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【摘要】 目的 在长时间缺血、缺氧等运动应激条件下，心肌组织出现不同程度的损伤，探讨长时间补充果糖-1，6－二磷酸（FBP），对运动性疲劳大鼠心肌细胞的保护作用。方法 采用连续7周递增运动负荷实验建立心肌细胞损伤的实验动物模型，观察运动实验组与对照组大鼠心肌与血清中CK与LDH活性的动态变化。结果 大鼠经5周低-中等强度递增运动负荷训练后，补充FBP运动实验组与运动对照组心肌CK和LDH活性有上升趋势，血清中LDH和CK呈下降趋势，但两者的变化均不显著；在大强度运动至力竭后即刻、恢复期的不同时相中，补充FDP运动组心肌CK和LDH活性升高，显著高于运动对照组，血清中LDH和CK活性显著低于运动对照组。结论 在低、中强度的有氧运动训练过程中，补充FBP对心肌组织的作用不显著；补充FBP对大强度运动训练引起的心肌细胞损伤具有保护作用。
【关键词】 递增运动负荷；运动性疲劳；FBP；心肌；血清；酶活性
Protective effects of fructose-1，6-bisphosphate on the myocardium in exercise-induced fatigue rats
SHI Shao-rong，ZHOU Jun-lai，YU Ling，et al.The Physical Training College of Hunan Normal University，Changsha 410012，China
【Abstract】 Objective On the condition of cerebral ischemia and anoxia for a long time，accompanying the myocardium injury in different degrees，exploring the protective effects of FBP on the myocardium in the exercise-induced fatigue rats. Methods Taking the seven-week incremental exercise experiment as the myocardium injured animal mode，the author observed the dynamic change of CK and LDH of myocardium and serum in the exercise experiment group and the control group，exploring the protective effects of FBP on the myocardium.Results After 5 weeks of low-medial intensity incremental training，CK and LDH of myocardium in rats tended to increase，CK and LDH of serum tended to decrease，but the differences were not significant. During the heavy intensity training，after exercising to exhaustion and convalescent period，the CK and LDH activity of myocardium in rats in the exercise experimental tended to increase，higher than the control group，but that of serum is lower than the control group. Conclusion During the low，medial intensity training，FBP has insignificant protective effects on myocardium. But FBP has significant protective effects on the exercise-induced myocardium injury.
【Key words】 incremental exercise；exercise-induced fatigue；FBP；myocardium；serum；enzymatic activity
国内外大量研究表明，在长时间缺血、缺氧等运动应激条件下，由于心肌组织和血清内酶活性与自由基代谢等的显著性改变，心脏会出现疲劳或过度疲劳状态，并伴随着心肌组织不同程度的损伤，这一现象持续发生在运动与恢复过程中，影响运动员的运动能力。国内外大量基础及临床试验证明，FBP能有效地改善细胞的能量供给，减轻细胞损伤，提高受损细胞成活率，维持人体重要器官的功能，对组织具有良好的保护作用，特别适用于在心、脑血管系统缺血、缺氧及缺血-再灌注等损伤状况下进行补充，具有显著疗效［1～3］。有关补充FBP对运动前后心肌组织与血清中酶活性的研究较多，但补充FBP对运动后恢复期的影响及其规律的研究尚少见。在临床医学与运动医学中，原认为FDP（Fructose-1，6-disphosphate）的两个磷酸基团是相连的，研究发现两个磷酸基团实际上是分离的，其名称应使用果糖-1，6-二磷酸（Fructose-1，6-bisphosphate，FBP），bisphosphate表示两个相互分离的磷酸基团，disphosphate表示两个磷酸基团是相连的［4］。本研究通过长期补充FBP，观察持续7周递增运动负荷训练至力竭的心脏疲劳大鼠，在运动中与恢复期心肌组织与血清中CK与LDH活性的连续的、动态的变化过程及其规律，探讨补充FBP对延缓运动性疲劳的产生、加速疲劳的消除，促进机体的恢复，以及对大鼠心肌细胞的保护作用，为运动训练实践提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 研究对象与运动实验动物建模方式 雄性7周龄Wistar大鼠，体重(210±10)g，共90只均购自湖南农业大学实验动物学部。大鼠经适应性训练后，按照体重配对后随机分为9组，每组10只，安静对照组(简称UT)1组；运动对照组（简称TC）4组，分别为TC1、TC2、TC3、TC4；FDP运动实验组（简称TT）4组，分别为TT1、TT2、TT3、TT4。
运动实验动物建模方式采用肖明珠等的方法［5］，进行持续7周递增运动负荷强度的跑台训练，坡度为0°。第1～5周分别采用15m/min、22m/min、27m/min、31m/min、35m/min逐渐递增运动速度，运动20min；第6～7周以35m/min运动30min；每周训练5天，每天1次；训练时间为下午1：00～6：00。最后一次运动至力竭（连续给予大鼠声、光、机械刺激后，大鼠不能继续跑动，下跑台后伏地喘息，暂时无逃避反应）。
1.2 仪器、药物、试剂与给药方法 实验仪器采用上海分析仪器厂生产722分光光度计、TG328A光电天平、TGL-16台式高速离心机，杭州立泰科技有限公司生产的PT跑台。
FBP购于上海新亚药业有限公司，实验用试剂盒均购于南京建成生物工程研究所。给药方法为腹腔注射。给药的时间为每次运动后即刻，最后一次给药为运动前50min。剂量为1g/kg；对照组同时注射等量的生理盐水。
1.3 标本制备与观察指标的测定方法 运动前UT0组大鼠断头处死；训练5周后即刻UT1、TC1、TT1组断头处死；运动至力竭后即刻UT2、TC2、TT2组处死；运动后恢复6h处死UT3、TC3、TT3组；恢复24h处死UT4、TC4、TT4组，分别采集血液与心肌组织，取上清液制备成心肌组织标本。采用化学比色法测定肌酸激酶（CK）与乳酸脱氢酶（LDH）的活性，按照试剂盒的操作程序进行测定。
1.4 统计学分析 所有的数据用平均值±标准差（x±s）表示。组间差异比较，采用单侧t检验；组内采用单因素方差分析，显著性水平取α=0.05，所有数据均用SPSS11.0统计学软件处理。
2 实验结果
2.1 补充FBP对LDH活性的影响 研究结果表明（见表1），经过5周低、中等强度的递增运动负荷训练后，给药运动实验组心肌LDH活性呈上升趋势，血清LDH活性却呈下降趋势，与安静时相比差异均无显著性(P＞0.05)。运动7周至力竭后即刻，给药运动实验组与运动对照组心肌中的LDH活性明显升高达峰值(P＜0.01)。在恢复期6～24h的过程中，两组心肌中LDH活性均显著下降(P＜0.01)，恢复至24h运动对照组基本接近安静时的水平(P＞0.05)，给药运动实验组仍高于安静组与运动对照组(P＜0.05，P＜0.01)。力竭运动后即刻，与安静时相比，给药运动实验组与运动对照组血清中的LDH活性明显升高(P＜0.01)，在恢复至6h时达峰值(P＜0.01)，随后下降但仍未恢复至安静时的水平(P＜0.01或P＜0.05)；在运动后即刻至恢复6～24h的过程中，给药运动实验组LDH活性一直较运动对照组低(P＜0.01)。
.2 补充FBP对CK活性的影响 见表2。
表1 不同时相大鼠心肌和血清中LDH的变化 （略）
表2 不同取样时间大鼠心肌和血清中CK的变化 （略）
表2的研究结果表明，经过5周递增运动负荷训练后，给药运动实验组心肌组织中CK活性呈上升趋势，血清LDH活性却呈下降趋势，与安静时相比均差异无显著性(P＞0.05)。运动7周至力竭后即刻，给药运动实验组明显升高达峰值(P＜0.01)。在恢复期6～24h的过程中，两组心肌组织中CK活性均显著下降(P＜0.01)，恢复至24h时运动对照组CK的活性基本接近安静时的水平(P＞0.05)，给药运动实验组一直显著高于运动对照组(P＜0.01)。血清中CK的活性，在力竭运动后即刻，给药运动实验组明显高于安静时水平(P＜0.01)，在恢复至6h时达峰值(P＜0.01)，随后下降但仍未恢复至安静时的水平(P＜0.01或P＜0.05)；在运动后即刻至恢复24h的过程中，一直显著低于运动对照组(P＜0.01)。
步变化的规律，即在低、中等强度运动后CK与LDH活性变化不显著(P＞0.05)；运动7周至力竭后即刻，心肌中的CK与LDH活性明显升高达峰值(P＜0.01)；在恢复期6～24h的过程中，两组心肌中CK与LDH活性均显著下降(P＜0.01)，给药运动实验组一直显著高于运动对照组(P＜0.01)。血清中CK与LDH活性规律呈同步变化的趋势。递增运动负荷训练5周后，实验组与对照组CK与LDH活性变化不显著(P＞0.05)；力竭运动后即刻，给药运动实验组与运动对照组均显著升高(P＜0.01)；在恢复至6h时达峰值(P＜0.01)，随后下降但仍未恢复至安静时的水平(P＜0.01或P＜0.05)；在运动后即刻至恢复24h的过程中，给药运动实验组血清中CK的活性一直显著低于运动对照组(P＜0.01或P＜0.05)。
3 讨论
3.1 补充FBP对中小强度有氧运动训练大鼠心肌与血清中CK与LDH活性的影响 中小强度有氧运动训练对心脏产生的良好影响在体育科学领域中早已被公认。经5周低、中等强度的递增运动负荷训练后，给药运动实验组与运动对照组心肌与血清中CK与LDH活性均无显著性变化，表明中小强度的有氧运动训练不会造成心肌细胞的能量代谢障碍与心肌细胞损伤等不良影响，心肌组织对运动具有良好的适应力与调节能力，外源性FBP对心肌组织的酶活性不产生显著的影响。
3.2 补充FBP对大强度运动训练大鼠心肌与血清中CK与LDH活性的影响
3.2.1 补充FBP对心肌组织中CK和LDH的影响 剧烈运动时，机体耗氧量剧增，局部组织会出现缺血和缺氧，心肌内虽然毛细血管丰富，但由于心脏的做功剧增，同样会出现氧供不足的现象，肌细胞此时利用ATP的速率提高几百至近千倍，ATP大量分解产生的ADP数量迅速增加，ADP浓度的增高激活CK催化反应，产生大量的能量满足机体需要。速度训练后动物细胞内CK活性提高20％，耐力训练后提高15％。本研究结果与其一致，运动7周至力竭后即刻，给药运动实验组与运动对照组心肌中的CK与LDH活性明显升高达峰值，CK活性的提高意味着加快ATP的转换速率。Davydov V.V的研究进一步证明了这一发现，成年大鼠固定紧张性收缩30min，心肌CK-MB、CK-BB的百分比显著性升高，CK-MM百分比却出现下降，可能与心肌的适应性改变，能更有效地满足心肌的能量需求有关［6］。
本研究发现在运动后即刻，FBP运动实验组比运动对照组心肌组织中CK的活性高3.81，LDH的活性高84.58，力竭运动后恢复至6h，对照组和FBP组LDH和CK活性出现显著性下降，但补充FBP运动实验组下降的速度更快；力竭后恢复至24h，对照组LDH和CK的活性恢复至安静时的水平，FBP组却仍显著高于安静时水平；补充FBP运动组LDH和CK活性在各个时相都显著高于对照组，说明补充FBP能提高心肌细胞LDH和CK等代谢酶的活性。补充FBP，一方面FBP直接作为底物激活CK和LDH酶的活性，另一个可能是FBP能调节这些代谢酶的活性，产生大量ATP满足心肌的需要。Nunes等认为FBP除具有保持细胞能量水平外，还具有明显抗炎症作用［7，8］；Romsi等的研究报道，FBP又降低细胞内无机磷与细胞外游离钙浓度的作用［9］；Riedel等的研究进一步证明FBP能增加缺氧环境中的高能果糖水平，改善缺血性损伤与正性肌力的作用［10］，发挥对心肌细胞的保护作用。
3.2.2 补充FBP对血清CK和LDH的影响 正常情况下，血清中LDH和CK的活性较低，但在病理状态下和剧烈运动后，血清中LDH和CK活性可显著性升高。Priscilla.M研究认为70％的最大用力可导致肌肉损伤，血浆CK活性升高［11］。H.Musha等研究发现，长时间大强度地超级马拉松跑，运动即刻CK-MB活性达到峰值，且是安静时的600倍，证明心肌受到严重受损［12］。长跑至力竭，血清CK总活性和CK-MB在运动后显著性升高，LDH总活性升高显著，同工酶在各组织中的分配比例无明显影响。
本文研究发现，不论FBP组和对照组大鼠经过5周运动训练后血清LDH和CK活性均呈下降趋势；运动至力竭后即刻，血清内LDH和CK活性显著性升高，力竭后恢复6h，LDH和CK活性继续缓慢升高至峰值，其后逐渐下降；力竭后恢复24h，但仍明显高于安静时的水平。与对照组相比，FDP组血清内LDH和CK活性在各个时相均非常显著地低于对照组。提示运动至力竭可能导致心肌纤维局部损伤，使心肌细胞膜的通透性改变，从而导致CK和LDH进入血液的量增加，活性升高；而LDH和CK出现的峰值不是在力竭后即刻，补充FBP组，血清CK和LDH活性在各时相均明显低于对照组，说明FBP对心肌有保护作用。
4 结论
在低、中强度的有氧运动训练过程中，补充FBP对心肌组织的作用不显著；大强度运动至力竭后即刻、恢复期的不同时相中，补充FBP具有保持细胞能量水平，降低细胞内无机磷与细胞外游离钙浓度的作用，增加缺氧环境中的高能果糖水平，改善缺血性损伤与正性肌力的作用，具有保护心肌细胞的作用。对心肌细胞具有一定的保护作用。
【参考文献】
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9 Romsi P，Kaakinen T，Kiviluoma K，et al.Fructose-1，6-bisphosphate for improved outcome after hypothemic circulatory arrest in pigs.J Thorac Cardiovasc Surg，2003，125(3):686-698.
10 Riedel BJ，Gal J，Ellis G，et al.Myocardial protection using fructose-1，6-bisphosphate during coronary artery bypass graft surgery:a randomized，placebo-controlled clinical trial.Anesth Analg，2004，98(1):20-29.
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12 Haruki M. Myocardlal injury in a 100-km ultramarathon. Current Therapeutic Research，1997，58(9):587-593
基金项目：湖南省自然科学基金资助(项目编号：05JJ30182)
作者单位：1 410012 湖南长沙，湖南师范大学体育学院
2 湖南长沙，中南大学体育教研部
(编辑：守 中)