黃彩云,何吉福,宋春虹,王 楠,馬玉德
甘肅中醫(yī)藥大學(xué)體育健康學(xué)院,甘肅蘭州730000
運(yùn)動性疲勞是最為常見的一種疲勞形式,又稱體力疲勞。通常是由于機(jī)體經(jīng)大量體力勞動及大量運(yùn)動后所導(dǎo)致的,伴隨著肌肉過度緊張,體內(nèi)能量消耗過多等生理現(xiàn)象[1]。研究已證實,運(yùn)動耐力下降是運(yùn)動疲勞最為直接的表現(xiàn),而負(fù)重游泳是常見的評估運(yùn)動耐力的動物實驗,可體現(xiàn)運(yùn)動后的疲勞狀態(tài),因此游泳實驗成為衡量抗疲勞特征的重要指標(biāo)[2]。關(guān)于運(yùn)動疲勞的產(chǎn)生其主要作用機(jī)制可能與體內(nèi)的血乳酸(lactic acid,LD)、肌糖原(muscle glycogen,MG)、肝糖原(liver glycogen,LG)、氮的代謝產(chǎn)物和ATP酶的含量有關(guān)。
當(dāng)歸,為多年生傘形科草本植物當(dāng)歸Angelica sinensis(Oliv.)Diels 的干燥根,當(dāng)歸氣血雙補(bǔ),使機(jī)體的氣血各有所歸,故名當(dāng)歸[3-4]。當(dāng)歸的化學(xué)成分復(fù)雜,有效成分主要為多糖和揮發(fā)油等[5],其中當(dāng)歸多糖(Angelica sinensispolysaccharide,ASP)的重要藥用價值已被很好的證實,包括抗氧化、增強(qiáng)免疫、延緩衰老、降血脂、抗心肌缺血、抗炎鎮(zhèn)痛等[6],特別是一些多糖還被作為一種新型的天然能源物質(zhì)迅速補(bǔ)充人體糖類損耗,達(dá)到良好的抗疲勞效果[7-8],也有研究發(fā)現(xiàn)許多植物多糖成分也具有改善運(yùn)動性疲勞的作用[9],如熟地黃多糖[10]、黑參多糖[11]、枸杞子多糖[12]等對小鼠有較好的抗疲勞作用??梢妼ふ野踩?、有效且毒副作用小的抗疲勞天然藥材已然成為當(dāng)前研究的熱點之一[13]。ASP是天然植物的提取物,憑借獨特的優(yōu)勢深受學(xué)者們的青睞,目前,關(guān)于ASP 的研究主要集中在降血脂、防感染、調(diào)免疫、抗腫瘤和提高抗氧化能力等藥理作用方面,關(guān)于其抗運(yùn)動疲勞及其機(jī)制的研究較少。因此,本研究通過實驗研究觀察不同劑量ASP 的抗運(yùn)動性疲勞作用,并初步探討其機(jī)制,旨在為ASP 的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。
選擇SPF 級健康雄性昆明種小鼠60只,2月齡,體質(zhì)量(25±2)g,購于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所(實驗動物生產(chǎn)許可證號:甘SCXK2015-0001),飼養(yǎng)于甘肅中醫(yī)藥大學(xué)SPF 級動物實驗室(使用許可證號:SYXK(甘)2015-0005)。小鼠飼養(yǎng)環(huán)境:室內(nèi)溫度(23±2)℃,相對濕度60%~80%,12 h 晝夜循環(huán)光照,期間自由飲水、進(jìn)食。動物實驗嚴(yán)格遵循動物倫理原則,經(jīng)甘肅中醫(yī)藥大學(xué)實驗動物倫理委員會批準(zhǔn)(審批號:2019-213)。
當(dāng)歸購于蘭州市黃河藥材市場,經(jīng)甘肅中醫(yī)藥大學(xué)中藥鑒定教研室李成義教授鑒定為傘形科植物當(dāng)歸Angelica sinensis(Oliv.)Diels 的干燥根。乳酸試劑盒(南京建成生物工程研究所,A019-2-2)、血尿素氮試劑盒(南京建成生物工程研究所,C013-1-1)、ATP 酶試劑盒(南京建成生物工程研究所,A016-1),肝/肌糖原試劑盒(上海滬鼎生物科技有限公司,D-20743),其余均為常見化學(xué)藥品。超細(xì)勻漿機(jī)(上海弗魯克公司,F(xiàn)6/10-10G),臺式低速離心機(jī)(湖南赫西儀器裝備有限公司,TD6),酶標(biāo)儀(日本Thermo公司,Benchmark Plus)。
1.3.1 ASP 溶液的制備 將1 kg 當(dāng)歸洗凈,60 ℃干燥12 h,粉碎后過40 目篩,得到當(dāng)歸干粉。稱取500 g 當(dāng)歸干粉,用5 倍體積的95%乙醇滲漏浸提2次,待冷卻后過濾,濾渣在真空干燥箱干燥后備用。采用熱水浸提法提取多糖,將干燥后的濾渣加水煎煮2次、煎液合并抽濾、離心,取上清,即為ASP 粗提液。將所得多糖粗提液減壓濃縮成黏稠浸膏狀,加入95%乙醇使溶液的含醇量為70%,充分?jǐn)嚢瑁? ℃醇沉過夜,于4 000 r/min 離心20 min,棄上清,收集沉淀物,進(jìn)行冷凍干燥,所得干燥物即為ASP,共21.4 g,得率為4.28%。將ASP 配制成質(zhì)量濃度分別為2.78、5.56、11.12 mg/mL的多糖溶液。
1.3.2 動物分組及運(yùn)動疲勞模型的建立 經(jīng)適應(yīng)性喂養(yǎng)和游泳適應(yīng)性運(yùn)動訓(xùn)練后,保留50只大鼠進(jìn)行正式實驗。按照隨機(jī)數(shù)字表法分為空白對照組、模型組、ASP 高劑量組、ASP 中劑量組、ASP 低劑量組,每組10 只。除空白對照組外,其余各組小鼠負(fù)荷體質(zhì)量5%鉛絲于尾根部,放入(25.0±2.0)℃水溫的游泳箱(水深40 cm)中開始負(fù)重游泳,觀察小鼠每次力竭時的狀態(tài),即當(dāng)其頭部完全不露出水面10 s時撈出,將其腹部朝上放于臺面上,可見小鼠反應(yīng)遲鈍、呼吸加快、雙下肢及尾部自然下垂且身體不能自行翻轉(zhuǎn),立即擦拭且用吹風(fēng)機(jī)烘干毛發(fā);1 次/d,連續(xù)負(fù)重游泳至力竭15 d[14],造模期間飲水正常,飲食減半。
1.3.3 干預(yù)方法 造模第6 天開始,ASP 高、中、低劑量組小鼠分別灌胃相應(yīng)劑量的藥物。根據(jù)人與小鼠體表面積系數(shù)法折算給藥量[15],得出小鼠當(dāng)歸每日灌胃量為1.3 g/kg,當(dāng)歸提取ASP 的得率為4.28%,所以ASP 每日灌胃量為55.64 mg/kg,為低劑量組。按低劑量∶中劑量∶高劑量=1∶2∶4 的比例,計算得出中劑量灌胃量為111.28 mg/kg、高劑量灌胃量為222.56 mg/kg。對應(yīng)低、中、高濃度的ASP 溶液(2.78、5.56、11.12 mg/mL),每10 g灌胃量為0.2 mL;空白對照組和模型組僅以等量生理鹽水灌胃,連續(xù)灌胃10 d。
1.4.1 小鼠運(yùn)動耐力評估 疲勞最直接的表現(xiàn)是運(yùn)動耐力的下降,負(fù)重游泳時間是反映運(yùn)動耐力的重要指標(biāo)[16]。記錄最后1次小鼠負(fù)重游泳至力竭的時間,負(fù)重游泳時間越長,小鼠運(yùn)動耐力越強(qiáng)。
1.4.2 血清肌糖原、肝糖原、血乳酸及血尿素氮含量檢測 模型組和不同劑量組進(jìn)行最后1次負(fù)重游泳后,休息30 min,采用摘眼球方法取血。血液于室溫靜置2 h(或4 ℃過夜)后,離心(2 400 r/min),抽取血清備用。選取對應(yīng)的試劑盒檢測血乳酸、肌糖原、肝糖原、血尿素氮含量。空白對照組不負(fù)重游泳進(jìn)行以上操作采樣。
1.4.3 肝臟、腎臟及后肢肌肉中不同ATP 酶含量檢測 小鼠取完血后,迅速摘取肝臟、腎臟及后肢肌肉(腓腸肌),采用生理鹽水漂洗后,制備勻漿,離心(4 000 r/min)后,取上清液備用。選取對應(yīng)的試劑盒檢測肝臟、腎臟及后肢肌肉中不同ATP 酶含量。
采用SPSS 21.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料服從正態(tài)分布時以()表示,組間比較采用單因素方差分析(One-wayANOVA),兩兩比較采用LSD-t法(方差齊)或Tamhane'sT2 檢驗(方差不齊)。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
與模型組比較,ASP中、高劑量組小鼠負(fù)重游泳時間均有所延長(P<0.05)。分別與ASP 低劑量組和ASP 中劑量組比較,ASP 高劑量組小鼠的負(fù)重游泳時間均更長(P<0.05)。可見隨著ASP 劑量的增加,小鼠負(fù)重游泳的時間越長,說明在一定劑量范圍內(nèi),小鼠的負(fù)重游泳時間與ASP 攝入量存在量效效應(yīng)。見表1。
表1 5組小鼠負(fù)重游泳時間比較()minTable 1 Comparison of weight-bearing swimming times of mice in five groups()min
表1 5組小鼠負(fù)重游泳時間比較()minTable 1 Comparison of weight-bearing swimming times of mice in five groups()min
注:與模型組比較,1)P<0.05;與ASP低劑量組比較,2)P<0.05;與ASP中劑量組比較,3)P<0.05。Note:Compared with the model group,1) P<0.05;compared with the ASP low-dose group,2) P<0.05;compared with the ASP medium-dose group,3)P<0.05.
與空白對照組比較,模型組小鼠血清肌糖原和肝糖原含量均降低(P<0.05)。與模型組比較,ASP中劑量組血清肝糖原含量升高(P<0.05);ASP 高劑量組血清肌糖原和肝糖原含量均升高(P<0.05)。與ASP低劑量組比較,ASP中、高劑量組血清肌糖原和肝糖原含量均較高(P<0.05)。與ASP 中劑量組比較,ASP高劑量組血清肌糖原含量較高(P<0.05)。見表2。
表2 5組小鼠血清肌糖原和肝糖原含量比較()ng/LTable 2 Comparison of muscle glycogen and liver glycogen contents of mice in five groups()ng/L
表2 5組小鼠血清肌糖原和肝糖原含量比較()ng/LTable 2 Comparison of muscle glycogen and liver glycogen contents of mice in five groups()ng/L
注:與空白對照組比較,1)P<0.05;與模型組比較,2)P<0.05;與ASP 低劑量組比較,3)P<0.05;與ASP 中劑量組比較,4)P<0.05。Note:Compared with the control group,1) P<0.05;compared with the model group,2)P<0.05;compared with the ASP low-dose group,3) P<0.05;compared with the ASP medium-dose group,4)P<0.05.
與空白對照組比較,模型組小鼠血清血乳酸和尿素氮含量均升高(P<0.05)。與模型組比較,ASP低劑量組小鼠血清血乳酸含量降低(P<0.05);ASP中、高劑量組血清血乳酸和血尿素氮含量均降低(P<0.05)。與ASP 低、中劑量組比較,ASP 高劑量組血清血乳酸含量均較低(P<0.05)。見表3。
表3 5組小鼠血清血乳酸和血尿素氮含量比較()mmol/LTable 3 Comparison of serum blood lactate and blood urea nitrogen content of mice in five groups()mmol/L
表3 5組小鼠血清血乳酸和血尿素氮含量比較()mmol/LTable 3 Comparison of serum blood lactate and blood urea nitrogen content of mice in five groups()mmol/L
注:與空白對照組比較,1)P<0.05;與模型組比較,2)P<0.05;與ASP 低劑量組比較,3)P<0.05;與ASP 中劑量組比較,4)P<0.05。Note:Compared with the control group,1) P<0.05;compared with the model group,2)P<0.05;compared with the ASP low-dose group,3) P<0.05;compared with the ASP medium-dose group,4)P<0.05.
與空白對照組比較,模型組小鼠肝臟中Na+-K+-ATP 和Ca2+-Mg2+-ATP 酶含量均降低(P<0.05)。與模型組比較,ASP中劑量組小鼠肝臟中Ca2+-Mg2+-ATP 含量升高(P<0.05),ASP 高劑量組小鼠肝臟中Na+-K+-ATP 和Ca2+-Mg2+-ATP 酶含量均升高(P<0.05)。與ASP 低劑量組比較,ASP 中、高劑量組小鼠肝臟中Ca2+-Mg2+-ATP 酶含量均較高(P<0.05)。與ASP 中劑量組比較,ASP 高劑量組小鼠肝臟中Ca2+-Mg2+-ATP酶含量較高(P<0.05)。見表4。
表4 5組小鼠肝臟不同ATP酶含量比較()U/mgprotTable 4 Comparison of different ATPase content in the liver of mice in five groups()U/mgprot
表4 5組小鼠肝臟不同ATP酶含量比較()U/mgprotTable 4 Comparison of different ATPase content in the liver of mice in five groups()U/mgprot
注:與空白對照組比較,1)P<0.05;與模型組比較,2)P<0.05;與ASP 低劑量組比較,3)P<0.05;與ASP 中劑量組比較,4)P<0.05。Note:Compared with the control group,1) P<0.05;compared with the model group,2) P<0.05;compared with the ASP low-dose group,3)P<0.05;compared with the ASP medium-dose group,4)P<0.05.
與空白對照組比較,模型組小鼠腎臟中Na+-K+-ATP 酶、Mg2+-ATP 酶和Ca2+-Mg2+-ATP 酶含量均降低(P<0.05),Ca2+-ATP含量降低不明顯(P>0.05)。與模型組比較,ASP 高劑量組小鼠腎臟中Na+-K+-ATP酶和Mg2+-ATP酶含量均升高(P<0.05)。與ASP低劑量組比較,ASP 高劑量組小鼠腎臟中Na+-K+-ATP 酶含量較高(P<0.05)。與ASP 中劑量組比較,ASP 高劑量組小鼠腎臟中Na+-K+-ATP 和Mg2+-ATP酶含量均較高(P<0.05)。見表5。
表5 5組小鼠腎臟不同ATP酶含量的比較()U/mgprotTable 5 Comparison of different ATPase contents in kidneys of mice in five groups()U/mgprot
表5 5組小鼠腎臟不同ATP酶含量的比較()U/mgprotTable 5 Comparison of different ATPase contents in kidneys of mice in five groups()U/mgprot
注:與空白對照組比較,1)P<0.05;與模型組比較,2)P<0.05;與ASP 低劑量組比較,3)P<0.05;與ASP 中劑量組比較,4)P<0.05。Note:Compared with the control group,1) P<0.05;compared with the model group,2) P<0.05;compared with the ASP low-dose group,3)P<0.05;compared with the ASP medium-dose group,4)P<0.05.
與空白對照組比較,模型組小鼠后肢肌肉中Na+-K+、Mg2+、Ca2+、Ca2+-Mg2+4 種ATP 酶含量均降低(P<0.05)。與模型組比較,ASP 低劑量組小鼠后肢肌肉中Ca2+-Mg2+-ATP 酶含量升高(P<0.05);ASP中劑量組后肢肌肉中Mg2+-ATP 酶、Ca2+-ATP 酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶含量均升高(P<0.05);ASP高劑量組小鼠后肢肌肉中Na+-K+、Mg2+、Ca2+、Ca2+-Mg2+4 種ATP酶含量均升高(P<0.05)。與ASP低劑量組比較,ASP中劑量組小鼠后肢肌肉中Mg2+-ATP 酶含量較高(P<0.05),ASP 高劑量組小鼠后肢肌肉中Mg2+-ATP酶和Ca2+-ATP酶含量均較高(P<0.05)。見表6。
表6 5組小鼠后肢肌肉不同ATP酶含量比較()U/mgprotTable 6 Comparison of different ATPase contents in hindlimb muscles of mice in five groups()U/mgprot
表6 5組小鼠后肢肌肉不同ATP酶含量比較()U/mgprotTable 6 Comparison of different ATPase contents in hindlimb muscles of mice in five groups()U/mgprot
注:與空白對照組比較,1)P<0.05;與模型組比較,2)P<0.05;與ASP低劑量組比較,3)P<0.05。Note:Compared with the control group,1) P<0.05;compared with the model group,2) P<0.05;compared with the ASP low-dose group,3)P<0.05.
運(yùn)動性疲勞是由運(yùn)動引起的一種常見的生理現(xiàn)象,其疲勞程度可依據(jù)體內(nèi)組織、器官的機(jī)能水平和運(yùn)動能力來評定[17]。小鼠負(fù)重游泳是強(qiáng)迫性全身消耗性運(yùn)動,負(fù)重游泳時間是衡量抗疲勞特性中最常見的指標(biāo)之一[5],延緩運(yùn)動性疲勞的發(fā)生可體現(xiàn)為運(yùn)動耐力的增強(qiáng),負(fù)重游泳時間越長,則說明藥物的抗疲勞效果越好[18]。本實驗結(jié)果顯示,連續(xù)灌胃10 d 低、中、高3 個劑量的ASP 后,小鼠負(fù)重游泳時間分別延長了14.42%、28.10%和184.11%,表明ASP 可以提高負(fù)重游泳小鼠的運(yùn)動耐力,延長運(yùn)動力竭的時間,發(fā)揮抗運(yùn)動疲勞作用,且存在一定的量效關(guān)系。這與LIU等[19]及阮治寰等[20]研究發(fā)現(xiàn)ASP 能夠提高小鼠的運(yùn)動耐力,且其作用效果與ASP劑量有關(guān)的研究結(jié)論基本一致。
糖原是機(jī)體劇烈運(yùn)動時的能量來源,運(yùn)動過程中先消耗肌糖原,繼而消耗肝糖原[21],肌/肝糖原含量增多,機(jī)體耐力越好,運(yùn)動時間則越長[22],因此,其儲備量也可反映機(jī)體的疲勞程度[23]。本研究結(jié)果顯示:與空白對照組比較,模型組小鼠肌糖原和肝糖原含量顯著降低,說明負(fù)重游泳會迅速消耗小鼠的肌糖原和肝糖原。給予不同劑量ASP 后,與模型組比較,ASP 高劑量組肌糖原和肝糖原的含量顯著增加,提示ASP 可能通過提升糖原儲備或減少運(yùn)動時機(jī)體糖原消耗,進(jìn)而延緩疲勞的過早發(fā)生,顯示出ASP抗疲勞的功效。
生化指標(biāo)檢測也是評價體力疲勞的主要方法之一[24]。人體在進(jìn)行長時間運(yùn)動時,所需能量優(yōu)先由葡萄糖供能,當(dāng)體內(nèi)的葡萄糖消耗大于供應(yīng)時,機(jī)體出現(xiàn)缺氧反應(yīng),此時能量則由有氧供能開始向無氧供能轉(zhuǎn)換。無氧供能過程中體內(nèi)部分葡萄糖分解不徹底,從而產(chǎn)生大量乳酸,當(dāng)乳酸含量驟增時,血乳酸濃度也相應(yīng)升高,導(dǎo)致肌肉中H+濃度升高,pH值下降,進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體能量代謝能力下降,產(chǎn)生疲勞,進(jìn)一步引起機(jī)體運(yùn)動能力降低[25]。因此,機(jī)體疲勞產(chǎn)生和消除速度的重要指標(biāo)可用血乳酸水平來評定[26]。尿素氮與機(jī)體運(yùn)動耐力、身體機(jī)能和疲勞密切相關(guān),是在能量供給不充足情況下產(chǎn)生的代謝物,負(fù)荷越大則產(chǎn)生的尿素氮越多[27],其含量也可反映疲勞的程度[28]。本實驗結(jié)果顯示:與空白對照組相比,模型組小鼠血清血乳酸和血尿素氮顯著升高;與模型組比較,ASP低劑量組顯著降低了負(fù)重游泳小鼠運(yùn)動后血乳酸含量,ASP中、高劑量組均顯著降低了小鼠運(yùn)動后血清血乳酸和血尿素氮含量。結(jié)果表明,ASP達(dá)到一定劑量后,可能通過降低負(fù)重游泳小鼠血清血乳酸和血尿素氮含量,發(fā)揮其抗疲勞功效。
生物體內(nèi)能量直接供給的唯一來源是ATP[29],其酶活性可反映機(jī)體能量代謝的水平,其中Na+-K+-ATP 酶和Ca2+-Mg2+-ATP 是細(xì)胞膜上特殊的蛋白質(zhì),對于維持細(xì)胞內(nèi)外離子平衡至關(guān)重要,可分別驅(qū)動Na+/K+和Ca2+/Mg2+于細(xì)胞膜兩側(cè)進(jìn)行雙向運(yùn)輸,從而維持細(xì)胞膜電位,進(jìn)而催化ATP 分解供能[30]。本實驗結(jié)果顯示,與空白對照組比較,模型組小鼠負(fù)重運(yùn)動后肝臟中Na+-K+-ATP 和Ca2+-Mg2+-ATP 酶含 量降低,腎臟中Na+-K+-ATP 酶、Mg2+-ATP 酶和Ca2+-Mg2+-ATP 酶含量降低,后肢肌肉中的Na+-K+、Mg2+、Ca2+、Ca2+-Mg2+4 種ATP酶含量均降低。表明機(jī)體能量代謝發(fā)生異常,這可能是導(dǎo)致機(jī)體最終出現(xiàn)疲勞的直接原因[31]。與模型組比較,ASP 低劑量組小鼠后肢肌肉中Ca2+-Mg2+-ATP酶含量升高;ASP中劑量組小鼠肝臟中的Ca2+-Mg2+-ATP 含量升高,后肢肌肉Mg2+-ATP 酶、Ca2+-ATP 酶和Ca2+-Mg2+-ATP 酶含量升高;ASP 高劑量組小鼠肝臟中的Na+-K+-ATP 和Ca2+-Mg2+-ATP 酶含量升高,腎臟中Na+-K+-ATP 酶和Mg2+-ATP 酶含量升高,后肢肌肉中Na+-K+、Mg2+、Ca2+、Ca2+-Mg2+4種ATP 酶含量均升高;其中以ASP 高劑量組升高最明顯。提示ASP 抗疲勞作用可能與其能調(diào)節(jié)機(jī)體ATP 酶含量、改善機(jī)體能量代謝水平有關(guān)。
本研究探討了不同劑量ASP 與抗運(yùn)動疲勞作用的關(guān)系及其機(jī)制,結(jié)果表明,ASP在一定范圍內(nèi)可顯著延長小鼠負(fù)重游泳時間,發(fā)揮抗疲勞功效,其作用機(jī)制與ASP 可顯著提高小鼠運(yùn)動耐力、提升糖原儲備、減少乳酸與尿素氮堆積、改善機(jī)體能量代謝水平有關(guān)。