【doc】 间歇性低氧训练对小鼠机体细胞色素氧化酶和琥珀酸脱氢酶的影响

【doc】 间歇性低氧训练对小鼠机体细胞色素氧化酶和琥珀酸脱氢酶的影响 间歇性低氧训练对小鼠机体细胞色素氧化 酶和琥珀酸脱氢酶的影响 乏盈匿盏墨墨虿旨番蜀圆2oo5年第20第6期?JournalofTriPEVo1.2oNo.62005团圆 间歇性低氧训练对小鼠机体细胞色素氧化酶和 琥珀酸脱氢酶的影响 王茂叶 摘要:目的:探讨间歇性低氧训练对小鼠有氧代谢酶细胞色素氧化酶(cco)和琥珀酸脱氢酶(SDH)含量的影响.方法:经典方法测试间歇性低氧训练心 肌,脑,股四头肌中CCO,SDH的含量.结果:心肌组织中,低氧训练组(EHG)比对照组(cG)和运动组(EG)及低氧组(HG)中CCO和SDH含量均有非常 显着性差异(P<O.01);脑组织中,EHG中CCO含量最高,和CG,EG及HG均有非常显着性差异(尸<O.O1),EHG比CG和EG中SDH含量均有非常显着 性差异(P<0.01),EHG比HG的SDH含量有显着性差异(PtO.05);股四头肌组织中,EHG中CCO含量最高,其中EHG与CG有非常显着性差异(P< 0.01),与EG和HG皆无显着性差异(O.05),EHG中SDH的含量最高, 其中EHG和CG有非常显着性差异(P<O.01),和HG及EG有显着 性差异(尸< 0.05).结论:间歇性低氧训练可以提高小鼠心肌,脑组织及股四头肌中 CCO和SDH的含量,可以提高机体的有氧代谢能力,为此训练方法运 用到运动训 练提供科学的理论依据. 关键词:间歇性低氧训练;小鼠;有氧代谢;CCO;SDH 中图分类号:G804.7文献标识码:A文章编 号:1005—0000(2005)06—0026—03 TheInfluenceofIntervalHypoxicTrainingonCCOandSDHofMice WANGMao-ye (SchoolofPhysicalEducation,ShandongNormalUniversity,Jinan250014,china) Abstract:0biective:ThestudydealswiththeeffectsofIHTtotheCCOandSDHofthemice.Methods:ThecontentsofCCOandSDHofthecardiacmus— culartissue.thebraintissueandthequadricepsfemoilstissuearetestedbyusingtheclassicalmethodstotl1eCG,EG,HGandEHG.Results:Inthec diacmusculartissue.thecontentsoftheCCOandSDHoftheEHGareverysignificantlyhighestthanotherthreegroups(尸<O.01).Inthebraintissue,the contentsoftheCCOandtheSDHoftheEHGissignificantlyhighestthanotherthreegroupsfP<O.01).Inthequadficeps~mofstissue.therearesignifi- cantlydifferencebetweentheEHGandtheCGonlyinCCO.SDHoftheEHGis significantlyhighestthanotherthreegroups(P<O.01).Conclusions:IHT canimprovethecontentsoftheCCOandtheSDHofthemice.thenthecapacity oftheaerobicmetabolismenhances.Itprovidesthescientificandtheoreti— calbaseforP.Etraining. Keywords:intervalhypoxictraining;mouse;CCO;SDH 20世纪60年代,出现了高原训练(AhitudeTraining,AT). 实验研究和实践证明,高原训练有利于提高运动能力的抗低氧 生理适应ll1.运动成绩比平原训练提高更明显1. 80年代末.俄罗斯科学家开始了一种新的训练方法——间 歇性低氧训练(Intervalhypoxictraining,IHT)L41的研究.此训练方 法可视为模拟高原训练的一种.其特点是通过特定仪器——低 氧仪——降低空气中氧的容积百分比.获得额定低氧分压气体. 运动员不必到高原进行训练.而是在平原条件下进行训练.并且 给予的低氧刺激是间歇性,脉冲式的嘲,氧的容积百分比是可以 按照训练计划和需要调节的.由于此特点.使得低氧训练灵活 多变,操作简单.此训练方法在很大程度上克服了许多高原训 练的不足之处.如高原训练的强度比平原小.绝对运动量比平原 低,机体的应激性降低,过度通气又可以致使碱贮量下降而导致 机体的缓冲能力下降,影响运动后恢复(61.IHT能够模拟不同海 拔高度的高原训练,而且不干扰系统的训练计划.节省了建设训 练基地的巨大费用及运动队往返训练经费.俄罗斯,英国和美国 等许多国家已经将此训练方法运用到田径,游泳,排球,划船,滑 雪,自行车等耐力性项目以及举重,摔跤等力量性项目中,都取 得了明显的训练效果.文献资料01显示,此训练方法具有使机 体的最大工作承受力增大,工作时间延长等特点. 为了探讨IHT对机体影响的生理机制,本实验以ICR封闭 群小鼠为研究对象,进行IHT,从研究IHT是否能够提高机体的 有氧代谢能力这一领域人手,参照文献,注意测试方法的正确性 与严格性.测试心肌,脑,股四头肌中细胞色素氧化酶(cco),琥 珀酸脱氢酶(SDH)含量. 收稿日期:2005—04—23;修回日期:2005—06—29;录用日期:2005—09—10 基金项目:陕西省科委科技攻关项目(项目编号:98K08一G2) 作者简介:王茂叶(1974一),男,山东l临沂人,山东师范大学讲师,山东师范大学博士生.E—maii:wangmaoye@hotmail.corn 作者单位:山东师范大学体育学院.济南250014. _国重i匝间歇性低氧训练对小鼠机体细胞色素氧化酶和琥珀酸脱氢酶的影响Journa/ofTflPEVo1.20No.62005囤 1材料与方法 1.1实验动物 健康纯种雄性ICR封闭群小鼠6O只,体重为(23.6~5.2)g, 分笼饲养,以国家啮齿类动物饲料喂养,自由饮食,室内空 气流通,相对湿度60%+10%,温度(23+2)?,训练期间生活习性 和饲养等各种条件均严格控制 1.2动物分组 小鼠在室内适应性喂养1周.按照体重分层后,随机分成4 组:对照组(CG,15只),运动组(EG,15只),低氧组(HG,15 只),运动低氧组(EHG,15只),正式实验开始后,每周末称体重 一 次.整个实验持续3周.每周实验5天. 1.3实验设计 1.3.1游泳训练方式及负荷安排本实验训练方式为递增的游 泳训练方式,水温为(30+2)?.正式训练前,EG和EHG分别进 行1周的60min/d的基础适应性训练,正式训练后,第1周为 90min/d,第2周为105min/d,第3周为120min/d.在体积为 O.09nlzxO.4in的自制筒状游泳槽中训练.水深为小鼠尾长的 1.5倍.每天都确保在同一时间进行训练. 1.3.2低氧训练方式及低氧负荷安排本实验采用zL—I型低 氧仪接低氧小室对小鼠进行低氧训练.训练时氧浓度在14% 10%范围内按实验计划调节.正式低氧训练前,HG和EHG在 14%氧浓度下适应1周,正式训练时,第1周的氧浓度为12%, 第2周为11%,第3周为10%.每天进行1O个间歇组合,每个间 歇组合包括10min低氧呼吸和5min常氧呼吸.每天训练都在 同一时间进行. 1.4动物处理 CG,EG,HG及EHG均在实验第3周结束后,取完整心脏, 脑和股四头肌,用生理盐水洗去组织表面的血迹,并用滤纸吸去 表面水分,再用矿山天平称各种组织质量,置于洁净容器 中,于一1O?冰箱中保存备用. 1.5指标的测试 测试相关指标时,取心和股四头肌,先称取质量,分别按照质 量/体积(w/v)为1:8,1:8和1:10加入磷酸盐缓冲液(pH=7.4), 用玻璃匀浆器匀浆,对浑浊液离心(1500rpm)15min,取上清 液测其相关指标,测试两组织中CCOE3Sl和SDH活性【I1].制备样 品的整个过程,全部在摄氏冰浴环境下进行.以免影响所测试样 品的品质及样品中酶的活性. 1.6数据处理与统计 所得数据用SPSSforWindows10.0统计软件包进行处理,以平 均数加减标准差(蝴)表示,并以P<O.05作为差异显着性水平. 2实验结果 2.1CCO测试结果(见表1一表3) 表1小鼠心肌CCO测试统计结果(活性单位/ngpro,下同) 注:P<O.05,P<O.O1,#P>O.05(下同). 2 表2小鼠脑CCO测试统计结果 3讨论 3.1对心肌,脑组织和股四头肌CCO活性的影响 线粒体是细胞呼吸和产生ATP的部位.线粒体的内膜含有 呼吸链和氧化磷酸化系统的全部酶.包括NADH脱氢酶,CCO 等多种酶.电子通过呼吸链上的这些酶.最终由CCO传递给分 子氧(电子传递链的各种成分通过氧化还原反应将NADH提供 的电子依次向下传递,最终电子被氧分子接受,还原为水,同时 释放出能量供机体需要)in].在这些酶中,细胞色素氧化酶 (cco)是其标志酶,它处于细胞色素系统的末端_l41,是电子传递 链的最后一个载体,包括细胞色素a和a3,此酶把呼吸底物 的电子经过细胞色素系统直接传递给分子态氧(即具有自动氧 化作用)[15,16],电子传递和ATP的形成在正常组织细胞内总是相 耦联的,ArI’P的生成必须以电子传递为前提.而呼吸链只有生成 ATP才能推动电子的传递【61需氧细胞内,糖,脂肪以及氨基酸 的分解都通过各自的分解途径,但最终都经过一段共同的氧化 过程.在这个过程中.糖,脂肪以及氨基酸氧化脱下氢而形成的 还原型辅酶(NADH和FADH2),沿电子传递链以电子和H离 囚JournalofTflPEVo1.20No.620052005年第2O卷第6期 子的形式最后传递到氧而形成水,其中所释放的自由能即用于 促使ADP和Pi形成ATP[.故CCO活性的高低及含量的多少 直接影响着呼吸链传递电子的效率,决定了机体产生能量部位 产能的多少,也就决定了机体运动时能够达到的最大工作强度 及最长持续时间,它直接决定了耐力性运动项目成绩,这在运动 中是最重要的,也是整个运动训练所追求的目标. 本研究实验发现,心肌组织中,CG和其他3组的CCO活性 都具有显着I生差异,且EG和EHG也具有显着性差异.但是, EG和HG相比较没有显着『生差异.说明单纯施加给机体的缺氧 也能达到运动时缺氧的效果,也能够刺激心肌组织中的CCO, 使其活性增加,使心肌组织中的CCO得到代偿;任两组之间都 具有显着性差异,在机体的所有组织中,脑是神经中枢,其功能 能够正常发挥与否对于整个机体中各种组织及器官功能的正常 发挥与否具有决定性意义.脑对外界缺氧的敏感性最为明显, 脑组织能够在低氧环境下产生能量的能力直接或间接地影响其 他组织及器官的功能及活动.本实验的研究结果说明,IHT对于 脑,心肌组织中CCO的活性的高低或含量的多少有极大的影 响,而且此种影响又是正向的:但是在股四头肌中,除了CG与 其他组之间的CCO的活性有显着性差异之外,其他各组之间皆 没有显着性差异,并且3组的CCO活性相当,说明运动时缺氧 同单纯缺氧的效果对于股四头肌来说没有显着性差异,运动时 环境的缺氧刺激使机体的股四头肌不能形成更加新异的刺激而 其成为应激源,故其不能成为引起机体新的应激反应的条件. I.N.Mankovskayat用32只Wistar大鼠作实验对象,给以I— HT,相当于海拔8000In的氧分压,每天训练4次,每次30min 低氧,间隔15—20rain,共14天.实验研究发现,IHT组比CG的 CCO在心肌,肝,脑中的活性分别提高了40.5%,41.7%和 20.2%,证明了间歇性增强了组织中的CCO的活性,从而刺激了 呼吸链氧化通路,使机体的有氧代谢能力得到了加强.此实验 结果和笔者之实验结果是相似的.从另一方面也支持了笔者的 实验结论. 3.2对心肌,脑组织和股四头肌SDH活性的影响 琥珀酸脱氢酶(SDH)是三羧酸循环中惟一掺入线粒体内膜 的酶.它直接与呼吸链联系,琥珀酸脱氢产生的FADH2可以转 移到酶的铁硫中心,然后进入呼吸链.SDH是三羧酸循环的一 个关键酶,其活性的高低及含量的多少影响着三羧酸循环的速 度,三羧酸循环是机体长时间运动时产生能量的最重要的途径. 3周低氧训练对于小鼠心肌SDH活性的影响是十分显着 的,除了EG和HG之间具有显着性差异(P<0.05)外,其余各组 之间皆有非常显着性差异(P<0.01),其中HG分别比CG和EG 高90.2%和15.1%,EHG比EG高40I3%.此测试结果和心肌中 CCO的测试结果相似,总结两种酶的测试结果,说明了小鼠心 肌对于低氧刺激有很高的敏感性.同时也说明了经过低氧训练 后,心肌的有氧代谢能力也有了显着性增强. 机体在缺氧时,氧总是优先供应脑等对氧分压敏感的器官, 与此同时,脑组织自身也在形成对这种环境的适应.脑组织 SDH活性有了很大的增加,除了CG和EG之间没有显着性差 异(t->o.05)外,HG和EHG相比较具有显着性差异(P<0.05),其 他各组之间都具有非常显着性差异(P<0.01),其中HG分别比 CG和EG高33.3%和23.2%,EHG比EG高34.2%.SDH活性的 增加,保证了脑组织的有氧代谢通路得到了加强,能够产生更多 的能量来供应脑的生理活动,使其能够更好地发挥中枢神经的 作用,行使其功能.IHT后股四头肌中CCO的活性除了CG和 EG以及EG和HG之间没有显着性差异(P>0.05)外.CG和 HG,EG和EHG,HG和EHG之间皆有显着性差异(P<0.05),CG 和EHG之间有非常显着性差异(P<0.01).其中HG分别比CG 和EG高48.4%和12.2%.EHG比EG高68.3%. 股四头肌在腿部的运动中发挥着重要作用,故消耗的能量 比较多,同时需要更多的能量来补充.氧对能量产生的影响最 大,所以低氧因素对有氧代谢产生能量的影响也比较大.可以看 出,实施低氧训练组和没有实施低氧训练组相比较,低氧因素对 股四头肌SDH的活性的影响是很大的(CG和HG比较,EG和 EHG比较). 在本实验结果中,各组心肌之间SDH都具有显着性差异, 说明IHT对心肌的刺激是非常显着的;脑组织中的SDH只有 CG和EG之间没有显着性差异,但也有提高(约8.2%);股四头 肌中,CG和EG之间的SDH活性没有显着性差异,这和脑中的 结果是相同的.考斯蒂尔(1976)的研究发现,进行耐力训练的长 跑运动员腿肌中SDH活性明显增强.再者,EG和HG之间的 SDH的活性相当,说明了单纯的间歇性低氧也能达到单纯运动 的效果(就提高SDH的活性而言),EHG和EG相比较,也具有 显着性差异,证明IHT的刺激更能提高运动时的SDH的活性或 含量,为乳酸生成后的快速氧化提供了可能?. 李强等【l3时Wistar大鼠进行了IHT研究,结果发现.IHT 可显着提高大鼠心肌ATP酶活性,使心肌收缩能力加强,在相 同氧浓度条件下,随着时间延长效果越明显,当时间相同时,氧 浓度低的效果优于含氧量高的.说明经过IHT,心肌在缺氧情况 下供能的能力增强了.加之本实验证明了IHT对机体有氧代谢 酶系统两种酶(cco和SDH)的活性有了很大的提高,这两种酶 又分别是呼吸链和三羧酸循环的标志酶和关键酶,其活性的提 高对于机体通过有氧代谢产生能量来适应缺氧环境的能力来说 无疑具有重要的意义.以上结果共同说明了IHT后机体的有氧 代谢能力大大提高了. 4结论与展望 (1)IHT可以提高小鼠机体中CCO,SDH的活性,此两种酶 为有机物进行有氧氧化的关键酶,其活性的提高,证明了IHT 可以提高机体的有氧代谢能力. (2)应用IHT的方法,可进一步研究IHT提高有氧代谢酶 活性的分子生物学机制,揭示其生物学机理,为此种训练方法的 应用前景提供更加有力的理论支持. (3)IHT作为一种模拟高原训练的方法,其适用的项目类 型,训练组合(常氧和低氧时间的比例)还有待进一步的探讨. 参考文献: 【1】雷志平.体育运动中间歇性低氧训练研究【J].体育科学,1997,【2):68— 7O. [2]刘柏,冯炜权.耐力运动员高原训练的生理学基础综述[J]_北京体育 大学,1994,f41:29—30. [3]VNPlatonov,MMBulatova.Hypoxictraininginsports[J].HypoxiaMed- ical,1994,(4):17—23. [4]AZKolchinskaya.Intervalhypoxictraininginsports[J].HypoxiaMedi- calJ,1993,(3):28-31. (下转第75页) I蜀垦圈青少年男子短跑运动员膝关节等速肌力特征研究JournalofTjlPEVol,20No,62005困 表5青少年男子短跑运动员膝关节屈伸肌力与下肢形态 指标相关系数一览表(120.,s) 表6青少年男子短跑运动员膝关节屈伸肌力与下肢形态 指标相关系数一览表(240~) 3结论 (1)青少年男子短跑运动员双侧膝关节屈伸峰力矩(vr)随 测试速度的增加呈递减趋势.且膝伸肌大于膝屈肌.峰力矩屈伸 比(F/E)随给定运动速度的增加呈增大的趋势. (2)青少年男子短跑运动员双侧膝关节屈伸肌最大功率(MP) 随速度的增大而增加.同一测试速度下屈,伸肌群最大功率无明 显差异.左,右侧相比也无显着性差异(60./s伸肌除外). (3)青少年男子短跑运动员双侧膝关节屈伸肌群达峰力矩 的角度(APT)表现为伸肌角度明显低于屈肌角度.随速度增加 左右两侧膝关节达峰力矩的角度无明显差异. (4)青少年男子短跑运动员双侧膝关节屈伸肌群达峰力矩 的时I~(TPT)随测试速度的增加而减小.同一测试速度下伸肌达 ? +-+-+-+ (上接第28页) [5]AZKolchinskaya.Mechanismsofintervalhypoxictrainingeffects[J]. HypoxiaMedicalJ,1994,(5):4—5. 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