牛磺酸对丙二醛诱导疲劳大鼠的保护作用

摘 要： 目的：研究丙二醛（MDA）诱导的运动性疲劳及牛磺酸（Tau）抗运动性疲劳作用及可 能的机制。方法：60只SD大鼠分成对照组（C组）、生理盐水组（E组）、Tau组（T组）、MD A组（M组）及Tau喂食后再喂食MDA组（T+M组）和MDA喂食后再喂食Tau组（M+T组），测试各 组大鼠7 d游泳力竭所经历时间变化，及LA和LDH活性，心肌和腓肠肌Ca2+-ATPase、N a+-K+-ATPase活性的差异。结果：M组大鼠力竭时间缩短而T组大鼠力竭时间延长，T+M 组大鼠力竭时间缩短而M+T组大鼠力竭时间又延长；T组大鼠LA降低而LDH活性升高，喂食MDA 后则逆转了这一过程，M组大鼠LA升高而LDH活性降低，喂食Tau后也能拮抗这一过程；M组Ca 2+-ATPase、Na+-K+-ATPase活性活性降低而T组活性升高，M组大鼠喂食Tau及T组 大鼠喂食MDA后可以逆转这一过程。结论：MDA可以直接诱导运动性疲劳而Tau能有效的抗MDA 所诱导的疲劳过程。

关键词：牛磺酸，丙二醛，游泳力竭运动，运动性疲劳

中图分类号：G804.87文献标识码：A文章编 号：1007-3612(2011)03-0071-04

The Protection of Taurine for Rats of Malondialdehyde Induced Ex ercise Fatigue

YANG Ai hua1，SHEN Wei hua2，TANG Hua3，CAI Jian guang2

(1.Department of P.E，Changsha University of Science & Techno logy，Changsha 410001，Hunan China;

2.Department of P.E.，Hunan Unive rsity of Science & Technology，Xiangtan 410200，Hunan China;

3.Hunan Cit y University， Department of P.E.，Yiyang 410300，Hunan China)

Abstract: Objective: To investigate malondialdehyde (MDA) induced exercise fatigue and theprotection of taurine (Tau) for rats. Methods: 60 rats were divided into contr ol group (C group)， physiological saline group (E group)， taurine fed group (Tgroup)， MDA fed group (M group) for seven days， respectively. Then T group f ed with MDA (T+M group)， and M group fed with tau (M+T group) for seven days，respectively. The duration of swimming exhaustive exercise was recorded of allgroups of rats in the seven days， and also the levels of lactic acid (LA)， th e reactivity of lactic dehydrogenase (LDH) were determined， and then the reacti vity of Ca2+ ATPase， Na+ K+ ATPase from cardiac muscle and gastroc nemius were detected by spectrophotometer. Results: The duration of swimming ex haustive exercise was shortened for the M group and was prolonged for the T grou p in the first seven days treatment， and it was then reduced for the T+M group ， increased for the M+T group in the next seven days treatment. The levels ofLA were decreased and the reactivity of LDH was increased in the T group， the Mgroup was reverse to the T group in the first seven days treatment. The levelsof LA were then increased and the reactivity of LDH were decreased in the T+M g roup and the M+T group rats were reverse to the T+M group in the next seven daystreatment. The reactivity of Ca2+ ATPase， Na+ K+ ATPase were inc reased in T group and were decreased in M group rats in the first seven days tre atment， and also it was then decreased in the T+M group and was increased in th e M+T group as well. Conclusion: It was indicated that MDA， the mediate produc tion of lipid oxidation， can directly induce the exercise fatigue， and tau canefficiently reverse the effects acted by MDA.

Key words: taurine; malondialdehyde; swimming exhaustive exercise; exerc ise induced fatigue

运动性疲劳是运动医学和运动生理学研究的永恒主题。关于运动性疲劳的形成机制，人 们提出了各种假说，如自由基伤害学说、神经递质学说、乳酸堆积学说及Ca2+稳态异 常学说等［1］。牛磺酸（Taurine, Tau）作为名贵中药“牛黄”的主要成分，具有 抗氧化、缓解运动性疲劳［2］及在治疗老年性疾病［3］中的作用已经得到广 泛的研究。丙二醛（Malondialdehyde，MDA）是机体在物质代谢和能量代谢过程中形成的中 间产物，其往往只作为一个生理指标指示机体的氧化应激和/或疲劳状态，而忽略其引起机 体稳态破坏［4］和导致机体疲劳的重要因子。在本研究中，利用游泳力竭大鼠和MDA 致疲劳大鼠比较，分析MDA在致运动性疲劳和Tau在抗运动疲劳中的可能机制。

1 材料与方法

1.1 实验材料与分组  80只成年SD大鼠购自中南大学湘雅医院实验动物中心，雌雄不限，体重为220～275 g。 在我实验动物房正常喂养一周后，行力竭游泳3 d（1次/d），淘汰游泳能力最强的前10只 和游泳能力最差的后10只大鼠。余下60只正常喂养7 d后随机分成4组。正常对照组10只（C 组）、生理盐水喂食组10只（E组）、Tau喂食组20只（T组）和MDA喂食组20只（M组）。C组 为空白对照组；E组每天喂食1次生理盐水，M组每天喂食1次MDA，T组每天喂食1次Tau，各组 连续7 d，每天1次力竭游泳运动并记录力竭时间。C组、E组全部和M组、T组各取10只大鼠处 死采血测定相关生理指标。余下的10只T组大鼠每天继续喂食1次MDA（T+M组），10只M组大 鼠每天喂食1次Tau（M+T组），连续7 d，再记录每天游泳力竭的时间，第7 d处死T+M组和M+ T组各10只大鼠，采血测定有关生理指标。

1.2 研究方法

1.2.1 游泳力竭运动方案在直径130 cm，高50 cm的圆形水池中，水深为30 cm，保持水池中水的温度为25℃。在实 验大鼠的尾部吊体重5%的铅块游泳，从大鼠放入水池开始计时，以大鼠沉入水面以下10 s所 耗时间为大鼠力竭运动时间。

1.2.2 试剂和仪器四甲基丙烷（1,1,3,3-tetramethoxypropane, TMP）和牛磺酸（Taurine）购自sigma公 司；乳酸浓度和乳酸脱氢酶活性测定试剂盒及Ca2+-ATPase、Na+-K+-ATPase活性 测定试剂盒购自南京建成生物工程公司，其它试剂为分析纯级别，均购自上海生工生物工程 公司。主要仪器为LS-45分光光度计，美国Perkin Elmer公司产品。

1.2.3 Tau配制、MDA的制备先将Tau溶解于1N的盐酸中，然后用1N的NaOH中和到pH 7.0后，过滤除菌，最后用生理 盐水配制成浓度为10%的Tau溶液。Tau喂食剂量为每100 g大鼠体重10 mg（即每100 g体重大 鼠喂食1 mL）。MDA的制备按照文献［5］提供的方法配制，用TMP制成10 mM浓度的MD A，喂食剂量为每100 g大鼠1 mL。

1.2.4 血乳酸浓度和乳酸脱氢酶活性的测定血乳酸（lactic acid，LA）浓度和乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase, LDH）活性 的测定采用化学比色法，按照试剂盒说明书的实验步骤进行测定。

1.2.5 心肌、腓肠肌细胞膜的分离及Ca2+-ATPase、Na+-K+-ATPase活性的测 定心肌细胞膜的分离参照文献［6,7］的方法进行。基本方法将动物处死后置于冰盒中 迅速 取出心脏和腓肠肌，在预冷的生理盐水中洗净残留血液，去除大血管及结缔组织，取0.3× 0.3大小的组织块，在冰浴中剪碎并匀浆分离出心肌和腓肠肌细胞膜。膜蛋白的定量用Lowr y 法。心肌、腓肠肌细胞膜Ca2+-ATPase、Na+,K+-ATPase活性的测定采用化学比色 法，按照试 剂盒说明书的实验步骤进行测定。酶比活性用每毫克蛋白单位时间（h）内酶催化ATP水 解释放的无机磷量（mmol）表示，即m mol Pi/mg pro/h。

1.2.6 数据分析本研究中给出的所有数据为平均值±标准差。不同组间的比较采用SPSS13统计软件进行 方差分析（ANOVA），并用Origin7.5软件进行统计绘图。P<0.05代表统计学上有显著差 异，P<0.01代表统计学上有极显著差异。

2 结 果

2.1 各处理组大鼠游泳力竭所历时间的变化

2.1.1 C组、E组、M组和T组大鼠游泳力竭所历时间的变化大鼠游泳力竭所经历的时间是反应大鼠体能的重要生理指标。组间比较，除E组和C组外，其 余各组从第2 d开始就有极显著差异。其中E组和C组大鼠在连续7 d的游泳中力竭运动时间与 第1天相比有所增加，应该是每天训练的结果。T组大鼠从第2 d开始，力竭时间极显著延长 （P<0.01）；而M组大鼠则从第2 d开始，游泳力竭的时间则显著缩短（P<0.05） ，第3 d开始有极显著变化（P<0.01）(图1)。

图1 不同处理组大鼠游泳力竭时间变化 2.1.2 M+T组和T+M组大鼠游泳力竭所历时间变化T+M组大鼠其运动能力逐渐降低，游泳力竭时间缩短；而M+T组大鼠其运动能力在 不断增强，游泳力竭时间在不断延长。统计表明，除第5 d外，其余各天都有显著差异或极 显著差异(图2)。

图2 M+T组和T+M组大鼠游泳力竭时间变化2.2 各处理组大鼠血LA浓度和LDH活性的变化为研究MDA和Tau对大鼠与运动有关生理指标的影响，测定了C组运动前、E组运动后、M组、T 组、T+M组和M+T组运动后血乳酸（LA）浓度和乳酸脱氢酶（LDH）活性的变化(图3，图4)。

与C组比较，E组LA浓度升高达到极显著水平（**P<0.01）；T组LA浓度则下降，达到显 著水平（*P<0.05）；M组LA浓度升高达到极显著水平（**P<0.01），且比E组LA 浓度更高，之间也有显著性差异（#P<0.05）。与C组比较，M+T组大鼠LA浓度达到极显 著差异（**P<0.01）。T组与T+M组比较，LA浓度升高达到显著水平（&P<0.05） ；M组与M+T组比较，LA浓度下降达到显著性差异（%P<0.05）。说明MDA能使血LA浓度 升高，而Tau则能降低血LA水平(图3)。

图3 各处理组大鼠血乳酸浓度的变化图4 各处理组大鼠血乳酸脱氢酶活性的变化 图4显示了各处理组间大鼠乳酸脱氢酶（LDH）活性的差异。与C组相比，E组LDH活性没有显 著性差异（P>0.05）；T组LDH活性升高达到极显著差异（**P<0.01）；M组LDH活 性 降低达到显著水平（*P<0.05）。与T组比较，T+M组大鼠LDH活性降低达到极显著水平 （ ##P<0.01），而M+T组与M组比较，则LDH活性则又有所升高，达到显著性差异（&P <0.05）。

2.3 各处理组大鼠心肌和腓肠肌Ca2+-ATPase、Na+-K+-ATPase活性的变化本实验测定了心肌、腓肠肌在大鼠游泳力竭后Ca2+-ATPase和Na+-K+-ATPase活性 的变化(图5，图6)。

图5 大鼠心肌和腓肠肌Ca2+-ATPase活性图5显示不同组大鼠心肌和腓肠肌Ca2+-ATPase活性变化。与C组大鼠比较， E组大鼠 活性降低，其中心肌降低达到极显著水平（**P<0.01），腓肠肌降低达到显著水平（# P<0.05）；T组大鼠心肌和腓肠肌活性都升高，达到显著水平（P<0.05）；M组大 鼠 心肌和腓肠肌中活性都降低，都达到极显著水平（P<0.01）。T+M组与T组比较活性降 低 ，达到极显著水平（&& P<0.01）；M+T组与M组比较，活性又有升高，升高达到显著水 平（% P<0.05）。

图6显示各组大鼠心肌和腓肠肌Na+-K+-ATPase活性的变化。与C组比较，E组大鼠其活性 降低而T组大鼠其活性升高，心肌和腓肠肌变化都达到了显著水平（P<0.05），而M组 大 鼠则降低达到了极显著水平（P<0.01）。T+M组与T组大鼠比较，活性降低达到极显著 水 平（&&P<0.01），而M+T组大鼠与M组比较，其活性又升高达到显著水平（%P<0.0 5）。

图6 大鼠心肌和腓肠肌Na+-K+-ATPase活性

3 讨 论

Tau是机体内一种结构简单的非蛋白氨基酸（2-氨基乙磺酸），广泛分布于动物组织细 胞中，在哺乳动物体内，神经、肌肉、腺体等可兴奋组织含量较高。已有的研 究表明，Tau在动物机体中有非常重要的生理功能，包括解重金属毒性［8］、稳 定细胞膜、调节渗透压［9］、调节神经的兴奋性［10］及维持细胞中适当的 Ca2+水平［11］。Tau的这些功能，对 维持细胞的稳态，保证机体的生命活动处于最佳状态发挥重要作用。然而在疾病、衰老或剧 烈运动后的骨骼肌中，Tau在肌纤维中的含量却会显著降低［12］。丙二醛（MDA ）是机体在物质代谢和能量代谢过程中形成活性羰基类物质的重要代表之一［13］， 研究表明机体在运动性疲劳或者衰老状态下，MDA的水平都会显著升高。

机体运动性疲劳的发生，科学工作者提出有各种各样的学说，如能量耗竭学说、乳酸堆 积学说、内环境稳定失调学说等等［14］。而其中最有影响力的要数近年所提出的自 由基 疲劳学说，该学说认为运动后机体自由基水平升高，升高的自由基对有关的细胞或组织的破 坏而导致运动性疲劳，然而许多实验证明该学说存在很大的缺陷［15］。而自由基参 与的脂质 过氧化过程中间产物各种活性羰基类物质在机体疾病、衰老和疲劳中的直接作用越来越受到 重视［16］。

在本研究中，图1和图2可以明显看出，MDA能直接缩短大鼠游泳力竭运动的时间，而Tau 则能逆转这一过程，使大鼠游泳力竭运动的时间得到延长。这说明Tau能拮抗MDA诱导的大鼠 的运动性疲劳。研究表明，Tau在生物体内不具有抗氧化作用，在机体内不能作为抗氧化剂 和自由基清除剂，但能抗乙醇对小鼠的肝损伤［12］及运动诱导的肌损伤［17］。在体外，Tau能与包括乙醛、果糖、MDA在内的含羰基物质反应；在体内，Tau能抑制果 糖诱导的小鼠氧化应激水平［18］。这些研究结果提示，Tau对细胞的保护作用，其 中可能的机制之一是直接清除这些各种活性羰基类物质。

本研究还表明，MDA能升高力竭运动大鼠的血乳酸水平和降低乳酸脱氢酶的活性，而Tau 则能拮抗这一过程（图3和图4）。血乳酸浓度和乳酸脱氢酶的活性是评价机体疲劳状态的重 要生理指标，高的血乳酸浓度和较低的乳酸脱氢酶活性是机体疲劳和抗疲劳能力弱的生理标 记。MDA能在整体上降低心肌和腓肠肌中Ca2+-ATPase和Na+-K+-ATPase的活性， 同样Tau的补 充能有效地逆转这些酶的活性（图5和图6）。心肌和腓肠肌细胞膜上的Ca2+-ATPase 是细胞 中Ca2+浓度的重要调节因子，其活性的降低将破外心肌和腓肠肌细胞中Ca2+的 稳态，从而直 接影响肌肉的收缩和做功。Na+-K+-ATPase的基本功能是调节细胞内外Na+和K+的浓 度，以维 持细胞内外的渗透压和跨膜电化学梯度，该酶活性的降低将破外细胞内外的正常渗透压，不 能保证可兴奋细胞静息状态下的膜的电位差，不利于心肌和腓肠肌在剧烈运动中保持正常生 理功能。MDA所诱导的运动性疲劳机制可能是多方面的，其途径之一可能是影响细胞膜上Ca 2+-ATPase和Na+-K+-ATPase的活性。

4 结 论

MDA作为伴随物质代谢和能量代谢中形成的副产物，在机体剧烈运动过程中由于物质和能 量代谢加快，MDA的水平也会大量升高。升高的MDA可以通过代谢调节抑制LDH的活性和增加 机体LA的水平，同时在骨骼肌和心肌可以抑制Ca2+-ATPase和Na+-K+-ATPase等与 运动相关酶类的活性，从而降低机体的运动能力。

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