[关于运动性疲劳动物模型建立的综述]仿真动物模型品牌
摘要：通过对近十年来有关运动疲劳动物实验方面的文献进行归纳总结，试图找出其中有关运动疲劳动物模型建立的规律和方法，以及与运动疲劳理论方面的联系，并对目前有关运动疲劳动物模型的建立中存在的问题进行讨论，为运动生理生化机能的研究提供实验材料。
关键词：运动疲劳动物模型；综述 中图分类号：G804文献标识码：A文章编号：1004—4590(2007)03—0073—04� Abstract:From investigating the literatures about animal model of exercise fatigue in the last 10 years, the paper try to find the methods and rules of establishing animal model of exercise fatigue, and the relation with the theories of exercise fatigue In addition, some problems of animal model of exercise fatigue are discussed The review offers better experimental materials for the sports biochemical and physiological research Key words: animal model of exercise fatigue; review �� 运动疲劳机制的研究一直是运动医学领域备受关注的课题之一,阐明其机理的研究主要以动物实验为主,运动性疲劳动物模型已经成为运动性疲劳深入研究的重要途径,所以标准化、理想的运动性疲劳模型无疑是实施有损伤情况下疲劳研究的首要环节［1］。
故对近十年来有关运动疲劳动物实验方面的文献进行了归纳总结，试图找出其中有关运动疲劳动物模型建立的规律和方法，及其与运动疲劳理论方面的联系，为生理机能的研究提供较好的实验材料。
� 1 运动疲劳动物模型的运动训练方式� 运动性疲劳不同于一般的疲劳，其是在运动过程中发生的一种疲劳症候。
故不同的运动方式对疲劳产生的程度不同，对机体产生的影响也不同。
总结国内外的动物模型研究一般以大鼠跑台和游泳的运动方式为主，极少数运用到转笼法［2］,转棒法［3］,旷野法［4］以及爬绳实验［5］。
� 1.1 跑台运动动物疲劳模型� 跑台运动疲劳动物模型大都采用雄性SD大鼠（体重200g左右）为实验对象，模型的建立大部分是参照Bedford(1979)根据大鼠体重/摄氧量回归方程所建立的递增负荷(跑台坡度)和速度的运动训练方式或逐渐递增速度和时间的运动训练方式。
一般开始速度为15m/min，逐渐递增至最高速度为35m/min；每次运动时间多为20min左右，训练周期为7周左右。
大部分关于大鼠跑台模型力竭的判断标准基本上为：连续予大鼠施加声�光�机械刺激后,大鼠不能继续跑动,下跑台后连续喘息,暂时无逃避反应。
� 1.2 游泳运动动物疲劳模型� 在所查关于运动疲劳动物模型的文献资料中以游泳为运动方式的运动疲劳模型占了大部分，这可能是由于跑台运动需要电刺激来使动物产生疲劳状态,运动过程中容易产生运动以外的应激源,而游泳是大鼠本能的一种运动方式,通过给予适宜水温和充足的运动空间,可以使大鼠的运动能力得以充分的发挥。
� 游泳运动动物疲劳模型的实验对象大多为雄性SD大鼠（体重200g左右）或昆明种小鼠（体重20—30g）。
从实验条件来看，水温多为30度左右（30±2℃）；水深则起码应能避免大鼠尾巴撑在池底休息，从文献中所使用的水深，对于大鼠为实验对象的多大于50cm，小鼠大于20cm。
每次进行游泳训练时,要用新鲜的净水，因为大鼠被强迫游泳时,会向水中释放某种“警戒”物质。
如果在两批实验中不换水,第一批大鼠游泳时向水中释放的这种物质,将对下一批大鼠的游泳产生影响。
在进行正式实验之前，需要对动物进行适应性游泳训练，对其体力和心理的应激会产生很好的适应。
而未经训练的大（小）鼠,常有许多不必要的动作,体力消耗快,这时进行力竭实验,得出的结果重复性很差,不能确切地反映大鼠的运动能力。
� 游泳动物疲劳模型的训练模式比较多，大体上可分为，负重或递增负重游泳，无负重游泳，在流动水槽中游泳。
但在训练方式上每篇文献所采用的训练时间，训练周期及负荷强度均不相同，多根据实验目的和要求自行设计。
比较这几种游泳训练模式，如果不增加额外的负荷,大鼠可以在温度适宜的水中连续漂游几十个小时,并且当它学会了漂游以后代谢率很快就下降了,4ｈ后可降到基础代谢水平。
为保证运动强度,缩短游泳时间,通常采用负重的方法来增加其运动量。
这时,所负重量应少于大鼠在水中维持呼吸所能承受的最大重量(约为体重的6%～8%)不造成生命危险。
使之能充分发挥其运动能力。
相比上两种，流动水槽可以通过改变水池落差获得不同的水流速度来控制运动负荷强度，控制运动强度的随意性强，大（小）鼠在运动中受力较均匀。
� 对运动性疲劳的判断标准的报道不一,如对游泳至力竭的判断,有的是大鼠沉底时间长4s—10s为力竭；有的以鼻孔没入水面以下5—10秒不能主动上浮大鼠游泳的协调动作消失,水淹没鼻尖,身体下沉, 至再次浮出水面的时间超过10秒,并连续3次者为力竭；有的以大鼠在游泳过程中呈现出的明显外部体征来确定和划分运动疲劳的不同阶段,并分别在运动疲劳的发生、发展和力竭阶段，疲劳开始阶段：大鼠游至水深过耳时；疲劳发展阶段：大鼠游至水淹过眼时；疲劳力竭阶段：大鼠游至水淹过鼻尖，下沉不能浮起时［6］；有的游泳运动训练结束后,小鼠体重减轻,食量下降,运动能力降低,体毛不洁,精神倦怠,心率增加,血红蛋白和血睾酮下降,皮质醇和血乳酸升高即确定为运动性疲劳模型建立［7］。
� 2 运动疲劳动物模型的应用� 对运动性疲劳产生机制的研究，由于认识论和方法论的不同，学者们都较多地从局部或某一方面进行研究，使得研究结果和结论各具特色且各不相同，所以所采用的疲劳动物模型的训练方式和研究目的也各不相同。
总结近十年的这方面的实验，主要集中在以下几个方面：� 2.1 针对“自由基学说”的运动疲劳动物模型� 自由基是指外层电子轨道含有未配对电子的基团。
在细胞内,线粒体,内质网,细胞核,质膜和胞液中都可以产生自由基。
由于自由基化学性质活泼,可以与机体内糖类、蛋白质、核酸及脂类等发生反应,因此,能造成细胞功能和结构的损伤和破坏。
研究发现,剧烈运动后自由基产生过多,可造成肌纤维膜、内质网完整性丧失,妨碍了正常的细胞代谢与机能;还造成胞浆中Ca2＋的堆积,影响了肌纤维的兴奋一收缩耦联,使肌肉的工作能力下降;自由基能引起线粒体呼吸链产生ＡＴＰ的过程受到损害,使细胞能量生成发生障碍,影响了肌纤维的收缩功能;另外,还有一些重要的酶由于自由基的作用而失活,从而产生一系列病理变化,也能导致肌肉收缩能力下降产生疲劳。
因此认为,自由基与运动性疲劳有着密切的关系,是导致运动性疲劳的重要原因。
� 针对这一疲劳机制的学说，研制了抗氧化制剂，通过建立运动疲劳动物模型来研究其疗效。
如 “复方抗氧化制剂”及运动训练对大鼠骨骼肌自由基代谢、运动能力的影响［8］；巴戟天对运动训练大鼠骨骼肌自由基代谢及运动能力的影响［9］。
不同方式的急性和慢性运动对不同组织器官的影响不同,在接受一定时间和强度的系统训练后,机体各组织内自由基代谢对运动产生适应性变化也不完全相同。
大多数研究表明急性及大负荷运动会增加自由基大量生成,当自由基大量堆积超过机体抗氧化系统的清除能力时会破坏细胞结构,长期会导致疾病发生。
慢性适度有氧训练可以增强机体抗氧化系统的防御能力,降低脂质过氧化水平［10,11,12］。
因此要成功建立自由基导致的疲劳动物模型，要注意运动训练的负荷强度。
� 2.2 针对“衰竭学说”的运动疲劳动物模型� 衰竭学说认为疲劳的原因是体内能源物质的耗竭。
如磷酸原储备或糖原储备的减少。
在长时间运动中，产生疲劳的同时常伴有血糖浓度降低，当肌糖原被大量消耗时，运动能力就下降，这是长时间运动疲劳的重要原因。
在激烈运动的 30s 内，肌肉中的 ATP 和 CP 大量消耗供能，其储存量明显下降；而以极限强度持续运动 2—3min 至精疲力竭时，CP 的浓度下降至接近于零但不会为零。
并且同样的运动强度但不同的刺激手段对糖代谢的影响不同，机械刺激下，大鼠运动至疲劳及3小时恢复后血糖值变化不大；疲劳运动后即刻肝糖元下降，运动后3小时开始恢复；且运动疲劳即刻红、白肌纤维糖元含量之间有差异。
而在电刺激作用下，疲劳运动即刻血糖值明显下降，恢复3小时后血糖浓度回升；疲劳运动后即刻肝糖元的下降水平大于机械刺激作用，运动后3小时仍未开始恢复，运动疲劳即刻红、白肌纤维糖元含量之间无差异［13］。
� 2.3 运动性中枢疲劳的动物实验� 人体连续从事负荷的运动，可使大脑皮层的兴奋与抑制过程之间的平衡性遭到破坏，造成过度兴奋或过度抑制，破坏了原有的动力定型，导致皮层下功能发生紊乱，从而引起各器官、系统的功能失调，因此产生疲劳。
大多数学者认为，运动性中枢疲劳的发生机制是由于长时间中等强度的运动引起中枢神经系统出现保护性抑制所导致的［14］。
李雪等对不同负荷运动的大鼠大脑皮质超微结构的影响的实验表明：过度训练可使大鼠大脑皮质微循环的超微结构发生改变,而大脑微血管的超微结构无明显变化;中等强度运动可以增加大脑皮质内微血管的数量和神经细胞内线粒体的数量,使脑微循环得到改善;大脑组织形态结构的改变可能导致大鼠大脑神经元功能障碍,进而引起运动性中枢疲劳的发生［15］。
有研究表明，大鼠经大强度运动训练后，可抑制海马神经元ｂｃｌ—２ 蛋白的表达而促进 ｂａｘ 蛋白的表达， 这可能是大强度运动训练导致大鼠海马 ＣＡ１ 区神经元凋亡发生的基因调控机制， 而中等强度运动训练可促使 ｂｃｌ—２ 蛋白的表达上升， 抑制细胞凋亡［16］。
要造成运动性中枢疲劳的动物模型，其训练方式必须采用长时间大强度的训练。
� 2.4 中医理论在运动性疲劳模型建立中的运用� 中医理论在运动性疲劳模型建立中的运用,为疲劳模型的建立开拓了新思路,不同症型的运动性疲劳模型的建立,将有利于辩证施治,便于不同组方的中药抗运动性疲劳作用的观察。
但从文献查阅及检索的结果来看，目前尚没有系统建立起中医有关运动性各种症候的实验动物模型。
� 中医强调人体是一个对立统一的整体，健康状态则是阴阳平衡的结果，也就是说各脏腑、组织、器官处于一种动态平衡状态。
它们在保持自身的平衡时，又通过气血在它们之间进行信息和物质的交流、协调和统一，从而形成整个人体的大平衡。
运动作为一种外界的刺激施加于人体，根据运动参数的不同就会产生不同的影响，这种影响可能会打破局部的脏腑、组织、器官间的平衡，它们在继续维持或达到新平衡的同时会通过气血把运动刺激的信息传递到整个人体，让人体进行协调以维持体的平衡。
如果运动刺激引起某脏腑、组织、器官失去平衡，并且超出了人体适应的范围，就会打破整个人体的平衡，使人的生理功能不能正常发挥而产生功能障碍，即发生了运动性疲劳［17］。
肾为“先天之本”，肾藏精,主骨生髓,是体力产生的原动力和源泉；脾为“后天之本”脾主四肢肌肉,与运动关系密切。
脾肾与运动性疲劳的关系密切,功能上又相互影响,所以补肾健脾类中药在消除运动性疲劳中被广泛应用［18］。
现在模拟中医传统病因研制的脾虚动物模型一般分为单因素如苦寒泻下法［19,20］，饮食失节,饥饱失节法［21,22］, 耗气破气法, 劳倦过度法［23］等；复合因素如过劳饮食失节法，劳倦饥饱法，泻下—劳倦法等。
其中和运动疲劳有关的动物模型多集中在劳倦过度法，但劳倦过度多采用劳倦装置振荡器使实验动物振荡，但与真正意义上的运动训练有所不同，和运动疲劳结合的较紧密的如曲长江的游泳劳倦运动［23］，还有如中药致泻结合递增负荷跑台训练［24］。
其中动物脾肾虚的观察多以观察动物的体症状态为主，如肾阳虚动物模型临床症状较共认的表现为日益消瘦，活动减少，反应迟钝,肢尾湿冷，倦曲拱背,毛松便稀等［48］;脾虚动物模型其症状体症包括脾虚和气虚，如食量减少，大便稀溏，或便软，或腹泻，体重增长或缓慢或下降，或消瘦，倦怠懒动，眯眼，拱背，扎堆，毛色枯黄无泽，耳尾色淡等［25］。
《素问六节藏象论》“肝者,罢极之本”,提示人体耐受和消除疲劳的能力与肝关系密切。
中医学认为,血对人体具有极为重要的营养和滋润作用,它在脉中运行不息,不断地为全身各脏腑组织器官提供丰富的营养,以维持其正常的生理活动，肝具有主藏血的生理功能,对各脏腑组织器官起到营养调节作用,是人体各种机能活动所需能量的重要来源。
所以加强肝主藏血的功能,可以提高机体的活动能力和耐疲劳能力，养肝血类药在消除运动疲劳中也常被运用。
如含(五味子、当归、酸枣仁、木瓜各30g等)制成的“养肝柔筋方”，通过游泳至疲劳的运动方式，对疲劳大鼠肌糖原、血糖含量数据检测表明，该药可明显增强大鼠抗运动性疲劳的能力,其抗运动性疲劳机制之一可能是增加运动大鼠体内的糖贮备,改善其骨骼肌的能量代谢状况［26］。
由石斛、牛膝、益母草三味中药组成的养阴活血注射液，通过力竭游泳运动后小鼠心肌、骨骼肌、肝脏组织超微结构显著受损，养阴活血中药的应用则使损害明显减轻。
推测养阴活血中药保护超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性、阻止组织细胞脂质过氧化的作用与超微结构损伤的减轻密切相关［27］。
� 3 运动性疲劳动物模型中存在的问题及思考� 3.1 运动性疲劳的判别是建立运动性疲劳模型的一个非常重要的问题。
现在大多根据运动性疲劳时机体的外部体征的变化来判断运动能力下降,如一般状况的变化,包括体重、饮食、精神状况和自主活动情况等;运动时的姿势的变化,如跑台跑时蹬地情况、腹部与跑台的相对位置、游泳运动时头部没入水中的程度和时间;运动能力的变化,如采用刺激后仍跟不上所要求的运动速度等主观观察指标来判断疲劳的发生及疲劳的程度。
但实际情况往往是在实验动物还没有发生外部特征变化之前,疲劳就已经产生了。
有必要在此基础上结合一些生理、生化客观指标来鉴别运动性疲劳及疲劳程度［28］。
对于不同的供能方式为主的运动,可根据运动能力的限制因素来判断疲劳的发生。
以糖酵解供能为主的运动,运动能力的限制因素主要是乳酸的堆积;强度为75%VO2max的有氧运动,运动能力的限制因素主要是肌糖原的耗竭,因而可以通过测定血乳酸升高、肌糖原的下降来判断疲劳的发生。
慢性运动性疲劳动物模型,根据其疲劳积累、机能状态下降的实质,可使用判断机体机能状态的有关指标,如血红蛋白、血乳酸、血尿素、尿蛋白等,既要注意指标的相对独立性,又要考虑多指标的最佳组合。
建立怎样根据不同方式、不同供能系统为主的运动来选择指标,合理组合,对运动性疲劳进行多指标、系统性综合评定,是一项复杂的工作,需要进一步研究。
把握疲劳的外在表现,结合客观生理、生化评判指标,监控运动性疲劳模型的建立有益于模型质量的保证。
对于客观观察指标的选用,不仅要注意它的可靠性、敏感性,还要把握其可测性、易测性，但在实际的运动性疲劳的动物模型建立中，很难去测试，且个体差异较大。
如对运动大鼠血乳酸的测定中要找到其乳酸阈，需对大鼠进行运动中及运动后的多次采血，操作起来难度较大，对大鼠的伤害也较大，可能会影响大鼠的运动能力，对实验结果造成影响。
从实际的操作中发现大鼠的耐受力很强，恢复比较快，所以找对动物运动疲劳的较敏感的生理生化指标十分关键。
� 3.2 在建模过程中运动疲劳模型的运动训练方式多种多样，运动训练的强度和负荷更是多样。
但由不同的运动引发的运动性疲劳的机理和程度是不一样的,对机体的影响亦不同。
� 3.3 动物模型的普适性、可重复性和均一性是其质量所在,是判断模型成功与否的关键,若所建模型不能再现或不稳定,则不能被公认［28］。
运动性疲劳动物模型建立的实验条件的控制是模型的建立中有很多非处理因素,包括实验动物的选用,其中,动物的品系、年龄、饲养、环境等应做到均一;有些实验条件,如跑台运动的刺激方法、泳池的大小、水深及水温的控制应尽量一致。
这样严格控制实验条件,可以排除非处理因素对模型建立的干扰,使模型的建立更具科学性。
� 3.4 目前有关疲劳的动物实验研究大部分是在力竭运动状态下进行的，这可能与动物的耐受力及恢复能力很强，很多生化指标在一般状态下反应不敏感有关。
并且运动性疲劳的综合性、全身性、发生机制的复杂性导致建模过程中难以判断疲劳发生、发展和鉴定疲劳程度。
为了便于判断，在大部分运动疲劳动物实验中多将疲劳发展到力竭状态，以便引起机体出现更明显的变化。
运动疲劳强调疲劳导致的工作能力或身体机能的下降是暂时的，经过休息就可以恢复，但在运动疲劳动物模型建立的实验设计中，很少有安排一定的自然恢复时间，并对运动后即刻及经一段时间恢复后的生理及生化指标进行比较，来了解运动所致的外部表现的变化及生理、生化指标的变化是否是暂时性的、可自然恢复的。
� 参考文献：� ［1］ 苗明三 实验动物和动物实验技术［M］ 北京:中国中医药出版社,1997� ［2］ 张世明 运动性疲劳的中医分型和诊断标准的研究［J］ 中国运动医学杂志,2003,22，(1):47—48� ［3］ 杨则宜 运动营养生物化学研究进展［J］ 中国运动医学杂志,2004,23，(2):158—160� ［4］ 李仪奎 中药药理实验方法学［M］ 上海:上海科学技术出版社,1991329—332� ［5］ 谢 伟，杨永亮,郑红英 银杏叶提取物对小鼠抗运动性疲劳能力影响的实验研究［J］ 山东体育学院学报,2004,20，(5):51—59� ［6］ 周薇,王远金,殷劲 大鼠疲劳模型的建立及疲劳对肝脏结构和功能的影响［J］ 成都体育学院学报,1998,24，(3):81—86� ［7］ 唐量,田振军,熊正英,张英起 应用基因芯片技术对疲劳性运动小鼠脑组织脂肪酸代谢相关基因表达的初步研究［J］中国应用生理学杂志,2005,21(2)137—139� ［8］ 任昭君,刘洪珍,郭成吉 “复方抗氧化制剂”对大鼠运动能力和骨骼肌自由基代谢影响的研究 中国体育科技,2005,41，(3):17—19� ［9］ 潘新宇，牛 岭 巴戟天对运动训练大鼠骨骼肌自由基代谢及运动能力的影响 中国临床康复, 2005,9(48):162—163� ［10］任绮 不同方式的急性运动和慢性运动对自由基代谢的影响 体育科学2004,24, (4):22—26� ［11］ 顾丽燕,章岚,张一民 不同游泳运动对大鼠血清ＭＤＡ、ＳＯＤ、Ｔ—ＡＯＣ的影响 武汉体育学院学报［Ｊ］,2004,38(2):28—31� ［12］姚军成,赵志伟,宗有智 不同负荷游泳训练对大鼠大脑及小脑皮质SOD含量的影响西安体育学院学报, 2005,22(2):68—72� ［13］肖明珠,郭庆芳 动物运动性疲劳方法学研究之一不同刺激方法对大鼠跑台运动疲劳及恢复期糖代谢的影响［J］ 中国运动医学杂志,2000;19(1):49—50� ［14］张小菊 疲劳性运动对血浆游离氨基酸和中枢神经递质影响的研究进展［J］ 中国运动医学杂志,1999,18(2):150～153� ［15］李雪,袁琼嘉,熊若虹 不同负荷运动的大鼠大脑皮质超微结构的影响［J］ 成都体育学院学报,2006,32(3):111—113� ［16］张梅,何叶 不同强度运动训练对大鼠海马 ＣＡ１ 区神经元凋亡的影响［J］ 天津体育学院学报,2006,21（2）:151—153� ［17］刘志元,从中医角度看运动性疲劳和恢复［J］南京体育学院学报（自然科学版）,2003,2(4):24—26� ［18］于 滢,侯丕宇,常 波补肾健脾类中药消除运动性疲劳的研究综述［J］ 沈阳体育学院学报,2005,24(5):81—83� ［19］北京师范大学生物系消化生理教研组中医脾虚症动物模型的造模［J］中华医学杂志,1986,7(2):83� ［20］李传英脾虚证［J］浙江中医杂志,1982,17(8):255� ［21］黄灿山,毛冀楷,范隆昌,等饮食不节所致的脾虚动物模型及中药治疗观察［J］中西医结合杂志,1983,3(5):295� ［22］陈红宾饮食不节对小鼠小肠嗜咯细胞及血5—羟色胺改变的实验研究［J］中西医结合杂志,1989,(特集)77:12� ［23］曲长江番泻叶泻下与劳倦过度单、复因素脾虚模型的免疫学研究［J］中国中西医结合脾胃杂志,1999,7(41):21� ［24］陈奇中药药理研究方法学［M］北京：人民卫生出版社•1 993．1038—1039．� ［25］钱会南沈丽波胡雪琴中医脾虚动物模型的实验研究思考［J］中国药物与临床，2003,3(3):183—184� ［26］马玉兰,胡利民等“养肝柔筋方”抗运动性疲劳作用机制的实验研究－对大鼠运动能力和糖贮备的影响［J］天津中医,2001,18(5):38—39� ［27］霍泳宁,倪正,张珊珊,程宝庚,李鸿英中药养阴活血方对力竭运动小鼠组织超微结构及自由基代谢的影响［J］中国临床康复,2005,9(44):130—131� ［28］郑澜，陆爱云 运动性疲劳动物模型的研究［J］中国体育科技，2003,2(39):20—23。