ,北京安必升科技发展有限公司生产）、721 分光光度计（上海奥谱勒仪器有限公司生产）等。抗活性氧试剂盒、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-PX) 试剂盒、超氧化物歧化酶试剂盒、考马斯亮兰蛋白测定试剂盒,以上试剂盒均为南京建成生物工程研究所提供,严格按照试剂盒说明操作。
设计、实施、评估者：设计为枣庄学院任昭君副教授及中国矿业大学傅晓龙讲师,资料搜集和干预为作者和任昭君，均接受过培训,评估为作者、任昭君及傅晓龙,未采用盲法评估。
技术路线：两组大鼠适应性饲养 1 周后，训练组进行8 周的跑台训练,坡度为 0°，跑速 15 m/min，训练时间40~60 min，每周6 d，周日休息；对照组不训练。9 周后，两组大鼠分别在直径 70 cm 的圆形塑料桶中进行2 d 适应性游泳，水深55 cm，水温32 ℃，15 min/d。第3天，两组大鼠分别于安静状态、定量负荷运动后、力竭运动后即刻、力竭运动24 h后麻醉处死,每个时相点7只大鼠。
定量负荷运动标准：大鼠尾部负重,负荷量为体质量的3%，在直径 70 cm的圆形塑料桶中进行游泳，水深 55 cm，水温32 ℃，每桶 4 只，用铁棒不断搅动迫使大鼠不断游动 40 min。
力竭运动标准：大鼠尾部负重，负荷量为体质量的3%，在直径70 cm的圆形塑料桶中进行游泳，水深55 cm，水温32 ℃，每桶 4 只,用铁棒不断搅动迫使大鼠不断游动。至大鼠沉入水面下10 s 不能自主浮出水面,且放在平板上无法完成翻正反射为止。
取材：两组大鼠分别于相应时刻，依次用乙醚麻醉，迅速取出小腿三头肌，先在 0~4 ℃ 冰生理盐水中洗净血液，并用滤纸吸干水分，装入内径 4 mm 的塑料样品管中，并迅速放入-84 ℃ 超低温冰箱。
指标测定：从超低温冰箱中取出样品,解冻,用冷生理盐水洗净血液,滤纸吸干，取大鼠小腿三头肌红肌 6 g 左右，电子天平称重,按 1∶9 加入生理盐水,在冰浴条件下用电动高速匀浆器制成10%的组织匀浆液，用低温离心机（4 ℃）以 3 500 r/min 离心15 min，取上清液 4 mL放入样品管中，4 ℃ 冷藏待测。测定大鼠不同时相点骨骼肌中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-PX)活性以及抗活性氧能力，各指标测定严格按照试剂盒说明操作。
主要观察指标：两组大鼠不同时相点骨骼肌中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化酶活性以及抗活性氧能力。
统计学分析：由作者采用 SPSS 11.5 软件进行统计学处理，求平均数、标准差，并进行独立样本t检验。

2 结果

2.1 实验动物数量分析 共纳入64 只大鼠，过程中死亡 2 只，进行跑台训练时死亡4 只，游泳过程中死亡2 只，最后进入结果分析 56 只大鼠。
2.2 统计推断
2.2.1 大鼠不同功能状态下骨骼肌中超氧化物歧化酶活性的变化 见表1。

由表1可见,与对照组相比,力竭运动后即刻、力竭运动24 h 后,训练组大鼠骨骼肌中超氧化物歧化酶活性都明显高于对照组（P < 0.05）,定量负荷运动后训练组大鼠骨骼肌中超氧化物歧化酶活性明显低于对照组（P < 0.05）。
2.2.2 大鼠不同功能状态下骨骼肌中谷胱甘肽过氧化酶活性的变化 见表2。

由表2可见,与对照组相比,在安静状态、力竭运动 24 h后,训练组大鼠骨骼肌中谷胱甘肽过氧化酶活性都明显高于对照组（P < 0.05）。
2.2.3 大鼠不同功能状态下骨骼肌中抗活性氧能力的变化 见表3。

由表3可见,与对照组相比,在安静状态、定量负荷运动后、力竭运动24 h 后,训练组大鼠骨骼肌中抗活性氧能力都明显高于对照组（P < 0.05）。

3 讨论

关于运动训练对组织抗氧化能力影响的研究主要集中在耐力训练，大多数研究证实耐力训练可以提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化酶活性。运动强度和持续时间是影响超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化酶改变的重要因素。Powers等[4]研究发现强度越大和/或每日运动持续时间越长，对提高骨骼肌超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化酶的活性越明显。孙君志等[5]研究表明大鼠在中等强度运动后总抗氧化能力持续增高。还有学者研究显示，运动使大鼠骨骼肌中超氧化物歧化酶，CAT，谷胱甘肽过氧化酶活性呈下降趋势[6-7]。本实验发现，在安静状态下，训练组大鼠骨骼肌中超氧化物歧化酶活性与对照组相比略有升高，但没有显著性差异；而在定量负荷运动后训练组大鼠骨骼肌中超氧化物歧化酶活性明显低于对照组（P < 0.05），并且对照组在定量负荷运动后骨骼肌中超氧化物歧化酶活性与安静状态相比明显升高，训练组在定量负荷运动后骨骼肌中超氧化物歧化酶活性与安静状态相比没有显著性变化。其机制可能是，对照组运动后机体自由基生成增多，抗氧化系统功能应激性增强，抗氧化酶活性应激性提高，超氧化物歧化酶活性也有升高的趋势；而训练大鼠由于机体的抗氧化能力较强，对运动产生一定的适应性，因而定量负荷运动后抗氧化酶活性变化不明显。力竭运动后即刻、力竭运动 24 h 后，训练组大鼠骨骼肌中超氧化物歧化酶活性明显高于对照组(P < 0.05)，这表明运动训练能抑制因力竭运动导致的骨骼肌中超氧化物歧化酶活性的下降。其机制可能是由于无训练鼠缺乏对突然进行的剧烈运动的适应能力，体内大量生成的自由基使其超氧化物歧化酶的生物合成受到抑制，并灭活其生物活性[8]。
目前多数研究表明运动训练提高了骨骼肌中谷胱甘肽过氧化酶活性。郭海英等[9]报道，耐力训练使大鼠骨骼肌安静状态丙二醛含量下降不明显，谷胱甘肽过氧化酶和谷胱甘肽转硫酶活性升高。任昭君研究表明:“复方抗氧化制剂”能够并协同运动训练增强大鼠骨骼肌谷胱甘肽抗氧化系统能力，提高机体抗氧化能力[10-11]。刘洪珍等[12]研究表明有氧运动锻炼能够降低机体自由基的产生，提高机体GSH、谷胱甘肽过氧化酶清除自由基的能力。本实验表明，在安静状态下、力竭运动24 h后， 训练组大鼠小腿三头肌中谷胱甘肽过氧化酶活性明显高于对照组。说明运动训练提高了大鼠骨骼肌中谷胱甘肽过氧化酶活性。有关运动训练对谷胱甘肽过氧化酶活性提高的机制目前还不完全清楚，研究证实抗氧化酶是在氧化应激增强的情况下诱导产生的，抗氧化酶活性升高，意味着机体受到较强的氧化应激，在某种机制作用下增强抗氧化酶基因表达。有证据表明，一些活性氧（如H2O2）能起信号传递信使的作用。当细胞受到一个可容忍浓度的氧自由基作用后，细胞就能产生对抗高浓度自由基的能力。这表明细胞可利用遗传程序以适应有毒的自由基浓度。作者认为大鼠骨骼肌谷胱甘肽过氧化酶活性升高是长期运动训练的适应性变化，是抗氧化能力增强的一种表现。运动后谷胱甘肽过氧化酶活性的变化目前研究的结果还不一致。Lew等[3]报道大鼠跑台跑至力竭时，肝脏、骨骼肌谷胱甘肽过氧化酶、谷胱甘肽转硫酶、谷胱甘肽还原酶活性升高，而血浆中谷胱甘肽过氧化酶、谷胱甘肽转硫酶、谷胱甘肽还原酶活性下降。刘洪珍等[13]研究表明，大鼠力竭运动即刻到3 h，骨骼肌谷胱甘肽过氧化酶活性上升且有显著性差异，24 h 后，恢复到安静水平。本实验发现，力竭运动后训练组、对照组两组骨骼肌谷胱甘肽过氧化酶活性明显高于在安静状态下。其机制可能是，运动后机体自由基产生增多，超氧化物歧化酶催化的OFR歧化反应加强，H2O2生成增多，谷胱甘肽过氧化酶活性应激性提高，也可能是由于谷胱甘肽过氧化酶活性对运动而引起应激性提高比超氧化物歧化酶稍慢一些，当超氧化物歧化酶活性在力竭运动后降低时，而谷胱甘肽过氧化酶活性刚刚达到最高峰，其机制还需进一步探讨。
有关运动训练对机体抗活性氧能力的影响，目前报道较少。本实验发现，在安静状态、定量负荷运动后、力竭运动24 h后训练组大鼠骨骼肌中抗活性氧能力明显高于对照组（P < 0.05），这表明运动训练可以提高大鼠骨骼肌中抗活性氧能力，其机制可能是运动训练可提高机体抗氧化酶的活性，增强机体抗氧化能力，是长期运动训练的适应性变化。关于力竭运动后机体抗活性氧能力变化的研究，目前还未见报道。本实验发现力竭运动后， 对照组、训练组大鼠骨骼肌中抗活性氧能力与安静状态相比都有下降的趋势，训练组也有高于对照组的趋势(P > 0.05)。这说明运动训练能抑制因力竭运动导致的大鼠骨骼肌抗活性氧能力的下降。其可能存在的机制是力竭运动后机体产生大量的活性氧，机体抗氧化系统不能及时的清除过多的自由基，抗氧化酶消耗加大，活性下降，抗氧化剂含量降低，抗氧化系统功能受损，加速自由基生成与清除的不平衡，导致抗活性氧能力的下降，而运动训练能加强机体对运动应激的适应性，提高机体的抗氧化能力。

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