摘 要： 为探究辣椒素和运动训练对小鼠疲劳恢复后24 h血清自由基代谢的影响, 将50只雄性昆明小鼠随机分为生理盐水灌胃安静组 (NS-C) (n=12) 、辣椒素灌胃安静组 (CAP-C) (n=12) 、生理盐水灌胃力竭运动组 (NSE) (n=13) 、辣椒素灌胃力竭运动组 (CAP-E) (n=13) .运动组采尾部系2 g回形针的负重游泳训练, 训练及灌胃连续进行28天, 第29天进行一次性力竭运动, 记录小鼠游泳到力竭状态的时间, 力竭24 h后取血清测丙二醛 (MDA) 含量、超氧化物歧化酶 (SOD) 和谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-PX) 活性.结果, 与安静组相比运动组小鼠的运动时间明显增加 (P<0.01) , 血清MDA含量明显增加 (P<0.01) ;与生理盐水灌胃结合运动相比, 辣椒素灌胃结合运动能够显着增加血清GSH-PX活性 (P<0.01) , 且单纯辣椒素灌胃的效果优于运动训练.由此可知, 运动训练能够提高小鼠的运动能力, 延长疲劳时间;运动训练结合辣椒素灌胃能够增强机体清除自由基的能力, 与血清GSH-PX活性的增加有关.
关键词： 运动训练; 辣椒素; 力竭运动; 疲劳; 自由基;
Abstract： Objective: to investigate the effect of capsaicin on serum free radical metabolism from fatigue recovery 24 h after exercise training in mice. Methods: 50 male Kunming mice were randomly divided into four groups, normal saline control group ( NS-C) ( n = 12) , capsaicin gavage control group ( CAP-C) ( n = 12) , saline infusion exercise group ( NS-E) ( n = 13) and capsaicin gavage exercise group ( n = 13) . The exercise groups underwent heavy swimming training exercises each with their tail pinned by 2 g echo needle. They were trained and gavaged for 28 days, and then in the twenty-ninth day performed one-time exhaustive exercise with their exhaustion time of swimming recorded. Twenty-four hours after their exhaustiion, the concentration of malondiadehyde ( MDA) and the activity of superoxide dismutase ( SOD) and glutathionperoxidase ( GSH-PX) in their blood serum were determined. Results: compared with the control group, the swimming time of the mice in the exercise group was increased significantly ( P < 0. 01) , and the concentration of MDA in serum also increased significantly ( P < 0. 01) .Compared with the saline combined exercise group, the capsaicin combined exercise group enabled to significantly increase the activity of serum GSH-PX ( P<0.01) , and the effect of capsaicin alone was better than that of the exercise training. Conclusion: exercise training can improve the exercise ability of mice and prolong fatigue time. Exercise training combined with capsaicin can enhance the body's ability to scavenge free radicals, which are related to the increase of serum GSH-PX activity.
Keyword： exercise training; capsaicin; exhaustive exercise; fatigue; free radicals;
辣椒素是辣椒中主要的辛辣成分和具有重要生物活性的物质.大量研究表明, 辣椒素具有广泛的药用价值, 如止痛[1]、消炎、抗癌[2]和抗肥胖特性[3]等, 目前辣椒素已被证实可改善线粒体的合成和三磷酸腺苷 (ATP) 的生成[4], 新近的研究发现辣椒素还具有抗氧化性[5], 能够消除机体疲劳[4].同时长期规律适量运动, 能够增强机体的抗氧化能力, 抑制脂质过氧化[6].
多项研究表明, 运动时产生的自由基和脂质过氧化是疲劳产生的主要原因[7,8], 而血清丙二醛 (MDA) 是反映脂质过氧化和脂质损伤程度的重要指标, MDA水平升高表明机体疲劳;超氧化物歧化酶 (SOD) 和谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-PX) 作为重要的抗氧化剂, 能够清除自由基和过氧化代谢物, 增强机体的抗氧化能力, 其活性越强, 表明机体清除自由基的能力越强[8,9], 对运动后疲劳的恢复有重要意义.因此, 研究运动训练和辣椒素与血清中MDA, SOD和GSH-PX的相互关系具有重要的理论意义及应用价值.
国内外有关疲劳的动物实验大部分是在力竭运动状态下进行的[10], 究其原因, 与运动性疲劳的综合性、全身性、发生机制的复杂性导致建模过程中难以判断疲劳发生、发展和鉴定疲劳程度密切相关.因此本文研究了运动后24 h血清MDA, SOD和GSH-PX水平的变化, 旨在检验辣椒素能否促进运动后疲劳的恢复.本实验以小鼠为模型, 通过相关的生化指标研究辣椒素对小鼠运动抗疲劳的影响, 探索辣椒素清除自由基的抗疲劳作用机制.
1 材料与方法
1.1 实验动物与分组
健康雄性SPF级昆明种小鼠共50只, 体质量22~28 g, 适应性饲养3 d后随机分为生理盐水灌胃安静组 (NS-C) 、辣椒素灌胃安静组 (CAP-C) 、生理盐水灌胃力竭运动组 (NS-E) 、辣椒素灌胃力竭运动组 (CAP-E) , 安静组每组12只, 运动组每组13只.
1.2 实验试剂与仪器
主要试剂:辣椒素购自长沙鼎国生物技术有限公司;血清MDA, GSH-PX和SOD测试盒均购自南京建成生物工程研究所.主要仪器:台式离心 (湖南湘仪实验仪器开发有限公司) ;ELGA Option-Q超纯水系统 (ELGA Lab Water公司) ;UNIC-7200可见分光光度计 (尤尼柯 (上海) 仪器有限公司) ;SHH.W21.600型三用电热恒温水箱 (上海市百典仪器厂) ;涡旋混匀器 (上海达姆实业有限公司) ;移液枪 (德国Eppendorf公司) .
1.3 实验方案
1.3.1 灌胃方案
采用注射器及灌胃针进行灌胃, 参考文献[11,12]确定灌胃辣椒素浓度为10 mg/L, 剂量为0.4 m L.对照组灌胃与辣椒素相同剂量的生理盐水.每天灌胃一次, 控制灌胃时间在9:00~9:30.
1.3.2 运动训练方案
运动采用负重游泳训练, 在其尾巴系上质量为2 g的回形针, 前三天进行适应性训练, 训练时间由第一天30 min增加到第三天70 min.训练及灌胃连续进行28 d, 随后各组小鼠禁食过夜, 第二天上午9:00开始进行一次性力竭运动, 24 h后取材.力竭判定的标准为:小鼠深入水中超过10 s, 且放在平面时无法完成翻正反射[13].
1.4 测试指标及方法
用计时器测各小鼠游泳到力竭状态的时间, 力竭恢复24 h后, 眼眶采血, 放置37.5℃的恒温箱中1 h后, 4℃下2 000 r/min离心10 min, 取上清即为血清.再用相应的试剂盒测血清MDA含量以及血清GSH-PX和SOD活性.
1.5 统计学处理
各组数据采用SPSS 19.0软件进行分析, 服从正态分布且方差齐的数据进行双因素方差分析, 若不存在交互作用则进一步分析其主效应, 组间比较采用LSD检验;不服从正态分布或方差不齐的数据进行非参数检验, 组间比较采用Mann-Whithey U检验.方差分析的数据用带有标准差的条形图表示, 非参数检验的数据采用箱形图表示.以P<0.05具有统计学意义.
2 结果
2.1 各组小鼠游泳到力竭状态的时间比较
由表1和图1可以看出, 与NS-C组相比, 辣椒素灌胃并不能延长小鼠运动的时间, 但进行游泳训练后, 运动组小鼠到达力竭状态的时间比安静组明显延长 (P<0.01) , 同时与CAP-C组相比, NS-E组小鼠的运动能力也明显增强 (P<0.01) , 表明进行28 d运动训练, 能够延长运动的时间, 明显延缓进入疲劳的状态.
图1 各组小鼠游泳到力竭状态的时间Fig.1 The time of swimming to exhaustion in mice of each group
注:箱图内的线表示中位数, 箱的顶部和底部分别代表75%和25%.*表示P<0.05, **表示P<0.01, 下同
表1 各组小鼠游泳到力竭状态的时间Tab.1 The time of swimming to exhaustion in mice of each group
注:与NS-C组相比, **表示P<0.01, *表示P<0.05;与CAP-C组相比, ##表示P<0.01;与NS-E组相比, &表示P<0.05.以下各表同
2.2 血清MDA含量检测结果
双因素方差分析结果显示, 生理盐水灌胃或辣椒素与运动之间对血清MDA含量没有交互影响, 其主要影响因素是运动 (见表2) .进一步组间比较发现, 生理盐水灌胃组和辣椒素灌胃组小鼠经28 d运动训练后再进行一次性力竭运动, 在恢复24 h后血清丙二醛含量均比安静组高 (见表3和图2, P<0.01) ;与生理盐水灌胃组小鼠相比, 辣椒素灌胃能够降低血清MDA含量, 但差异不具有显着性 (见表3和图2, P>0.05) .
表2 血清MDA, SOD及GSH-PX指标双因素方差分析结果Tab.2 Twoway ANOVA analysis of serum MDA, SOD and GSH-PX indexes
图2 血清MDA含量检测结果Fig.2 Results of serum MDA content detection
表3 血清MDA含量检测结果Tab.3 Results of serum MDA content detection
2.3 血清SOD活性检测结果
由表2可知, 灌胃辣椒素和运动两因素对一次性力竭运动后再恢复24 h小鼠血清SOD活性均无显着作用, 组间进一步比较同样显示血清SOD活性无明显变化 (见表4和图3, P>0.05) , 表明疲劳恢复24 h后, 血清SOD活性不受辣椒素或运动水平的影响.
图3 血清SOD活性检测结果Fig.3 Results of serum SOD activity detection
表4 血清SOD活性检测结果Tab.4 Results of serum SOD activity detection
2.4 血清GSH-PX活性检测结果
由表2可知, 灌胃辣椒素和进行运动训练之间存在显着的交互作用, 两者通过协同作用共同促进GSH-PX活性增加.与NS-C组相比, 只进行运动能够降低血清GSH-PX活性 (见表5和图4, P<0.01) , 但在灌胃辣椒素的基础上再进行运动, 能够增加GSH-PX活性 (见表5和图4, P<0.01) .
图4 血清GSH-PX活性检测结果Fig.4 Results of serum GSH-PX activity detection
表5 血清GSH-PX活性检测结果Tab.5 Results of serum GSH-PX activity detection
3 分析与讨论
运动性疲劳是指在运动中机体不能将它的机能保持在某一特定的水平和/或不能维持某一特定的运动强度[14], 是影响运动成绩最主要的因素.随着运动生理学和运动生物化学等学科的发展以及实验技术和手段的更新, 有关运动疲劳产生的机制也逐渐清晰[7].近年来研究发现, 长时间剧烈运动使机体氧化代谢反应增加, 产生更多的自由基, 自由基和细胞膜上的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应, 从而破坏细胞结构、降低细胞功能, 是引发运动性疲劳的重要原因[7,14].其中MDA作为脂质过氧化的中间产物, 其含量能够反映脂质过氧化作用的程度[15], 而GSH-PX能够清除体内过氧化氢和有机过氧化物, 阻断脂质过氧化反应, 起到抗氧化防御作用[16], 同时SOD也作为抗氧化酶之一, 能够抗御体内氧自由基[17].
运动后疲劳的恢复是运动员和教练员关注的重点, 目前对于运动后疲劳的恢复多以物理恢复、化学恢复和神经调节方面入手[18], 虽能暂时消除疲劳, 但不能起到延缓疲劳出现的作用.近期研究发现, 辣椒中主要的辛辣成分辣椒素能够对抗自由基, 从而产生抗疲劳作用[11].已有的研究表明, 不同含量 (6~15 mg/kg) 辣椒素灌胃小鼠在运动后肝脏GSH-PX和SOD活性比正常小鼠高, MDA水平降低[12];Kempaiah等的研究也发现, 辣椒素能够通过抑制细胞和肝脏中抗氧化剂和抗氧化酶的消耗, 降低脂质过氧化反应, 从而有效降低机体氧化应激[19];有学者研究发现, 疲劳性运动即刻, 血清GSH-PX活性显着增加, 并且急性运动时血清SOD活性也增加, 推测是机体抗自由基损伤和延缓疲劳的一个防御现象[20].
本实验通过研究辣椒素和运动训练两个因素对血清MDA, SOD和GSH-PX的影响, 发现进行运动训练的NS-E组和CAP-E组小鼠血清MDA水平较安静组高, 表明NS-E组和CAP-E组小鼠在运动后24 h仍处于相对疲劳状态, 是因为其一次性力竭运动的持续时间较安静组长, 运动过程中脂质过氧化水平较高.但研究结果显示, 辣椒素灌胃不能降低脂质过氧化程度, 也不能提高小鼠的运动能力.SOD活性没有显着变化, 表明运动和 (或) 给予辣椒素对力竭运动后24 h氧自由基的清除影响不大, 这是因为大强度运动后即刻SOD活性显着降低, 但在24 h后已基本恢复正常水平[21].辣椒素灌胃结合运动训练比单纯辣椒素灌胃或只进行运动训练更能够增强机体清除自由基的能力, 表现在血清GSH-PX活性的显着增加, 且辣椒素灌胃的作用优于运动训练, 表明辣椒素能够增强疲劳运动后24 h机体的抗氧化能力.
4 结论
运动训练能够提高小鼠的运动能力, 延长疲劳时间;运动训练结合辣椒素灌胃不仅能够提高运动水平, 还能增强机体清除自由基的能力, 主要是由于辣椒素增强了血清GSH-PX活性.而辣椒素是如何调节血清GSH-PX活性从而增强机体抗氧化能力有待于深入研究, 并且在何种运动水平下辣椒素才能发挥良好的抗疲劳作用也值得进一步探究.本研究结果对于采用运动训练并结合抗氧化类天然产物在运动力竭后恢复一定时期内自由基的代谢过程研究具有一定参考作用
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