针灸疗法治疗运动性疲劳的抗氧化应激机制探索

刘瑞

（浙江中医药大学，浙江杭州 310053）

运动性疲劳是指身体机能的生理过程不能持续在特定水平，和/或整体不能维持预定的运动强度[1]。随着竞技体育技术的不断发展，运动性疲劳的发生也随着运动员的训练强度不断增大而增加。目前，运动性疲劳的发生机制主要有能量耗竭学说、堵塞学说、自由基损伤学说、内环境稳态失调学说等[2]。其中，自由基学说一直是运动损伤和运动训练的研究热点。针灸疗法作为一种安全有效的中医外治法被广泛地应用于运动性疲劳的防治中。本文拟从针灸抗氧化应激角度探索其可能的作用机制。

1 氧化应激与运动性疲劳

早在1982年Davies等[3]科学家即证实了运动疲劳的出现与自由基生成的增多直接相关。高强度的运动诱发机体氧化代谢增强，自由基及脂质过氧化物大量增加，抗氧化酶活性降低，当超出自身抗氧化系统的承受能力时，即可引起细胞成分的氧化损伤和机体功能损伤[4，5]。可见，氧化和抗氧化失衡是导致运动疲劳或产生损伤的重要机制[6]。

2 针灸疗法防治运动性疲劳的抗氧化应激作用机制

机体天然抗氧化系统可分为抗氧化酶及非酶类抗氧化剂。抗氧化酶通过氧化、分解、阻断等途径抑制自由基对细胞的损伤，机体内的抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase，GSP-Px）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（PCD）等。非酶类抗氧化剂包括维生素C、维生素E、β-胡萝卜素、谷胱甘肽等，作用于消除自由基的中间体来终止氧化还原反应，抑制自由基生成途径。

2.1 调节抗氧化酶含量

SOD是一种含有金属元素的活性蛋白酶，具有高催化效能，通过歧化反应催化超氧自由基被氧化成O2并同时还原成过氧化氢（H2O2），从而阻断毒性更强的羟自由基产生[7]。莫捷等[8]观察逆灸关元穴对运动训练大鼠SOD的影响，结果显示：逆灸组大鼠在末次力竭运动后，比目鱼肌SOD含量较对照组明显升高，且力竭时间延长，提示逆灸关元穴可以提高大鼠运动能力，促进疲劳恢复。李芳杰等[9]采用低强度激光穴位照射运动疲劳大鼠承山穴，发现穴位照射各治疗组的肌肉SOD含量与力竭模型组比较均有升高，差异均有统计学意义（P＜0.05），考虑为激光穴位照射能够恢复失衡的氧化还原反应所致。刘阳等[10]在不同时间艾灸预处理对大鼠运动疲劳缓解作用的实验研究中发现，“运动疲劳组穴”艾灸预处理较模型组不但可推迟大鼠运动疲劳感的产生，而且随着预处理时间的延长而显现出对血清SOD含量的作用逐渐增加。

GSH-Px是谷胱甘肽（GSH）氧化还原循环中催化还原型谷胱甘肽（GSH）氧化的主要酶之一。GSH-Px可使还原型谷胱甘肽转变为氧化型谷胱甘肽，分解H2O2，对于终止自由基引起的脂质过氧化反应具有极其重要的意义[11]。卢峻等[12]观察蒙医温针疗法对疲劳大鼠作用机理的实验研究中发现，末次运动后24 h温针组大鼠GSH-Px等抗氧化酶含量与模型组相比均明显增高，差异有统计学意义（P＜0.05），说明蒙医温针疗法可提高肝组织内抗自由基氧化酶的含量。胡蔚婧等[13]通过针刺预处理SD大鼠不同配穴观察其对延缓运动性疲劳的影响，结果显示，与运动组相比，保健穴组、标本配穴组大鼠的运动能力提高，心肌组织GSH-Px含量均明显增加（P＜0.05），且标本配穴组效果优于保健穴组（P＜0.05），提示针刺预处理对运动过程中的心肌组织具有抗氧化作用，可以缓解运动性疲劳的产生，不同穴位刺激的功效各有差异。

2.2 增强抗氧化酶活性

SOD是机体抗自由基损伤的第一道防线，SOD活性的高低能间接反映机体清除自由基的能力[14]。熊静宇等[15]用艾灸预处理大鼠足三里穴1周后，各组大鼠分别进行一次性离心运动，并在运动后不同时间点取腓肠肌匀浆检验，结果显示，艾灸组的骨骼肌组织形态结构损伤程度明显轻于运动组，骨骼肌SOD活性明显高于同时相运动组，表明艾灸预处理可以减轻大鼠一次性离心运动后的自由基产生，保护骨骼肌功能。吴立红等[16]在不同穴位疗法对高强度军训士兵自由基代谢的影响试验中发现，穴位电疗组、穴位艾灸组和穴位注射组在连续治疗2周后各观察时点的血浆SOD活性显著高于对照组（P＜0.01），据此推论，不同穴位疗法能提高抗氧化能力，有效防治运动性疲劳，其中穴位电疗组疗效略有优势。杨志丽等[17]研究显示，软组织内热针和银质针可以显著提高大鼠骨骼肌损伤组织中SOD的活性，增强机体的抗氧化能力。

GSH-Px含量的多少是衡量机体抗氧化能力大小的重要因素[18]。刘汉平等[19]在观察毫针针刺及艾灸足三里穴对运动疲劳大鼠的运动耐力、骨骼肌微循环及抗氧化酶活性影响的实验研究中发现，艾灸组和针刺组大鼠的运动耐力高于模型组（P＜0.05），艾灸组及针刺组双侧胫骨前肌线粒体内的GSH-Px等抗氧化酶的活性高于模型组（P＜0.05），其中针刺组低于艾灸组（P＜0.05），提示艾灸足三里穴能够有效地提高运动疲劳大鼠骨骼肌线粒体GSH-Px等抗氧化酶活性，有效缓解运动性疲劳，且艾灸效应优于针刺效应。吴立红等[20]研究发现，经皮穴位电刺激足三里穴可以明显提高海训士兵的GSH-Px活力（P＜0.01），提示经皮穴位电刺激疗法可提高抗氧化酶活力，有效防止脂质过氧化反应，从而延缓运动性疲劳的发生发展，促进运动性疲劳的恢复。

CAT存在于细胞内过氧化氢酶体中，可使红细胞及线粒体中的过氧化氢分解成H2O和O2。尽管在动物实验及临床观察中，针灸对运动性疲劳的动物及个体CAT的影响鲜有报道，但文献[21-23]显示，针灸对增强CAT活性的作用是明确的。

2.3 降低脂质过氧化物含量

丙二醛（MDA）是自由基攻击细胞膜不饱和脂肪酸后产生脂质过氧化反应的代谢产物，对细胞有严重的毒性作用，MDA含量可以反映机体内脂质过氧化的程度，并间接反映氧自由基对细胞的损伤程度[24，25]。周龙岗等[26]研究证实，艾灸神阙穴可以降低长期疲劳大鼠机体血清MDA含量，有效改善大鼠的疲劳症状。汶希等[27]观察针灸对大鼠海马细胞凋亡指标的影响，结果显示，与疲劳模型组相比，针灸组海马组织的总抗过氧化能力（TAOC）增强，MDA含量减少，可减轻运动所产生的内源性自由基对大鼠大脑的伤害。梁宜等[28]在观察经皮穴位电刺激对跑台力竭大鼠的自由基代谢影响中发现，经皮穴位电刺激足三里穴可明显延长大鼠力竭运动时间，降低血浆和股四头肌中MDA的含量。陈筱春等[29]研究发现，点穴法在运动训练中可以提高机体对运动的适应能力，点压肾俞、照海穴对网球运动员定量负荷后MDA含量作用明显，点穴组明显低于训练组，自身对照也低于试验前（P＜0.01），表明点穴可以减轻因自由基介导的脂质过氧化损伤。陈广勇等[30]观察60名运动训练专业学生在早期行无烟艾条干预后不同时间的自由基指标变化，发现艾灸能很好地对抗运动性疲劳的发生，结果显示，运动前5 d开始或运动后运用艾灸干预，血清MDA水平能较快下降并趋于正常水平。马海峰等[31]通过针刺三阴交结合足三里观察力竭运动大鼠心肌和肝脏组织的相关变化，结果发现大鼠针灸穴位对心肌、肝脏组织丙二醛有良性影响，考虑针刺穴位可以抑制力竭运动所致肝脏组织脂质过氧化水平的增加，对肝脏组织的抗氧化能力有特异性，减轻了细胞的损伤。

2.4 抑制自由基生成

艾叶是菊科植物艾草的干燥叶[32]，经一定工艺加工成艾绒，艾灸疗法便以艾绒为主要施灸材料[33]。艾叶中含有丰富的黄酮类、多糖类化合物，具有较强的抗氧化活性[34]。

艾叶多糖属于植物多糖，研究[35]表明，植物多糖不但可以通过核因子κB（NF-κB）信号通路减少炎症因子的分泌，缓解氧化应激损伤，而且可通过丝裂原活化蛋白激酶/核因子E2相关因子2（MAPK/Nrf2）信号通路清除机体或细胞内自由基。胡岗等[36]在艾叶多糖体外抗氧化作用研究中发现，艾叶多糖可明显清除羟自由基、超氧阴离子自由基以及1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）自由基。袁慧慧等[37]在艾叶多糖抗氧化活性研究中发现，艾叶多糖可清除羟自由基和超氧自由基，且随多糖剂量的增加，呈现明显的量效关系。

黄酮类化合物通过其分子中的多个羟基与自由基反应生成稳定的半醌式物质而终止自由基的链式反应[38]。何姿等[39]报道，经过工艺优化的艾草总黄酮可有效抑制DPPH自由基和ABTs自由基的产生，具有很强的抗氧化活性。

艾叶燃烧产物可以从施灸部位实现皮肤渗透从而达到治疗效果。洪宗国[40]将艾叶燃烧物用甲醇萃取后研究其对甲基丙烯酸甲酯自由基聚合反应速率的影响，发现各组分都有较好的抗自由基的能力。杨梅等[41]研究发现，艾叶燃烧产物中的成分5-叔丁基连苯三酚具有超强抗氧化能力，其自由基清除率分别为维生素C和人工合成抗氧化剂2，6-二叔丁基对甲酚（BHT）的1.55倍与1.21倍，证实艾灸抗氧化作用与艾叶的药性有关。

2.5 调控次黄嘌呤代谢

次黄嘌呤途径是剧烈运动导致自由基生成的主要机制之一[42]。力竭运动时机体耗能增加，三磷酸腺苷（ATP）大量分解导致其代谢产物如二磷酸腺苷（ADP）、单磷酸腺苷（AMP）、次黄嘌呤核苷酸（IMP）浓度升高[43]。大量IMP继续降解生成次黄嘌呤，堆积在组织和体液中，在黄嘌呤氧化酶作用下生成大量的活性氧、过氧化氢H2O2和尿酸等，形成过量的自由基。次黄嘌呤转化为黄嘌呤，与充足的氧反应也生成大量的自由基[44]。贾银浩[45]使用电针刺激足三里、关元、委中和肾俞穴，对一次800米跑后运动员的尿液代谢组学特征研究发现，电针刺激穴位对运动员运动后的次黄嘌呤代谢有明显的调控作用，考虑电针刺激穴位具有加快血循环、促进氧供给的功效，通过促进次黄嘌呤向IMP的转化，进而合成ATP，从而缓解了次黄嘌呤的继续流失。研究提示电针治疗可从次黄嘌呤途径上阻断自由基的产生。

2.6 保护线粒体及内质网功能

自由基增多诱发氧化应激反应，破坏生物膜的完整性、流动性及通透性，导致运动能力下降，诱发运动性疲劳。

柯维旺等[46]在研究热敏灸对运动大鼠运动能力和心肌、骨骼肌细胞线粒体过氧化损伤的影响实验中发现，热敏灸足三里穴可降低过度运动大鼠骨骼肌细胞线粒体过氧化损伤，具有明显的抗运动性疲劳作用。潘华山等[47]将SD大鼠分为针刺组、空白组和运动疲劳组，针刺组取足三里、阳陵泉、内关和肾俞穴，取材观察中等运动强度的水平跑台运动对3组大鼠的肌细胞线粒体形态、SOD活性等指标的影响。结果显示，与运动疲劳组相比，针刺组骨骼肌线粒体MDA含量低、SOD活性高，线粒体形态更趋于正常，且能提高线粒体膜电位和钙离子含量，提示针刺能有效地减轻运动性疲劳状态下骨骼肌线粒体的损伤，通过改善线粒体功能紊乱、减轻活性氧自由基的毒性来提高运动机能，发挥抗疲劳功能。罗磊等[48]通过电针游泳力竭大鼠的双侧肾俞，观察到力竭前后不同时间大鼠运动能力加强、疲劳时间延缓的同时肾脏线粒体自由基病理变化减轻，考虑这一作用是通过电针提高线粒体氧化代谢能力，保护巯基免受自由基攻击，有效抑制线粒体内游离Ca2+外流而实现的。

卢峻等[49]研究发现，电镜下观察艾灸组力竭游泳的SD大鼠胞质内线粒体和粗面内质网较丰富、结构较清晰，与安静对照组及模型组比较有明显差异，提示艾灸可改善肝细胞的超微结构，缓解肝细胞损伤。

由此可见，针灸疗法可通过抗氧化应激途径保护线粒体和内质网结构及功能。

2.7 增强非酶类抗氧化剂含量

维生素C是体内非酶类抗氧化系统的重要组成部分。国外研究[50]证实，黄酮类物质可显著增加豚鼠肝、肾、脾等组织中维生素C含量。而艾叶中恰恰含有丰富的黄酮成分[51]。

3 讨论

自由基损伤学说指剧烈运动导致氧化磷酸化反应加快，组织中的内源性自由基含量急剧增加，超过了自身抗氧化系统的清除能力[52，53]，从而产生运动性疲劳或运动损伤。

自由基（Free radical）在生物体内普遍存在，具有高化学反应性。生物体内存在有超氧阴离子自由基（O2-·）、羟自由基（·OH）、氢过氧基、过氧自由基等多种自由基，统称为活性氧（reactiveoxygen species，ROS）。正常情况下，生物体内的低浓度活性氧与多种抗氧化酶共存，处于产生与消除的动态平衡之中。高强度运动时体内氧自由基产生增多，脂质过氧化反应增强，机体抗氧化系统不足以清除足量的自由基，残余的自由基与细胞内的脂类、糖类等物质发生过氧化反应，细胞结构及功能破坏，造成细胞膜通透性增加，细胞内容物外流，ATP生成受阻，细胞内钙离子外流而胞浆内钙离子堆积，运动性疲劳和运动损伤由此发生。

力竭运动时细胞膜脂质过氧化，氧自由基大量生成，SOD、GSH-Px等抗氧化酶被大量消耗，自由基清除能力减弱。因此，提高抗氧化酶含量及增加其活性在维持氧化及抗氧化平衡中的作用至关重要。针灸疗法的在体实验和动物实验已证实，在运动性疲劳的治疗中，不论是针刺、艾灸，还是穴位注射、穴位照射等各种针灸疗法，均可以上调机体或组织SOD、GSH-Px、CAT等抗氧化酶的含量和活性，减少了毒性过氧化产物的生成，提高了细胞氧化防御体系。

脂质过氧化作用主要是指由活性氧引发，在生物膜磷脂中发生的一种自由基链式反应，其特点是链式的产生脂氢过氧化物。脂质过氧化产物包括醛基（MDA）、酮基、羟基、氢过氧基等[54]。而运动后体内的自由基脂质过氧化反应增强的机制主要是由于线粒体的氧化磷酸化、细胞内钙超载和次黄嘌呤途径产生了大量的ROS，机体内源性的抗氧化防御系统不能有效地清除ROS[55]。研究[36-42，46]证实，针灸疗法在抗线粒体氧化、调节次黄嘌呤代谢方面均呈现有效性，因此，抑制了脂质过氧化反应的初始途径，有效降低了脂质过氧化物的产生；艾灸使用的艾绒可通过其有效成分直接抑制自由基产生，由此抵抗自由基对细胞的损害，在机体氧化与抗氧化平衡中起重要作用。

力竭运动后，线粒体能量代谢障碍，线粒体巯基谷胱甘肽含量下降引起的线粒体渗透性转运，引起钙离子转运的失调；自由基大量生成、酸性代谢产物积聚还可引发内质网应激和运动疲劳的发生[56]。多项实验[46-49]表明，针刺、电针、艾灸、热敏灸等疗法可降低骨骼肌线粒体的损伤，提高线粒体氧化代谢能力，有效地抑制线粒体内游离Ca2+外流，降低内质网应激，从而调控自由基产生与清除的动态平衡，提高机体和细胞的抗氧化防御能力。

因此，针灸疗法通过提高抗氧化酶含量及活性、降低脂质过氧化物含量、抑制自由基生成、保护细胞器功能等多个途径清除自由基，减轻运动性疲劳所致的机体损害，促进疲劳的恢复，是一种安全有效的中医外治法。

中医学理论认为针灸刺激经络腧穴，可以起到舒筋活络、调节气血、平衡阴阳的作用而消除疲劳[57]，并激发人体自身机能，具有良性的双向调节作用。虽然针灸在运动性疲劳中的干预研究已经普遍展开，但仍存在着细胞水平研究广度不足、分子机制水平研究少且深度不够等问题，有待进一步加强。