马齿苋提取物对力竭小鼠骨骼肌乳酸性无氧代谢的干预作用

刘金海,安玉香,马 玲

(沈阳师范大学体育科学学院,辽宁沈阳110034)

马齿苋提取物对力竭小鼠骨骼肌乳酸性无氧代谢的干预作用

刘金海,安玉香,马 玲

(沈阳师范大学体育科学学院,辽宁沈阳110034)

目的:研究马齿苋提取物对力竭运动时延缓乳酸无氧代谢的作用及其可能的机制,旨在增加其抗疲劳作用研究的针对性,进而为实际运用提供可靠的实验依据。方法:让4组小鼠连续7天按一定剂量分别饮用蒸馏水和不同浓度的马齿苋水溶液,于第8天进行力竭游泳实验,分别测定小鼠骨骼肌组织的乳酸、肌糖原含量和LDH的活性。结果:Ⅲ组和Ⅳ组的肌糖原含量显著高于Ⅰ组和Ⅱ组(P＜0.05),而乳酸含量和LDH活性显著低于Ⅰ组和Ⅱ组(P＜0.05)。结论:马齿苋提取物可显著抑制骨骼肌组织乳酸的产生,有助于延缓力竭运动的时间,其可能的机制是增强肌糖原的储备和肌乳酸的利用,降低骨骼肌LDH的活性,进而缓解因力竭运动引发的糖原耗竭、乳酸蓄积和能源障碍所致的细胞损伤。

马齿苋;无氧代谢;肌糖原;乳酸脱氢酶

持续运行极限运动势必使机体由有氧代谢进入无氧代谢状态,能量代谢由有氧向无氧转换的这种必然趋势一直是严重制约人类挑战极限的生物学问题。在竞技体育运动中,主要通过乳酸性无氧代谢能力训练或高原训练克服上述生物学问题,很少关注如何用外源性物质延缓由有氧向无氧的代谢方式的转化。研究表明,代谢方式由有氧向无氧的转化并不是缺氧造成的,提示这一转化的内在生物化学机制还有待深入研究,以延缓有氧代谢向无氧代谢的转化为切入点,有望开发出新型抗疲劳药物。

马齿苋是一种富含碱性物质的野生植物[1,2],具有较高的食用价值、营养价值和药用价值。近年来有关马齿苋化学成分的分析和临床应用已有很多报道[1,3-5],但马齿苋是否有助于延缓机体由有氧代谢进入无氧代谢状态的转换至今未见报道。由非乳酸性无氧代谢产生的能量在运动初始消耗殆尽时,乳酸性无氧代谢成为后续的大强度运动得以维持的主要供能途径。本研究将重点探讨马齿苋提取物是否对力竭小鼠骨骼肌组织乳酸性无氧代谢能力有确切的干预作用,旨在增加其抗疲劳作用研究的针对性,进而为马齿苋作为天然的运动应激保护剂的实际运用提供可靠的实验依据。

1 材料与方法

1.1 动物准备和模型制备

选择雄性8周龄封闭群昆明种小鼠,平均体重(20.68±1.61)g,购自沈阳医学院动物实验中心(白鼠许可证号:SCXK辽2008-0016)。在适应性喂养1周后进行一次适应性游泳,剔除不会游泳的小鼠,将选出的符合实验要求的小鼠按体重随机分为4组(图1),正常饲养,同时按每次10ml/kg的剂量让每组小鼠分别饮用蒸馏水和不同浓度马齿苋水溶液(在预实验中,选择了2.5%、5%和10%三个浓度,结果发现浓度为10%时效果并不理想,所以只选择了前两个有效浓度),每天2次,连续7天。末次用药后24h进行常温无负重力竭游泳,力竭标准为沉入水中超过10s,捞出后不能完成翻正反射[6]。

图1 小鼠分组示意图

1.2 实验药品和试剂

用宝鸡市方晟生物开发有限公司提供的马齿苋提取物(批号:080406,植物部位为地上部分),以蒸馏水配成2.5%和5%的马齿苋水溶液,用以复制动物模型。乳酸、肌糖原含量和LDH活性测定试剂均由南京建成生物研究所提供。

1.3 取材

末次用药后将Ⅰ组处死,即刻留取骨骼肌标本,匀浆后置于4℃保存备用。Ⅱ组、Ⅲ组、Ⅳ组分别将每只小鼠投入水深40cm水温为25℃的恒温游泳池中行无负重力竭游泳实验,力竭后即刻处死,留取骨骼肌标本,制备匀浆。测定骨骼肌组织乳酸、肌糖原含量和LDH的活性。

1.4 数据处理

运用SPSS12.0统计软件进行统计,数据以¯x±s表示,差异显著性检验采用独立样本t检验,显著性水平为P＜0.05。

2 结果

2.1 马齿苋提取物对各组小鼠游泳时间和骨骼肌糖元含量的影响

结果显示(表1),Ⅲ组、Ⅳ组的力竭游泳时间比Ⅱ组有明显的延长(P＜0.05),其中Ⅳ组延长百分率高达16.06%。同时,Ⅱ组肌糖原含量显著少于Ⅰ组(P＜0.05),其运动时相肌糖原消耗百分比为13.11,Ⅲ组和Ⅳ组的肌糖原含量不但显著高于Ⅱ组(P＜0.05),还显著高于Ⅰ组,与Ⅰ组相比,其运动时相肌糖原净储备分别为14.05%和40.64%。

2.2 马齿苋对各组小鼠骨骼肌乳酸含量的影响

由表1可知,Ⅱ组与Ⅰ组相比,Ⅱ组的骨骼肌乳酸含量显著高于Ⅰ组(P＜0.05),Ⅲ组骨骼肌乳酸含量虽然显著高于Ⅰ组,但开始显著低于Ⅱ组(P＜0.05),其蓄积率为5.18%,而Ⅳ组骨骼肌乳酸含量不但显著低于Ⅱ组,而且还显著低于Ⅰ组,其净清除率为2.03%。

2.3 马齿苋提取物对各组小鼠骨骼肌组织LDH活性的影响

与Ⅰ组相比,Ⅱ组骨骼肌LDH活性显著增加(P＜0.05),其增幅高达25.28%,Ⅲ组和Ⅳ组LDH活性均显著低于Ⅰ组和Ⅱ组(P＜0.05),其中Ⅳ组与Ⅰ组相比,其活性下降幅度高达15.92%。

表1 各组小鼠骨骼肌糖元含量、乳酸和LDH活性的变化(¯x±s)

3 讨论

3.1 马齿苋对骨骼肌组织乳酸性无氧代谢的干预作用

监测力竭运动后即刻骨骼肌组织糖原含量,可以间接反映力竭运动过程中肌糖原的生成与消耗之间的平衡情况,进而为所研发的抗疲劳药物是否对骨骼肌组织肌糖原的超量补偿作用作出判断。本实验结果显示,Ⅱ组肌糖原含量明显小于Ⅰ组(P＜0.05),说明力竭运动过程中糖原的消耗速率大于糖原生产速率,反映出力竭运动过程中糖原消耗过量,而Ⅲ组和Ⅳ组肌糖原含量均显著高于Ⅰ组和Ⅱ组(P＜0.05),说明给小鼠饮用马齿苋溶液不但能克服运动过程的肌糖原消耗,还可增加肌糖原储备量,提示马齿苋具有肌糖原超量补偿作用。人们为了应对运动应激所致的肌糖原的过度消耗,很多学者试图通过调整糖类摄取比例以获取最理想的肌肉肌糖原储存量,进而达到肌糖原超量补偿效果。以目前全球公认效果最好的现代肌糖原超补偿方法为例,需要摄取高比例糖类(生糖指数较低的糖类饮食对肌糖原储存效果较佳)以增加肌肉组织的糖原含量,其缺点是当补充的糖剂量超过某一范围时肌糖原储存速率不再继续增加,而且这种方法还易导致糖代谢紊乱。在本研究则无需调整饮食即可获得肌糖原超量补偿效果,提示马齿苋具有促进骨骼肌细胞将非糖类物质转换成糖的作用,进而为骨骼肌组织储备足够的肌糖原以随时应对各种运动应激。

乳酸是肌糖原无氧酵解的终产物,是无氧代谢的标志性产物。其生成与排除速率与诸多因素相关,为了准确反映肌肉内的乳酸代谢状态,本研究直接监测了骨骼肌组织的乳酸含量。研究显示,Ⅱ组的骨骼肌乳酸含量显著高于Ⅰ组(P＜0.05),其增加百分率高达8.69%,提示力竭运动时相骨骼肌乳酸含量有明显蓄积趋势,说明力竭运动后即刻骨骼肌组织已由有氧代谢状态转向无氧代谢状态,而Ⅲ组骨骼肌乳酸含量虽然显著高于Ⅰ组,但已显著低于Ⅱ组(P＜0.05),提示马齿苋对力竭运动过程生成的肌乳酸有清除作用,但该浓度不能完全清除运动过程中的乳酸蓄积,而Ⅳ组骨骼肌乳酸含量不但显著低于Ⅱ组,而且还显著低于Ⅰ组,提示该浓度的马齿苋对力竭运动时相的乳酸蓄积有超量清除作用。马齿苋对肌乳酸的超量清除作用具有非常重要的生理意义,这种超量清除效应至少可增加骨骼肌组织的耐酸储备能力,有效地阻止了骨骼肌组织运动时相伴随的内环境紊乱。骨骼肌作为运动的主要器官,其内环境稳定的生理意义是不言而喻的。此外,鉴于运动终末期骨骼肌乳酸含量与骨骼肌运动时相糖代谢形式密切相关,在本研究已证实Ⅰ组骨骼肌乳酸含量显著高于Ⅳ组,可见马齿苋有延缓力竭运动过程中有氧代谢向无氧代谢的转换作用,从而在运动时相尽可能维持有氧代谢。由于乳酸是骨骼肌细胞将非糖类物质转换成糖的主要原料,乳酸的清除还与其再利用相关,所以马齿苋还可能有促进乳酸转化成糖原的作用。

乳酸脱氢酶(LDH)广泛存在于机体组织中,骨骼肌组织中含量最为显著,是催化乳酸与丙酮酸之间转化的酶,直接监测骨骼肌组织乳酸脱氢酶活性对判定骨骼肌能量代谢状况具有实际意义,乳酸脱氢酶活性高低可用于评价骨骼肌等组织的无氧代谢能力,是评价乳酸性无氧代谢的标志酶。本研究结果显示,Ⅱ组骨骼肌LDH活性显著增加(P＜0.05),说明力竭运动可使LDH活性增加,提示主要靠无氧酵解供能,进一步验证力竭运动终末期机体已由有氧代谢代谢状态向无氧代谢状态转化,而Ⅲ组LDH活性已开始低于Ⅰ和Ⅱ组(P＜0.05),提示2.5%的马齿苋水溶液即可延缓力竭运动过程中有氧代谢向无氧代谢的转换,Ⅳ组LDH活性比Ⅰ组下降15.92%的事实进一步证实马齿苋提取物可显著抑制无氧代谢,进而在力竭运动过程中最大限度地维持有氧氧化,为机体提供更多的能量。本研究中马齿苋对LDH活性的显著抑制作用,从酶学角度为其具有抑制乳酸性无氧代谢的作用提供了直接证据。

3.2 马齿苋对骨骼肌组织乳酸性无氧代谢干预作用的实际意义

杨锡让根据运动员从低强度向高强度跑时体内氧代谢指标的变化,将体内从有氧代谢向无氧代谢的转化时相分为三个时期,并指出第一时相的代谢特点是有氧代谢为主,第二时相是有氧代谢和无氧代谢两者间的过渡形式,第三时相无氧代谢为主。第二时相由有氧代谢和无氧代谢过渡后的无氧代谢由乳酸性无氧代谢提供,以延缓有氧代谢向无氧代谢的转化为着眼点开发的抗疲劳药物更具针对性。体内一旦启动并以糖酵解供能为主时,必然使细胞浆内乳酸迅速蓄积,故以糖酵解的底物和终产物为主要切入点,将有助于探明所研发的抗疲劳药物是否有助于延缓有氧代谢向无氧代谢的转化。本研究已证实力竭运动组力竭运动后即刻骨骼肌组织乳酸蓄积量和肌糖原消耗量均大于安静对照组,说明力竭运动后期骨骼肌组织以乳酸性无氧代谢为主,而实验Ⅰ组出现的肌乳酸较力竭运动组的下降,说明实验Ⅰ组依然有乳酸性无氧代谢参与,但不再以乳酸性无氧代谢为主,提示该浓度的马齿苋溶液具有延缓有氧代谢向无氧代谢的转化的作用,而实验Ⅱ组不但出现了肌糖原超量蓄积效应(如前面所提,马齿苋具有促进骨骼肌细胞将非糖类物质转换成糖的作用),而且还出现了乳酸超量清除作用,提示该浓度的马齿苋溶液可有效地抑制乳酸性无氧代谢,最大限度地维持有氧代谢。

乳酸性无氧代谢能力训练旨在提高人体对乳酸的耐受力,而高原训练的目的是使机体获得耐缺氧能力,然而人体对乳酸和缺氧的耐受力毕竟有限,人体耐酸耐缺氧能力的有限性决定了这些训练手段很难获得突破性进展。近年来,人们通过补充外源性耐缺氧性物质以提高机体的耐缺氧能力,一些植物提取物的耐缺氧作用得到了普遍关注[7-9],并在高原训练和高原疾病的治疗中得到了应用,然而,如何凭借外源性物质提高机体的耐酸能力尚未引起人们的关注。有关马齿苋化学成分的分析已证实马齿苋富含生物碱[10]和矿物质[1,2],马齿苋对乳酸性无氧代谢的显著抑制作用可能与该植物富含碱性物质相关,其可能的机制在于这些生物碱可提高骨骼肌细胞的耐酸能力,提高骨骼肌细胞的碱储备,进而减少乳酸的生成,促进乳酸再利用。体内的代谢方式由有氧代谢向无氧代谢的转化的延缓无疑会使运动主体维持更长时间的有氧运动,增加机体对缺氧的耐受储备。有关马齿苋对于人体乳酸性无氧代谢的干预作用还需要进一步在运动训练实践中得到证实。但马齿苋对乳酸性无氧代谢的显著抑制作用为人体突破耐酸耐缺氧能力有限性、解决制约体能类项目突破人体极限瓶颈的问题提供了一个全新的思路。

4 结论

1)马齿苋提取物可增强肌糖原的储备,有助于延缓力竭运动的时间。

2)马齿苋提取物可有效延缓糖酵解的发生,进而缓解因力竭运动引发的糖原耗竭、乳酸蓄积和能源障碍所致的细胞损伤。其可能的机制是通过降低骨骼肌LDH的活性来抑制骨骼肌组织乳酸的产生以及加强肌乳酸的利用。

[1]王红艳,王鸿磊,黄群策.马齿苋科植物的潜在价值研究[J].中国野生植物资源,2006,25(1):23-25.

[2]肖 玫,杨 进,刘 彪,等.马齿苋及其在食品工业中的利用现状和开发前景[J].食品科学,2003,24(9):159-163.

[3]谭丽霞,周求良,尹建国,等.马齿苋的营养成份分析及其开发利用[J].中国野生植物资源,2000(4):49-50.

[4]朱晓宦,吴向阳,仰榴青,等.马齿苋的化学成分和药理活性研究进展[J].常熟理工学院学报(自然科学版),2007,21(4):60-64.

[5]朱 丽,徐为公,赵广荣.马齿苋的研究现状与综合开发利用[J].河北林果研究,2006,21(2):198-210.

[6]田京伟,杨建雄,李发荣,等.太白参对力竭小鼠的作用[J].陕西医学杂志,2002,31(4):558-561.

[7]覃辉艳,李凤文,马宇燕,等.红景天口服液对小鼠缺氧耐受力的影响[J].中国热带医学,2008,8(11):1017-1918.

[8]李丽芬,杨立志,石扣兰,等.沙棘粉对小鼠耐寒冷耐缺氧耐疲劳的影响[J].西北药学杂志,1992,7(3):18-19.

[9]李平华,耿家玲,陆宇照,等.水提三七叶苷胶囊提高缺氧耐受力实验研究[J].云南中医中药杂志,2007,28(7):37-38.

[10]王仲英,李香兰,宣春生.马齿苋总生物碱的测定[J].太原理工大学学报,2001,32(2):197-198.

责任编辑:乔艳春

Intervention on the Lactic Anaerobic M etabolis m of SkeletalM uscle with Purslane Extract

L IU Jinhai,AN Yuxiang,MA L ing
(College of Sport Science,Shenyang N orm al U niversity,Shenyang110034,L iaoning,China)

Objective:To study the effect on the lactic anaerobic m etabolism of skeletal m uscle in exhaustive m ice w ith Purslane extract and the m echanism,w ith the aim of anti-fatigue and providing the experim ental basis for practical application.M ethods:4groups of m ouse drink distilled w ater,aqueous solution of Portulaca oleracea respectively for7days.O n the eighth day,the exhaustive sw imm ing test w as done.M eanw hile the concentration of m uscle lactic acid and glycogen and lactate dehydrogenase(LDH)activity were m easured respectively.Results:The content of m uscle glycogen in groupⅢand groupⅣwere significantly higher than that in groupⅠand groupⅡ(P＜0.05),and the content of lactic acid and LDH activity were significantly low er than that in groupⅠand groupⅡ(P＜0.05).Conclusion:The Purslane extract can significantly prevent the produce of the lactic acid in skeletal m uscle,and can help slow down the occurrence of the exhaustion,and its m echanism is possibly to enhance the m uscle glycogen store and the utilizing of lactic acid,to reduce the activity of LDH,therefore relieving the cell from dam age w hich caused by the exhaustive exercise-induced glycogen depletion,lactic acid accum ulation and energy barriers.

purslane,anaerobic m etabolism,m uscle glycogen,lactate dehydrogenase

G804.7

A

1004-0560(2010)06-0094-03

2010-04-04;

2010-04-26

辽宁省教育厅科研项目(编号为20060841)。

刘金海(1978-),男,讲师,硕士,主要研究方向为运动生物化学。

安玉香(1960-),女,教授,博士,主要研究方向为体适能促进与应激防护剂科学利用,E-mail:anyuxiang88@163.com。