仇乃民 李巧云 马思远

(江苏省盐城工学院 体育部，江苏 盐城 224003)

6周有氧训练对高温环境下运动大鼠自由基水平的影响

仇乃民 李巧云 马思远

(江苏省盐城工学院 体育部，江苏 盐城 224003)

探讨有氧训练对机体运动热应激下自由基代谢的影响及其可能机制。方法：健康雄性SD大鼠51只，随机选取45只分为对照组(A组)、热应激组(B组)、6周有氧训练组(C组)、1次有氧运动加热应激组(D组)与6周有氧训练末次加热应激组(E组)，其余6只用于乳酸阈强度的测定。各组实验后取血清测定SOD、MDA水平。结果：(1)B、D、E组经高温暴露后，大鼠肛温迅速至39.65±0.25℃、41.02±0.14℃与39.97±0.29℃，均表现出呼吸急促、流汗、烦躁不安等，为典型的热应激症候。(2)B组血清SOD、SOD/MDA均显著低于A组，MDA高于A组；D组血清SOD、SOD/MDA均显著低于A组(Plt;0.01)与B组(Plt;0.05)，MDA显著高于A组(Plt;0.01)与B组(Plt;0.05)。(3)C组血清SOD、SOD/MDA均显著高于A组，MDA显著低于A组；血清SOD、SOD/MDA均显著高于D组，MDA显著低于D组。结论：运动热应激可导致自由基生成增多，损害组织细胞膜的结构与功能，阻断温度调节的信号通路，使体温失衡，导致热损伤；有氧训练可通过降低血MDA水平，提高SOD等活性，拮抗运动热应激对机体的损伤。

有氧运动；热应激；超氧化物歧化酶；丙二醛

机体在高温环境下进行有氧运动，受有氧代谢产热和环境热两种因素的共同作用，使机体处于运动热应激状态，易引起脱水、热痉挛、热衰竭与中暑等多种运动性病症，从而影响机体的运动能力与健康状况。近年来，运动热应激问题逐渐引起了国内外学者的关注，其研究多集中于观察运动热应激下机体血液与组织生理生化指标的变化与热应激对运动性骨骼肌微损伤的保护作用[1-4]，而对运动热应激防治手段的研究尚不多见。许多实验已证实，有氧训练能有效提高机体的抗氧化水平。[5-6]本研究通过对比分析热应激、6周有氧运动、1次运动热应激与6周有氧运动末次热应激对大鼠血自由基指标的影响，探讨有氧训练对运动热应激大鼠自由基代谢的影响及其可能机制，为相关后续研究提供实验依据。

1 研究对象与方法

1.1研究对象

健康雄性SD大鼠51只(徐州医学院动物实验中心提供)，体重196.39±18.17g。大鼠按组别分笼饲养，自然光照，通风条件良好，实验室温度为18-25℃，相对湿度50-55%，自由进食(国家标准啮齿类动物固体混合饲料)，自由饮水。实验前，所有动物均未进行过跑台运动。

1.2研究步骤与方法

1.2.1 动物分组及处理因素

随机选取大鼠45只(其余6只用于乳酸阈强度的测定)分为对照组(A组, n=9)、热应激组(B组, n=9)、6周有氧训练组(C组, n=9)、1次有氧运动加热应激组(D组, n=9)与6周有氧训练末次加热应激组(E组, n=9)5组。其中，A组不运动也不加热应激；B组不运动，取样前加热应激；C组在常温环境下进行6周有氧训练；D组在高温环境下进行一次有氧运动；E组进行6周有氧训练，末次训练在高温环境下进行。

运动方案的制定：随机选取6只大鼠，进行逐级递增负荷的跑台运动，起始跑速为25m/min，每级运动5min，逐级递增跑速3m/min，至40m/min。安静时和各级运动后即刻取大鼠尾血测定血乳酸。根据各级负荷血乳酸浓度，采用Beaver等的对数转换法(Log-Log法)[7]，计算出的乳酸阈跑速为30.2m/min。本研究采用跑台运动方式，大鼠常规喂养3天后，进行2天、每天1次的适应性跑台运动(运动时间为5min，第1天与第2天的跑速分别为10m/min与15m/min)。之后大鼠休息2天，第3天进行正式有氧训练。正式训练的运动强度依据乳酸阈强度的实验结果，参考其他大鼠跑台渐增负荷运动模型[8]，采用：第1周10m/min×15min，第2周15m/min×20min，第3周18m/min×30min，第4周21m/min×40min，第5-6周24m/min×60min。每周训练5天。D组采用24m/min×60min进行一次高温环境下运动。

热应激方案的制定：参考以往研究结果[9]，设定高温室(热应激室)干球温度为38.5±0.5℃，湿球温度35±1℃；常温室(空调室)干球温度为25±0.5℃，湿球温度21±1.0℃。将1间8m2的密封房间设计为热应激室，内置取器暖4只(功率为500～3000W)。通过调控取暖器的开放数量和功率，使热应激室保持在指定温度。B、D、E组在称重、测量肛温后放入热应激室，热应激时间为60min，实验后重测1次肛温。

1.2.2 测试样品的采集

为什么灵感像风暴？也许是因为技巧很难把握。 但反过来说，靠所谓技巧写作的永远是匠才而非天才，也许可以写出来很漂亮的文字，但永远是尘世的文字，距离天国有着无限遥远的距离。 老子曰，大巧若拙，大音希声，大象无形，生动而准确地指出了技巧与灵感的关系。 只有超越了技巧(大巧若拙)，才有可能在貌似笨拙甚至丑陋的形式下，有机会说出“神言”。 既然灵感是风暴，就不可能持续太久，“神言”也就不可能太多。 在陀氏创作中“神言”究竟占有多大的分量？罗扎诺夫在不同的场合做出过大同小异的判断。 他说：

各组大鼠实验后即刻腹腔注射20%氨基甲酸乙酯(1.5-2克/公斤体重)麻醉，摘除眼球取血5ml，静置30min后，3000r/min离心15min，分离血清用于测定SOD、MDA水平。

1.2.3 指标检测方法

SOD采用黄嘌呤氧化酶法，MDA采用硫代巴比妥酸法(TBA)，血乳酸采用酶电极法。

1.2.4 数据处理

所有数据均以“均数±标准差”(±s)表示。统计分析借助 SPSS 13.0版统计分析软件。显著性差异水平P lt;0.05，非常显著性差异水平P lt;0.01。

2 研究结果

2.1热应激下大鼠基本状态变化

B、D、E组大鼠受热后肛温(B组：39.65±0.25℃，D组：41.02±0.14℃，E组：39.97±0.29℃)均明显高于受热前(B组：37.13±0.16℃，D组：37.58±0.34℃，E组：37.43±0.22℃)，其中受热后肛温D组﹥E组﹥B组。三组大鼠受热60min后均表现出呼吸急促、流汗、烦躁不安等，为典型的热应激症候。B组还表现出活动减少，D组出现逃避行为、神情萎靡、运动能力下降等现象。

2.2血清SOD、MDA、SOD/MDA水平的比较

B组血清SOD、SOD/MDA均显著低于A组，而MDA高于A组，但差异无显著性。C组血清SOD、SOD/MDA均显著高于A组，而MDA显著低于A组。D组血清SOD、SOD/MDA均显著低于A组(P lt;0.01)与B组(P lt;0.05)，而MDA显著高于A组(P lt;0.01)与B组(P lt;0.05)。E组血清SOD(P lt;0.05)、SOD/MDA均低于A组，而MDA高于A组；血清SOD、SOD/MDA均高于低于B组，而MDA均低于B组，但均无显著性差异；血清SOD(P lt;0.01)、SOD/MDA均低于C组，而MDA非常显著地高于C组；血清SOD、SOD/MDA均显著高于D组，而MDA显著低于D组。(表1)

表1 各组大鼠血清指标的比较(x±s)

注:★ Plt;0.05，★★ Plt;0.01 vs group A ； ● plt;0.05 vs group B； amp;amp; P lt;0.01 vs group C;▲P lt;0.05 vs group D

3 分析与讨论

热应激是指在环境温度超过机体的适温区上限的影响下，因机体体内产热与散热失衡而导致的一系列生理机能与行为上的负面反应。热应激症候群常分为热衰竭、热射病(含日射病)和热痉挛三种病症。本研究参考以往研究结果[9]，将热应激环境设定为干球温度38.5±0.5℃，湿球温度35±1℃。结果显示，B、D、E组经高温暴露后，大鼠肛温迅速至39.65±0.25℃、41.02±0.14℃与39.97±0.29℃。前人实验结果表明，大鼠的致死温度一般为肛温43℃以上，本研究中大鼠最高肛温为41℃左右，连续暴露60 min后不会导致其严重衰竭或死亡。而热应激后三组大鼠均表现出呼吸急促、流汗、烦躁不安等，为典型的热应激症候。B组还表现出活动减少，D组出现逃避行为、神情萎靡、运动能力下降等现象。表明本研究设计的热应激方案能够满足研究设计要求，大鼠热应激模型建立成功。

3.2有氧训练对运动热应激大鼠自由基代谢的影响及可能机制

众多研究中，常将SOD、MDA与SOD/MDA作为评定机体运动过程中的自由基损伤程度的重要指标[10,11]。SOD归属于机体内对抗自由基的酶促体系，可有效清除超氧自由基的内源性金属离子，而其活性的变化情况可间接反映出运动中自由基的平衡状态以及体内的物质代谢。在生理条件下，SOD可有效清除体内的代谢产物，通过与其它抗氧化物质的协同作用，保护细胞膜和生物大分子不受氧自由基的攻击。因此，SOD具有保护细胞膜系统结构与功能完整性的重要作用。MDA是机体脂质过氧化反应中的代谢产物之一，其水平可反映脂质过氧化程度，间接反映出细胞的损伤情况。SOD和MDA为反映脂质过氧化程度的一对指标，SOD/MDA值可反映自由基所导致的脂质过氧化与清除速率，有利于深入客观分析自由基的代谢情况。

3.2.1 热应激与运动热应激对大鼠血清SOD、MDA、SOD/MDA水平的影响

B组血清SOD、SOD/MDA均显著低于A组，而MDA高于A组，但差异无显著性。其可能机制是：在长时间的热应激环境中，机体的体温调节无法有效纠正机体的产热与散热失衡，当体温达到某一水平时，体温调节失衡和水盐代谢紊乱引起心血管和中枢神经等系统的功能障碍，机体出现热损伤。在这一过程中，下丘脑体温调节中枢的温度调定点保持不变，遭受热损伤的原因可能是自由基损伤破坏了组织细胞膜结构与功能的完整性，从而使温度调节的信号传导通路中断。自由基的产生增多的原因可能是：热应激与体温的升高引起体内儿茶酚胺分泌增加，机体可能出现严重的组织缺氧、缺血，细胞的能量消耗大于合成，为自由基的大量生成提供了条件。此外，在缺血状态下，血液和组织中的SOD等抗氧化酶的活性下降且消耗增多，细胞清除自由基的能力下降。同时，机体产生的过量MDA又可氧化细胞膜中的多不饱和脂肪酸(PUFA)，破坏细胞膜结构，导致细胞膜严重损伤。

D组血清SOD、SOD/MDA均非常显著地低于A组，而MDA非常显著地高于A组；D组血清SOD、SOD/MDA显著低于B组，而MDA显著高于B组。该结果我们认为，在运动热应激条件下，运动引起的骨骼肌温度升高进一步提高了新陈代谢率，机体的产热量和耗氧量也进一步加大，通过与热应激的协同作用，导致自由基生成增多，从而加重了组织细胞膜结构与功能的损害，导致体温调节的信号传导通路中断，体温调节失衡，心血管和中枢神经等系统出现功能障碍，从而使热损伤程度加强。

3.2.2 有氧训练对运动热应激大鼠血清SOD、MDA、SOD/MDA水平的影响

许多研究表明，有氧训练可提高机体SOD活性，降低MDA水平，提高机体的抗自由基能力[5,6]。本研究结果也显示，C组血清SOD、SOD/MDA均显著高于A组，MDA显著低于A组。机体的体温调节是由神经内分泌系统的活动来完成，在热应激或运动热应激环境中，下丘脑体温调节中枢的温度调定点保持不变，视前区-下丘脑前部的热敏神经元(调定点神经元)发放冲动的增多，通过相应的神经联系，一方面促进汗腺的分泌，另一方面控制交感神经的活动，使交感神经紧张性减弱，皮肤血管扩张，散热增加，体温回降。在这一过程中，内分泌活动也对下丘脑体温调节中枢发挥着重要的负反馈调节作用。然而，自由基损伤则可能破坏了组织细胞膜结构与功能的完整性，使温度调节的信号通路中断。本研究中，6周的有氧训练显著降低了血MDA水平，提高了机体酶促体系中SOD等抗氧化酶的活性，通过与其它抗氧化物质的协同作用，增强了清除自由基的能力，保护细胞膜和生物大分子不受氧自由基的攻击，维持了信号通路的有效性，拮抗运动热应激对机体的损伤。大鼠受热后的肛温也显示，E组(39.97±0.29℃)低于D组(41.02±0.14℃)。而E组血清SOD、SOD/MDA均显著高于D组，MDA显著低于D组的实验结果也佐证了这一机制。

4 结论

4.1 本研究中B、D、E组经高温暴露后，大鼠肛温迅速至39.65±0.25℃、41.02±0.14℃与39.97±0.29℃，三组均表现出呼吸急促、流汗、烦躁不安等，为典型的热应激症候。B组还表现出活动减少，D组出现逃避行为、神情萎靡、运动能力下降等现象，表明本研究的大鼠热应激模型建立成功。

4.2 B组血清SOD、SOD/MDA均显著低于A组，MDA高于A组；D组血清SOD、SOD/MDA均显著低于A组(P lt;0.01)与B组(P lt;0.05)，MDA显著高于A组(P lt;0.01)与B组(P lt;0.05)。提示：热应激引起机体出现严重的组织缺氧、缺血，自由基生成增多，造成组织细胞膜结构与功能的损害，温度调节的信号传导通路中断，体温调节失衡，导致热损伤。而热应激与运动应激的协同作用，可使热损伤程度加重。

4.3 C组血清SOD、SOD/MDA均显著高于A组，而MDA显著低于A组；血清SOD、SOD/MDA均显著高于D组，而MDA显著低于D组。提示：有氧训练可通过降低血MDA水平，提高机体酶促体系中SOD等抗氧化酶的活性，通过与其它抗氧化物质的协同作用，增强清除自由基的能力，保护细胞膜和生物大分子不受氧自由基的攻击，保持体温调节信号通路的有效性，拮抗运动热应激对机体的损伤。

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Effectsof6WeeksofAerobicTrainingonRats’FreeRadicalMetabolismunderHotEnviroment

Qiu Naimin, Li Qiaoyun, Ma Siyuan

(P.E.Dept, YanCheng Institute of Technology, YanCheng, 224003,Jiangsu,China)

To investigate the influences of aerobic training on free radical metabolism under heat stress and its possible mechanism. Methods: 45 of 51 healthy SD rats were randomly selected and divided into control group (groupA), heat stress group (group B), 6 weeks of aerobic training group (group C), a bout of aerobic exercise and heat stress group (group D) and 6 weeks of aerobic training and heat stress group (group E), and the remaining six for the determination of lactate threshold intensity. Serum SOD, MDA levels in each group were determined after experiments. Results: (1) After high temperature exposure, rat rectal temperature in B, D, E group rapidly raised to 39.65±0.25℃, 41.02±0.14℃ and 39.97±0.29℃ respectively, with shortness of breath, sweating, restlessness, etc., which are typical symptoms of heat stress. (2)In group B, serum SOD, SOD/MDA were significantly lower than that in group A, MDA was higher than that in group A; In group D,serum SOD, SOD/MDA were significantly lower than that in group A (Plt;0.01) and group B (Plt;0.05 ), MDA was significantly higher than that in group A (Plt;0.01) with group B (Plt;0.05). (3) In group C,serum SOD, SOD/MDA were significantly higher than that in group A, MDA was significantly lower than that in group A; serum SOD, SOD/MDA were significantly higher than that in group D, MDA was significantly lower than that in group D. Conclusion: Exercise heat stress can lead to increasing free radical production, damage to cell membrane structure and function and as well block signal path of temperature regulation, leading to temperature imbalance and thus thermal damage. Aerobic training can reduce levels of MDA, increase the activity of SOD in blood and so antagonize body damage caused by heat stress movement.

aerobic exercise; thermal stress; SOD; MDA

G804.23

A

1672-1365(2012)06-0010-04

2012-08-20；

2012-10-07

仇乃民(1971-)，男，汉，江苏盐城人，博士，研究方向：运动生理学、运动训练学。