李 潔， 杜樂樂

(1. 西北師范大學(xué)體育學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070； 2. 隨州職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)護(hù)學(xué)院， 湖北 隨州 441300)

不同劑量補(bǔ)鐵對低氧訓(xùn)練大鼠力竭運(yùn)動后骨骼肌線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體活性的影響*

李 潔1△， 杜樂樂2

(1. 西北師范大學(xué)體育學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070； 2. 隨州職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)護(hù)學(xué)院， 湖北 隨州 441300)

目的：探討不同劑量補(bǔ)鐵對低氧訓(xùn)練大鼠力竭運(yùn)動后骨骼肌線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體活性的影響。方法：將40只雄性Wistar大鼠隨機(jī)分為5組(n=8)：安靜對照組(C)、運(yùn)動組(E)、運(yùn)動低劑量補(bǔ)鐵組(EL)、運(yùn)動中劑量補(bǔ)鐵組(EM)、運(yùn)動高劑量補(bǔ)鐵組(EH)。各組大鼠分別在低氧(模擬海拔3 500 m)環(huán)境中居住和訓(xùn)練5周，每周6 d。力竭運(yùn)動后即刻取骨骼肌樣本，測定線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體Ⅰ～Ⅳ(CⅠ～Ⅳ)活性。結(jié)果：與C組相比，E組、EL組、EM組骨骼肌線粒體呼吸鏈CⅠ～Ⅳ活性均顯著提高(P<0.05，P<0.01)，EH組CⅠ活性顯著降低(P<0.05)，CⅢ和CⅣ活性均顯著提高(P<0.05，P<0.01)；與E組相比，EL組、EM 組和EH 組CⅠ～Ⅳ活性均顯著降低(P<0.01)。結(jié)論：低氧訓(xùn)練及結(jié)合補(bǔ)鐵均可改善低氧環(huán)境骨骼肌線粒體呼吸鏈功能，提高機(jī)體有氧工作能力，但低氧訓(xùn)練結(jié)合補(bǔ)鐵的效果不及低氧訓(xùn)練。

補(bǔ)鐵；低氧訓(xùn)練；骨骼?。痪€粒體；呼吸鏈；酶活性；大鼠

iron supplement; hypoxia training; skeletal muscle; mitochondria; respiratory chain; enzyme activity; rat

【DOI】 10.12047/j.cjap.5367.2017.019

已有研究表明，長期劇烈的運(yùn)動訓(xùn)練可以導(dǎo)致機(jī)體鐵代謝紊亂，從而引發(fā)機(jī)體缺鐵的發(fā)生，而缺鐵又將影響機(jī)體的運(yùn)動能力[1]。長距離自行車運(yùn)動員分別進(jìn)行低住高練和低住低練6周，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練后兩組運(yùn)動員的血清鐵蛋白均下降，前者下降更為明顯[2]。徒步越野運(yùn)動員高住低練24 d后,

血液學(xué)指標(biāo)改善的同時(shí)，轉(zhuǎn)鐵蛋白(trans ferritin,Tf)和血清轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(sTfR)明顯升高，鐵蛋白(ferritin,SF)下降[3]，說明高住低練時(shí)運(yùn)動員有可能缺鐵。另有研究表明，低氧對骨骼肌鐵代謝的影響與暴露時(shí)間密切相關(guān)，一定時(shí)間的低氧暴露可以提高肌細(xì)胞的鐵攝取能力，降低鐵釋放，增加細(xì)胞內(nèi)的鐵含量，而長時(shí)間的低氧暴露會引起細(xì)胞鐵代謝紊亂[4]。由于鐵還是線粒體呼吸鏈中電子傳遞體的重要組成成分，因此鐵在機(jī)體能量代謝中有著非常重要的作用。骨骼肌是運(yùn)動的主要直接器官，其物質(zhì)代謝和能量代謝對運(yùn)動能力有直接的影響。目前，低氧訓(xùn)練復(fù)合補(bǔ)充微量元素對骨骼肌線粒體能量代謝影響的研究還十分鮮見。本研究應(yīng)用小型低壓氧艙，對大鼠進(jìn)行低氧訓(xùn)練并結(jié)合不同劑量補(bǔ)鐵，通過測定骨骼肌線粒體呼吸鏈酶的活性，探討低氧訓(xùn)練結(jié)合補(bǔ)鐵對線粒體呼吸鏈功能的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物

雄性2月齡Wistar大鼠55只，體重150 g 左右，購自甘肅中醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動物中心(SPF級)，動物生產(chǎn)許可證：SCXK(甘)2005-0007，常規(guī)飼養(yǎng)。

1.2 自制低壓氧艙

用有機(jī)玻璃(厚13 mm)制成封閉艙(1.3×0.7×0.55 m3,可放入動物跑臺)，采用降低環(huán)境大氣壓的辦法模擬海拔3 500 m環(huán)境。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

參照文獻(xiàn)[5]，對購入的大鼠進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練和篩選。將保留的40只大鼠隨機(jī)分為5組(n=8)：安靜對照組(C)、運(yùn)動組(E)、運(yùn)動低劑量補(bǔ)鐵組(EL)、運(yùn)動中劑量補(bǔ)鐵組(EM)、運(yùn)動高劑量補(bǔ)鐵組(EH)。補(bǔ)鐵大鼠每日按低劑量28.85 mg/kg體重、中劑量57.7 mg/kg體重、高劑量115.4 mg/kg體重灌胃補(bǔ)充硫酸亞鐵溶液1次[6]，非補(bǔ)鐵組大鼠每日灌胃補(bǔ)充相同量的蒸餾水1次，每周6 d，共5周。除安靜對照組不進(jìn)行運(yùn)動訓(xùn)練外，其余各組大鼠進(jìn)行遞增負(fù)荷水平跑臺運(yùn)動訓(xùn)練，每天1次，每周6 d，共5周，訓(xùn)練方案[7]見表1。所有大鼠生活和運(yùn)動訓(xùn)練均在海拔3 500 m低氧環(huán)境中。

Tab. 1 Training plan

為了更接近高原訓(xùn)練后平原參加比賽的實(shí)際情況，運(yùn)動訓(xùn)練結(jié)束后，所有大鼠在常氧環(huán)境休息1 d，然后進(jìn)行水平跑臺力竭運(yùn)動(速度為35 m/min),記錄力竭運(yùn)動時(shí)間。運(yùn)動力竭后即刻取股四頭肌，取材方法及處理參見文獻(xiàn)[5]。按文獻(xiàn)[8]方法制備勻漿液和提取股四頭肌線粒體。

線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體Ⅰ～Ⅳ(C Ⅰ～Ⅳ)活性的測定，藥品和試劑，主要儀器設(shè)備參照文獻(xiàn)[9]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠體重及力竭運(yùn)動時(shí)間的比較

正式實(shí)驗(yàn)開始前,大鼠體重各組之間無顯著性差異。第5周末，與C組相比,E組、EL組、EM組和EH組均顯著下降(P<0.01)，分別下降23.1%、29%、31.73%和30.12%。與E組相比，EL組、EM組和EH組均顯著下降(P<0.01)，分別下降7.67%、11.18%、9.13%(表2)。

大鼠運(yùn)動至力竭的時(shí)間，與C組相比， E組、EL組、EM組和EH組均顯著延長(P<0.01)，分別增長656.61%、330.86%、314.46%和196.82%。與E組相比，EL組、EM組與EH組大鼠運(yùn)動至力竭的時(shí)間顯著縮短(P<0.01)，分別縮短43.05%、45.22%和60.77%(表2)。

Group0weekofbodyweight(g)5weeksofbodyweight(g)Exhaustivetime(min)C223.4±10.5366.2±8.9856.7±18.9E195.5±12.4281.6±13.75**429±66.3**EL193.8±8.7260.0±9.0**##244.3±72.7**##EM197.3±15.4250.1±13.3**##235±74.3**##EH198.4±14.6255.9±16.1**##168.3±17.3**##

C: Hypoxic control; E: Hypoxic training; EL: Light dose iron; EM: Middle dose iron; EH: High dose iron

**P<0.01vsC group；###P<0.01vsE group

2.2 各組大鼠骨骼肌線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體活性的比較

與C組相比，E組CⅠ～Ⅳ活性均顯著提高(P<0.01)，分別增長69.26%、170.84%、138.22%和156.88%。EL組CⅠ～Ⅳ活性均顯著提高(P<0.01)，分別增長29.59%、89.9%、80.89%和44.04%。EM組CⅠ～Ⅳ活性均顯著性提高，分別增長14.71%(P<0.05)、48.72%(P<0.01)、59.87%(P<0.01)和66.97%(P<0.01)。EH組CⅠ活性顯著降低18.02%(P<0.05)，CⅡ活性增長 7.29%，但無顯著變化, CⅢ和CⅣ活性均有顯著提高，分別增長24.84%(P<0.05)和33.94%(P<0.01)。與E組相比，EL組、EM組和EH組CⅠ～Ⅳ活性均顯著降低(P<0.01)，EL組分別降低23.44%、29.89%、24.06%和43.93%；EM組分別降低32.23%、45.09%、32.89%和35%；EH組分別降低51.56%、60.39%、47.59%和47.86%(表3)。以上結(jié)果表明，低氧訓(xùn)練、低氧訓(xùn)練結(jié)合低劑量和中劑量補(bǔ)鐵均可提高大鼠股四頭肌線粒體呼吸鏈酶活性，其中低氧訓(xùn)練效果最佳。低氧訓(xùn)練結(jié)合高劑量補(bǔ)鐵效果還不及低氧訓(xùn)練結(jié)合低劑量和中劑量補(bǔ)鐵。

GroupCⅠCⅡCⅢCⅣC0.605±0.0770.782±0.0320.157±0.0090.109±0.007E1.024±0.109**2.118±0.091**0.374±0.021**0.280±0.018**EL0.784±0.083**##1.485±0.035**##0.284±0.013**##0.157±0.068**##EM0.694±0.0588*##1.163±0.045**##0.251±0.007**##0.182±0.012**##EH0.496±0.183*##0.839±0.046##0.196±0.013*##0.146±0.009**##

C: Hypoxic control; E: Hypoxic training; EL: Light dose iron; EM: Middle dose iron; EH: High dose iron; CⅠ： Respiratory chain complexes Ⅰ； CⅡ： Respiratory chain complexes Ⅱ； CⅢ： Respiratory chain complexes Ⅲ； CⅣ： Respiratory chain complexes Ⅳ

*P<0.05，**P<0.01vsC group；###P<0.01vsE group

3 討論

本研究結(jié)果表明，經(jīng)5周的訓(xùn)練，各組大鼠體重增長幅度顯著低于對照組，結(jié)合補(bǔ)鐵組大鼠體重還顯著低于運(yùn)動組。說明低氧訓(xùn)練可減小大鼠體重自然增長的幅度，這可能是低氧訓(xùn)練導(dǎo)致機(jī)體能源物質(zhì)消耗增加，從而使體重增長減慢。結(jié)合補(bǔ)鐵可進(jìn)一步減少大鼠體重的增長幅度，其機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

各組大鼠運(yùn)動至力竭時(shí)間較對照組顯著延長，運(yùn)動結(jié)合補(bǔ)鐵組顯著低于運(yùn)動組，其效果為E組>EL組>EM組>EH組。說明低氧訓(xùn)練能夠顯著增強(qiáng)機(jī)體的有氧工作能力，結(jié)合補(bǔ)鐵不能進(jìn)一步提高機(jī)體有氧運(yùn)動能力，這可能與本研究采用的補(bǔ)鐵劑量、運(yùn)動訓(xùn)練負(fù)荷及低氧程度等諸因素有關(guān)。要尋找到各因素間最佳的匹配狀態(tài)，不斷提高機(jī)體有氧工作能力，還有待進(jìn)一步的研究。

本研究小組前期的研究表明，模擬3 500 m低氧訓(xùn)練組大鼠股四頭肌線粒體呼吸鏈CⅠ～CIII活性均顯著高于常氧訓(xùn)練組[5]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，低氧訓(xùn)練可提高大鼠股四頭肌線粒體呼吸鏈CⅠ～CⅣ活性，這也與間歇性低氧訓(xùn)練可以提高小鼠股四頭肌中有氧代謝酶-細(xì)胞色素氧化酶(CCO)和琥珀酸脫氫酶(SDH)的含量，提高機(jī)體的有氧代謝能力[10]的研究結(jié)果相呼應(yīng)。低氧訓(xùn)練可使大鼠運(yùn)動至力竭時(shí)間顯著延長，也可作為骨骼肌有氧工作能力提高的一個(gè)佐證。另外，低氧訓(xùn)練提高大鼠股四頭肌線粒體呼吸鏈CⅠ～CⅣ活性，可能還與低氧訓(xùn)練可提高骨骼肌組織抗氧化能力[5]，從而減少膜及相關(guān)基因的氧化損傷有關(guān)。

已有研究表明，低氧訓(xùn)練可能會導(dǎo)致運(yùn)動員缺鐵[2,3]。本研究結(jié)果顯示，低氧訓(xùn)練結(jié)合低劑量和中劑量補(bǔ)鐵可提高骨骼肌線粒體呼吸鏈CⅠ～CⅣ活性，但提高幅度均小于單獨(dú)的低氧訓(xùn)練組，結(jié)合高劑量補(bǔ)鐵效果不及低劑量和中劑量補(bǔ)鐵。提示低氧訓(xùn)練復(fù)合外源性補(bǔ)鐵對提高線粒體呼吸鏈功能無協(xié)同效應(yīng)。這可能與低氧訓(xùn)練導(dǎo)致的機(jī)體缺鐵，可通過長期低氧訓(xùn)練使鐵代謝達(dá)到新的平衡，從而滿足了機(jī)體所需。外源性補(bǔ)充鐵，引起機(jī)體對補(bǔ)鐵的應(yīng)激反應(yīng)，反而不利于運(yùn)動能力和線粒體呼吸鏈功能的進(jìn)一步提高有關(guān)。也可能還與本實(shí)驗(yàn)采用的訓(xùn)練計(jì)劃、補(bǔ)鐵劑量及補(bǔ)鐵時(shí)段等有關(guān)。本研究小組前期的研究結(jié)果顯示，低氧訓(xùn)練及復(fù)合不同劑量補(bǔ)鐵，對大鼠肝臟線粒體呼吸鏈功能的影響也較為復(fù)雜，合理的低氧訓(xùn)練及補(bǔ)鐵有可能改善線粒體呼吸鏈功能[9]。以上研究說明低氧訓(xùn)練期間機(jī)體對補(bǔ)鐵刺激的適應(yīng)較復(fù)雜，單純補(bǔ)鐵還需謹(jǐn)慎，只有掌握好訓(xùn)練負(fù)荷、補(bǔ)鐵劑量及補(bǔ)鐵的時(shí)段，才有可能達(dá)到理想的效果。

綜上，就本研究方案，低氧訓(xùn)練及結(jié)合補(bǔ)鐵均可改善低氧環(huán)境骨骼肌線粒體呼吸鏈功能，提高機(jī)體有氧工作能力，但低氧訓(xùn)練結(jié)合補(bǔ)鐵的效果不及低氧訓(xùn)練。低氧訓(xùn)練期間補(bǔ)鐵需慎用。

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國家自然科學(xué)基金(31060145)；甘肅省自然科學(xué)基金(1107RJZA087)

2015-10-26 【修回日期】2016-06-17

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A

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