（1.北京体育大学，北京 100084；2.东北财经大学体育部，辽宁 大连 116025；3.国家体育总局体育科学研究所，北京 100763）
摘 要： 通过对大鼠进行为期7周的递增负荷实验，发现长期递增负荷运动训练导致大鼠肝脏 形态学结构异常，肝脏功能下降；心肌形态学结构异常，心肌肌丝排列紊乱、线粒体结构异 常和功能降低，导致运动能力低下。通过对实验组大鼠进行中药干预使得运动大鼠肝脏形态 学结构维持正常，明显降低了大负荷强度运动对肝脏形态学的不利影响；中药干预使运动大 鼠心肌形态学结构维持正常，心肌肌丝排列整齐、线粒体结构完整；有利于运动能力的维持 。
关键词：运动训练；中药干预；肝脏组织形态；心肌组织形态
中图分类号：G804.32 文献标识码：A 文章编 号：1007-3612(2009)03-0053-05
On the Impact of Chinese Medicine on the Change of Organic Shape of Liver and Heart of Rats under Training
CAO Jianmin LI Keli ，TIAN Ye3，ZHAO Jiexiu3，JUN G HongYon TAN Hai1
(1. Beijing Sport University, Beijing 100084, China;2.Dept.of P .E., Dongbei university of Finance & Economics,Dalian 116025,Liaoning C hina；3. China Institute of Sport Science, General Administration of Sport of Ch ina, Beijing 100763, China)
Abstract: In this study, the rats take increasing training load during 7 weeks. It is found that for long term increasing load sport training, their organic sha pe of liver becomes abnormal and the function declined; the organic shape of hea rt becomes abnormal, myocardial muscle wire becomes disorder, the organic shape of mitochondria in the heart becomes abnormal and the function declined, which l ead the function of movement down. The study uses the Chinese medicine to interv ention the organic shape of liver, which makes the organic shape normal and also it interferes the organic shape of heart and makes the organic shape of heart n ormal. It makes the myocardial muscle wire ordered, and keeps the organic shape of mitochondria complete. All of them can keep the sport ability.
Key words: sport training; intervention of Chinese medicine; organic sha pe of liver; organic shape of heart
肝脏与心脏均是机体内的重要脏器。肝脏是机体内重要的代谢器官，是维持血糖稳定，消除 氨、乳酸等代谢产物的重要场所，对于维持运动能力有重要意义。心脏是机体的泵血器官， 心脏功能的强弱对于保持机体的血液供应，对于运输氧、营养物质和代谢产物发挥了重要作 用。
长时间大强度的运动使得肝脏和心脏的形态结构被破坏，从而影响肝脏和心脏功能的发 挥，使得运动能力下降。目前对于预防长时间大强度的运动对肝脏、心脏结构破坏的研究相 对较少。本研究希望通过采用我国传统的中药进行干预，研究中药对于维持长时间大强度运 动时肝脏与心脏结构的作用，为预防长时间大强度运动时保护肝脏与心脏的结构，维持运动 能力寻求一条新途径。
1 材料与方法
1.1 实验动物与分组 本实验采用雄性Wistar大鼠30只，体重(188.4±8.9)g，由北京维通利华实验动物技术有限 公司提供。动物饲料为全价营养颗粒饲料，动物饲养环境温度(23±2)℃，湿度40%～60%。
1.2 运动方式 训练组大鼠进行递增负荷跑台训练（BCPT－98型）7周，动物跑台坡度为0°，跑台初始速度 为30 m/min，第一周每天递增3 min，每周训练6 d，第二周速度递增为35 m/min，前两周每 天进行1次训练，其余时间为每天早晚各1次，周日休息。训练具体安排见表1。
1.3 力竭标准如果训练过程中大鼠出现严重力竭症状：连续施加机械刺激大鼠不能继续跑动、下跑台后腹 部触地严重呈“甲鱼状”，则允许其休息2～5 min，然后继续运动至所要求的训练时间。
1.4 实验分组与取材 按照体重，以区组法将大鼠分为3组，每组10只：安静对照组、运动对照组、运动＋中药组 。分笼饲养，每个鼠笼5只，自由饮食，自然昼夜节律变化光照。将大鼠以25%乌拉坦（4 mL /kg体重）麻醉，处死；迅速切取肝脏左叶和心肌左室前壁，先在冷的生理盐水中冲洗掉污 血，然 后放在冷的有机玻璃板上，用预冷的刀片将其切成1 mm×1 mm×4 mm左右的长条，用牙签轻 而 快地放入冷的4％戊二醛中进行前固定，以上皆在冰盘上操作，1 min内完成，防止挤压、牵 拉。经过2 h以上，再用1％锇酸后固定，清洗后进行浓度递增的等级系列脱水，再经过渗透 、环氧树脂包埋、聚合、超薄切片、电子染色，最后用日本GEM-1230透射电镜观察。
1.5 中药组成及补充方式
中药组成：西洋参、淫羊藿、红景天、枸杞子、五味子、麦冬、砂仁、何首乌等11味中草药 以一定比例制成汤剂，生药含量为1.6 g/mL。
中药通过预实验得出最佳剂量，每天给各组大鼠灌服2 mL的中药，各对照组灌服等量的水。
2 结 果
2.1 中药对运动训练大鼠肝脏形态学的影响 安静对照组大 鼠肝细胞核染色质均一，核膜清晰，多为椭圆形，核内异染色质较少、边集，呈均匀细线状 ，核仁偶见；线粒体形态正常，大小近似，膜清晰；粗面内质网呈细条状规则排列，核糖体 丰富(图1)。
运动对照组大鼠肝脏肝细胞核内染色质浓缩、边集，异染色质粗大、边集，呈块 状，核膜肿胀；肝细胞核周围聚集大量严重扩张粗面内质网，明显脱颗粒，核糖体减少，胞 内可见较多散在、脱落的内质网；肝细胞内线粒体数量减少，但大小相近，未见明显线粒体 膜和嵴的异常(图2)。
运动中药组大鼠肝脏肝细胞核染色质均一，偶见核仁，核膜清晰、无肿胀；线粒体大小均一 ，形态正常；粗面内质网排列规则，无明显扩张，其表面核糖体比较丰富(图3)。
2.2 中药干预对运动训练大鼠心肌形态学的影响 安静对照 组大鼠心肌细胞的肌丝排列整齐，Z线、M线清晰；线粒体形态正常，大小相近，嵴清晰 、排列规则，肌浆网无明显扩张；细胞核染色质均一，无明显染色质凝结，核仁偶见；心肌 细胞间的闰盘清晰、结构完好，桥粒或缝连接处规整(图4，图5)。
运动对照组大鼠心肌肌丝排列不整齐，部分肌束可见Z线、M线模糊；有的 肌原纤维出现断裂、溶解；线粒体大小不匀、形状不规则，出现较多肥大线粒体；有些线粒 体嵴减少、排列很不规则，肌浆网扩张；心肌细胞核皱缩，染色质边集，凝结成深色条块状 ；心肌细胞闰盘基质密度加深(图6，图7)。
运动中药组大鼠心肌心肌细胞的肌丝排列整齐，Z线、M线较清晰；线粒体大小相近，部分线 粒体嵴清晰、排列规则，基质不均匀，肌浆网无明显扩张；细胞核染色质均一，无明显染色 质凝结；心肌细胞间的闰盘清晰、结构完好(图8，图9)。
3 讨 论
3.1 长期递增负荷运动对大鼠肝脏形态学的影响
在正常生理情况下，肝脏是机体作为重要的脏器之一，同时肝脏作为机体最大的腺体，是机 体新陈代谢的枢纽，并与胆汁制造、糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢、解毒保护作用以及激素 代谢等的平衡作用都具有密切的关系，而且肝脏又是维持机体的免疫防御、血液凝固等多重 功能的重要器官。
肝脏是人体内最大的分泌腺体，在物质代谢中起重要作用。长时间剧烈运动会使机体许多器 官产生异常的代谢变化和不同程度的代谢调节紊乱，同时使细胞的一些结构和功能发生变化 ，影响机体物质代谢。运动时肝组织中的抗氧化酶的变化较为明显已被许多实验所证实，大 负荷强度的运动导致肝脏抗氧化酶活性下降，自由基生成增加，这种自由基代谢的紊乱造成 了肝脏组织细胞膜以及亚细胞器细胞膜结构的改变，导致肝脏功能的紊乱[1]。林 华等[2]通 过对衰竭性运动后小鼠肝脏超微结构的观察，发现连续7次的衰竭运动使肝细胞呈现明显的 变化，主要表现在部分肝细胞破裂，内容物进入窦状隙，未受损的肝细胞糖原明显减少。
本实验中安静对照组大鼠肝脏透射电镜结果表明：1） 肝细胞核染色质均一，核膜清晰，多 为椭圆形，核内异染色质较少、边集，呈均匀细线状，核仁偶见；2） 线粒体形态正常，大 小近似，膜清晰；3） 粗面内质网呈细条状规则排列，核糖体丰富。说明安静对照组大鼠肝 脏组织细胞的结构正常，线粒体、细胞核以及粗面内质网结构完整，这对维持大鼠肝脏的正 常功能十分重要。
而运动对照组大鼠肝脏透射电镜结果表明：1） 肝细胞核内染色质浓缩、边集，异染色质粗 大、边集，呈块状，核膜肿胀；2） 肝细胞核周围聚集大量严重扩张粗面内质网，明显脱颗 粒，核糖体减少，胞内可见较多散在、脱落的内质网；3） 肝细胞内线粒体数量减少，但大 小相近，未见明显线粒体膜和嵴的异常。虽然运动性低血色素大鼠肝组织细胞内线粒体膜和 嵴与安静对照组没有显著变化，但是实验结果表明其线粒体数量减少，这对肝脏的能量代谢 十分不利。同时运动性低血色素大鼠肝脏细胞核内染色体浓缩、边集，核糖体减少等对肝脏 细胞的基因转录和表达都具有不利的影响。因此，实验结果说明大负荷的递增跑台运动导致 运动性低血色素大鼠肝脏组织细胞的异常，造成肝脏功能紊乱。造成运动性低血色素大鼠肝 脏细胞结构异常、肝脏功能紊乱的可能原因有：1） 大负荷的递增跑台运动引起自由基生成 大量增加，同时抑制水解自由基的各种代谢酶的活性（如SOD、CAT等），从而造成的自由基 代谢紊乱，自由基代谢紊乱引起肝脏组织细胞膜、亚细胞器膜的脂质过氧化增加，导致膜结 构的异常；2） 大负荷递增跑台运动造成肝脏组织能源物质消耗急剧增加，造成糖储备的耗 竭，从而使能量代谢紊乱而引起肝脏细胞形态结构的异常；3） 大负荷递增跑台运动引起机 体激素应激增加，造成激素代谢的紊乱，从而导致肝脏组织细胞结构的异常；4） 大负荷递 增跑台运动引起大量代谢产物的堆积，其中某些代谢产物堆积会对肝脏组织细胞结构产生不 利的影响，从而引起肝脏组织细胞结构的异常，运动时间较长，缺氧持续的时间也较长，故 肝细胞的损害程度也最严重，因此出现线粒体呈囊性扩张，嵴断裂，内质网呈重度扩张[3] 。当然造成肝脏组织细胞结构异常的因素还有没有被认识到的，至于何种因素是大负荷强度 运动造成肝脏组织细胞结构异常的主要或重要因素还有待于今后的进一步研究。
3.2 长期递增负荷运动对大鼠心脏形态学的影响
人体能量代谢有无氧代谢和有氧代谢两种形式，其中人体能量95％以上是以有氧代谢生成的 ，在人体的各组织中代谢所需要的氧依赖于肺泡的交换、血液中血红蛋白的携带，而心脏泵 血功能则是血液运输氧的动力。心脏泵血功能好坏不但与安静时机体能量代谢有关，更取决 于大负荷强度运动时机体的能量代谢能力的高低。心肌能量代谢以有氧代谢为主，心肌细胞 中线粒体数量及其功能结构的多少决定了运动时心脏的能量供应和功能。线粒体作为细胞有 氧代谢合成ATP的必要场所，其合成ATP的效率将是影响心肌细胞功能的主要因素，而且是导 致长时间大强度运动性疲劳发生的一个关键因素[4]。
线粒体是真核生物细胞内的一种重要而独特的细胞器，1850年被发现，1898年命名，是氧化 磷酸化和形成ATP的主要场所，其作用是为细胞提供“动力”，进行能量转换，供给细胞行 使各种生命活动所需要的能量并参与脂肪酸的合成及某些蛋白质的合成[5]。在线 粒体内膜 上存在着氧化磷酸化的脂蛋白复合物，它们是传递电子的氧化还原酶体系，由一系列可逆地 接受和释放电子的化学物质所组成，在内膜上按氧化还原电位的由小到大排列，（氧化还原 电位小，失电子能力愈大，愈易成为还原剂，因而愈处于呼吸链的前面）当NADH或FADH2 所 携带的H原子进入呼吸链时，电子流沿电子传递链传递与H+跨膜运输到膜间隙相偶联，即N AD H脱氢酶、细胞色素bc1复合体、细胞色素aa3复合体三个氢泵利用电子传递释放的能量将氢 离子从膜内泵到膜间隙，从而在内膜内外建立了跨膜电位；该跨膜电位是ATP酶合成的动力 。线粒体作为细胞能量储存和提供的场所，其以氧化磷酸化的方式将食物内蕴藏的能量转变 为可被机体直接利用的ATP高能磷酸键[6]。人体95%的能量产生于此。因此，对绝 大多数真 核生物（包括人）来说，线粒体是一种不可缺少的细胞器。线粒体的数量、体积以及形态的 变化决定能量代谢的改变，当线粒体数量的减少、体积的减小以及形态的改变使得线粒体生 成ATP的能力下降。
运动训练对心肌形态学以及线粒体形态的影响有相关的报道，长期的有氧训练适应后心肌形 态学、线粒体数目和体积形态等都向着有利于运动能力的方向发展，而严重缺氧、过度训练 、严重应激等则造成心肌形态、线粒体数目和体积形态等都向着不利于运动能力的方向发展 。当处于运动性低血色素时大鼠心肌形态学、线粒体数目和体积形态等的变化如何目前尚未 见到报道。
本实验安静对照组大鼠心肌透射电镜实验结构表明：1） 心肌细胞的肌丝排列整齐，Z线、M 线清晰；2） 线粒体形态正常大小相近，嵴清晰、排列规则，肌浆网无明显扩张；3） 细胞 核染色质均一，无明显染色质凝结，核仁偶见；4） 心肌细胞间的闰盘清晰、结构完好，桥 粒或缝连接处规整。说明安静组大鼠心肌组织正常。
运动对照组大鼠心肌透射电镜实验结构表明：1） 肌丝排列不整齐，部分肌束可见Z线、M线 模糊，有的肌原纤维出现断裂、溶解；2） 线粒体大小不匀、形状不规则，出现较多肥大线 粒体，有些线粒体嵴减少、排列很不规则，肌浆网扩张；3） 心肌细胞核皱缩，染色质边集 ，凝结成深色条块状；4） 心肌细胞闰盘基质密度加深。长期大负荷强度的递增跑台运动造 成运动性低血色素大鼠的心肌肌丝排列紊乱游离，Z、M线模糊，这是长期大强度递增负荷跑 台运动导致部分肌球蛋白和肌动蛋白分子解聚所造成，由于运动性低血色素大鼠心肌能量供 应不足，加之运动应激较大，始终不能产生适应，从而使解聚后的肌丝长时间得不到重新聚 合的适宜条件，则可能发生变性、断裂、溶解；解聚蛋白数量过多，且未能及时重聚合，而 导致心肌收缩性能下降。而运动性低血色素大鼠心肌线粒体大小不匀、有些线粒体嵴减少。 线粒体是细胞的供能站，是有氧氧化的场所，运动性低血色素大鼠线粒体形态的变化使得其 能量代谢能力下降。而造成线粒体形态学改变的原因可能有：1） 大负荷递增跑台运动导致 自由基代谢紊乱，使得线粒体以及胞浆中自由基浓度增加，从而造成对线粒体膜和线粒体 内嵴发生脂质过氧化的几率增加，从而使得线粒体形态发生不利的变化；2） 运动性低血色 素大鼠心肌组织中线粒体钙浓度发生紊乱；3） 运动性低血色素大鼠心肌线粒体电子传递链 电子漏、质子漏增多以及电子载体功能改变；4） 线粒体氧化磷酸化功能的改变。
3.3 中药对运动训练大鼠肝脏形态学的影响
运动灌药组肝脏透射电镜结果表明：1） 肝细胞核染色质均一，偶见核仁，核膜清晰、无肿 胀；2） 线粒体大小均一，形态正常；3） 粗面内质网排列规则，无明显扩张，其表面核糖 体比较丰富。说明本实验对相同递增负荷跑台运动大鼠灌服中药可以有效的对抗大强度跑台 运动对肝脏组织细胞结构的不利影响，这与我们采用的中药具有补肾填精、疏肝理气、气血 双补、调和阴阳，其中各味中药皆有增强机体清除自由基、促进抗氧化系统活性和提高抗疲 劳 能力的效用有关。说明中药的灌服对维持进行长期大负荷强度运动大鼠的肝脏功能、对抗由 于运动训练所造成的肝功能紊乱具有十分重要的作用。我们所采用的中药是由西洋参、淫羊 藿、红景天、枸杞子、五味子、麦冬、砂仁、何首乌等11味中草药以一定比例组成，此复方 补肾填精、疏肝理气、气血双补、调和阴阳，其中多味中药皆有增强机体清除自由基、促进 抗氧化系统活性和提高抗疲劳能力的效用。中药灌服对大负荷递增跑台运动大鼠肝脏功能的 有利影响可能是通过以下几个因素来实现的：1） 中药复方具有促进抗氧化系统酶活性，增 强机体清除自由基的能力，从而缓解由于大负荷强度运动造成的自由基代谢的紊乱，有效防 止肝脏组织细胞膜及亚细胞器膜脂质过氧化的增加，从而维持肝脏组织细胞结构的完整； 2） 中药复方具有缓解由于大负荷强度运动引起的激素应激，有效调节了激素代谢的平衡， 防止激素代谢的紊乱；3） 通过调节激素代谢平衡来维持肝脏细胞中能量代谢平衡，防止能 源物质的耗竭，从而维持肝脏组织细胞结构的完整等。
总之，中药灌服有效地防止了由于大负荷强度递增跑台运动造成的肝脏组织细胞结构的完整 ，这对于维持肝脏的正常功能是十分重要的。
3.4 中药对运动训练大鼠心肌形态学的影响 运动中药组心肌大鼠透射电镜实验结果表明：1） 心肌细胞的肌丝排列整齐，Z线、M线较清 晰；2） 线粒体大小相近，部分线粒体嵴清晰、排列规则，基质不均匀，肌浆网无明显扩张 ；3） 细胞核染色质均一，无明显染色质凝结；4） 心肌细胞间的闰盘清晰、结构完好。
刺激肌丝生长、肌节增生。有人认潍[7]，Z线可能是肌节生长之源或模板，与新肌 节的生成 有密切关系。持训组电镜照片显示Z线增粗，是肌节增生活跃的表现。此外，持训组心肌局 部出现肌丝紊乱游离，可能是长期训练导致部分肌球蛋白和肌动蛋白分子解聚所造成[ 8]。 解聚后的收缩蛋白可在适宜条件下重新聚合，恢复正常的结构，并可能出现对新的负荷状态 的适应性改变。有人从肌纤维中提取出收缩蛋白，通过离子强度的改变重新聚合出有良好收 缩能力的肌丝样线条[9]，即是证明。可以推测，耐力训练后出现的心肌肥大和心 缩力增强 ，部分原因是由于收缩蛋白的解聚—重聚合过程活跃。这可在某种程度上解释动物经长期训 练后，心肌肌丝超微结构发生改变，而其收缩能力非但不降低，而呈有所增高的现象。这说 明耐力性训练促进了心肌结构的改造，从而适应新的工作状况和心缩力增强的需要。解聚后 的收缩蛋白重新聚合成新的肌丝结构的过程，只有在合适的条件下（供能充足、休息充分、 经常受到适宜刺激等）才可能进行。如果解聚后的肌丝长时间得不到重新聚合的适宜条件， 则可能发生变性、坏死。解聚蛋白数量过多，且未能及时重聚合，将引起心肌收缩性能下降 [10]。
运动中药组大鼠的心肌透射电镜结果与安静组相似，表明中药灌服有利于缓解大负荷强度递 增跑台运动对心肌的形态和线粒体形态的不利影响，这对于维持心肌细胞功能的完整极为有 利，说明中药具有维持心肌形态结构和功能完整的作用。中药对抗大负荷强度递增负荷跑台 运动对心肌形态和线粒体形态的不利影响的可能机制是：1） 中药复方具有促进抗氧化系统 酶活性，增强机体清除自由基的能力，从而缓解由于大负荷强度运动造成的自由基代谢的紊 乱，有效防止了心肌组织细胞膜及亚细胞器膜脂质过氧化的增加，从而维持心肌细胞结构和 线粒体形态的完整；2） 中药复方具有缓解由于大负荷强度运动引起的激素应激，有效调节 了激素代谢的平衡，防止激素代谢的紊乱；3） 通过调节激素代谢平衡来维持心肌细胞中能 量代谢平衡，防止能源物质的耗竭，从而维持心肌细胞结构的完整；4） 刺激肌丝生长，肌 节增生，Z线是肌节生长之源或模板，与新肌节的生成有密切关系，中药灌服使运动训练大 鼠心肌Z线清晰，可能是促进肌节生成增加，弥补了大负荷强度递增跑台运动造成的肌球蛋 白和肌动蛋白分子解聚，从而使解聚后的肌丝及时重新聚合，减少肌丝发生变性、断裂、溶 解。因此，中药的灌服有利于维持大负荷强度递增跑台运动大鼠心肌收缩性能，对维持或提 高其心脏机能具有十分有利的作用。
4 结 论
1) 长期递增负荷运动训练导致大鼠肝脏形态学结构异常，肝脏功能下降，这种肝脏功能的 下降对运动能力具有不利的作用；心肌形态学结构异常，心肌肌丝排列紊乱、线粒体结构异 常和功能降低，使运动性低血色素大鼠心脏功能下降，导致运动能力的低下。
2) 中药干预使运动大鼠肝脏形态学结构维持正常，明显降低了大负荷强度运动对肝脏形态 学的不利影响，对维持肝脏机能十分重要，有利于运动能力的维持；中药干预使运动大鼠心 肌形态学结构维持正常，心肌肌丝排列整齐、线粒体结构完整，明显降低了大负荷强度运动 对心脏形态学的不利影响，对维持心脏机能十分重要，有利于运动能力的维持。
参考文献：
［1］ 林岭,等.衰竭性游泳对大鼠肝微粒体单氧酶系活力的影响及机制探讨［J］. 浙江体育科学，1995，17(4)：31-33.
［2］ 林华,等.衰竭运动小鼠肝损伤的实验性研究［J］.天津体育学院学报，1994,9(4):9- 11.
［3］ 张勇,等.力竭性运动对肝脏线粒体呼吸控制及磷酸化功能的影响［J］.天津体育学院 学报，1999，14(2)：16-18.
［4］ Takayawa M.Age-associated damage in mitochondrial function in rat heart［J ］.Exp Gerontol，1993:269-280.
［5］ 连克杰,丁树哲,许豪文.力竭性游泳对大鼠心肌线粒体基质游离Ca2+及Na+/C a2+交换的影响［J］.中国运动医学杂志,1998,17(3):216-219.
［6］ Guski H,Meyer R,Frenandez-britto JE.Morphmetric,histoche mical and autorad io graphic studieson myocardial cells in experimental cardiac hypertrophy and ische mia［J］.Exp Path，1997,44:79-97.
［7］ 卢兴.心力衰竭［M］.北京:人民卫生出版社，1986：115.
［8］ 黄利长.耐力训练对心肌超微结构的影响［J］.中国运动医学杂志，1988，10(7):155 .
［9］ 靳士信.解剖学进展［M］.北京:人民卫生出版社，1981：177.
［10］ 徐玉林.不同训练方式对大鼠心肌超微结构的变化［J］.北京体育大学学报，1999,2 2(4):34-37.第32卷 第3期