（运动人体科学专业论文）外源性补充gln对游泳训练的小鼠自由基及运动性肌肉损伤的影响.pdf

摘要 研究目的 运动可引发内源性自由基生成增加，引起机体氧自由基代谢失衡，导致脂质、蛋白 质及核酸等多种损伤。随着国内外学者对自由基研究的不断深入，大多数研究发现，运 动性内源自由基增多引发的脂质过氧化加强与肌肉损伤有关。谷氨酰胺作为一种重要的 氨基酸，在机体内发挥着特殊的作用，研究表明，外源性补充谷氨酰胺可提高机体的抗 氧化水平，减少机体脂质过氧化物的生成，因此可推测外源性补充谷氨酰胺对运动性肌 肉损伤有影响。本研究试图通过外源性补充谷氨酰胺对于长时问运动训练的小鼠血液某 些生化指标的检测，探讨外源性补充谷氮酰胺对机体自由基代谢及运动性肌肉损伤的影 响，为谷氨酰胺在运动领域的进一步利用，提供有力的实验依据。 研究方法 训练组和服药训练组小鼠，进行6 周游泳训练。训练方法按p l o u g 报道的方法加以 改进：水温保持3 5 c ，水深5 0 c m ，前两周每天游泳4 0 r a i n ，以后每天游泳6 0m i n ，每周游泳 6 天，6 周训练后，小鼠进行最后一次运动至力竭。力竭标准为小鼠沉没水中l o s 未再 浮起。 结果与分折 1 6 周游泳训练后，服药训练组与训练组小鼠s o d 活性高于安静组，说明运动训练 激活了机体的抗氧化酶系，使s o d 活性得以适应性升高，这与大多研究结果一致。同时， 服药训练组与训练组比较，s o d 活性有显著升高( p o 0 5 ) ，说明补充g l n 在一定程度上提 高了运动小鼠s o d 的活性。从m d a 含量变化来看，单纯训练组小鼠m d a 含量明显高于安 静态组小鼠( p 0 0 5 ) ，说明小鼠体内脂质过氧化作用加强。服药训练组小鼠m d a 含量与 训练组比较显著下降( p o 0 5 ) ，说明g i n 具有清除脂质过氧化的作用。 2 6 周训练后，服药训练组与训练组小鼠进行最后一次运动至力竭，血清中c k 、l d h 的活性高于安静组，说明运动训练导致了运动性肌肉损伤的发生。服药训练组与训练组 比较，c k 、l d h 活性显著下降( p o 0 5 ) ，说明补充g l n 在一定程度上减少了运动性肌肉 损伤的发生。 小结 长时间大强度运动引起体内自由基水平增高，脂质过氧化反应强烈，损伤细胞膜的 完整结构，使细胞膜的通透性增强，血清中c k 、l d h 的活性增加。外源性补充谷氨酰胺 可提高机体的抗氧化能力，降低机体的脂质过氧化作用，减小自由基对机体的损害，从 而起到减少运动性损伤的作用。 关键词：谷氨酰胺；自由基；运动性肌肉损伤；训练；脂质过氧化物 a b s t r a c t p u r p o s e ：s l a mc a nc a u s et h ei n c r e a s eo fe n d o g e n o u sf r e er a d i c a l ，c a u s e t h e m e m b o l i s mo fo x y g e nf r e er a d i c a ll o s i n gb a n l a n c e ，l e a dt ol o t so fi n j u r i e si nl i p i d ，p r o t e i n a n dn u c l e i ca c i d w i t ht h ed e v e l o p m e n to f r e s e a r c h i n go nf r e er a d i c a lb yd o m e s t i ca n d a b r o a ds c h o l a r s ，al o to fr e a s e a r c h e sf i n dt h a te n h a n c i n gl o o hb yi n c r c 豳i n ge n d o g c o u s 盘r a d i c a li ne x e r c i s er e l e a t e sw i t hs k e l e t a lm u s c l ec o n t u s i o n a sa l li m p o r t a n ta m i n oa c i d g i n t a m i n eh a ss p e c i a lr o l eo nb o d y , r c a s e a r c h e si n d i c a t et h a tg l u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o nc a n e n h a n c ca n t i - o x i d a t i o na n dr e d u c et h eg e n e r a t i o no fl o o hi nb o d y , s oi tc a i lb ei n f e r e dt h a t 0 u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o n 啪e f f e c to ns k e l e t a l m u s c l ec o n t u s i o ni ne x e r c i s et b l s r e a s e a r c ht r yt ot e s ts o m eb i o c h e m i c a li n d e x e si nb l o o do fm o u s eb y g l u t a m i n e s u p p l e m e n t a t i o ni nl o n gt i m et r a i n i n g , a n dd i s c u s st h ee f f e c to fg t u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o n o nf l e er a d i c a la n ds k e l e t a lm u s c l ec o n t u s i o no fb o d yi ne x e r c i s e s u p p l y i n g p o w e r e x p e r i m e n t a lp r o o ff o rg l u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o ni s p o r t m e m o d s ：t h em i c ei nt r a i n i n gg r o u pa n dg l u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o nt r a i n i n gg r o u ph a s 6w e e k ss w i m m i n gw a i n i n g u s i n gt h em e t h o db yi m p o r v e dp i o u g sr e p o r t ：k e e p i n g t e m p e r a t u r ea t3 5c e n t i g r a d e w a t e rd e p t ha t5 0c e n t i m e t e r s f r i s t l y , s w i m m i n g4 0m i n u t e s p e rd a yf o r2w e e k s ，t h e ns w i m m i n g6 0m i n u t c sp e rd a yf o r4w e e k s ，a n de v e r yw e e k s ，t h e m i c en e e dt 0s w i m6d a y so n ew e e k a f t e r6t r a i n i n g t h em i c eh a v eo d ee x h a u s t i v e s w i m m i n g 蚵n g i n 吕t h es t a n d a r do fe x h a u s t e dt r a i n i n gi st h a tt h em i c eh a v e n td s e df o r1 0 s o e n d s r e s u l t s ：1 a f t e r6w e e k s ss w i m m i n gt r a i n i n g , c o m p a r i n gw i t ht h ec o n t r a l g r o u p , t h e a c t i v i t yo fs o d i se n h a n c e d , i n d i c a t i n gt h a ts p o r tt r a i n i n ga c t i v a t e st h ea n t i o x i d a n te n z y m e s i nb o d y , e n h a n c i n gt h ea c t i v i t yo fs o dc o n s e q u e n t l yw h i c hh a sa a g r e e m e n tw i t hl o t so f r e s e a r c h e s i na d d i t i o n , c o m p a r i n gw i t ht h et r a i n i n g g r o u p ，t h e a c t i v i t yo fs o di s e n h a n c e do b v i o u s l yi t h et r a i n i n gg r o u pw i t ho u m m i n e s u p p l e m e n t a t i o n , i n d i c a t i n gt h a t g l u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o ne n h a n c e dt h ea c t i v i t yo fs o d i ns o m ed e g r e e 。b es c e n e df r o mt h e c h a n g eo ft h ec o n t e n to fm d a t h ec o n t e n to fm d a i nt r a i n i n gg r o u pi sh i g h e rt h a nt h e c o u n t r a lg r o u p ，i n d i c a t i n gt h a tt h el o o hi nb o d yi s e n h a n c e d ( p 0 0 5 ) c o m p a r i n gw i t ht h e t r a i n i n gg r o u p ，t h ec o n t e n to fm d ai nt h et r a i n i n gg r o u pw i t hg l u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o n m d e s c e n d so b v i o u s l y ( p o 0 5 ) , i n d i c a t i n gt h a t g l u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o nh a st h ef o u n c a f i o n o fe l i m i n a t i n gt h el o o h 2 a f t e r6w e e k s sw a i n i n g ”t h em i c eh a v e 伽ce x h a u s t i v es w i m m i n gt r a i n i n g , t h e a c t i v i t yo fc k , l d hi n s c r t l mi s h i g h e rt h a n t h ec o u n t r a lg r o u p ，i n d i c a t i n gt h a ts p o r t t r a i n i n gc a t l s c st h eh a p p e n i n go ft h es k e l e t a lm u s c l ec o n t u s i o n ，c o m p a r i n gw i t ht h et r a i n i n g g r o u p ，t h ea c t i v i t y o fc k , l d hi nt h et r a i n i n gg r o u pw i t hg l u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o n d e s c e n d s ，i n d i c a t i n gt h a to u t a m i n es u p p l e m e n t a t i o nr e d u c e st h eh a p p e n i n go ft h es k e l e t a l m u s c l ec o n t u s i o n c o n c l u s i o n s ：l o n g - t i m ei n t e n s i v et r a i n i n gc a u s e st h eg e n e r a t i o n o ff t e er a d i c a li n b o d y , s t r e n g t h e n st h el o o h ，d a m 咖gt h ei n t e g r a t c x ls t m c t u r eo ft h e c e l l ，e n h a n c i n g t h e t l u o u g h f a r e o ft h ec e l l ，i n c r e a s i n gt h e a c t i v i t y o fc k , l d hi ns e r u m g l u t 【a = m i n e s u p p l e m e n t a t i o nc a ne h a n c et h ea b i l i t yo fa n f i o x i d a n t ，d e s c e n dt h e l o o h , r e d u c e t h e d a m a g eo f 缸e r 龇l i c a li nb o d y ，t h a nc a nr e d u c et h es k e l e t a lm u s c l ec o n t u s i o n k e yw o r d s ：g l u t a m i n e ：f r e er a d i c a l ；s k e l e t a lm u s c l ec o n t u s i o n ；t r a i n i n g ：l o o h i v 术语 缩写英文中文 s o d s u p e r o x i d e d i s m u t a s e 超氧化物歧化酶 c a tc a t a l a s e p e r o x i d a s e过氧化氢酶 g s h g l u t a t h i o n e 谷胱甘肽 g l n g l u t a m i n e谷氨酰胺 c kc r e a t i n ek i n a s e肌酸肌酶 l d hl a c t a t e d e h y d r o g e n a s e 乳酸脱氢酶 l d o h l i p i dp e r o x i d e脂质过氧化物 m d a m a l o n d i a l d e h y d e 丙二醛 r o sr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s 活性氧 e s re l e c t r o ns p i nr e s o n a n c e电子自旋共振 f rf r e er a d i c a l 自由基 m t d n am i t o c h o n d r i a ld n a线粒体d n a g s h p x g l u t a t h i o n ep e r o x i d a s e谷胱甘肽过氧化物酶 湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 论文作者签名：王记骞 日期：御年多月 学位论文使用授权说明 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存学位论文的印 刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以允许采用影印、缩印、数字 化或其它复制手段保存学位论文；在不以赢利为目的的前提下，学校可以公开学位 论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 作者签名：王亩慧 指导教师签名： 鼍柳 i 1 前言 1 1 文献综述 1 前言 1 1 1 自由基概述 自由基科学在物理、化学领域是一门古老的学科，但在生物学领域则是一门较新的 学科。自由基科学的发展经历了一个漫长的过程，早在1 8 世纪末，化学家就提出了基 的概念，并企图分离它们，到1 9 0 0 年，g o m b e r g 分离出三苯甲基证实了自由基的存在。 此后3 0 年。自由基化学得到了巨大的发展，近年来还得到了生物学家、医学家的关注， 并逐渐形成自由基生物学学科。1 9 7 8 年首次将自由基与运动相联系，随后运动医学界对 自由基进行了大量的研究。 1 1 1 1 自由基的概念 自由基是在外层轨道中带有一个或更多不配对电子的原子、原子团和分子的总称， 又称游离基。这是一类具有较高活性的物质自由基是生物体内有关酶系统催化的需氧 代谢过程和电子传递链电子传递的中间产物，也是生物体组织或细胞在某些化学损伤过 程中形成的中间产物，它在体内直接或间接地发挥强氧化剂的作用，从而损伤生物体大 分子和多种细胞成分，也可以与其他物质如核酸蛋白质脂质等发生反应，生成这类物质 的氧化物或过氧化物，对机体造成损害。自由基包括：超氧阴离子自由基0 2 - 、羟自由 基0 i t 、过氧化氢h 。0 2 、单线态氧0 2 、氢过氧自由基h 0 0 、一氧化氦自由基n o 、半醌 自由基q h 、过氧亚硝酸基o n 0 0 - 、烷自由基r 、烷氧自由基r o 、烷过氧自由基r 0 0 、 脂质自由基l o 、脂过氧自由基l 0 0 等活性氧r o s 与脂质过氧化反应的中问产物丙二醛 ( m a l o n d i a l d e h y d em d a ) 作为脂质过氧化的代表产物。其被作为衡量机体自由基代谢的敏 感指标，其含量能客观地反映机体产生自由基的水平。 1 1 1 2 自由基的产生 ( 1 ) 共价键的热分解：在足够高的温度下，原则上任何反应物分子往往要发生共 价键的断裂，这时原来的共用电子对裂解分属为两个原子或原子团，即形成自由基。 ( 2 ) 辐射分解：电离辐射可使许多物质发生分解而产生自由基，如h 如一h + 0 h 。等。 电离辐射可使人和动物发生放射病，其病理生理的变化就涉及到自由基的作用。 湖北大学硕士学位论文 ( 3 ) 单电子氧化还原反应：在氧化还原反应中，氧化剂和还原剂在电子得失上相 对平衡，即还原剂得到的电子同氧化剂失去的电子相等，如进行单电子转移就有自由基 生成。在人体内许多酶的反应是通过单电子转移而实现的，这一过程就可产生自由基。 1 1 1 3 机体内自由基的生成 ( l ) 0 2 的1 价还原：正常条件下，进入机体的绝大部分氧分子在线粒体内细胞色 素氧化酶复合物的作用下，接受4 个电子与4 个氢h 结合还原成水。此过程为0 2 + 4 e - + 4 h 一2 h 2 0 ，在这一过程中约有1 - 2 的分子氧经l 价还原而生成自由基町。 ( 2 ) 中性粒细胞和巨噬细胞激活：感染和毒素等可激活补体，活化补体5 ( c s a ) 与中性粒细胞表面的受体结合，使之激活。位于中性粒细胞膜上的还原型辅酶i i ( n a d p h ) 氧化酶被激活，催化分子氧发生单价还原，产生0 2 一。 ( 3 ) o h 及脂质过氧化：任何条件下形成的町若超过机体的清除限度，都将有一 部分在铁离子作用下，发生h a b e r w e i s s 反应，生成毒性更强的阱。 h q + 仉。+ r 一0 2 + 也如 f e + h 她一f e ”+ o r + o 阡 1 1 1 4 自由基的特性 根据保里原理，在所有分子成键过程中，电子都具有配对的倾向，这一倾向决定了 自由基的特性：化学活性强，极不稳定，是常见的化学反应的中间产物。在生物 体内浓度低，约为1 0 l l o o l 1 。存在时间短，约为1 0 4 s 。 具有磁场，可应用 电子自旋共振或核磁共振的方法测定。易发生连锁反应，只要有少量的引发剂如f e 、 等整个反应就可启动；同样只要有少量的抑制剂，整个反应亦受到抑制。 1 1 1 5 自由基对机体的影响 自1 9 5 6 年h a r m a n 在分子生物学的基础上提出了自由基学说以来，生物和医学领域 从不同角度对自由基代谢的研究经久不衰，取得了重大进展，并发现在正常情况下，人 体内的自由基是处于不断产生与清除的动态平衡中的，即人体的一些生命活动需要自由 基，但自由基过多或清除过慢，也会对机体产生一系列损害。如过多自由基的产生，不 仅会导致遗传物质的破坏，蛋白质交联或多肽断裂，一些重要代谢酶因交联聚合而失活， 引起一系列病理变化，导致人体衰老、使粘多糖解聚，引起结缔组织的炎性变化；而且 自由基还会攻击生物膜上的多不饱和脂肪酸产生脂质过氧化，使生物膜结构和功能改 2 1 前言 变，表现为生物膜通透性增加，细胞内容物逸出，线粒体膜流动性降低，功能紊乱，造 成a t p 生成下降，能量供应不足；肌浆网受损，不能正常摄取c a 2 + ，形成胞浆c a 2 + 堆积； 溶酶体膜的破坏释放大量水解酶，从而加重组织的损伤，致使人体工作能力下降，并产 生疲劳等“1 。 1 1 1 6 机体内自由基的清除和防御机制 机体的进化过程是在含氧丰富的大气层中实现的，因此体内逐渐形成内源性的生理 防护系统，以防卫活性氧的毒性。此外，环境中还存在着多种外源性的抗氧化剂，主要属 于营养成分。抗氧化剂保护机体、对抗活性氧的毒性作用的机制可以有以下几方面： 预防活性氧的形成。接受活性氧的攻击，反应性的代谢产物使活性氧转变成为低反 应性的分子，或增强对活性氧攻击敏感的生物学靶结构及物质的抵抗能力。避免反 应性较低的活性氧转变成为更强烈反应性的活性氧。有利于修复活性氧引起的损伤， 激发抗氧化剂蛋白质类密码基因表达。为其他抗氧化剂能发挥有效机能提供有利的 环境，即作为辅助因子或维持其他抗氧化剂在还原状态。 大量的酶和非酶的生理物质具有抗氧化剂的生理机能。生物体内的抗氧化机制包括 两大方面：抗氧化酶和非酶类抗氧化剂。 ( 1 ) 抗氧化酶 超氧化物歧化酶( s o d ) 是消除机体0 i 的主要酶，分布在细胞的胞浆和线粒体内，它 存在两种同工酶c u 、z n s o d 胞浆和l i n s o d 线粒体，其活性越高清除自由基的能力越强。 过氧化氢酶( c a t ) 是机体内消除过氧化氢( h 她) 的重要的酶，存在于微粒和线粒体中。谷 胱甘肽过氧化物酶( g s h p x ) 是体内广泛存在的一种催化过氧化氢分解的重要酶，能特异 地催化g s h 对过氧化氢的还原反应，起到保护细胞膜结构和功能完整性的作用。谷胱甘 肽转移酶c s t 广泛存在于哺乳动物的各组织、肝细胞中，含量尤为丰富，参与肝脏的重 要解毒功能，并能催化g s h 与化学物质的亲电子基团结合，最终形成硫醚氨酸排出体外。 ( 2 ) 非酶类抗氧化剂 非酶类抗氧化剂以其淬灭自由基、阻止或中断脂质过氧化、稳定生物膜而发挥抗氧 化作用。非酶类抗氧化剂主要包括：脂溶性物质，如维生素e 、伊胡萝h 素、辅酶q 和 黄酮类化合物等；水溶性物质，如维生素c 和谷胱甘肽( g s h ) 等。另外，微量元素( 铜、 锌、锰、硒等) 参与酶类抗氧化剂的生物合成，并以其自身电子传递的性质而起抗氧化 的作用，所以，微量元素在抗氧化防御体系中占重要的地位。 机体内的这些抗氧化剂在体内构成了一个完整的防御系统，分别对从氧化过程开始 3 湖北大学硕士学位论文 到最后生成过氧化氢的自由基这一连锁反应的不同环节起到作用，使体内自由基的形成 和消除处于一种动态平衡之中。正常情况下，机体内自由基增多时机体组织的适应性变 化使内源性抗氧化剂系统活力增强，以防产生自由基损伤。只有当自由基产生过多( 剧 烈运动) 或机体消除自由基能力下降( 机体出现某些疾病时) ，自由基才导致细胞结构 及其功能的广泛性损害。 1 1 2 运动与机体自由基形成 随着对自由基研究的深入，运动训练对自由基代谢的影响逐步引起运动医学界的关 注，早在1 9 7 8 年d i l l a r d 发现运动后自由基代谢产物戊烷增加，服用一段时间抗氧化 剂维生素e 或进行一段时间训练后，再进行相同强度运动，戊烷代谢没有明显增加，从 而首次把自由基理论引入运动医学领域，在以后的二十多年时间里运动医学界对运动与 自由基的代谢、自由基与运动疲劳、自由基与运动损伤等进行了较深入的研究。 1 1 2 i 运动对体内抗氧化酶活性及自由基代谢的影响 ( 1 ) 急性运动对体内抗氧化酶活性及自由基代谢的影响 自从d a v i s 跚首次用e s r 技术直接测定出进行跑台运动至急性力竭大鼠的肝和肌肉匀 浆中的自由基信号强度较之安静时增加2 3 倍之后，国内又有多位学者的研究结果显 示，急性力竭运动导致骨骼肌心肌肝、肾脏、胃等组织的自由基生成增加“”。目前的 研究表明，运动强度愈高，s o d 活性升高愈明显，m d a 含量和s o d 活性与静息值相比，越 有显著性差异”一。王安利等”报道小鼠一次9 0m i n 的无负重游泳后即刻，肝脏m d a 含量、 s o d 活性与安静状态相比较，都是增高的。但s o d 活性与m i ) a 的比值与安静状态比较是显 著降低的。说明一次急性运动造成肝脏内脂质过氧化物产生增多，虽然s o d 活性与安静 状态比较升高，但超出了其清除脂质过氧化物的能力。多数研究表明，急性运动可引起 心肌、骨骼肌和肝脏等组织s o d 、g s h p x 等抗氧化酶的活性升高。而崔勋等报道，大鼠 游泳6 0m i n 、1 8 0m i n 游泳后与安静状态比较，6 0m i n 游泳后，血浆肌肉和肝细胞线 粒体中的m i ) a 含量升高，1 8 0 m i n 游泳后，上述测试组织岫a 含量均显著升高，肌肉线粒 体内s 0 d 活性显著下降，血浆和肝胞浆及线粒体中g s h p x 活性下降，其它组织中的自由 基代谢和抗氧化酶的活性变化有很大的差异。 ( 2 ) 耐力运动对体内抗氧化酶活性及自由基代谢的影响 大多数实验研究表明，耐力训练主要以有氧耐力为主，可以提高组织s o d 和g s h - p x 活性，并使肌肉的g s h p x 含量增加，运动强度和持续时间是影响酶类抗氧化剂改变的重 4 1 前言 要因素。p o w e r s 等”1 研究发现，强度越大和或运动持续时间越长，骨骼肌s o d 和g s h p x 活性提高越明显，同时还发现耐力训练只能提高i 型和i i a 型肌纤维s o d 和g s h p x 活性。 f r e d e r i k 报道，缺s e 的大鼠经过1 0 周耐力训练后，肝脏线粒体中s o d 增加、骨骼肌g sh p x 活性增加“”，经过5 个月中等强度的有氧耐力训练，多数组织中有足够的s o d 将0 2 转化为 h 2 0 。适度持久地进行健身锻炼可提高s o d 活性，降低血清中m d a 含量“4 闻 郭林等“o 通过对大鼠耐力运动结束后即刻、2 h 、4 h 和6 h ，4 次测得肾脏组织脂质 过氧化物( 1 i p i dp e r o x i d e ，l o o h ) 、s o d 、g s h - p x 指标所形成的动态变化，发现l o d h 呈 现下降趋势，而s o d 和g s h - p x 活性呈现上升趋势，这说明耐力性运动可以提高大鼠肾脏 组织抗氧化酶活性，从而清除运动时产生的过量自由基，提高了肾脏组织对抗自由基的 能力。k a n t e r 报道大鼠9 周游泳训练后，血液s o d 、c a t 、g s h p x 、肝脏g s h p x 活性显 著增加咖。q u i n t a i n i c h a 报道了大鼠耐力练后骨骼肌和心肌g r 、谷胱甘肽还原酶、s o d 、 c a t 、g s h - p x 活性升高“”。h i g i n e i h i l 报道，3 个月耐力训练后，大鼠骨骼肌s o d 活性 增加1 4 - 3 7 ，同时线粒体有氧化酶的活性增加1 0 0 左右“”。适量的耐力负荷训练可改 善机体抗自由基损伤能力。有研究以小鼠无负重游泳训练为运动模型，观测其肝脏m d a 含量显著下降，s o d 活性显著升高，s o d 活性与m d a 的比值与对照组相比较，也非常显著 升高。说明耐力训练确实可以促进自由基产生和清除的平衡向有利于机体的方向发展。 熊正英等嘲也证实，大强度耐力训练对机体造成损伤的同时，适应性地提高了抗氧化酶 的活力。蒋春笋等“研究发现，1 2 周游泳训练可以显著减少大鼠肝脏线粒体的活性氧生 成。肖建原等恤1 研究发现小负荷的耐力训练可以增强机体的抗氧化能力，m d a 含量下降， s o d 活性升高，改善红细胞膜特性，使其有氧代谢能力及抗疲劳能力得到提高。耐力运 动可以提高组织s o d 、g s p x 的活性，这己为许多研究所证实，但关于耐力运动对c a t 的 活性影响尚没有一致的看法。芬兰学者以游泳为运动方式，让大鼠训练1 9 4 2 0 0h 后发 现。其心室尤其是右心室的c a t 活性反而下降。国内在该方面的研究报道较少。武桂新 等1 研究也发现，运动训练能显著提高运动后肝c a t 的活性，运动后即刻，训练对照组 c a t 活性明显高于安静对照组，而强化训练组在运动后3 h 才开始明显升高，可能是强化 训练1 周使c a t 活性基础值较高，而且其他抗氧化酶的活性基础值均较高，从而表现为对 自由基应激的明显反应稍微滞后。s o m a n i 等通过实验发现大鼠经过9 周耐力训练后，测 定心肌中编码m n s o d 、c u ，z n s o d 、c a t 和g s h p x 的m r n a 水平比对照组的m n s o d 、c a t 和 g s h - p x 的m r n a 水平，分别提高1 2 6 、1 3 3 、1 3 8 ，表明耐力训练导致编码这些酶的d n a 转录水平提高。对动物的有氧耐力训练表明，有氧耐力训练可明显提高线粒体呼吸链酶 5 湖北大学硕士学位论文 活性，降低糖酵解酶活性。嘲。进一步研究显示，收缩活动增多可以提高线粒体d n a ( m td n a ) 和细胞核d n a ( n d n a ) 的r n a 转录水平”，而长时问运动可以提高m td n a 的水 平，但对细胞核d n a 无明显影响。这些发现提示，运动提高呼吸链酶活性可能和其提高 了m td n a 和n d n a 编码的呼吸链酶的表达有关。 由上述的研究结论可知，耐力训练一方面可以提高心肺功能和组织对氧的利用率， 减少有氧代谢系统过度负荷和组织器官相对缺血导致自由基生成的增加，减少自由基对 机体的毒害作用；另一方面使机体的氧化应激程度提高，激发机体的抗应激能力，也使 抗氧化酶活性升高，降低脂质过氧化水平，使体内的自由基防御系统保持在一个较高水 平。 ( 3 ) 力竭运动对体内抗氧化酶活性及自由基代谢的影响 力竭运动对自由基代谢影响的研究报道较多。衣雪洁等侧通过实验表明大鼠力竭性 游泳后3 0 r a i n 、6 0 r a i nm d a 含量显著增加。赖红梅研究发现大鼠力竭运动后3 h 内，血浆 l 0 0 h 含量显著高于对照组，同时体内的抗氧化酶s o d 和g s h - p x 均有明显升高，2 4 h 后变 化呈下降趋势趋于安静值伽。张均等啪1 观察发现，力竭游泳后的大鼠心肌线粒体m d a 含 量显著高于安静组，s o d 和g s h 活性低于安静组，2 4 h 基本恢复。李晖等。”用e s r 技术测 定了大鼠力竭运动后血浆抗坏血酸自由基a f r 和岫a ，发现运动后即刻m d a 和a f r 均明显升 高。并达到峰值，恢复4 - 2 4 h 后均明显下降。张勇等o ”观察到，大鼠递增负荷力竭性运 动后即刻对心肌和骨骼肌线粒体膜脂质过氧化水平具有不同程度的影响，心肌与骨骼肌 线粒体m d a 含量都增加，但存在一定差异，心肌线粒体m d a 含量增加较显著，而骨髂肌 变化无统计学显著意义。袁建琴研究证实，力竭运动后即刻，肝脏s o d 活性变化不大， 恢复期升高，m d a 变化不大，骨骼肌s o d 活性高，m d a 含量也较高，心肌s o d 在运动后即刻 最高，恢复后降至最低，叭呈下降趋势。而辛东等m 1 以大鼠递增负荷力竭性运动为 模型，利用低温e s r 技术分别测定安静时、运动过程中、运动后即刻、运动后恢复期 3 0 m i n 、2 h 、4 h 及8 h 脑组织的氧自由基o f r 信号强度，同时测定s o d 活力和m d a 含量， 结果显示，脑组织在运动过程中o f r 信号强度逐渐增加，并具有运动强度依赖的阶段性， 恢复期4 h 达到高峰；s o d 活性运动时无明显改变，在运动后3 0 r a i n 开始增加，恢复期2 h 升至峰值：m d a 在整个运动过程中及恢复期无显著变化，提示该运动模型所引起的脂质 过氧化尚未累及中枢神经系统，并且脑组织可能存在重要而有效的抗氧化体系。刘丽萍 等”1 发现力竭游泳后的大鼠，能有效动员肾脏的抗氧化系统，不会导致其脂质过氧化增 强，肝组织m d a 明显升高，s o d 有所下降，心肌岫a 含量升高，但无显著性，而s o d 明显下 6 1 前言 降。上述实验结果表明，同一运动对不同组织自由基代谢的影响也不同，究其原因可能 与运动过程中不同组织的血液重新分配不同，对运动刺激的敏感程度不同，从而自由基 生成增加的量也不同。另外，不同实验所运用的实验对象设置的模型采用的运动方式， 取材的部位不同，导致测得的结果也不尽相同。关于力竭运动后抗氧化酶活性的变化虽 不一致，但多数研究认为，力竭运动之后，抗氧化酶活性下降，这与胡红梅、陈刚发现 大鼠力竭运动后即刻心肌线粒体s o d 、g s h 含量均显著下降相一致哪“1 。 “) 无氧运动对体内抗氧化酶活性及自由基代谢的影响 关于无氧运动对自由基代谢影响的研究较少。c r i s w e l l 等嗍观察了1 2 周间歇训练 的作用，发现大强度、短距离、速度间歇训练，提高骨骼肌抗氧化酶活力的效果，优于 中等强度的持续训练。s e n 等和h e l l s t e n 等研究表明与以有氧代谢为主的耐力训 练引起i 和i i a 型肌抗氧化酶活性提高不同，以无氧代谢为主的运动训练只能引起i i b 型肌，抗氧化酶活性提高。曹国华等“o 让运动员在功率自行车上进行一次无氧运动，发 现运动后即刻血浆及红细胞邶a 含量，均无明显改变，红细胞s o d 、6 s i t - p x 活性呈显著性 增高。 1 1 3 运动引起机体自由基代谢变化的机理 1 3 1 1 运动性内源自由基的产生的机制 早在1 9 7 8 年d i l l a r 报导，人在进行5 0 v 脑x 强度的有氧运动过程中有大量的戊烷呼 出，从而间接证明运动体内产生了自由基。随着生物技术的发展，d a v i e s 等( 1 9 8 2 ) ”1 用e s r 和自选捕集术观察了未训练大鼠固定跑台上跑至筋疲力尽，结果发现运动后肝脏 和肌肉匀浆中自由基信号明显增加直接证明了运动能使自由基的产生量增加。此后， 大量的实验得以证实，运动性内源自由基产生的机制可以归纳为：线粒体电子漏、黄嘌 呤氧化酶一缺血再灌、自氧化、细胞氧化还原状态紊乱和胞浆钙离子超载。 ( 1 ) 线粒体电子漏 1 9 7 1 年l o s c h e n 首次证明了线粒体呼吸链有自由基的产生“”，t u r t e n s 等人1 发现 线粒体中h 2 0 2 主要来自超氧阴离子自由基的歧化。不同组织分离的线粒体在代谢过程中， 都不同程度检测到有超氧阴离子自由基的存在，因此线粒体己被肯定地认为是超氧阴离 子自由基产生的重要场所。线粒体呼吸链在传递电子过程中产生了自由基，这种现象被 称为线粒体电子漏h 5 1 。线粒体内膜呼吸链上的4 个复合物中，复合物i 和i 被认为是电 子漏产生的主要部位。在生理条件下复合物i 产生电子漏总量的2 3 ，复合物i i i 产生总量 7 湖北大学硕士学位论文 的1 3 。在线粒体代谢过程中各种酶的活性不仅在氧化还原和能量代谢中起着极为重要 的作用，还与自由基的产生有非常密切的关系1 。根据m c c o r d 等“”的研究估计，在线粒 体中细胞色素氧化酶还原2 5 个氧分子的过程中，就会有一个分子氧经过半醌自由基得到 一个电子形成氧自由基。k s e n z e n k o h 1 用e s r 检测发现，在h 2 0 癖在时，细胞色素氧化酶 可能催化h 籼产生超氧阴离子自由基。徐建兴研究发现外加超氧阴离子自由基浓度低于 1 0 1 m ( 接近生理浓度) 时，仍可观察到电子通过细胞色素直接传递给超氧阴离子自由基的 现象m 1 由于运动应激，机体代谢增强，碳水化合物和脂肪分解加强，进入呼吸链的还 原当量增加，超氧阴离子自由基含量也增加；高强度或衰竭运动引起细胞色素c 氧化酶 活性下降嘲，沿呼吸链传递的电子不能顺利地经细胞色素c 氧化酶传递给氧，使之还原 成水，导致细胞色素c 氧化酶以上的各成分的还原程度增大，给电子趋势增强，促进了 c 。q 直接与超氧阴离子自由基的反应。运动时机体氧消耗量增多，以适应持续剧烈运动时 的能量需要，随着氧化代谢加强，骨骼肌等部位线粒体氧消耗增多，细胞呼吸作用加强， 泛半醌转动率加快形成了氧自由基。而超氧自由基生成与线粒体氧利用率成正比， b o v e r i s 嘲1 和c h a n c e 魄1 在体外观察到超氧阴离子自由基的产生率与线粒体的氧消耗率 直接有关，表明线粒体的能量产生反应过程同时导致自由基的潜在损害。正是由于运动 中氧的大量消耗，增大了超氧阴离子自由基的单电子还原速度，增加了线粒体电子漏。 张勇等旧1 实验发现大鼠力竭运动后骨胳肌线粒体超氧阴离子自由基生成显著增高，表明 电子传递过程中电子漏形成的超氧阴离子自由基是运动性内源自由基的重要来源。时德 庆等嘲1 发现力竭性运动后不同组织线粒体超氧阴离子自由基的生成量并未呈现显著性 的变化，提示不同组织中运动内源超氧阴离子自由基生成及代谢可能存在不同途径。因 此，从理论上来说，运动过程中收缩骨骼肌及高代谢器官肝脏中自由基都直接来源于线 粒体电子漏机制。 ( 2 ) 黄嘌呤氧化酶一缺血再灌注 剧烈运动时，机体能量大量消耗，a t p 大量分解供能，这样细胞内高能磷酸盐的储能 急剧减少，引起细胞内a t p 裂变增多。随之a d p ，a m p 增多，加之运动时局部组织缺血缺氧， 促使a t p 向a m p 转化使次黄嘌呤氧化酶增加，加速了次黄嘌呤和黄嘌呤与氧的反应，次黄 嘌呤在黄嘌呤氧化酶的作用下转变成尿酸，同时产生氧自由基”洲运动引起血液重新分 配，缺血组织再试合时就会产生大量的自由基造成再氧合损伤唧。在无氧条件下， 黄嘌呤氧化酶的活性很低，在再灌注的过程中黄嘌呤氧化酶的另一底物得到氧的大量供 应，黄嘌呤氧化酶活性剧增，次黄嘌呤被迅速氧化，氧气被还原生成超氧阴离子自由基， 8 1 前言 并可进一步歧化生成h 舰，然后经f e n t o n 反应，生成毒性更大的羟自由基。 ( 3 ) 某些物质自氧化生成自由基 运动时血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺、多巴胺、铁还原蛋白、还原色素、黄素蛋 白等物质自氧化均可产生自由基。研究证明在长时间剧烈运动过程中红细胞脆性增加， 其抗透压能力也减弱，且破坏溶血形成血液游离血红蛋白，氧合血红蛋白的二价铁失去 了一个电子变成含三价铁的血红蛋白及一个自由基。h o e h s h e i n ( 1 9 8 1 ) 旧1 ，报导运动时， 血红蛋白自氧化形成自由基速度增快，一般认为大约2 0 分子氧合血红蛋白中有一分子可 以变成氧自由基及高铁血红蛋白。剧烈运动时肌红蛋白从肌肉进入血液，血液中红细胞 的破坏使血浆游离铁含量增多，如果是二价的铁离子就有可能给其他有机或无机分子提 供一个电子，产生自由基。缺血缺氧时，体内产生大量乳酸，使组织血液p h 值下降，当 p h 低于6 o 时大量的铁从运铁蛋白中游离出来，运动时由于轻度溶血也会促使铁离子释 放。铁离子加强肾上腺素、谷胱甘肽等非酶物质氧化产生超氧阴离子自由基侧。心肌缺 血时中心区交感神经末梢释放儿茶酚胺也是缺血的一大特征。儿茶酚胺被单胺氧化酶分 解产生过量的电子，分子氧作为受体，产生h 2 0 2 和h o 。 “) 运动结束胞浆钙离子浓度增加，引起自由基生成增多 运动时由于细胞外c a 2 + 内流增多或细胞内c a 2 + 释放增加而再摄取障碍时，可造成细胞 c a 2 代谢紊乱，胞浆c a 2 + 浓度增加可激活磷酸酶a 2 ( p l a 2 ) ，通过白细胞三烯途径使脂质 过氧化反应加强。剧烈运动中缺血引起细胞损伤的起动机制是由于缺氧导致细胞膜c a 2 + 泵功能下降和细胞通透性增加，导致膜电位梯度下降，c a 2 + 通过电位梯度和受体依赖性 通道或非特异性