牛磺酸对运动力竭大鼠心肌线粒体的保护作用
作者：张 钧 郭勇力
单位：江苏省扬州大学师范学院(225002)张 钧； 山东体育学院 郭勇力
关键词：牛磺酸；线粒体；自由基；力竭运动
牛磺酸对运动力竭大鼠心肌线粒体的保护作用 江苏省扬州大学师范学院 提要 以大鼠力竭运动为模型，研究了牛磺酸对心肌线粒体脂质过氧化、抗氧化系统及游离钙浓度的影响。结果发现：牛磺酸可降低大鼠力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化水平，提高大鼠力竭运动后心肌线粒体超氧化物歧化酶(SOD)的活性，保持大鼠力竭运动后心肌线粒体还原性谷胱甘肽含量及游离钙浓度。结果提示牛磺酸可减少力竭运动后因脂质过氧化而产生的自由基，降低自由基对心肌线粒体的攻击，维持线粒体膜的功能，说明牛磺酸有保护心肌线粒体的功能和防止心肌损伤的作用。
Effects of Taurine on Myocardial Mitochondria in Rats after Exhaustive Exercise
, http://www.100md.com
Zhang Jun1, Guo Yongli2
1. The Teacher's College of Yangzhou University 2. Shandong Institute of Physical Education
The effects of taurine on the lipid peroxidation level, superoxide dismutase (SOD) activities, glutathione (GSH) content and free calcium concentration in the myocardial mitochondria of rats were investigated after exhaustive swimming. The results showed that taurine supplement decreased the lipid peroxidation level and increased SOD activities, GSH content and free calcium concentration significantly in the myocardial mitochondria of rats after exhaustive exercise. These findings suggested that taurine could decrease free radicals, and thus protect the damage of myocardial mitochondria from the lipid peroxidation after exhaustive exercise and retain the function of the myocardial mitochondria.
, 百拇医药
Key words: taurine, mitochondria, free radicals, exhaustive exercise
随着自由基生物学和自由基医学的发展，自由基与疾病和疲劳的关系受到广泛的重视。力竭运动可引起心肌线粒体自由基产生增多，使线粒体功能明显下降，造成线粒体损伤和心肌损伤的事实已得到广泛证实。因此如何用抗氧化剂阻断力竭运动后自由基对心肌线粒体造成的损伤，保护心肌的功能，增强机体的抗氧化能力，推迟疲劳的出现，增加机体的运动能力已成为运动医学研究的一个重要内容。牛磺酸(Taurine)是一种β—氨基酸的亚磺酸类似物，它对心肌有保护作用[1、2]。本研究试图通过探讨牛磺酸对力竭运动后心肌线粒体自由基代谢的影响，来说明其对力竭运动后心肌线粒体的保护作用，为其应用提供实验依据。
1 材料和方法
1.1 实验对象与分组
, 百拇医药
实验用雄性SD大鼠，体重180—210克，共24只，由中科院上海实验动物中心提供。随机分为A、B、C 3组，A组为安静对照组，B组为运动力竭组，C组为运动力竭加牛磺酸组。每组8只，同次实验的各组大鼠均为同窝大鼠。室温21±3℃。A、B两组大鼠每天自由进食饮水，C组大鼠除每天自由进食饮水外，每天皮下注射牛磺酸，剂量为200mg/kg/d[3]，持续10天。
1.2 主要试剂
牛磺酸为上海第二制药厂出品(批号85928),其余均为分析纯试剂，试剂用去离子水配置。
1.3 动物运动模型(力竭运动)
无训练的大鼠在长100cm、宽50cm,高50cm的玻璃游泳槽中游泳，水深45cm,水温31℃。大鼠游泳力竭后迅速取出断头取材料。动物力竭判断标准按Thomas报道的文献[4]。大鼠平均运动力竭时间B组为3.97±1.48h,C组为5.20±1.92h，B组和C组相比有显著性差异(P<0.01)。
, 百拇医药
1.4 实验方法
1.4.1 大鼠心肌线粒体分离及蛋白定量方法
大鼠断头处死后，立即取心室肌组织，加分离介质在冰浴中剪碎，用电动马达匀浆器匀浆后倒入离心管中，依文献方法[5]用差速离心分离线粒体(分离介质含0.25mol/L蔗糖，0.5mmol/L EDTA和3mmol/L HEPES，pH7.4)。线粒体蛋白含量用Bradford等的方法[6]。
1.4.2 线粒体脂质过氧化水平的测定
以丙二醛(MDA)含量作为脂质过氧化水平的指标，用MDA测试盒测定线粒体MDA的含量，MDA测试盒由南京建成生物公司提供。
1.4.3 线粒体超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定
, 百拇医药
参照邻苯三酚自氧化法[7]，用SOD测试盒测定SOD活性，SOD测试盒由南京建成生物公司提供。
1.4.4 线粒体还原性谷胱甘肽(GSH)含量的测定
GSH的测定用GSH测试盒测定，GSH测试盒由南京建成生物公司提供。严格按测试盒要求步骤进行，用721分光光度计测420nm处比色OD值。用以下公式计算得：
GSH(g/L)＝测光管吸光度GSH毫摩尔消光系数×GSH分子量×稀释倍数
1.4.5 线粒体游离钙的测定
线粒体用负载介质制成悬浮液，使浓度适度，以Fura—2AM为Ca2+荧光指示剂，根据Mccormark等的方法[8]改进而成，用日本岛津荧光分光光度计测游离钙的浓度，以340和380nm双波长激发，505nm波长发射，并根据两者的荧光强度比率计算出游离钙的浓度。(负载介质为甘露醇195nM,蔗糖65mM,HEPES6mM，琥珀酸3mM，Tris0.005M,0.4%牛血清蛋白，pH值为7.4)。
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2 结果
2.1 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化水平的影响(见表1)
B组大鼠力竭运动后心肌线粒体MDA含量为27.95±4.08nmol/mg port，明显高于对照组12.84±2.61nmol/mg Port(P<0.01)；而C组大鼠力竭运动后，心肌线粒体MDA含量为12.71±1.98nmol/mgPort与对照组相比无显著差异，而明显低于B组(P<0.01)。说明力竭运动可使心肌线粒体MDA含量显著升高，而牛磺酸可降低力竭运动后心肌线粒体MDA含量。
2.2 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体SOD活性的影响(见表1)。
B组和C组大鼠力竭运动后心肌线粒体SOD活性分别为15.07±2.40和27.36±2.87U/mg*Port,对照组心肌线粒体SOD活性为28.86±3.21U/mg*Port。B组SOD活性显著低于对照组(p<0.01)，C组SOD活性显著高于B组(p<0.01)，而和对照组无显著性差异。说明力竭运动可使心肌线粒体SOD活性显著降低，而牛磺酸可抑制力竭运动后SOD活性的降低。
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2.3 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体GSH含量的影响(见表1)
B组大鼠力竭运动后，心肌线粒体GSH含量为0.67±0.07μg/mg Port显著低于对照组2.29±0.23μg/mg Port(p<0.01)和C组2.23±0.31μg/mg Port(p<0.01)，而A组和C组GSH含量无显著性差异。说明力竭运动可使心肌线粒体GSH含量显著下降，而牛磺酸可抑制力竭运动后心肌线粒体GSH含量的下降。
2.4 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度的影响(见表1)
B组大鼠力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度为59.77±18.13nM和对照组92.98±14.38nM相比有显著性差异(p<0.01)，和C组大鼠89.76±13.89nM相比亦有显著差异(p<0.01)。而A组和C组相比则无差异。说明力竭运动可使大鼠心肌线粒体游离钙浓度显著下降，而牛磺酸对力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度的下降有显著的抑制作用。
, 百拇医药
表1 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体MDA含量、SOD活性、GSH含量和游离钙浓度的影响(n＝8,X±S)
Table 1， Effects of taurine supplement on the MDA, SOD, GSH and free Ca2+ in myocardial mitochondria after exercise in rats
组 别
Groups
MDA含量
MDA content
(nmol/mg Port)
SOD活性
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SOD activity
(U/mg Port)
GSH含量
GSH content
(μg/mg Port)
游离钙浓度
Free Ca++concentration
(nM)
A组 Group A
B组 Group B
C组 Group C
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12.84±2.61
27.95±4.08a
12.71±1.98b
26.86±3.21
15.07±2.40a
27.36±2.87b
2.29±0.23
0.67±0.07a
2.23±0.31b
92.98±14.38
, 百拇医药
59.77±18.13a
89.76±13.89b
注：a为B组与A组相比，p<0.01，b为C组与B组相比，p<0.01 a:B vs A,p<0.01;b:C vs B，p<0.01
3 讨论
力竭运动可导致机体自由基和脂质过氧化水平增加的事实已得到广泛的证实。Brady[9]报道了力竭游泳后大鼠骨骼肌和红细胞中MDA升高。Davies等[10]利用ESR技术测得力竭运动后大鼠肝脏和肌肉中自由基信号显著增加。丁树哲等[11]用ESR观察到力竭性游泳和跑步后心肌自由基增加，心肌线粒体MDA增加。牛磺酸是普遍存在于动物各种组织细胞内液中的一种游离氨基酸，它不参与任何蛋白质的生物合成，但可抑制自由基的产生，保护组织免受氧化剂和自由基的攻击，减少脂质过氧化反应。本实验结果表明：大鼠力竭游泳后，心肌线粒体MDA显著增加，而给予牛磺酸组大鼠力竭游泳后未见有心肌线粒体MDA的显著增加。说明牛磺酸有抑制力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化的作用。
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机体内抗氧化系统对防止和减轻心肌自由基损伤和线粒体损伤而引起的心功能下降有重要作用。抗氧化系统中一种重要的抗氧化酶是超氧化物歧化酶(SOD)，它能催化生物氧化而产生的OA*-G2转化为H2O2和O2，以防止其对细胞和线粒体的损伤，起到保护细胞和线粒体的作用。有关力竭运动对机体抗氧化酶特别是SOD活性影响的报道已有很多，Jenkins等[12]报道了疲劳时肌细胞中SOD活性受到抑制。Jill等[13]报道了力竭运动后肝脏和骨骼肌中SOD活性显著下降。王文信[14]报道了力竭运动后心肌线粒体SOD活性下降。本实验结果和他们的报道一致，即：力竭运动后心肌线粒体SOD活性下降。其原因可能是力竭运动使脂质过氧化水平增加，为清除体内脂质过氧化产物需消耗大量的SOD，故此酶活性下降。而补充牛磺酸组的大鼠未见有心肌线粒体SOD活性下降，说明牛磺酸有抑制心肌线粒体SOD活性下降的作用，可能是由于牛磺酸有抗脂质过氧化作用，因而减少了清除脂质过氧化产物而消耗的SOD，使此酶活性保持在一定水平。
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抗氧化系统中还有一种重要的抗氧化剂是还原型谷胱甘肽(GSH)。本实验结果表明：大鼠力竭运动后心肌线粒体GSH显著下降。而牛磺酸可抑制其力竭运动后的下降。力竭运动引起GSH下降的报道已有很多。Lew等[15]报道了大鼠力竭运动后肝脏GSH下降。Cooper[16]和Kretzeschmar[17]分别报道了马拉松跑后和最大功率自行车后血浆GSH下降。以上结果和本实验结果基本一致。而牛磺酸可抑制力竭运动后心肌线粒体GSH下降的原因可能是由于牛磺酸可保护组织免受氧化剂和自由基的攻击，抑制过氧化物酶的催化作用，从而减少了GSH的消耗，保持了运动后GSH的含量。
线粒体内钙稳态的失调，是造成线粒体损伤的重要原因之一。而力竭运动可造成线粒体内钙稳态的失调。Tate等[18]报道了大鼠力竭游泳后骨骼肌线粒体总钙显著增加。田野[19]也报道了类似的结果。王文信[14]报道了力竭运动心肌线粒体游离钙浓度下降。本实验结果表明：大鼠力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度显著下降。其可能机制为：(1)力竭运动可使线粒体GSH下降，GSH可维持线粒体内膜巯基的还原状态，当GSH下降时内源性自由基攻击线粒体膜蛋白巯基，影响线粒体氧化代谢的3个关键酶及电子传递链中酶的活性，NADH生成减少，使线粒体呼吸功能下降，造成其摄钙能力降低。而牛磺酸可抑制力竭运动后心肌线粒体GSH的下降，减少了自由基攻击线粒体膜蛋白巯基的可能性，保持了线粒体氧化代谢的3个关键酶及电子传递链中酶的活性，使线粒体呼吸功能保持正常，从而保证了线粒体钙的摄取能力，维持了线粒体游离钙的浓度[2]。力竭运动可引起线粒体钙释放能力增加，研究表明：力竭运动时GSH/GSSG比值下降，线粒体巯基含量下降，激活了线粒体膜上PLA2，导致膜蛋白巯基氧化交联，使线粒体膜渗透性转运通道打开，钙释放增加。而牛磺酸可减少力竭运动后线粒体巯基含量的下降，从而保证了线粒体膜正常的渗透性转运，避免造成线粒体钙释放增加，并且保持了线粒体游离钙的浓度，防止了线粒体的损伤。
, 百拇医药
综上所述，力竭运动可造成大鼠心肌线粒体脂质过氧化增加，SOD活性、GSH含量和游离钙浓度下降，造成心肌线粒体和心肌的损伤。而牛磺酸可减少力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化反应，维持SOD的活性，保持GSH含量和游离钙浓度，从而以保护力竭运动后心肌线粒体功能和防止心肌损伤的作用。
4 参考文献
1. Wexler BC, Irisowa H, et al. Acute myocardial histopathology in normal and arteriosclerotic rats during isoproternol induced myocardial infarction. Br. J. Exp. Path, 1970；51；646
2.张宏来.牛磺酸对损伤的心肌肌膜ATPase活性影响的研究.氨基酸生物资源，1995；17(2)：16
, 百拇医药
3.何天培等.牛磺酸对应激大鼠心肌损伤的保护机制.营养学报，1997；19(2)：158-162
4.Thomas DP,et al. Effects of repeated exhaustive exercise on myocardial subcellular membrane structure. Int. J. Sports Med. 1988；9：257
5.Vaghy PL, et al. Selective inhibition of Na+—induced Ca2+ release from heart mitochondria by diltiazem and certain other Ca2+ antagonist drug J. Biol. Chem. 1982；257：6000-6002
, 百拇医药 6.Bradford MM, et al. A rapid and sensitive method for the quantition of microgram quantities of protein utiliying the principle of protein-dye binding. Anal, Biochem. 1976；72：248-254
7.袁勤生等.邻苯三酚自氧化法测定超氧化物歧化酶的活性.医药工业。1983；1：16
8.Mccermark JG, et al. Study on mitochondrial Ca2+-transport and matrix Ca2+ using fura-2-loaded rat heart mitochondria. Biochem Biophys Acta 1989；973：420-429
, 百拇医药
9.Brady PS, et al. Selenium, Vitamin E and the response to swimming stress in the rat. J. Nutr. 1979；109：1103-1109
10.Davies J, et al. Free Radical and tissue damage produced by exercise. Biochem Biophy Res. Comm. 1982；107：1198-1205
11.丁树哲等.运动中内源性自由基对大鼠心肌线粒体膜分子动力学的影响.生物化学和生物物理学报.1991；23：305
12.Jenkins R R, et al. Lipid peroxdation in skeletal muscle during atrophy and acute exercise. Med. Sci Sports Exer. 1983；15：93
, 百拇医药
13.Jill, et al. Antioxidant enzyme systems in rat liver and skeletal musle. Influence of selenium cleficiency. Chronic training and acute exercise. Arch. Biochem Biophys. 1988；363：150-160
14.王文信等.长时间游泳运动对大鼠心肌线粒体功能的影响。生物化学和生物物理学报。1994；26；243-246
15.Lew H, et al. Chanes in the glutathione status of plasma, liver and musle following exhaustive exercise in rats. FEBS Leffers 1985；185：262-266
16.Cooper M B, et al. The effect of marthon running on carnitine metabolism and on some aspects of muscle mito-chondrial activities and antiexidant mechanisms. J. Sports Science. 1986；4：79-87
, 百拇医药
17.Krestzschmar M, et al. Influence of aging, training and acute physical exercise on plasma glutathione and lipid peroxides in man. Int. J. Sports Med. 1991；12：218-222
18.Tate C A, et al. Calcium uptake in skeletal muscle mitochondria. Eur. J. Appl. physical. 1978；39：111
19.田野等.运动性骨骼肌结构，机能变化的机制研究—Ⅱ，力竭运动对线粒体钙代谢水平的影响，中国运动医学杂志，1993；12：31-33
20.Harris E T, et al. The effect of supperoxide generation on the ability of mitochondria to take up and retain Ca2+.FEBS.Lett. 1982；146：267-272
(1998.02.04收稿), 百拇医药
单位：江苏省扬州大学师范学院(225002)张 钧； 山东体育学院 郭勇力
关键词：牛磺酸；线粒体；自由基；力竭运动
牛磺酸对运动力竭大鼠心肌线粒体的保护作用 江苏省扬州大学师范学院 提要 以大鼠力竭运动为模型，研究了牛磺酸对心肌线粒体脂质过氧化、抗氧化系统及游离钙浓度的影响。结果发现：牛磺酸可降低大鼠力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化水平，提高大鼠力竭运动后心肌线粒体超氧化物歧化酶(SOD)的活性，保持大鼠力竭运动后心肌线粒体还原性谷胱甘肽含量及游离钙浓度。结果提示牛磺酸可减少力竭运动后因脂质过氧化而产生的自由基，降低自由基对心肌线粒体的攻击，维持线粒体膜的功能，说明牛磺酸有保护心肌线粒体的功能和防止心肌损伤的作用。
Effects of Taurine on Myocardial Mitochondria in Rats after Exhaustive Exercise
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Zhang Jun1, Guo Yongli2
1. The Teacher's College of Yangzhou University 2. Shandong Institute of Physical Education
The effects of taurine on the lipid peroxidation level, superoxide dismutase (SOD) activities, glutathione (GSH) content and free calcium concentration in the myocardial mitochondria of rats were investigated after exhaustive swimming. The results showed that taurine supplement decreased the lipid peroxidation level and increased SOD activities, GSH content and free calcium concentration significantly in the myocardial mitochondria of rats after exhaustive exercise. These findings suggested that taurine could decrease free radicals, and thus protect the damage of myocardial mitochondria from the lipid peroxidation after exhaustive exercise and retain the function of the myocardial mitochondria.
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Key words: taurine, mitochondria, free radicals, exhaustive exercise
随着自由基生物学和自由基医学的发展，自由基与疾病和疲劳的关系受到广泛的重视。力竭运动可引起心肌线粒体自由基产生增多，使线粒体功能明显下降，造成线粒体损伤和心肌损伤的事实已得到广泛证实。因此如何用抗氧化剂阻断力竭运动后自由基对心肌线粒体造成的损伤，保护心肌的功能，增强机体的抗氧化能力，推迟疲劳的出现，增加机体的运动能力已成为运动医学研究的一个重要内容。牛磺酸(Taurine)是一种β—氨基酸的亚磺酸类似物，它对心肌有保护作用[1、2]。本研究试图通过探讨牛磺酸对力竭运动后心肌线粒体自由基代谢的影响，来说明其对力竭运动后心肌线粒体的保护作用，为其应用提供实验依据。
1 材料和方法
1.1 实验对象与分组
, 百拇医药
实验用雄性SD大鼠，体重180—210克，共24只，由中科院上海实验动物中心提供。随机分为A、B、C 3组，A组为安静对照组，B组为运动力竭组，C组为运动力竭加牛磺酸组。每组8只，同次实验的各组大鼠均为同窝大鼠。室温21±3℃。A、B两组大鼠每天自由进食饮水，C组大鼠除每天自由进食饮水外，每天皮下注射牛磺酸，剂量为200mg/kg/d[3]，持续10天。
1.2 主要试剂
牛磺酸为上海第二制药厂出品(批号85928),其余均为分析纯试剂，试剂用去离子水配置。
1.3 动物运动模型(力竭运动)
无训练的大鼠在长100cm、宽50cm,高50cm的玻璃游泳槽中游泳，水深45cm,水温31℃。大鼠游泳力竭后迅速取出断头取材料。动物力竭判断标准按Thomas报道的文献[4]。大鼠平均运动力竭时间B组为3.97±1.48h,C组为5.20±1.92h，B组和C组相比有显著性差异(P<0.01)。
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1.4 实验方法
1.4.1 大鼠心肌线粒体分离及蛋白定量方法
大鼠断头处死后，立即取心室肌组织，加分离介质在冰浴中剪碎，用电动马达匀浆器匀浆后倒入离心管中，依文献方法[5]用差速离心分离线粒体(分离介质含0.25mol/L蔗糖，0.5mmol/L EDTA和3mmol/L HEPES，pH7.4)。线粒体蛋白含量用Bradford等的方法[6]。
1.4.2 线粒体脂质过氧化水平的测定
以丙二醛(MDA)含量作为脂质过氧化水平的指标，用MDA测试盒测定线粒体MDA的含量，MDA测试盒由南京建成生物公司提供。
1.4.3 线粒体超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定
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参照邻苯三酚自氧化法[7]，用SOD测试盒测定SOD活性，SOD测试盒由南京建成生物公司提供。
1.4.4 线粒体还原性谷胱甘肽(GSH)含量的测定
GSH的测定用GSH测试盒测定，GSH测试盒由南京建成生物公司提供。严格按测试盒要求步骤进行，用721分光光度计测420nm处比色OD值。用以下公式计算得：
GSH(g/L)＝测光管吸光度GSH毫摩尔消光系数×GSH分子量×稀释倍数
1.4.5 线粒体游离钙的测定
线粒体用负载介质制成悬浮液，使浓度适度，以Fura—2AM为Ca2+荧光指示剂，根据Mccormark等的方法[8]改进而成，用日本岛津荧光分光光度计测游离钙的浓度，以340和380nm双波长激发，505nm波长发射，并根据两者的荧光强度比率计算出游离钙的浓度。(负载介质为甘露醇195nM,蔗糖65mM,HEPES6mM，琥珀酸3mM，Tris0.005M,0.4%牛血清蛋白，pH值为7.4)。
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2 结果
2.1 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化水平的影响(见表1)
B组大鼠力竭运动后心肌线粒体MDA含量为27.95±4.08nmol/mg port，明显高于对照组12.84±2.61nmol/mg Port(P<0.01)；而C组大鼠力竭运动后，心肌线粒体MDA含量为12.71±1.98nmol/mgPort与对照组相比无显著差异，而明显低于B组(P<0.01)。说明力竭运动可使心肌线粒体MDA含量显著升高，而牛磺酸可降低力竭运动后心肌线粒体MDA含量。
2.2 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体SOD活性的影响(见表1)。
B组和C组大鼠力竭运动后心肌线粒体SOD活性分别为15.07±2.40和27.36±2.87U/mg*Port,对照组心肌线粒体SOD活性为28.86±3.21U/mg*Port。B组SOD活性显著低于对照组(p<0.01)，C组SOD活性显著高于B组(p<0.01)，而和对照组无显著性差异。说明力竭运动可使心肌线粒体SOD活性显著降低，而牛磺酸可抑制力竭运动后SOD活性的降低。
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2.3 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体GSH含量的影响(见表1)
B组大鼠力竭运动后，心肌线粒体GSH含量为0.67±0.07μg/mg Port显著低于对照组2.29±0.23μg/mg Port(p<0.01)和C组2.23±0.31μg/mg Port(p<0.01)，而A组和C组GSH含量无显著性差异。说明力竭运动可使心肌线粒体GSH含量显著下降，而牛磺酸可抑制力竭运动后心肌线粒体GSH含量的下降。
2.4 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度的影响(见表1)
B组大鼠力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度为59.77±18.13nM和对照组92.98±14.38nM相比有显著性差异(p<0.01)，和C组大鼠89.76±13.89nM相比亦有显著差异(p<0.01)。而A组和C组相比则无差异。说明力竭运动可使大鼠心肌线粒体游离钙浓度显著下降，而牛磺酸对力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度的下降有显著的抑制作用。
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表1 牛磺酸对大鼠力竭运动后心肌线粒体MDA含量、SOD活性、GSH含量和游离钙浓度的影响(n＝8,X±S)
Table 1， Effects of taurine supplement on the MDA, SOD, GSH and free Ca2+ in myocardial mitochondria after exercise in rats
组 别
Groups
MDA含量
MDA content
(nmol/mg Port)
SOD活性
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SOD activity
(U/mg Port)
GSH含量
GSH content
(μg/mg Port)
游离钙浓度
Free Ca++concentration
(nM)
A组 Group A
B组 Group B
C组 Group C
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12.84±2.61
27.95±4.08a
12.71±1.98b
26.86±3.21
15.07±2.40a
27.36±2.87b
2.29±0.23
0.67±0.07a
2.23±0.31b
92.98±14.38
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59.77±18.13a
89.76±13.89b
注：a为B组与A组相比，p<0.01，b为C组与B组相比，p<0.01 a:B vs A,p<0.01;b:C vs B，p<0.01
3 讨论
力竭运动可导致机体自由基和脂质过氧化水平增加的事实已得到广泛的证实。Brady[9]报道了力竭游泳后大鼠骨骼肌和红细胞中MDA升高。Davies等[10]利用ESR技术测得力竭运动后大鼠肝脏和肌肉中自由基信号显著增加。丁树哲等[11]用ESR观察到力竭性游泳和跑步后心肌自由基增加，心肌线粒体MDA增加。牛磺酸是普遍存在于动物各种组织细胞内液中的一种游离氨基酸，它不参与任何蛋白质的生物合成，但可抑制自由基的产生，保护组织免受氧化剂和自由基的攻击，减少脂质过氧化反应。本实验结果表明：大鼠力竭游泳后，心肌线粒体MDA显著增加，而给予牛磺酸组大鼠力竭游泳后未见有心肌线粒体MDA的显著增加。说明牛磺酸有抑制力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化的作用。
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机体内抗氧化系统对防止和减轻心肌自由基损伤和线粒体损伤而引起的心功能下降有重要作用。抗氧化系统中一种重要的抗氧化酶是超氧化物歧化酶(SOD)，它能催化生物氧化而产生的OA*-G2转化为H2O2和O2，以防止其对细胞和线粒体的损伤，起到保护细胞和线粒体的作用。有关力竭运动对机体抗氧化酶特别是SOD活性影响的报道已有很多，Jenkins等[12]报道了疲劳时肌细胞中SOD活性受到抑制。Jill等[13]报道了力竭运动后肝脏和骨骼肌中SOD活性显著下降。王文信[14]报道了力竭运动后心肌线粒体SOD活性下降。本实验结果和他们的报道一致，即：力竭运动后心肌线粒体SOD活性下降。其原因可能是力竭运动使脂质过氧化水平增加，为清除体内脂质过氧化产物需消耗大量的SOD，故此酶活性下降。而补充牛磺酸组的大鼠未见有心肌线粒体SOD活性下降，说明牛磺酸有抑制心肌线粒体SOD活性下降的作用，可能是由于牛磺酸有抗脂质过氧化作用，因而减少了清除脂质过氧化产物而消耗的SOD，使此酶活性保持在一定水平。
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抗氧化系统中还有一种重要的抗氧化剂是还原型谷胱甘肽(GSH)。本实验结果表明：大鼠力竭运动后心肌线粒体GSH显著下降。而牛磺酸可抑制其力竭运动后的下降。力竭运动引起GSH下降的报道已有很多。Lew等[15]报道了大鼠力竭运动后肝脏GSH下降。Cooper[16]和Kretzeschmar[17]分别报道了马拉松跑后和最大功率自行车后血浆GSH下降。以上结果和本实验结果基本一致。而牛磺酸可抑制力竭运动后心肌线粒体GSH下降的原因可能是由于牛磺酸可保护组织免受氧化剂和自由基的攻击，抑制过氧化物酶的催化作用，从而减少了GSH的消耗，保持了运动后GSH的含量。
线粒体内钙稳态的失调，是造成线粒体损伤的重要原因之一。而力竭运动可造成线粒体内钙稳态的失调。Tate等[18]报道了大鼠力竭游泳后骨骼肌线粒体总钙显著增加。田野[19]也报道了类似的结果。王文信[14]报道了力竭运动心肌线粒体游离钙浓度下降。本实验结果表明：大鼠力竭运动后心肌线粒体游离钙浓度显著下降。其可能机制为：(1)力竭运动可使线粒体GSH下降，GSH可维持线粒体内膜巯基的还原状态，当GSH下降时内源性自由基攻击线粒体膜蛋白巯基，影响线粒体氧化代谢的3个关键酶及电子传递链中酶的活性，NADH生成减少，使线粒体呼吸功能下降，造成其摄钙能力降低。而牛磺酸可抑制力竭运动后心肌线粒体GSH的下降，减少了自由基攻击线粒体膜蛋白巯基的可能性，保持了线粒体氧化代谢的3个关键酶及电子传递链中酶的活性，使线粒体呼吸功能保持正常，从而保证了线粒体钙的摄取能力，维持了线粒体游离钙的浓度[2]。力竭运动可引起线粒体钙释放能力增加，研究表明：力竭运动时GSH/GSSG比值下降，线粒体巯基含量下降，激活了线粒体膜上PLA2，导致膜蛋白巯基氧化交联，使线粒体膜渗透性转运通道打开，钙释放增加。而牛磺酸可减少力竭运动后线粒体巯基含量的下降，从而保证了线粒体膜正常的渗透性转运，避免造成线粒体钙释放增加，并且保持了线粒体游离钙的浓度，防止了线粒体的损伤。
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综上所述，力竭运动可造成大鼠心肌线粒体脂质过氧化增加，SOD活性、GSH含量和游离钙浓度下降，造成心肌线粒体和心肌的损伤。而牛磺酸可减少力竭运动后心肌线粒体脂质过氧化反应，维持SOD的活性，保持GSH含量和游离钙浓度，从而以保护力竭运动后心肌线粒体功能和防止心肌损伤的作用。
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(1998.02.04收稿), 百拇医药