不同剂量补铁对低氧训练大鼠力竭运动后骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体活性的影响*

李 洁， 杜乐乐

(1. 西北师范大学体育学院， 甘肃 兰州 730070； 2. 随州职业技术学院医护学院， 湖北 随州 441300)

不同剂量补铁对低氧训练大鼠力竭运动后骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体活性的影响*

李 洁1△， 杜乐乐2

(1. 西北师范大学体育学院， 甘肃 兰州 730070； 2. 随州职业技术学院医护学院， 湖北 随州 441300)

目的：探讨不同剂量补铁对低氧训练大鼠力竭运动后骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体活性的影响。方法：将40只雄性Wistar大鼠随机分为5组(n=8)：安静对照组(C)、运动组(E)、运动低剂量补铁组(EL)、运动中剂量补铁组(EM)、运动高剂量补铁组(EH)。各组大鼠分别在低氧(模拟海拔3 500 m)环境中居住和训练5周，每周6 d。力竭运动后即刻取骨骼肌样本，测定线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ～Ⅳ(CⅠ～Ⅳ)活性。结果：与C组相比，E组、EL组、EM组骨骼肌线粒体呼吸链CⅠ～Ⅳ活性均显著提高(P<0.05，P<0.01)，EH组CⅠ活性显著降低(P<0.05)，CⅢ和CⅣ活性均显著提高(P<0.05，P<0.01)；与E组相比，EL组、EM 组和EH 组CⅠ～Ⅳ活性均显著降低(P<0.01)。结论：低氧训练及结合补铁均可改善低氧环境骨骼肌线粒体呼吸链功能，提高机体有氧工作能力，但低氧训练结合补铁的效果不及低氧训练。

补铁；低氧训练；骨骼肌；线粒体；呼吸链；酶活性；大鼠

iron supplement; hypoxia training; skeletal muscle; mitochondria; respiratory chain; enzyme activity; rat

【DOI】 10.12047/j.cjap.5367.2017.019

已有研究表明，长期剧烈的运动训练可以导致机体铁代谢紊乱，从而引发机体缺铁的发生，而缺铁又将影响机体的运动能力[1]。长距离自行车运动员分别进行低住高练和低住低练6周，发现训练后两组运动员的血清铁蛋白均下降，前者下降更为明显[2]。徒步越野运动员高住低练24 d后,

血液学指标改善的同时，转铁蛋白(trans ferritin,Tf)和血清转铁蛋白受体(sTfR)明显升高，铁蛋白(ferritin,SF)下降[3]，说明高住低练时运动员有可能缺铁。另有研究表明，低氧对骨骼肌铁代谢的影响与暴露时间密切相关，一定时间的低氧暴露可以提高肌细胞的铁摄取能力，降低铁释放，增加细胞内的铁含量，而长时间的低氧暴露会引起细胞铁代谢紊乱[4]。由于铁还是线粒体呼吸链中电子传递体的重要组成成分，因此铁在机体能量代谢中有着非常重要的作用。骨骼肌是运动的主要直接器官，其物质代谢和能量代谢对运动能力有直接的影响。目前，低氧训练复合补充微量元素对骨骼肌线粒体能量代谢影响的研究还十分鲜见。本研究应用小型低压氧舱，对大鼠进行低氧训练并结合不同剂量补铁，通过测定骨骼肌线粒体呼吸链酶的活性，探讨低氧训练结合补铁对线粒体呼吸链功能的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物

雄性2月龄Wistar大鼠55只，体重150 g 左右，购自甘肃中医学院实验动物中心(SPF级)，动物生产许可证：SCXK(甘)2005-0007，常规饲养。

1.2 自制低压氧舱

用有机玻璃(厚13 mm)制成封闭舱(1.3×0.7×0.55 m3,可放入动物跑台)，采用降低环境大气压的办法模拟海拔3 500 m环境。

1.3 实验方案

参照文献[5]，对购入的大鼠进行适应性训练和筛选。将保留的40只大鼠随机分为5组(n=8)：安静对照组(C)、运动组(E)、运动低剂量补铁组(EL)、运动中剂量补铁组(EM)、运动高剂量补铁组(EH)。补铁大鼠每日按低剂量28.85 mg/kg体重、中剂量57.7 mg/kg体重、高剂量115.4 mg/kg体重灌胃补充硫酸亚铁溶液1次[6]，非补铁组大鼠每日灌胃补充相同量的蒸馏水1次，每周6 d，共5周。除安静对照组不进行运动训练外，其余各组大鼠进行递增负荷水平跑台运动训练，每天1次，每周6 d，共5周，训练方案[7]见表1。所有大鼠生活和运动训练均在海拔3 500 m低氧环境中。

Tab. 1 Training plan

为了更接近高原训练后平原参加比赛的实际情况，运动训练结束后，所有大鼠在常氧环境休息1 d，然后进行水平跑台力竭运动(速度为35 m/min),记录力竭运动时间。运动力竭后即刻取股四头肌，取材方法及处理参见文献[5]。按文献[8]方法制备匀浆液和提取股四头肌线粒体。

线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ～Ⅳ(C Ⅰ～Ⅳ)活性的测定，药品和试剂，主要仪器设备参照文献[9]。

1.4 数据统计方法

2 结果

2.1 各组大鼠体重及力竭运动时间的比较

正式实验开始前,大鼠体重各组之间无显著性差异。第5周末，与C组相比,E组、EL组、EM组和EH组均显著下降(P<0.01)，分别下降23.1%、29%、31.73%和30.12%。与E组相比，EL组、EM组和EH组均显著下降(P<0.01)，分别下降7.67%、11.18%、9.13%(表2)。

大鼠运动至力竭的时间，与C组相比， E组、EL组、EM组和EH组均显著延长(P<0.01)，分别增长656.61%、330.86%、314.46%和196.82%。与E组相比，EL组、EM组与EH组大鼠运动至力竭的时间显著缩短(P<0.01)，分别缩短43.05%、45.22%和60.77%(表2)。

Group0weekofbodyweight(g)5weeksofbodyweight(g)Exhaustivetime(min)C223.4±10.5366.2±8.9856.7±18.9E195.5±12.4281.6±13.75**429±66.3**EL193.8±8.7260.0±9.0**##244.3±72.7**##EM197.3±15.4250.1±13.3**##235±74.3**##EH198.4±14.6255.9±16.1**##168.3±17.3**##

C: Hypoxic control; E: Hypoxic training; EL: Light dose iron; EM: Middle dose iron; EH: High dose iron

**P<0.01vsC group；###P<0.01vsE group

2.2 各组大鼠骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体活性的比较

与C组相比，E组CⅠ～Ⅳ活性均显著提高(P<0.01)，分别增长69.26%、170.84%、138.22%和156.88%。EL组CⅠ～Ⅳ活性均显著提高(P<0.01)，分别增长29.59%、89.9%、80.89%和44.04%。EM组CⅠ～Ⅳ活性均显著性提高，分别增长14.71%(P<0.05)、48.72%(P<0.01)、59.87%(P<0.01)和66.97%(P<0.01)。EH组CⅠ活性显著降低18.02%(P<0.05)，CⅡ活性增长 7.29%，但无显著变化, CⅢ和CⅣ活性均有显著提高，分别增长24.84%(P<0.05)和33.94%(P<0.01)。与E组相比，EL组、EM组和EH组CⅠ～Ⅳ活性均显著降低(P<0.01)，EL组分别降低23.44%、29.89%、24.06%和43.93%；EM组分别降低32.23%、45.09%、32.89%和35%；EH组分别降低51.56%、60.39%、47.59%和47.86%(表3)。以上结果表明，低氧训练、低氧训练结合低剂量和中剂量补铁均可提高大鼠股四头肌线粒体呼吸链酶活性，其中低氧训练效果最佳。低氧训练结合高剂量补铁效果还不及低氧训练结合低剂量和中剂量补铁。

GroupCⅠCⅡCⅢCⅣC0.605±0.0770.782±0.0320.157±0.0090.109±0.007E1.024±0.109**2.118±0.091**0.374±0.021**0.280±0.018**EL0.784±0.083**##1.485±0.035**##0.284±0.013**##0.157±0.068**##EM0.694±0.0588*##1.163±0.045**##0.251±0.007**##0.182±0.012**##EH0.496±0.183*##0.839±0.046##0.196±0.013*##0.146±0.009**##

C: Hypoxic control; E: Hypoxic training; EL: Light dose iron; EM: Middle dose iron; EH: High dose iron; CⅠ： Respiratory chain complexes Ⅰ； CⅡ： Respiratory chain complexes Ⅱ； CⅢ： Respiratory chain complexes Ⅲ； CⅣ： Respiratory chain complexes Ⅳ

*P<0.05，**P<0.01vsC group；###P<0.01vsE group

3 讨论

本研究结果表明，经5周的训练，各组大鼠体重增长幅度显著低于对照组，结合补铁组大鼠体重还显著低于运动组。说明低氧训练可减小大鼠体重自然增长的幅度，这可能是低氧训练导致机体能源物质消耗增加，从而使体重增长减慢。结合补铁可进一步减少大鼠体重的增长幅度，其机制还需进一步研究。

各组大鼠运动至力竭时间较对照组显著延长，运动结合补铁组显著低于运动组，其效果为E组>EL组>EM组>EH组。说明低氧训练能够显著增强机体的有氧工作能力，结合补铁不能进一步提高机体有氧运动能力，这可能与本研究采用的补铁剂量、运动训练负荷及低氧程度等诸因素有关。要寻找到各因素间最佳的匹配状态，不断提高机体有氧工作能力，还有待进一步的研究。

本研究小组前期的研究表明，模拟3 500 m低氧训练组大鼠股四头肌线粒体呼吸链CⅠ～CIII活性均显著高于常氧训练组[5]。本实验结果显示，低氧训练可提高大鼠股四头肌线粒体呼吸链CⅠ～CⅣ活性，这也与间歇性低氧训练可以提高小鼠股四头肌中有氧代谢酶-细胞色素氧化酶(CCO)和琥珀酸脱氢酶(SDH)的含量，提高机体的有氧代谢能力[10]的研究结果相呼应。低氧训练可使大鼠运动至力竭时间显著延长，也可作为骨骼肌有氧工作能力提高的一个佐证。另外，低氧训练提高大鼠股四头肌线粒体呼吸链CⅠ～CⅣ活性，可能还与低氧训练可提高骨骼肌组织抗氧化能力[5]，从而减少膜及相关基因的氧化损伤有关。

已有研究表明，低氧训练可能会导致运动员缺铁[2,3]。本研究结果显示，低氧训练结合低剂量和中剂量补铁可提高骨骼肌线粒体呼吸链CⅠ～CⅣ活性，但提高幅度均小于单独的低氧训练组，结合高剂量补铁效果不及低剂量和中剂量补铁。提示低氧训练复合外源性补铁对提高线粒体呼吸链功能无协同效应。这可能与低氧训练导致的机体缺铁，可通过长期低氧训练使铁代谢达到新的平衡，从而满足了机体所需。外源性补充铁，引起机体对补铁的应激反应，反而不利于运动能力和线粒体呼吸链功能的进一步提高有关。也可能还与本实验采用的训练计划、补铁剂量及补铁时段等有关。本研究小组前期的研究结果显示，低氧训练及复合不同剂量补铁，对大鼠肝脏线粒体呼吸链功能的影响也较为复杂，合理的低氧训练及补铁有可能改善线粒体呼吸链功能[9]。以上研究说明低氧训练期间机体对补铁刺激的适应较复杂，单纯补铁还需谨慎，只有掌握好训练负荷、补铁剂量及补铁的时段，才有可能达到理想的效果。

综上，就本研究方案，低氧训练及结合补铁均可改善低氧环境骨骼肌线粒体呼吸链功能，提高机体有氧工作能力，但低氧训练结合补铁的效果不及低氧训练。低氧训练期间补铁需慎用。

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国家自然科学基金(31060145)；甘肃省自然科学基金(1107RJZA087)

2015-10-26 【修回日期】2016-06-17

G804.7

A

1000-6834(2017)01-075-03

△【通讯作者】Tel： 13919079404； E-mail： lijie2005ty@126.com