不同药物对力竭游泳小鼠肾自由基代谢的影响

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  摘要:目的:旨在探讨人参茎叶、北冬虫夏草和辽东木忽木对一次力竭游泳小鼠肾脏自由基代谢的影响及其机制。方法:昆明种雄性小鼠80只,随机分为五组:正常组(NC,n=16)、运动组(EC,n=16)、人参组(PG,n=16) 、虫草组(CM,n=16)、木忽木组(AE,n=16),经过6周灌胃后,进行一次性力竭游泳。采用分光光度法测定运动后即刻小鼠肾脏SOD、GSHPX和MDA。结果:1)与NC组相比:EC组SOD、GSHPX水平显著下降,MDA水平显著升高,P<0.01。2)与EC组相比:PG组小鼠游泳至力竭的时间明显增加,MDA水平明显下降,P<0.05;SOD、GSHPX水平显著升高,P<0.01。CM组小鼠游泳至力竭的时间明显增加,P<0.05;SOD、GSHPX水平显著升高,MDA水平显著下降,P<0.01。AE组小鼠游泳至力竭的时间明显增加,GSHPX明显升高,P<0.05;SOD水平显著升高,MDA水平显著下降,P<0.01。结论:1)一次性力竭游泳运动可引起小鼠肾脏抗氧化酶活性下降,脂质过氧化作用增强。2)人参茎叶提取物、北虫草发酵液和辽东木忽木根皮提取物可改善小鼠肾脏抗氧化能力,在一定程度上预防了肾脏的脂质过氧化损伤。且这三种药物在预防肾运动源性自由基损伤方面的作用效果相似。
  关键词:自由基代谢;力竭游泳;肾脏;人参茎叶;北冬虫夏草;辽东木忽木
  中图分类号:G804.7文献标识码:A文章编号:1007-3612(2007)10-1375-03
  
  剧烈运动过程中,自由基大量生成,可引发过氧化脂质,使组织受损。我国中药资源丰富,其在抗自由基、抗疲劳、预防损伤等方面的研究才刚刚起步。本文通过对小鼠维持6周的中药灌服后,进行一次性力竭游泳运动,探讨不同中药对小鼠运动后即刻肾脏自由基代谢的影响,为在运动训练中科学地利用这些中药提供实验依据。
  
  1实验材料与方法
  
  1.1实验对象和饲养实验用雄性昆明小鼠80只,体重18克左右,由沈阳市双义实验动物研究所提供,合格证号:SCXK(辽)2003-0012。
  常规分笼饲养,温度为(23±3)℃,相对湿度为70%~80%。每天12 h光照,定时通风,自由进食标准饲料和饮水,饲料由沈阳医学院实验动物中心提供。每天记录饮食量、体重。每天清洗水具一次;隔天更换一次消过毒的垫料,并对鼠笼进行清洗;每周对室内消毒两次。
  1.2药物北虫草发酵液,黑棕色膏状物,主要有效成分为虫草素、虫草酸、虫草多糖等化合物;木忽木木根皮提取物,棕黄色颗粒,主要有效成分为皂甙、黄酮类化合物;人参茎叶提取物,浅黄色粉末,主要有效成分为皂甙类化合物。均由沈阳药科大学提供。
  1.3实验设计根据随机设计原则,将实验小鼠按体重随机分为五组,分组情况如下:
  
  NC、EC组每天灌服蒸馏水,PG组每天灌服等临床剂量(30 mg人参/kg体重)的人参药液,CM组每天灌服等临床剂量(2g虫草/kg体重)的虫草药液,AE组每天灌服等临床剂量(27 mg木忽木/kg体重)的木忽木木药液。灌胃量均为0.1 mL/10 g体重。每天一次,持续五周。 EC、PG、CM、AE组小鼠于最后一天灌胃后次日晨进行一次性力竭游泳。水池100 cm×60 cm×70 cm㎝,水温(34±2)℃,水深50 cm,每只小鼠游泳面积>300 cm2。小鼠游泳力竭标准以小鼠下沉10 s不露出水面为标准,迅速取出,断头取材。
  1.4实验方法
  1.4.1取样小鼠游泳至力竭后断头处死,立即取出小鼠左侧肾脏,在冰冷的生理盐水中漂洗,除去血液,滤纸试干,称重,放入小烧杯内,用移液管量取预冷的0.9%的生理盐水,生理盐水的体积总量是组织块重量的9倍,用移液管取总量2/3的冰生理盐水于烧杯中,用眼科小剪尽快剪碎组织块,再将其倒入玻璃匀浆管中,用组织捣碎机1 000~1 500转/min上下研磨制成组织匀浆,倒入离心管中,再用余下的总量1/3的冰冷生理盐水冲洗匀浆管,并入离心管内,制成10%的肾组织匀浆,以3 000转/分离心10 min,吸取上清液用于测定超氧化物歧化酶等指标。
  1.4.2超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、丙二醛(MDA)的测定均采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定。
  1.5统计学处理实验数据用SPSS10.0软件包进行统计处理,均采用均数±标准差(X±SD)表示,统计学方法包括方差分析和简单相关分析,显著性水平在P<0.05和P<0.01。
  
  2结果
  
  2.1各组小鼠游泳至力竭的时间(表1)与EC组相比较:PG、CM、AE组小鼠游泳至力竭的时间明显增加,P<0.05。与PG组相比较:CM、AE组小鼠游泳至力竭的时间有增加趋势,但无统计学意义。
  
  2.2游泳至力竭后即刻各组小鼠肾组织各指标的变化(表2)
  2.2.1游泳至力竭后即刻各组肾组织SOD的变化与NC组相比较:EC组SOD水平显著下降,P<0.01。与EC组相比较:PG、AE 和CM组SOD水平显著上升,P<0.01。与PG组相比较:CM、AE组SOD水平有下降趋势,但无统计学意义。
  2.2.2游泳至力竭后即刻各组小鼠肾组织GSH-PX的变化与NC组相比较:EC组GSH-PX水平显著下降P<0.01。与EC组相比较:PG 、CM组GSH-PX水平显著上升,P<0.01;AE组GSH-PX水平明显上升,P<0.05。与PG组相比较:CM组GSH-PX水平有上升趋势、AE组GSH-PX水平有下降趋势,但均无统计学意义。
  2.2.3游泳至力竭后即刻各组小鼠肾组织MDA的变化与NC组相比较:EC组MDA水平显著上升,P<0.01。与EC组相比较:PG组MDA水平明显下降,P<0.05;AE 、CM组MDA水平显著下降,P<0.01。与PG组相比较:CM、AE组MDA水平有下降趋势,但无统计学意义。
  
  3分析与讨论
  
  3.1一次性力竭游泳运动对小鼠肾脏自由基代谢的影响自由基(free radical)是指外层轨道上含有未配对电子的分子、原子、离子等物质。机体内自由基的生成主要来源于氧的运输过程和细胞内线粒体中氧的利用过程。机体内具有清除自由基的系统,即内源性的自由基清除系统,包括抗氧化酶(SOD、CAT、GSH-Px等)和非酶防御系统(VE、VC 等)[1]。正常情况下,机体内自由基的产生与清除处于平衡状态,自由基不会损伤组织;当机体自由基产生过多和/或机体清除能力下降时,则可发生氧化应激损伤。
  超氧化物歧化酶(SOD)是唯一以氧自由基为底物的酶类,胞浆中的CuSOD、ZnSOD等可以催化O·歧化为H2O2和O2,从而起到清除O·的作用,而MnSOD可以清除线粒体中80%以上的O·;谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)可以分解过氧化氢及有机过氧化物,将其还原为H2O和无毒醇类[1]。本实验结果显示运动组小鼠肾SOD、GSH-PX活性显著下降,提示一次力竭运动过程中抗氧化酶活性下降,O·大量生成。推测可能是:一方面,运动过程中O· 生成增加;另一方面,O·可直接作用于抗氧化酶,破坏了抗氧化酶活性,致使SOD、GSH-PX活性下降,引起对O·的清除减少,最终导致O·大量增加。
  O·增多,抗氧化酶活性下降势必引起组织器官内脂质过氧化增强。丙二醛(MDA)是机体内脂质过氧化的代谢产物,其含量可以间接反映运动时自由基的生成。本实验结果显示运动组小鼠肾MDA含量显著增加,提示一次性力竭游泳运动使小鼠肾脏发生脂质过氧化损伤。脂质过氧化可导致细胞膜的液态性下降,膜的转运功能障碍,各亚细胞器的功能改变等,这些均能引起组织器官的结构损伤和功能障碍。因此探求有效的中药来保护机体免受自由基损伤是非常必要的。
  3.2不同药物对一次性力竭游泳运动小鼠运动能力及肾自由基代谢的影响人参(Panax ginseng)为五加科多年生草本植物,其药用部位主要有茎叶和根。主要药理作用为改善微循环,提高组织抗缺氧能力、抑制血小板聚集、钙离子拮抗作用,主治食少便糖、四肢倦怠、气短咳喘、言语无力、血虚头晕、心慌津亏等症[2]。本实验所用人参茎叶提取物的主要有效成分为皂甙类化合物,皂甙类化合物因其具有异环二烯结构而具有较强的抗炎的作用[3],另外,皂甙类中的齐墩果酸还可清除自由基,减缓自由基对机体的损伤[4]。
  北冬虫夏草又称蛹虫草(Cordyceps militaris),是北冬虫夏草菌感染蚕蛹体的复合体,与冬虫夏草同属不同种,具有类似冬虫夏草的药理作用,包括镇静、延长睡眠、抗炎、抗缺氧、抗肿瘤等作用,可替代冬虫夏草入药。本实验所用北虫草发酵液的主要有效成分为虫草素、虫草酸、虫草多糖等化合物,可提高机体抗氧化酶活性[5]。
  楤木木属(Aralia L.)是最接近人参属(Panax L.)的一群植物,辽东木忽木木〔Aralia elata (Miq.) Seem〕是其中的一种,其主要药用部位有茎叶和根皮。其根皮有祛风除湿、活血止痛、补气安神、强精滋肾等功能[6]。本实验所用辽东木忽木木根皮提取物的主要有效成分为黄酮类和皂甙类化合物,黄酮类化合物也是一类很强的自由基捕捉剂和淬灭剂,其结构中的2,3双键和4位羰基以及3或5位羟基易于氧化,可清除体内的自由基,对抗脂质过氧化;黄酮类化合物还具有Ca2+离子拮抗作用[7]。
  3.2.1不同药物对小鼠运动能力的影响本实验结果显示:PG、CM和AE组小鼠游泳至力竭的时间较运动组分别增加17.26%、21.31%和22.48%,且各药组间无显著性差异。提示人参茎叶提取物、北虫草发酵液和辽东木忽木木根皮提取物可不同程度提高小鼠的运动能力,在延缓运动性疲劳方面有一定的积极作用。
  3.2.2不同药物对一次性力竭游泳运动小鼠肾自由基代谢的影响本实验结果显示PG、CM和AE组小鼠肾组织SOD、GSH-PX活性明显升高。推测人参中皂甙类和辽东木忽木木中皂甙类和黄酮类化合物的双键结构可能会直接淬灭O·[7,8],来保护抗氧化酶活性;而北虫草可通过直接提高抗氧化酶活性加快机体对O·的清除,来减少O·间接引起的脂质过氧化反应(各种药的具体药理作用还有待于进一步研究)。脂质过氧化最终产物之一是丙二醛(MDA),故常用MDA含量来反应脂质过氧化损伤的程度。本实验结果显示PG、CM和AE组小鼠肾组织MDA含量明显下降,且三种药物间无显著性差异。提示人参茎叶、辽东木忽木木和北虫草均可减少一次性力竭游泳运动引起的肾脂质过氧化,缓解自由基对肾组织细胞的损伤,且作用效果相似。
  
  4结论
  
  1) 一次性力竭游泳运动可引起小鼠肾脏抗氧化酶活性下降,脂质过氧化作用增强。2) 人参茎叶提取物、北虫草发酵液和辽东木忽木木根皮提取物可改善小鼠肾脏抗氧化能力,在一定程度上预防了肾脏的脂质过氧化损伤。且这三种药物在预防肾运动源性自由基损伤方面的作用效果相似。
  
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