李 锋，刘洪珍

(1.广西民族师范学院体育系，广西龙州532400;2.曲阜师范大学体育学院，山东曲阜273165)

游泳训练对大鼠心肌能量代谢酶类活性的影响

李 锋1，刘洪珍2

(1.广西民族师范学院体育系，广西龙州532400;2.曲阜师范大学体育学院，山东曲阜273165)

为探讨游泳训练对大鼠心肌能量代谢相关酶类活性的影响，采用实验法对大鼠游泳训练前后的心肌琥珀酸脱氢酶(SDH)、苹果酸脱氢酶(MDH)、肌酸激酶(CK)和Na+-K+-ATP酶活性进行测定。结果表明:各状态下训练组大鼠的SDH活性均低于对照组，且在力竭时显著低于对照组(P＜0.01);训练组在力竭即刻和24 h恢复时的MDH活性显著高于对照组(P＜0.05);训练组在力竭即刻、恢复12h和恢复24h时的CK活性显著高于对照组(P＜0 05);训练组在运动1 h、力竭即刻、恢复12 h和恢复24 h时的Na+-K+-ATP酶活性均高于对照组，但无显著差异。结论表明:游泳训练能促进大鼠心肌MDH、CK、Na+-K+-ATP酶等能量代谢相关酶活性升高，却使大鼠心肌胞浆中SDH活性降低，最终增强心肌有氧供能能力，提高运动能力。

游泳训练;能量代谢;心肌琥珀酸脱氢酶;苹果酸脱氢酶;肌酸激酶;Na+-K+-ATP酶

人体是一个对立统一的整体，任何运动都是机体各器官和系统协同作用的结果，而能量的充分供应则是机体维持运动的基础。人体细胞直接利用的能源来自于三磷酸腺苷(ATP)的分解产生，而ATP合成最终主要来源于糖的分解代谢，其次是脂肪、蛋白质，能量产生的量与速度不但与能源物质的提供有关，更决定于催促三羧酸循环和氧化磷酸化过程的有关酶类的活性。因此如何提高机体的能量代谢水平，以保证正常训练和比赛中机体能量的供应始终是运动生理学研究的重点之一。

长时间有氧运动需要运动员提供更多的能量以保证肌肉做功。大量的实验研究已经证明:适宜的体育锻炼能改善体质和提高健康水平，但超负荷训练和竞赛引起的过强应激会导致机体的神经内分泌系统、心血管系统等功能的障碍。心血管系统担负着机体生命活动所需要的氧及能源物质运输的特殊作用，在长时间的运动中心脏的功能显得尤为重要。因此，心脏与运动性疲劳的关系为众多研究者所关注。运动的疲劳与恢复是人体运动过程中身体机能变化的重要环节，也是影响运动训练效果的重要因素，如何减缓运动疲劳并加快疲劳的恢复过程则是影响运动训练水平和提高运动成绩的重要因素之一。本实验采用递增负荷游泳训练方式，对大鼠进行为期8周的游泳运动，通过观察大鼠对照组、训练组在安静、定量负荷、力竭即刻、力竭恢复12 h、力竭恢复24 h五种不同状态下与心肌能量代谢有关酶活性的变化，探讨递增负荷游泳运动大鼠对心肌能量代谢的影响，进而从能量代谢角度探讨延缓运动疲劳发生和促进疲劳恢复的机制。

1 材料与方法

1.1 实验对象及分组

选取8周龄雌性Wistar大鼠80只，体重200 g左右，购于山东鲁抗医药股份有限公司，随机分为运动组(B组)和对照组(A组)，采用国家标准大鼠饲料喂养，自由饮水。

1.2 实验方法

1.2.1 运动方案

运动组大鼠采用游泳训练，训练桶高100 cm、直径70 cm ，水深55 cm，水温 32℃ ～35℃，每桶4只，先进行适应训练时间为15 min/d，共6天。之后进行持续8周游泳训练，尾部负重为体重的3%，每周训练6天。第一周训练时间为30 min，以后每周递增训练时间10 min，最后一周每天训练100 min。周一上午称体重。

1.2.2 取材

8周后，对训练组和对照组大鼠分别再分作安静、定量负荷、力竭运动即刻、力竭后恢复12 h和力竭后恢复24 h五个小组，并于相应状态断头处死，迅速取出心肌，于冰生理盐水中洗净血液，滤纸吸干，剪取约0.3 g，按W/V=1/9加入预冷的生理盐水，冰浴条件下匀浆后放置4℃的冷冻离心机，以3 000 rpm离心15 min，取上清装入样品管中置－20℃冷藏。力竭运动标准: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视为力竭［1］。

1.2.3 测试指标与方法

Na+-K+-ATP酶、苹果酸脱氢酶(MDH)、琥珀酸脱氢酶(SDH)、肌酸激酶(CK)试剂盒购于南京建成生物工程研究所，运用比色法测定，各项指标的测定严格按照试剂盒说明书进行，并在实验之前进行预实验，测定完毕后按说明书计算所测指标浓度。

1.2.4 实验数据处理方法

2 实验结果

2.1 大鼠游泳力竭时间的比较

两组大鼠游泳力竭时间比较，B组游泳力竭时间明显延长(P ＜0 05)，见表1。

表1 两组大鼠游泳力竭时间的比较一览表

2.2 不同状态下大鼠心肌SDH活性的变化

5种状态下，训练组大鼠心肌SDH活性均低于对照组，但无显著差异，力竭即刻状态训练组显著低于对照组(P ＜0.01)，见表 2。

表2 不同状态下各组大鼠心肌SDH酶活性的变化一览表 U/mgprot

2.3 不同状态下大鼠心肌MDH活性的变化

5种状态下，B组大鼠心肌MDH活性均高于A组，力竭即刻组和24h恢复组B组显著高于A组(P＜0.05)，见表3。

表3 不同状态下各组大鼠心肌MDH酶活性的变化一览表 U/mgprot

2.4 不同状态下大鼠心肌CK活性的变化

5种状态下，B组大鼠心肌CK活性均高于A组，力竭即刻、12 h恢复组和24 h恢复组显著高于A组(P ＜0 05)，见表4。

表4 不同状态下各组大鼠心肌CK酶活性的变化一览表 U/mgprot

2.5 不同状态下大鼠心肌Na+-K+-ATP酶活性的变化

定量负荷组、力竭即刻组、12 h恢复组和24 h恢复组，B组大鼠心肌Na+-K+-ATP酶活性均高于A组，但无显著差异，见表5。

表5 不同状态下各组大鼠心肌CK酶活性的变化一览表 U/mgprot

3 分析与讨论

运动疲劳的出现会导致机体运动能力降低直至力竭。力竭是指肌肉或器官完全不可能维持运动［2］。大鼠运动能力可以通过大鼠的力竭运动时间来体现，本实验结果显示(表1)，训练组大鼠力竭运动时间明显长于对照组。说明长时间递增负荷耐力训练可以提高大鼠运动能力。大鼠运动能力的提高，是综合性的因素，可能涉及到能量供应系统功能改善，心血管系统、呼吸系统、神经系统、免疫系统等机能的提高。单就能量系统而言，可能是运动时能量产生的总量增多，供给速度加快，也可能是能量利用的节省化两个方面的效果。本实验设计方案可提高能量产生的多种有氧氧化酶的活性，说明运动时，大鼠心肌能量产生的速度和供给增多，是提高大鼠心血管机能的重要原因。本实验对产生能量的物质基础的糖原含量暂未测定，有待于研究的进一步实施。

琥珀酸脱氢酶属膜结合酶，位于线粒体内膜，是三羧酸循环中唯一渗入线粒体内膜的酶，广泛存在于诸多脏器的线粒体中，正常情况下SDH位于线粒体内膜上，组织损伤时，线粒体肿胀、变性，线粒体膜通透性增加，基质水肿，SDH活性会发生变化，大量逸出细胞器，所以胞浆内SDH含量增加的多少是衡量组织损伤程度的一个重要指标［3］。SDH大量逸出严重影响线粒体内三羧酸循环的顺利进行，能量代谢紊乱，机体出现疲劳。本实验研究结果显示，8周的递增负荷游泳训练改善了运动大鼠心肌的氧化代谢能力，明显降低组织损伤的程度，表现为细胞液中SDH活性降低，推测线粒体内SDH活性应升高。这与CamPbell［4］、李燕玉［5］等运动使大鼠骨骼肌及心肌线粒体SDH活性研究结果一致。苹果酸脱氢酶是机体有氧代谢途径中的催化酶之一，存在于胞浆和线粒体基质中，线粒体基质中的MDH可促进苹果酸到草酰乙酸的转化，而细胞质中的MDH可将草酰乙酸还原为苹果酸，后者通过线粒体内膜上的载体进入线粒体，参与苹果酸—天冬氨酸循环，维持酶促反应的动态平衡［6］。本实验发现，经过8周的递增负荷耐力训练，训练组大鼠MDH活性在不同状态下均较安静，对照组大鼠有不同程度的提高(如表3)，说明此实验方案对大鼠心肌细胞MDH活性有显著提高作用。

肌酸激酶又称磷酸肌酸激酶，与机体的能量代谢密切相关，它参与糖酵解的控制、线粒体的呼吸和肌肉的收缩供能，是机体ATP-CP供能系统代谢的关键酶之一。人体骨骼肌、心肌、脑、平滑肌中都含有CK，以骨骼肌含量最多。CK是能量代谢的关键酶之一，其作用是催化三磷酸腺苷和磷酸肌酸之间高能磷酸键可逆性的转移。CK在心肌细胞中高表达，在心肌细胞的能量代谢和从ATP产生到利用的能量传递过程中起关键作用［7］。关于运动对CK活性影响的研究较多，多见于血清中CK活力测定。CK是一种大分子蛋白质，正常情况下肌细胞膜结构完整，功能正常，CK极少渗透出细胞膜进入循环系统。大强度或力竭性运动后血清中CK活性会急剧上升，说明运动导致肌细胞损伤，细胞膜通透性增加，大量CK蛋白分子渗透出细胞膜最终进入循环血液［8］。血清中CK活性的变化往往表明心肌损伤程度，经常作为心肌损伤的标志酶。本实验结果显示，五种状态下，训练组大鼠心肌CK活性均高于对照组，且在运动过程，训练组大鼠心肌CK活力降低程度比对照组有明显减缓趋势。说明采取递增负荷的有氧训练方式可有效增强大鼠心肌组织的抗损伤能力，提高运动中大鼠心肌CK活力。

Na+-K+-ATP酶是镶嵌在生物膜脂质双分子层中的一种蛋白质，具有载体作用和酶的活性，其活力的大小是细胞能量代谢及判别功能有无损伤的重要指标。它催化ATP水解，提供能量驱动Na+和K+对向运输，使细胞内蓄积高浓度的K+，而细胞外则为高浓度Na+状态。这种离子梯度的维持有着重要的生理意义，如在膜电位产生、调节细胞渗透压、为某些营养物质的吸收提供驱动力，以及在神经和肌肉细胞的冲动传导等方面起着重要作用［9］。本实验在大鼠运动及恢复过程中，训练组大鼠Na+-K+-ATP酶均高于对照组大鼠，且训练组大鼠在运动过程该酶的降低趋势较对照组减缓。说明此实验运动方案可增强大鼠运动中Na+-K+-ATP酶活性，对减少力竭运动时大鼠心肌损伤、提高心肌能量代谢能力具有重要意义。

综上所述，递增负荷有氧耐力训练能促进大鼠心肌MDH酶活性的升高，减缓运动过程中其活性的降低，从而提高大鼠心肌有氧代谢的能力、延缓疲劳的发生;可以增加与能量代谢相关的CK、Na+-K+-ATP酶的活性，减缓运动过程中降低的速率及增加其恢复，从而提高大鼠能量代谢水平，提高运动能力并促进运动后疲劳的恢复。本研究显示，游泳训练使大鼠心肌SDH酶活性水平在各状态下均降低，其原因有待进一步探讨和验证。

［1］THOMAS DP，MARSHALL KI.Effects of repeated exhaustive exercise on myocardial subcellular membrane structures［J］.Int JSports Med，1988，9(4):257-260.

［2］曲绵域，于长隆.实用运动医学［M］.北京:北京大学医学出版社，2003:36-44.

［3］WU Y，LIU C，CHEN Q.Effect of acupunct on enzymology of motor neuron anterior horn of experimental spinal cord injury in rats［J］.Zhonhguo Zhongxi yi jiehe zazhi，1999，19(10):740-742.

［4］CAMPBELL RJ，JASMIN BJ，MICHELRN.Succinatedehy drogenase activity whthin synaptic and extrasy naptic comparement soffunctionally-oveloaded rat skeletal muscle fibers［J］.Pflugers Arch，1996，431(5):797-799.

［5］高和，李燕玉，沈丽英，等.耐力运动锻炼对正常及肺气肿大鼠隔肌、腓肠肌和心肌氧化性能的影响［J］.中国运动医学杂志，2000，19(3):21-25.

［6］翁梁，周秋丽，王丽娟，等.鹿茸多肤促进表皮和成纤维细胞增殖及皮肤创伤愈合［J］.药学学报，2001，36(11):817-820.

［7］张爱芳.实用运动生物化学［M］.北京:北京体育大学出版社，2005:10-20.

［8］许豪文.肌酸激酶与运动员有机能评定［J］.中国运动医学杂志，1987(3):164-167.

［9］刘秉文，陈俊杰.医学分子生物学［M］.北京:中国协和医科大学出版社，2000:139-140.

［10］戴友平，唐国华，郭衍坤，等.何首乌提取液对犬心肌缺血再灌注损伤的预防作用实验研究［J］.中国生化药物杂志，1998，19(2):79-81.

［11］金哲雄，金政.何首乌对缺氧培养心肌细胞保护作用的实验研究［J］.时珍国医国药，2006，17(8):1454-1456.

［12］王怡，王少霞，仁明，等.首乌参方预处理对大鼠心肌缺血再灌注损伤PKC与iNOSmRNA表达的影响［J］.上海中医药杂志，2007，4(10):75-78.

［13］高和，李燕玉，沈丽英，等.耐力运动锻炼对正常及肺气肿大鼠隔肌、腓肠肌和心肌氧化性能的影响［J］.中国运动医学杂志，2000，19(3):21-25.

［14］王茂叶.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［J］.天津体育学院学报，2005，20(6):26-28.

［15］汪艳，刘春新，易有荣，等.缺氧缺糖心肌细胞琥珀酸脱氢酶的定量分析［J］.湖北医科大学学报，1997，18(3):223-224.

［16］吕福东，温祥云，陈铁军，等.急性心肌缺血早期超微结构和琥珀酸脱氢酶变化的定量分析［J］.首都医学院学报，1994，15(4):284-286.

［17］李开刚，陆绍中，冯连世，等.不同强度耐力训练后大鼠骨骼肌酶活性适应性变化的研究［J］.中国运动医学杂志，2002，21(2):166-169.

［责任编辑 江国平］

The research is about that swimming training on the myocardium energy metabolism of rats

LI Feng1，LIU Hong-zhen2
(Guangxi Normal University for Nationalities，Longzhou 532400，China;Physical Education College of Qufu Normal University，Qufu，273165，China)

To explore the effects of swimming training on the energy metabolism enzymes activity of mice's heart muscle，the method of experiment is taken to test the mice＇s SDH，MDH，CK and the enzymes activity of Na+-K+-ATP.The results show that the SDH activity level of training group in different conditions is all lower than that of control group，while significantly lower as the mice are exhausted(P ＜0.01);the MDH activity level in the strength using up state and 24-hour-recovery state is significantly higher than that of the control group(P ＜0.05);so is the CK activity level(P ＜0 05)in the strength using up state，12-hour-recovery and 24-hour-recovery state;while the Na+-K+-ATP enzymes activity in the training group is higher than that of control group without significant difference.The conclusion shows that swimming training can improve the mice's heart muscle's energy metabolism enzymes activity such as MDH、CK、Na+-K+-ATP，but lower SDH activity level of their myocardium.Such swimming training can strengthen mice's myocardial oxygen capability and improve sports ability.

swimming training;energy metabolism;SDH;MDH;CK;Na+-K+-ATP

G 804.2

A

1007－7413(2011)02－0064－04

2010－09－17

山东省教育厅自然科学基金资助项目(J04E14)

李峰(1978—)，男，黑龙江绥化人，讲师，硕士。研究方向:远动生理学。