高住高练低训不同时程大鼠骨骼肌线粒体呼吸链功能的变化

李洁王世超

1西北师范大学体育学院（甘肃兰州730070）

2大理学院

高住高练低训不同时程大鼠骨骼肌线粒体呼吸链功能的变化

李洁1王世超2

1西北师范大学体育学院（甘肃兰州730070）

2大理学院

目的：探讨高住高练低训（HiHiLo）习服过程中大鼠骨骼肌线粒体呼吸链功能的动态变化。方法：48只雄性Wistar大鼠随机分为6组：常氧对照组，HiHiLo 1、2、3、4、5周组，每组8只。HiHiLo的5组大鼠在低氧（模拟海拔2500m）环境和常氧环境中居住和训练相应周数，常氧对照组在常氧环境中不进行运动。各组大鼠在完成相应的训练后处死，即刻取血液和骨骼肌样本，分离血清，提取骨骼肌线粒体，测定血清肌酸激酶（CK）活性及骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体NADH-CoQ还原酶（复合体Ⅰ，CⅠ）、琥珀酸-CoQ还原酶（复合体Ⅱ，CⅡ）、CoQ-细胞色素C还原酶（复合体Ⅲ，CⅢ）和细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ，CⅣ）活性。结果：与常氧对照组相比，HiHiLo 1、2、3周组CK活性均显著增加（P＜0.05，P＜0.01）。HiHiLo 1周组CI～IV活性均显著下降（P＜0.01），HiHiLo 2周组CI、CII、CIV活性均显著下降（P＜0.05，P＜0.01），HiHiLo 3周组CI活性显著提高（P＜0.05），HiHiLo 4周和5周组CI～IV活性均显著提高（P＜0.05，P＜0.01）。结论：在进行本研究训练方案HiHiLo过程中，骨骼肌需2周的适应期，第3周基本适应，第4～5周线粒体呼吸链功能可显著提高，第5周训练效果最佳。

高住高练低训；不同时程；骨骼肌；线粒体；呼吸链

针对高住低训（living hightraininglow，HiLo）缺乏低氧环境运动刺激，有些研究者［1］提出高住高练低训法（livinghigh-exercise high-training low，HiHiLo），即运动员居住在人工低氧环境中，以常氧训练为主、低氧训练为辅的综合模式低氧训练法［2］，是目前最新的低氧训练手段之一［3，4］。目前学者着力于研究低氧训练对血液运氧系统、免疫系统、抗氧化系统等方面的影响［5］。细胞和分子水平的习服具体反映在线粒体，并将这一水平的习服称为线粒体习服［6］，线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ～Ⅳ是电子传递链的重要组成成分，其活性变化能直接或间接地反映线粒体呼吸功能的变化［7］。本研究应用小型低压氧舱，观察HiHiLo不同训练周期，大鼠骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体活性的动态变化，探讨骨骼肌线粒体低氧训练的习服规律。

1　材料与方法

1.1实验动物

雄性健康2月龄Wistar大鼠60只，体重130 g左右，由甘肃中医学院实验动物中心提供，动物生产许可证：SCXK（甘）2005-0007。常规饲喂。

1.2低压氧舱

通过降低环境大气压，自制低压氧舱［8］，模拟海拔2500 m（海拔表，COMPENS，序列号：60830，德国）的低气压低氧（氧含量约为15.4%）环境。

1.3动物分组

根据体重、低氧适应和跑台（DSPT-202型动物跑台，中国杭州钱江科工贸公司）运动适应情况，淘汰体重过轻或过重、不适应低氧环境和跑台运动的大鼠，保留48只大鼠进行正式实验。将筛选出的48只大鼠随机分为常氧对照组、HiHiLo 1、2、3、4、5周组，每组8只。

1.4训练方案［9，10］

HiHiLo 1、2、3、4、5周组大鼠每天暴露于低氧环境12 h、常氧环境12 h；在常氧环境中分别进行持续相应周数、每周6天（周一～六）、每天30 min、速度为25 m/ min、坡度为0度的跑台运动训练；训练日隔天（周二、四、六）增加一次在低氧环境中每天30 min、速度为20 m/min、坡度为0度的跑台运动训练。常氧对照组不运动，置舱外饲养。

1.5取材及线粒体制备

常氧对照组饲养1周取材，HiHiLo5组分别于各组训练周期结束后进行取材。安静状态下断头处死大鼠，取血和股四头肌。血样以3000转/min离心15 min，分离血清置-20℃低温保存待用。股四头肌在冷生理盐水中除去脂肪等结缔组织，滤纸吸干水份，用锡纸包裹置于液氮中冷冻，-20℃低温保存待用。每周称体重一次。

将低温保存的骨骼肌样本于0～4℃放置融化，YQ-3电动匀浆器（江苏金坛市仪表仪器厂）制备匀浆液后用UNIVERSAL 32R台式高速冷冻离心机（德国）差速离心法提取线粒体［11］。

1.6指标测试方法

1.6.1血清肌酸激酶活性测定

按肌酸激酶检测试剂盒（宁波瑞源生物科技有限公司产品）说明书，采用UVmini-1240岛津紫外可见分光光度计（日本岛津精密科学仪器有限公司）进行测定。

1.6.2线粒体呼吸链酶活性测定

采用UVmini-1240岛津紫外可见分光光度计（日本岛津精密科学仪器有限公司）测定线粒体呼吸链酶复合体NADH-CoQ还原酶（复合体Ⅰ，CⅠ）、琥珀酸-CoQ还原酶（复合体Ⅱ，CⅡ）、CoQ-细胞色素C还原酶（复合体Ⅲ，CⅢ）和细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ，CⅣ）的活性［12］。

1.7数据统计处理

2　结果

2.1大鼠血清肌酸激酶（CK）的活性

如表1所示，与常氧对照组相比，HiHiLo 1、2、3周组CK活性均显著增加（P＜0.05，P＜0.01，P＜0.05），HiHiLo 4、5周组无显著变化（表1）。

表1　大鼠血清CK的活性（U/L）

2.2大鼠骨骼肌线粒体酶复合体的活性

如表2所示，与常氧对照组相比，HiHiLo 1周组CI～IV活性均显著下降（P＜0.01）；HiHiLo 2周组CI（P＜0.05）、CII（P＜0.05）、CIV（P＜0.01）活性均显著下降，CⅢ活性无显著性变化；HiHiLo 3周组CI活性显著提高（P＜0.05），CII～IV活性均无显著性变化；HiHiLo 4周组CI～IV活性均显著提高（P＜0.05，P＜0.01）；HiHiLo 5周组CI～IV活性均显著提高（P＜0.01）。

3　讨论

3.1HiHiLo对大鼠血清CK活性的影响

CK是机体ATP-CP系统代谢的关键酶之一。正常情况下肌细胞结构完整、功能正常，CK极少透出细胞膜，血清中CK活性很低。血清中CK活性的变化能反映肌细胞对运动训练的适应程度［13］。

本研究训练期间，第1和第2周CK活性显著增高，第2周达到最高值，从第3周开始下降，第4和第5周逐渐下降已接近安静状态。CK活性由高到低为HiHiLo 2周＞HiHiLo 1周＞HiHiLo 3周＞HiHiLo4周＞HiHiLo 5周。这可能是在2500m高度髙住高练低训初期，运动时缺氧和氧自由基增加导致细胞膜脂质双层结构遭到破坏、通透性增加，组织酶向血液中渗出增加，因而血清酶活性增高；随着低氧训练进程的发展，机体逐渐对缺氧和运动训练产生了适应，肌肉组织和血液中的血管内皮生长因子大量生成［14］、血管增生［15］、携氧能力增加、抗氧化酶活性增加、细胞膜稳定性增强，使运动后组织的损伤程度下降，从而血清酶的活性降低，逐渐接近安静水平。提示经过2周训练，机体尚未适应低氧训练，从第3周开始机体对低氧训练产生适应，第4、5周已完全适应。平原运动员初到高原训练时，由于受到高原缺氧影响，CK明显上升［16］，在高住低练的初期，运动员血清CK活性明显高于对照组，而高住低练4周后，血清酶活性则明显低于对照组，并可持续到高住低练之后2周［17］。

机体对低氧训练存在适应期，习服后能减少肌肉组织的损伤、增加细胞膜的稳定性，从而改善由于低氧训练引起的血清酶活性升高。

3.2HiHiLo对大鼠骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体活性的影响

从本研究结果可看出，HiHiLo第1周结束时，骨骼肌CI～IV活性均显著性下降，提示急性低氧运动可明显影响骨骼肌线粒体呼吸功能，可能会给骨骼肌能量代谢造成障碍，从而影响骨骼肌的收缩与舒张功能。HiHiLo第2周结束时，大鼠骨骼肌CI～IV活性较第1周有所提高，CⅢ活性接近于常氧对照组，但CI、CII、CIV活性仍显著低于对照组，说明CⅢ对HiHiLo的习服用时最短，而CI、CII、CIV还没能适应HiHiLo，骨骼肌的能量生成率和代谢水平仍旧较低。HiHiLo第3周结束时，大鼠骨骼肌CI～IV活性高于第2周，且CI活性显著高于常氧对照组，CII～IV的活性与常氧对照组无显著性差异，说明大鼠经过3周的HiHiLo，骨骼肌线粒体酶活性显著增强，已经基本达到甚至高于安静组状态，大鼠此时的骨骼肌代谢水平较高，线粒体习服过程已基本完成。HiHiLo第4周结束时，大鼠骨骼肌CI～IV活性均高于第3周，且显著高于常氧对照组，说明大鼠已完成了对HiHiLo过程的习服，骨骼肌代谢水平及能量生成率将显著升高。HiHiLo第5周结束时，大鼠骨骼肌CI～IV活性进一步提高，均高于第4周。由此可见，机体进行HiHiLo的过程中，骨骼肌线粒体呼吸链功能经历1～2周的适应期，第3周基本适应，达常氧水平，第4～5周线粒体呼吸链功能提高，第5周训练效果最佳。本研究小组前期研究表明，HiHiLo 5周骨骼肌线粒体抗自由基酶活性显著增强，脂质过氧化物含量显著下降，呼吸链酶活性显著提高（P＜0.01）［18］。该研究结果的机制可能为，低氧训练初期，自由基产生增多，脂质过氧化损伤，进而引起呼吸链酶活性下降，随着低氧训练的进行，线粒体抗氧化能力不断增强，脂质过氧化损伤降低，呼吸链酶活性得到提高。本研究中血清CK活性的变化规律，可佐证过氧化损伤随低氧训练的进程有所下降。此外，随着低氧训练进程的发展，骨骼肌线粒体三羧酸循环增强，呼吸链酶催化底物（NADH和FADH2）增多，也会促进呼吸链酶活性的提高，已有研究表明［19］，低氧训练3周能提高大鼠骨骼肌三羧酸循环限速酶——苹果酸脱氢酶（MDH）的活性。另有研究表明，大鼠心肌线粒体呼吸链酶活性对低氧训练的习服需要3周的时间［20］，线粒体呼吸链酶活性在低氧训练过程中存在习服过程，习服后酶活性有提高的潜力。

表2　骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体的活性（μmol/min per mg protein）

低氧训练将影响机体组织线粒体的功能，线粒体呼吸链功能对低氧训练有习服期，习服过程需要3周时间。

4　总结

在进行本研究训练方案HiHiLo过程中，骨骼肌需2周的适应期，第3周基本适应，第4～5周线粒体呼吸链功能可显著提高，第5周训练效果最佳。

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Change in Mitochondrial Respiratory Chain Function in Skeletal Muscle of Rats during the HiHiLo

Li Jie1，Wang Shichao2
1 College of Physical Education，Northwest Normal University，Lanzhou，China 730070
2 Dali University，Yunnan，China 671003

Li Jie，Email：lijie2005ty@126.com

Objective To observe the change in mitochondrial respiratory chain function in skeletal muscle of rats during living in high altitude-exercise in high altitude-training in low altitude（HiHiLo）.Methods 48 healthy male Wistar rats were randomly and equally divided into normoxic control group（C），1-week HiHiLo group（1WH），2-week HiHiLo group（2WH），3-week HiHiLo group（3WH），4-week HiHiLo group（4WH），and 5-week HiHiLo group（5WH）.Except the group C，the rats in 1WH，2WH，3WH，4WH and 5WH lived and trained in hypoxic environment（simulated altitude of about 2500 m）and normoxic environment respectively for 1 week，2 weeks，3 weeks，4 weeks and 5 weeks.Rats in groups C and 1WH were scarified by the end of week 1，and in the other groups were scarified by the end of week 2，3，4 and 5 respectively.The blood and skeletal muscles were sampled immediately after the sacrifice.The activities of creatine kinase（CK），respiratory chain complex I（NADH-CoQ reductase，CI），complex II（succinate CoQ reductase，CII），complex III（CoQ-cytochrome C reductase，CIII），and complex IV（cytochrome oxidase，CIV）in serum or muscular mitochondria were determined.Results The activity of CK increased significantly in groups 1WH，2WH and 3WH as compared with that in group C（P＜0.05，P＜0.01）.As compared with the group C，the activities of CI，CII，CIII and CIV in group 1WH，the activities of CI，CII and CIV activities in group 2WH decreased significantly（P＜0.01，P＜0.05），the activity of CI in group 3WH increased significantly（P＜0.05），and the activities of CI，CII，CIII and CIV in groups 4WH and 5WH increased significantly（P＜0.05，P＜0.01）.Conclusion In this study the mitochondrial respiratory chain function in skeletal muscle improved significantly after 3 weeks of HiHiLo and reached its optimum at the 5th week of HiHiLo.

HiHiLo，duration，skeletal muscle，mitochondria，respiratory chain

2014.12.06

国家自然科学基金（项目编号：31060145）

李洁，Email：lijie2005ty@126.com