红景天对大鼠力竭游泳能力和心肌线粒体的抗氧化能力的影响

周海涛,曹建民,林 强

(1.北京联合大学生物化学工程学院,北京 100023;2.北京体育大学,北京 100084)

红景天对大鼠力竭游泳能力和心肌线粒体的抗氧化能力的影响

周海涛1,曹建民2,林 强1

(1.北京联合大学生物化学工程学院,北京 100023;2.北京体育大学,北京 100084)

当前红景天已经在中医药界大量应用,以改善人们抗疲劳的能力,运动界关于红景天复方的研究也有报道,但是关于红景天对心肌线粒体抗氧化能力的研究尚未见报道。通过对大鼠灌服红景天煎服液以观察其对大鼠运动能力以及心肌线粒体抗氧化能力的影响,探索红景天清除大鼠力竭运动后心肌线粒体自由基代谢产物,减弱和避免自由基对心肌线粒体的损伤,消除疲劳增强运动能力的作用,为红景天更好地应用于运动营养食品领域提供实验依据。

红景天;大鼠;抗自由基

红景天是景天科多年生草木或灌木植物,生长在海拔800～2 500米高寒无污染地带的珍稀野生植物。由于生长环境恶劣,使其从遗传上具备了特殊的适应性物质,与人参、刺五加、绞股蓝并称为植物性滋补强壮剂,具有适应原样(Adoptogen)作用,也是亚洲地区常用传统药材,具有刺激神经系统、增加工作效率、消除疲劳和预防高山症等作用。我国古代第一部医学典籍《神农本草经》,将红景天列为药中上品。服用红景天轻身益气,不老延年,无毒多服,久服不伤人。能补肾,理气养血,主治周身乏力、胸闷等;还具有活血止血、清肺止咳、解热的功效。《本草纲目》记载“红景天,本经上品,祛邪恶气,补诸不足”,“已知补益药中所罕见”。当前红景天已经在中医药界大量应用,以改善人们抗疲劳的能力,运动界关于红景天复方的研究也有报道,但是关于红景天对心肌线粒体抗氧化能力的研究尚未见报道。通过对大鼠灌服红景天煎服液以观察其对大鼠运动能力以及心肌线粒体抗氧化能力的影响,探索红景天清除大鼠力竭运动后心肌线粒体自由基代谢产物,减弱和避免自由基对心肌线粒体的损伤,消除疲劳增强运动能力的作用,从而为红景天更好地应用于运动营养食品领域提供实验依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

雄性W istar大鼠 30只,大鼠由北京实验动物研究中心提供,饲料为普通饲料 (北京实验动物研究中心提供),自由进食,分笼饲养。7周龄,平均体重 (196.9±5.2)g,按照体重,以随机分组法,分为 2组,即运动灌服水组(对照组)和运动灌服红景天水煎剂组 (服药组),每组 15只,分笼饲养,自由饮食。室温控制在(22±2)℃,相对湿度 55%～75%。连续灌胃 6d,每天灌胃一次,共 4周,对照组每次灌水 2ml,服药组每天灌服 2ml红景天煎剂 (红景天按 5g/kg生药,溶于2ml水中灌胃给药)。

1.2 训练及测试方案

两组大鼠均采用游泳运动,采用长 100cm、宽 50cm、高60cm的玻璃泳槽作为大鼠游泳训练装置,水深 50cm,水温(31±2)℃。训练 4周,第 1周不负重,第 2周负 2%体重,第3周负 4%体重,第 4周负 5%体重,每次游泳训练至力竭。力竭标准以动物下沉后 10s不露出水面为度。处死前的最后一次为无负重力竭游泳训练,力竭判断标准同上,记录达力竭的游泳时间。测定大鼠开始游泳至力竭所用时间为大鼠力竭运动能力[1],运动后即处死,用戊巴比妥钠 65mg· kg-1麻醉,冰盘暴露腹腔,迅速取心室肌组织,加人分离介质后在冰浴中剪碎,匀浆器匀浆后置离心管,据 Vaghy报道的方法在 0～4℃环境下采用差速离心分离线粒体[2]。

1.3 试剂及药品

1.3.1 红景天水煎剂 高山红景天,产地西藏,云南鸿翔药业有限公司。红景天水煎剂制法:取红景天生药 102g,加水煎煮两次。第一次 1.5h,第二次 1h,滤过,滤液合并后加水调至 120ml,放入无菌瓶内,4℃保存备用[3]。每周制备一次。

1.3.2 丙二醛(MDA)测定 采用比色法测定,试剂盒为南京建成生物工程研究所产品,严格按照试剂盒说明操作。

1.3.3 超氧化物歧化酶(SOD)测定 采用黄嘌呤氧化酶法测定,试剂盒为南京建成生物工程研究所产品,严格按照试剂盒说明操作。

1.3.4 谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px) 采用化学比色法测定,试剂盒为南京建成生物工程研究所产品,严格按照试剂盒说明操作。

1.4 数据统计

采用 SPSS12软件对所有数据进行处理,采用平均数 ±标准差 (±s),显著性检验为 T检验,显著性水平定在 P＜0.05及 P＜0.01间。

2 实验结果

2.1 运动能力的比较

服药组与对照组运动能力比较,服药组大鼠游泳运动至力竭的时间比对照组长 42.08min,P＜0.01(表 1)。

表1 大鼠游泳力竭运动能力比较

2.2 红景天对力竭大鼠心肌线粒体MDA、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、SOD含量的影响

大鼠在力竭运动后即刻测出MDA含量,二组进行心肌MDA含量比较,服药组中大鼠的MDA含量低于对照组,有显著性差异)P＜0.05(表 2)。

大鼠在力竭游泳后即刻测出 GSH-Px含量,二组进行心肌线粒体 GSH-Px合成能力比较,服药组明显高于对照组,有非常显著性差异,P＜0.01(表 2)。

在大鼠力竭运动后即刻测出 SOD含量。二组进行 SOD含量比较,服药组大鼠的 SOD含量明显高于对照组,有非常显著性差异,P＜0.01(表 2)。

表2 力竭大鼠MDA、GSH-Px、SOD含量的比较

3 分析与讨论

目前红景天药用部分主要为根和根茎。已知的化学物质有 40多种,主要是脂肪、蜡、蛋白质、水溶性挥发油、果胶、谷甾醇、丹宁、多种酚类物质等;香豆素类有香豆素 (coumarin)、7羟基香豆素 (umbelliferone)、莨菪亭 (scopoletin);黄酮类有槲皮素 (queretin)、山奈酚 (kaempefrol)、花色甙 (anthoeyan);甙类有云杉素 (picein)、茵芋甙 (skimmin)、异槲皮甙(isoqueretin)、芦丁甙 (urtin)、熊果甙 (abrutin)、红景天甙(salidroside)、黄酮甙、甙元酪醇、肉桂醇甙等。红景天中具有抗氧化活性的物质主要是红景天甙、黄酮类以及甙元酪醇[6,19]。

3.1 红景天对大鼠力竭运动能力的影响

服药组在力竭游泳测试中比对照组运动持续时间长了42.08min,说明通过服用红景天煎剂可以明显延长大鼠力竭时间,充分证明红景天在延缓大鼠运动性疲劳方面有着积极的作用。

运动时肌糖原无氧分解产生乳酸,乳酸增多后如果在血液和肌肉中大量蓄积,能引起 pH值下降,使肌钙蛋白与Ca2+结合能力降低,减少肌动蛋白的反应数量,使肌肉收缩力下降。pH值降低还可抑制磷酸果糖激酶的活性,使机体无氧供给能量途径受阻,肌体收缩能量来源不足,容易产生疲劳[7]。

根据相关研究,红景天抗疲劳作用的机理主要有以下几方面:1)红景天中的主要活性成分红景天苷可以增强机体血液载氧能力及血清 LDH活力,降低血乳酸含量,增加肝糖原、肌糖原的贮备的同时增强了肌糖元氧化供能,从而提高机体的有氧、无氧运动能力,加速运动性疲劳的消除[8];2)促使机体更节省地利用糖原和三磷酸腺苷为肌肉活动提供充分的能量[9];3)红景天中的皂苷类化合物通过预防毛细血管的收缩而加快血液循环,提高对低氧环境的适应性,并提高肌体的ATP含量,减少血乳酸形成,增加肌酸磷酸激酶含量和改善血清总蛋白含量,调整有氧代谢过程和加大动静脉血氧分压差作用,增强组织带氧能力,改善心肌作功效能[10-11]。4)红景天苷对于运动所造成的尿素氮水平异常有良好的调节作用,可促进机体在运动时维持正常的身体机能,在运动后消除疲劳。5)红景天苷能显著减少运动对大鼠红细胞膜的损伤,提高运动疲劳大鼠的耐力,其机理与降低运动疲劳大鼠红细胞膜结构的改变及纠正红细胞自由基代谢失衡有关[12]。

3.2 红景天对大鼠心肌线粒体自由基代谢的影响

自由基又称游离基,是指外层轨道含有未配对电子的原子、原子团或特殊状态的分子,他们是生物体内代谢过程中产生的副产品。自由基对人体的危害主要是使细胞膜发生变性,并丧失了对细菌和病毒的抵御能力,还攻击正在复制中的基因等。自由基与 70多种疾病有关,也是诱发疲劳和致使疲劳不易恢复的原因之一。在正常情况下体内自由基的产生和清除处于一个动态平衡状态[13]。力竭运动时,机体耗氧量增加 1 020倍,而肌纤维的耗氧量是安静时的 100倍,其中大部分的氧气在心肌线粒体呼吸链中被氧化成水,但有 2%～5%的氧气被还原成自由基[14]。

线粒体是机体的能量产生的最主要部位,机体 95%以上的能量都是在线粒体中生成的。当线粒体自由基生成增加,超过了线粒体的降解能力时就会造成线粒体中自由基的堆积,从而导致线粒体发生脂质过氧化,影响线粒体的机能,进而影响线粒体能量的生产,这是造成运动能力降低的重要因素。

力竭游泳对大鼠心肌线粒体膜结构和功能产生的影响,主要表现为 SOD、MDA含量增加,氧利用能力下降。组织线粒体中MDA是细胞脂质过氧化的一种主产物,生物膜脂质不饱和脂肪酸极易受到自由基的攻击而发生过氧化,所以组织线粒体MDA含量是目前公认的衡量机体自由基代谢的敏感指标[4]。其生成量不仅反映氧自由基生成与否,而且还反映脂质过氧化程度,因而测定MDA含量可推测脂质过氧化程度。同时因其寿命长、毒性大,还可以引起其他物质产生过氧化作用的连锁反应,所以MDA的含量亦可以反映组织损伤的程度[15]。

大鼠力竭运动后机体组织自由基生成增多,因自由基尤其是轻自由基,与游离状态或结合状态的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应,改变其结构与功能,导致生物膜破坏,造成组织细胞损伤。从实验结果看,服药组与对照组相比较, MDA含量显著降低这说明红景天中的主要活性成分红景天甙和甙元酪醇能够促进蛋白质的合成,降低酸性磷酸酶活性,抑制过氧化物歧化酶和谷光甘肽过氧化物酶活性,抑制过氧化脂质的形成而消除体内自由基并抑制自由基对生物膜的损害,从而增强机体抗氧化能力,保护机体细胞免受运动性损伤。

长期超负荷训练可使机体内自由基产生增加,因而可能会降低机体的抗氧化能力,导致机体组织细胞膜结构的损伤或引起机体疲劳。机体内存在清除自由基、减轻其危害的主要物质是抗氧化酶,其中 SOD是处于自由基防御前沿的抗氧化酶之一[4,16]。SOD是需氧生物体内数千种酶中以氧自由基为底物的唯一酶,该酶对底物显示很强的专一性,而且催化效能很高。其通过催化超氧阴离子形成过氧化氢而清除超氧阴离子,保护机体免受损伤,同时在一定范围内,自由基代谢增强时,SOD会代偿性增加。另外,SOD使超氧阴离子成为细胞内自由基的排污槽,Koppeno[17]以热水学理论支持了“排污槽”的设想,并研究发现 SOD清除超氧阴离子自由基,正好适合超氧阴离子自由基充当为电子转移的自由基“排污槽”,故 SOD活性的高低是机体抗氧化能力强弱的标志。

从实验结果看,服药组与对照组相比较,SOD含量显著增高,这说明大鼠力竭游泳明显增加了机体内自由基的形成,引起机体疲劳,红景天一方面通过改善机体供氧能力,改善运动机体微循环,增强机体免疫力,使 SOD增加,活力增强,降低心肌的过氧化脂质 (LPO)含量;另一方面可以通过减少机体超氧阴离子自由基的生成,而使 SOD的消耗相应降低。两方面的作用能够调节机体维持 SOD的动态平衡,非常显著提高大鼠力竭运动心肌组织 SOD活性,对清除机体自由基、减轻自由基对线粒体膜和肌浆网膜造成损伤,以及减轻对酶蛋白的氧化损伤起到积极作用,从而延缓疲劳发生。

GSH-Px[5]是机体广泛存在的一种重要的抗氧化酶,主要存在于细胞液与线粒体内,与 SOD、CAT一同构成了对抗机体活性氧的三道防线,可催化 GSH对过氧化氢的还原反应,从而起到保护细胞膜结构和功能完整的作用[18]。

从实验结果看,红景天对力竭游泳大鼠心肌线粒体 GSH -Px含量的影响显著,服药组的 GSH-Px含量比对照组高10.73U/mg,有非常显著性差异。实验表明红景天具有提高大鼠在力竭运动条件下心肌线粒体 GSH-Px含量的作用,对提高运动机体抗自由基能力,保护线粒体功能具有重要意义。

红景天中的主要活性成分红景天甙,也是目前研究最多的已知有效成分。据报道对近 20种红景天植物进行化学研究结果显示,约有 14种含红景天甙成分。红景天甙具有还原性,能够通过提高过氧化氢酶活性,从而提高其清除自由基的能力,抑制自由基对生物膜的损害。红景天中还含有的酚类化合物,黄酮类化合物和超氧化歧化酶等也具有抗氧化性。

红景天作为一种天然的有效体能恢复剂,不含任何违禁药物成分,不会对机体造成损伤,在抗氧化、耐缺氧、清除自由基和代谢产物堆积方面有良好效果,能够抵抗疲劳的过早出现,同时可以使机体尽快地从疲劳状态中恢复过来,更好地提高运动能力。深入探究红景天对运动能力促进作用的机制,可以为更好地开发提高运动员和普通人群抗疲劳营养品提供依据。

4 结论

1)服用红景天煎剂的大鼠的力竭游泳时间明显长于对照组,充分证明红景天在延缓大鼠运动性疲劳方面有着积极的作用。

2)服用红景天煎剂通过显著提高线粒体 SOD和 GSHPx活性,显著降低MDA含量,从而抑制线粒体过氧化脂质的形成,消除体内自由基对线粒体膜和肌浆网膜造成损伤,从而增强机体抗氧化能力,保护机体细胞线粒体免受运动性损伤,从而延缓疲劳发生。红景天可以作为提高运动能力的较好的营养品。

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Effect of Rhodiola on Sw imm ing Ability in Rats and Oxidation Resistance ofM itochondrial

ZHOU Haitao1,CAO Jianm in2,L IN Q iang1
(1.B iochem ical Engineering College of Beijing U nion U niversity,Beijing100023,China;
2.Beijing Sport U niversty,Beijing100084,China)

Rhodiola is w idely used in traditional m edicine.Currently Rhodiola has a large num ber of applications in the pharm aceutical industry to improve people’s anti-fatigue capacity.Sports industry has reported on compound rhodiola m ixture,but there is no report on Rhodiola m yocardial antioxidant capacity of m itochondria.This paper intends to observe the effect on the exercise capacity and cardiac m itochondrial antioxidant capacity of rats by giving Rhodiola decoction liquid, and to explore M itochondrial free radical after Rhodiola clearing exhaustive exercise in rats,to lessen and avoid dam age from free radicals againstm yocardialm itochondrial,to el im inate fatigue and enhance exercise capacity,so as to provide experim ental evidence for applying Rhodiola to m ovem ent nutritious food better.

rhodiola;rats;anti-free radical

G804.7

A

1004-0560(2010)05-0057-04

2010-08-12;

2010-09-09

周海涛(1976-),男,讲师,硕士,主要研究方向为运动人体科学。

林 强(1964-),男,教授,博士,主要研究方向为天然产物分离与保健食品,E-mail:lingqing@buu.edu.cn。

责任编辑:乔艳春

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