摘　要：以成年雄性SD大鼠为研究对象，递增强度跑台训练建立大强度耐力训练运动模型，研究了葛根总黄酮对大强度耐力训练大鼠对心肌、肝脏、肾脏、脑和股四头肌组织的Na⁺-K⁺-ATPase活性的影响。结果表明，葛根总黄酮能使耐力训练大鼠心肌、肝脏、肾脏、脑和股四头肌组织的Na⁺-K⁺-ATPase显著升高，提高细胞膜Na⁺-K⁺泵的工作效率，增强膜维持胞内外离子分布的功能。
　　
　　关键词：葛根总黄酮；耐力训练；ATP酶
　　中图分类号：G804．7
　　文献标识码：A 文章编号：1007—3612(2006)10—1367—03
　　葛根总黄酮(radices puerarire total flavone；RPTF)能改善心肌缺血，降低心肌耗氧量，它是一类重要的天然抗氧化剂，对氧自由基有很强的的清除作用，可减少机体的氧化损伤，保护功能蛋白质(包括酶类)的活性和维护细胞膜的完整性。葛根总黄酮在临床医学应用广泛，而在运动医学应用少见报道。通过本实验研究，探讨葛根总黄酮对大强度耐力训练大鼠Mg²⁺-ATPase活性的影响以及对运动能力产生作用的机制，为葛根总黄酮作为抗运动疲劳药品或运动保健饮料的开发研制提供理论和实验依据。
　　
　　1　材料与方法
　　
　　1．1　实验对象　SD雄性大鼠(由陕西中医研究所实验动物饲养中心提供)24只，体重180～220 g，两月龄，适应性饲养3d并筛选出不能训练的异常大鼠。
　　1．2　实验方法　将大鼠随机分为安静对照组(A)、大强度耐力训练组(B)和训练服药组(c)，服药组采用灌胃法给药，药品为葛根总黄酮悬浮液，浓度为150mg／mL，给药量以500mg／kg体重计算，每天灌服一次。按实验组分笼饲养，饲养室温度为25℃左右，湿度为58．92％±1．77％，照明随同自然变化。A组安静饲养，自由饮食、摄水；B组和C组于动物跑台上先进行5周的适应性训练，然后进行2周大强度耐力训练。适应性训练期间每天训练20 min，每周5d，坡度为0，跑速每周递增，分别为15m／min，22m／min，27m／min，31m／min和35m／min，共5周；强化训练期间每天训练30min，每周7d，坡度为O，速度为35m／rain，共2周。
　　1．3　取样　第8周第 ld称重后，轻度麻醉并用腹股静脉采血，制备血清。然后断髓处死，立即取心、肝、肾、脑、肌，并置于冰生理盐水中洗净血液，用滤纸吸干，置－20℃冰箱保存备用。
　　1．4　测定方法 酶液制备：称心肌组织100 mg剪碎。加50倍体积的预冷的10mmol／LTris—HCl缓冲液，用组织匀浆器制成2％匀浆。
　　ATP酶活性测定：按南京建成生物有限公司提供试剂盒的说明进行，以每毫克蛋白每小时新产生的无机磷的微摩尔数为一个酶的活性单位，即umol／mg／h。
　　1．5　数据处理 通过Excel软件系统对所测实验数据进行统计学处理，实验结果以平均数±标准差(X±SD)表示，并进行组间T-检验。
　　
　　2 实验结果
　　
　　葛根总黄酮对大强度耐力训练大鼠不同组织Na⁺-K⁺-ATPase活性的影响见表1。
　　
　　表l结果显示，大强度耐力训练后，运动对照组大鼠心肌、肝脏和脑组织中Na⁺-K⁺-ATPase的活性都明显低于安静对照组，在心肌组织中二者有显著性差异(P+-K⁺-ATPase的活性都明显高于安静对照组，二者之间有显著性差异(P　　运动+药组心肌、肝脏、脑和股四头肌组织中Na⁺-K⁺-ATPase的活性都不同程度地高于运动对照组，在心肌、脑和股四头肌组织中二者之间表现出极显著性差异(P<0．001)，Na⁺-K⁺ -ATPase的活性分别升高51．72％、77．67％和37．93％。在肝脏组织中二者之间有显著性差异(P<0．05)，Na⁺ -K⁺-ATPase的活性升高9．94％。在同一状态不同组织中Na⁺ -K⁺-ATPase活性高低变化表现一致：心肌＞股四头肌＞肝脏＞脑＞肾脏。
　　
　　3　分析讨论
　　
　　ATP酶存在于组织细胞及细胞器的膜上，是生物膜上的一种蛋白酶，它在物质运送、能量转换以及信息传递方面具有重要的作用，机体在缺氧或病理状态下，ATP酶活力发生一系列转变，所以ATP酶活力的大小是各种细胞能量代谢及功能有无损伤的重要指标。肌肉运动的直接能源物质是ATP，而ATP的水解速率又决定于ATP酶活性的高低，因而，ATP酶活性是影响肌肉收缩张力和收缩功率的重要因素。Na⁺-K⁺ -ATPase是细胞膜钠钾泵的主要组成部分，广泛存在于机体细胞膜上，主要功能为水解ATP释放能量，它们的活性降低会使神经细胞能量供给受阻，细胞内外离子交换紊乱，引起神经细胞突触体膜受损、神经细胞信息传递障碍等。此外，Na⁺ -K⁺ -ATPase与细胞内离子、水等物质的输送有关。运动性疲劳机制的研究发现，Na⁺ -K⁺ -ATPase的活性与K⁺泄漏和ca²⁺聚集存在着一定的关系。在运动中，Na⁺ -K⁺ -ATPase的活性主要受两方面因素的影响：1)运动中ATP的生成和消耗之间的平衡关系。充足的ATP生成对维持ATP酶的活性是必要的。2)运动中自由基的生成。对大鼠心肌线粒体膜的研究发现，耗竭性运动使心肌线粒体内MDA的生成增加，自由基一方面通过袭击细胞膜的磷脂双分子层，降低Na⁺ -K⁺ -ATPase的活性；另一方面，自由基能阻断生成ATP的呼吸链所必需的通道，减少ATP的生成，影响Na⁺ -K⁺ -ATPase的活性。
　　长时间持续收缩运动使肌细胞内的生化环境发生改变，导致细胞膜上特殊的K⁺通道开放，致使细胞内K⁺大量外 流，造成K⁺跨膜分布失衡，肌细胞膜电位发生改变，会使肌纤维膜上兴奋——收缩偶联机制受阻，肌肉运动减弱。Duncker等观察了在静息状态、踏板运动实验时增加心肌代谢需求情况下血管平滑肌K⁺ -ATP通道在调节冠脉血流中的作用和缺血刺激的反应。结果证实在静息状态下K⁺ -ATP通道调节冠状血管张力在缺血时与冠脉扩张有关。因此，当K⁺-ATP通道阻断时，运动状态下冠脉血管保持扩张，以保证氧需要量的增加。
　　董文度等观察了运动病时脑内Na⁺ -K⁺ -ATPase活性的变化。发现运动病时，脑内Na⁺ -K⁺ -ATPase的活性降低，导致细胞内Na⁺增加，引起脑内毛细血管内皮细胞肿胀和损伤，造成微循环障碍，加重循环性缺氧。另外，当细胞内Na⁺增多时，Na²⁺ -Ca²⁺交换增强，细胞外Ca²⁺大量内流，诱发ca²⁺平衡紊乱，造成细胞内ca²⁺超载，加重毛细血管内皮细胞进一步损伤，可使小脑维持机体平衡的功能发生障碍，从而诱发运动病不断发展和加重。
　　本实验研究表明，大强度耐力训练后，运动对照组心肌、肝脏和脑组织中的Na⁺ -K⁺ -ATPase活性都明显低于安静对照组。这可能是一方面由于大强度递增跑台训练过程中，造成大鼠心肌、肝脏和脑组织发生缺血再灌注的结果；另一方面，运动过程中机体内产生了过多的自由基，多余的自由基与ATP酶的巯基(一SH)结合，使Na⁺ -K⁺ -ATPase中的巯基含量下降，从而影响了Na⁺ -K⁺ -ATPase活性。此外，当细胞内Na⁺离子增多时，跨膜Na⁺№离子梯度减少可导致Na⁺ -Ca²⁺交换失活，这个过程伴有线粒体Ca²⁺缓冲损伤和浆膜障碍，浆膜障碍可直接增加ca²⁺通透性，诱发ca²⁺平衡紊乱，造成细胞内ca²⁺超载。细胞内钙增多时，一方面细胞内高浓度的Ca²⁺可激活磷脂酶，使膜磷脂降解，细胞膜通透性增高，Ca²⁺内流更为增加；另一方面，胞浆中过多的Ca²⁺易形成磷酸钙沉积于线粒体，使线粒体结构和功能受到破坏，ATP生成更为减少，机体组织内Na⁺ -K⁺-ATPase活性进一步降低。股四头肌组织中Na⁺ -K⁺ -ATPase活性明显高于安静对照组，这可能是由于机体为满足在运动过程中及时补充其所需能量，而产生的一种保护性机制。该结果与国外近期报道的疾跑训练可以提高人骨骼肌Na⁺，K⁺泵数量的研究结果一致。
　　服用葛根总黄酮(运动+药组)后，心肌、肝脏、股四头肌和脑组织Na⁺ -K⁺ -ATPase活性都明显高于运动对照组，股四头肌表现更为明显。其机制可能是葛根总黄酮发挥了它的抗氧化功能。它可以清除运动产生的过多自由基，一方面避免了自由基与ATP酶的巯基(-SH)结合，保护了其活性的发挥。另一方面避免了自由基与生物膜上的磷脂结合，保护了细胞膜的完整性，维持了其对各种离子正常的通透性，防止细胞内Na⁺离子增多而影响Na⁺ -Ca²⁺交换，诱发Ca²⁺平衡紊乱。同时，避免了胞浆中过多的Ca²⁺形成磷酸钙沉积于线粒体，保护了线粒体的正常结构和功能，从而提高ATP的生成量，使运动过程中所需能量能够及时供给，延缓了运动疲劳的发生。
　　综上所述，大强度耐力训练可以使大鼠心肌、肝脏和脑组织中的Na⁺ -K⁺ -ATPase活性都明显降低，但可以提高骨骼肌组织中Na⁺ -K⁺ -ATPase的活性。服用葛根总黄酮后，大鼠机体不同组织中Na⁺ -K⁺ -ATPase的活性都有不同程度的提高，说明葛根总黄酮可以提高膜上Na⁺ -K⁺泵的工作效率，增强膜维持胞内外离子分布的能力，维持细胞内外正负电荷平衡，保持细胞膜的正常电位，防止膜电位发生变化后引起的离子交换紊乱影响细胞膜或线粒体膜的结构与功能，避免能量供给发生障碍。从训练的整体看，适宜的跑台递增训练对提高运动耐力确实有效。从细胞膜水平看，训练可以提高膜上Na⁺ -K⁺泵的工作能力，维持胞内外离子的平衡，对提高机体的运动能力是有益的。
　　
　　投稿日期：2005-09-20
　　基金项目：陕西省自然基金(2003C137)，陕西省教育厅中青年科技人才培养计划项目(03JK218)
　　作者简介：李宝成(1970-)，男，陕西商南人，讲师，硕士，研究方向人体运动生物科学。
　　
　　注：“本文中所涉及的注解、表格、公式等请以PDF格式阅读原文”。