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1、10 月龄 Wistar 大鼠最大摄氧量测试方案的比较争论覃飞;董亚南;王松涛;徐旻霄;王中玮;瞿超艺;赵杰修【摘 要】目的:最大摄氧量(O2max)是客观评价心肺功能的抱负指标,也是制定运动强度的依据.在体育科学领域,试验动物常被用于探讨运动干预的效果和机制,因此,依据试验动物自身特征,制定共性化的 O2max 测试方案,保证 O2max 的准确性尤为重要.本争论选取 Wistar 大鼠为试验对象,设计不同的 O2max 测试方案并进展比照分析,以确定该年龄段大鼠的最正确 O2max 测试方案.方法:SPF 级 Wistar 大鼠 20 只(雄性,10 月龄),承受四通道大鼠代谢监测系统及大
2、鼠运动跑台进展 O2max 测试.设计 5 种不同的 O2max 测试方案,每只大鼠依据随机挨次完成 5 种测试方案,各测试之间间隔休息 3 天.记录各方案测试过程中大鼠运动表现(协作程度、力竭状态)、摄氧量平台、方案完成时间、O2max 和 RER 值等,依据运动表现及测试数据比照方案优劣.结果:1)共计 12 只大鼠完成全部 5 种测试方案,方案 P1 的 O2max 成功诱导率仅为 58,方案 P2 和 P4 为 75,方案 P3 和 P5 诱导率为 83;2)Bedford 改进方案(P1)的运动递增负荷增幅过大,大鼠多呈现猛烈应激,协作度明显下降,且有个别大鼠受伤或死亡,O2max
3、成功诱导率低;3)方案 P5 诱导出的 O2max 值和 RER 值 显著高于方案 P1(P0.05),方案 P3 诱导出 O2max 所需时间明显高于方案P1(P0.01)和低于方案 P5(P0.05).结论:对 10 月龄 Wistar 大鼠进展 O2max 的测试,在把握跑台适宜速度的状况下,以坡度变化作为主要的递增负荷实现方式,或优先考虑坡度的递增,可获得更佳的 O2max 测试结果,且大鼠的应激反响程度低,测试的依从性好,损伤和严峻损害的风险低.【期刊名称】中国体育科技【年(卷),期】2023(054)005【总页数】5 页(P65-69)【关键词】Wistar 大鼠;10 月龄;最
4、大摄氧量;呼吸商;测试方案【作 者】覃飞;董亚南;王松涛;徐旻霄;王中玮;瞿超艺;赵杰修【作者单位】国家体育总局体育科学争论所,北京 100061;暨南大学体育学院,广东广州 510032;国家体育总局体育科学争论所,北京 100061;华南师范大学 体育科学学院,广东 广州 510006;国家体育总局体育科学争论所,北京 100061;国家体育总局体育科学争论所,北京 100061;国家体育总局体育科学争论所,北京 100061;国家体育总局体育科学争论所,北京 100061【正文语种】中 文【中图分类】G804.7美国心脏协会American Heart Association2023 年
5、将心肺耐力列为心率、血压、呼吸、体温之后的“第五大”生命体征，心肺耐力测量与评价的重要性进一步被关注6。最大摄氧量Maximal Oxygen Uptake, O2max是客观评价心肺功能的抱负指标，被认定是心肺功能和有氧耐力评价的金标准，始终受到竞技体育和群众健身领域的重视，被广泛应用于运动人群的机能评价和运动强度的制定等方面1,7。心肺耐力作为第 5 大生命体征，也进一步确定了 O2max 在临床医疗和安康促进领域的重要性。运动强度是竞技训练和健身熬炼取得良好效果的关键。现阶段，在运动科学的试验和实践中通常依据 O2max 来制定运动强度，这就必需要准确地测量 O2max，因此，合理选择测
6、试方法，制定客观准确的测试方案尤为重要17。虽然被驯化的大鼠模型已经被广泛用于运动训练的争论中，以说明相应的生理生化机制，但关于大鼠 O2max 的测试方法，以及 O2max 与年龄、体重、种系等指标之间关系的争论较为缺乏。目前为止，关于试验动物 O2max 最经典的争论还是1979 年 Bedford 等5的试验动物经典跑台试验。在该试验中实施了一系列大鼠平板跑台测试，并据此提出了一套牢靠的大鼠 O2max 测试方案。文献检索显示， 目前关于大鼠运动干预的众多争论中，所选取的运动强度或 O2max 测试方案，仍多参照 Bedford 经典试验中给出的 5 级运动强度标准5。然而，自 Bedf
7、ord 试验以来的近 40 年中，试验动物的品系在不断进展着改进，随着大鼠的更换代， 鼠种的各方面力气也会发生转变。因此，参照较长远的争论来制定当前大鼠的运动强度，可能会对试验的准确性造成影响。即便试验动物运动干预的效果抱负，但由于在运动强度量化上存在上述不确定性，因此，向人体试验推广时也会消灭偏差， 甚至无法到达预期的试验效果。所以，在作为运动科学应用争论试验根底的动物实验中，保证 O2max 测试方案的合理性，以确保运动强度的准确性，是相当重要的。此外，课题组在前期的争论与测试中也觉察，试验动物生命体征的变化峰值能否被 有效诱导出，也与运动方案的设定亲热相关。因此，依据不同品种、不同年龄、
8、不 同机能或安康状况的试验动物的自身特征，对 O2max 的测试方案进展调整， 确定共性化的运动测试方案，对于确保试验动物运动干预试验的准确性尤为重要与 紧迫。综上所述，本争论选取 10 月龄 Wistar 大鼠为试验对象，设计 5 种不同的 O2max 测试方案并进展分析比照，探究 Wistar 大鼠在完成不同测试方案过程中相关指标的变化差异，以确定该年龄段大鼠 O2max 的最正确测试方案，为进一步争论中建立老年大鼠 O2max 的测试方案供给指导性建议。SPF 级 Wistar 大鼠 20 只雄性，10 月龄，体重 616.7463.50 g，购于北京维通利华试验动物技术。单笼饲养，自由
9、饮食。室温 232，空气湿度 45%55%，12-12 h 昼夜节律。大鼠适应性喂养 1 周后，进展 1 周的适应性跑台训练。随后进展不同方案的最大摄氧量测试。承受 4 通道大鼠代谢监测系统及大鼠运动跑台Columbus, USA进展 O2max测试。测试大鼠静息代谢率RBM、摄氧量O2、O2max、呼吸商RER、跑台速度和跑动距离等指标。测试环境保持气流稳定，室内温度 232，湿度 45%50%。测试前应用标准气体对代谢监测系统的氧气传感器和二氧化碳传感器进展校准。输入大鼠编号、体重等根本信息，跑台内气体流速依据测试大鼠体重设为 Flow = 5.0 LPM。全部大鼠测试均单独进展，每次测试
10、前 2 h 断食。大鼠于测试仓中静置 10 min 后，测试其静息代谢率。随后跑台按测试方案设置运转速度，每 30 s 采集一组数据。测试前、后大鼠均进展 3 min 热身/整理运动9 m/min。符合以下任意两个条件即推断为到达 O2max 标准，并终止测试10,14,15：1O2 伴随运动负荷的增加摄氧量不再连续增加而消灭平台或变化幅度不超过 5%；2 呼吸商RER1.0；3大鼠不能够或者不情愿连续跑下去，到达力竭判定标准12大鼠跟不上预订跑台速度，腹部与跑道面接触，后肢蹬地无力，毛刷刺激驱 赶无效，降低跑台速度后，仍无力连续运动。本争论制定了 5 个不同的 O2max 测试方案，每只大鼠
11、均依据随机的挨次完成 5个测试方案，各测试方案间隔休息 3 天，以排解前次测试对后次测试的影响，同时由于各测试方案实行随机的挨次，也可以在不同方案间进展比较时，排解屡次测试对 O2max 的影响差异。本试验共计 12 只大鼠完成了全部 5 个测试方案。方案 1P1参照 Bedford 等的测试方案5，承受坡度、速度循环增加的负荷递增方式。方案 2P2为单纯增速方案11,16，坡度为 0，初始强度为 12 m/min，每个阶段速度增加 3 m/min。方案 3P3承受先增坡度再增速度的负荷递增方式，以 15 m/min 恒定速度下渐渐增加坡度，每阶段增加 5，增加至 25时，坡度不再增加，改为增
12、加速度，每级增加速度 3 m/min，直至增加至 24 m/min。方案 4P4承受先增速度再增坡度的负荷递增方式，以 15 m/min 为起始强度，每阶段速度递增 3 m/min，增至 27 m/min 时，保持恒定速度，改为增加坡度，每阶段坡度增加 5。方案 5P5承受有规律的坡度、速度循环增加的负荷递增方式，起始速度为 15 m/min，坡度为 0，每阶段速度、坡度交替增加，直至增加至 27 m/min，坡度为 25。以上 5 种方案均设置 10 个阶段，每阶段持续 3 min表 1。全部数据以平均数标准差MSD表示。承受 SPSS 22.0 统计分析软件包进展数据处理。各项指标的数据首
13、先通过 K-S 样本分布检验进展正态分布检验，以Levene Test 进展方差齐性检验。试验各组假设方差齐性，则通过单因素方差分析One-way ANOVA检验各测试指标在 5 个测试方案中的差异；假设不符合正态分布或方差不齐，承受 Wilcoxon 符号秩检验。显著性水平取P0.05。表 1 所示 10 月龄 Wistar 大鼠在进展 P1 测试时，前 3 阶段可顺当完成，随着速度、坡度增加幅度加大，第 46 阶段完成只数分别为 9 只、8 只、1 只。第 6 阶段后大鼠均表现为跟不上跑台速度、偷懒、猛烈应激、不协作等状态，连续施加物理机械刺激，大鼠照旧不能连续正常跑动，继而中断测试。P2
14、 测试初期第 15 阶段，大鼠可随着速度有规律递增完成运动负荷，8 只大鼠完成了前 6 个阶段的运动负荷，并到达 O2max 判定标准。速度增至 30 m/min阶段 7，仅有运动力气较强的 3 只大鼠完成测试表 1。P3 测试过程中，随着坡度增加，大鼠可顺当完成运动负荷，坡度增加至 25时，7 只大鼠可完成该负荷。第 7 阶段坡度不变，连续增速时，仅有 3 只大鼠完成测试表 1。P4 测试过程中，在第 5 阶段开头有大鼠终止测试，第 68 阶段大鼠完成只数分别为 8 只、2 只、1 只表 1。大鼠进展 P5 测试时，14 阶段全部大鼠均可顺当完成运动负荷，大鼠运动过程中表现乐观，很少存在不协
15、作或驱除行为。但随着运动负荷逐级递增，测试方案第58 阶段，完成该阶段运动负荷的大鼠只数分别为 7 只、3 只、1 只表 1。如表 2 所示，各方案的大鼠 O2max 测试终止时，到达 RER1.00 只数分别为 7 只P1、11 只P2、11 只P3、12 只P4、12 只P5。各测试方案仅有少量大鼠未消灭 O2max 平台。依据力竭标准推断，完全力竭只数分别为 5只P1、8 只P12、9 只P3、8 只P4、9 只P5。依据上述指标， 结合 O2max 判定标准，计算 O2max 的成功诱导率，P1 成功诱导率仅为 58%， P2 和 P4 为 75%，P3 和 P5 诱导率为 83%。如
16、表 3 所示，比照各测试方案诱导的 O2max 值，P5 诱导的 O2max 值最大，且O2max 值和 RER 显著高于 P1P0.05。P1 的测试所需时间格外显著低于P2P5 4 个测试方案的测试完成时间P0.01，P3 完成时间显著低于 P5P0.05。Wistar 大鼠常用于争论运动对代谢疾病、肿瘤耐受、关节炎及运动损伤等的干预效果和相关机制，在体育科学的根底争论中应用广泛。由于众多的常见慢性病多发生在中老年群体当中，因此，本争论选取初老的 Wistar 大鼠10 月龄为试验对象，设计并应用 5 种不同的方案测试其 O2max，比较各方案在大鼠测试过程中的协作度、诱导成功率和受伤风险
17、等因素以及所测得的 O2max 结果值，试图找到试验大鼠 O2max 的最优测试方案。本争论在试验方案制定上，依据预试验争论觉察速度9 m/min 时，由于跑台速度过慢，大鼠简洁消灭倒跑和偷懒等现象，继而影响测试状态，建议初始速度9 m/min。此外，依据人体试验测试的阅历，各级负荷运动 34 min 才可到达各项指标的稳定4，且 Robergs 提出，每级负荷运动时间应依据受试者年龄特征进展调整，假设时间过长，便不会引起 O2 消耗增加，反而会低估测试者 O2max，还会产生虚假的摄氧量平台2,13。鉴于此，本争论结合预试验觉察，大鼠每级运动在 3 min 之内即可到达各项指标的稳定，且鼠龄
18、越小各指标所需的稳定时间越短。因此，本争论将 3 min 设为每级运动的持续时间，这也和 Chavanelle 等8、Bedford 等5的争论觉察相全都。早期试验对大鼠 O2max 到达标准有不同的推断，Taylor 等14,15制定 O2max 推断标准为：随运动强度增加，O2 增加不超过 5%，消灭摄氧量平台。后期Bedford 等5争论中承受此方法对大鼠进展 O2max 测试，觉察大鼠力竭时O2max 平台消灭与否在 O2max 数值上无显著性差异，提示，在判定最大摄氧量时，应主要结合 ERE 和大鼠力竭状态来进展推断 2。对于 5 种不同测试方案，本争论首先参照经典 Bedford
19、等5的方案制定 P1，较Bedford 原方案适当降低了阶段间坡度的递增幅度。但由于该方案运动递增负荷增幅过大，尤其是第 4 阶段起，速度较上一阶段速度增加 42%，大鼠在此阶段多呈现出猛烈应激，协作度明显下降，有局部大鼠受伤4 只，甚至死亡2 只， 且中止测试时到达力竭状态的大鼠较少，O2max 成功诱导率较低。提示，过大的运动负荷递增设置直接影响大鼠完成方案的依从性，同时增加受伤风险，O2max 诱导值与真实值差距较大。此外，本争论参照 Wisloff 等16、Leandro 等11等方案制定了以速度递增为主的测试方案 2P2，经过前期预试验，觉察每阶段递增 3 m/min 时，10 月龄
20、大鼠更易协作测试，因此，在 P2 中设置坡度为 0，仅观看速度递增对 10 月龄大鼠运动状态的单因素影响，结果觉察，该年龄段大鼠对速度影响特别敏感，当速度增至 30 m/min 时，多数大鼠到达力竭，但也存在局部大鼠因速度过快引起应激而停顿测试，甚至受伤2 只，因而没有诱导出最正确的 O2max 值。由此觉察， 中老年大鼠对速度递增较为敏感，速度过大极易降低其协作度，应激反响猛烈，继而影响测试结果。基于该年龄段大鼠对速度递增敏感这一特性，本争论通过 P3 的设计探究中老年大鼠对坡度递增的适应状况。P3 中选择 15 m/min65%75% O2max的恒定速度，每阶段递增坡度，由于速度恒定为中
21、等强度的有氧运动，因此，该年龄段大鼠在完成过程中表现出极高的依从性，且受伤风险较低。伴随坡度不断增大，本争论在预试验中觉察，当坡度超过 25时，大鼠受伤机率增加，不协作度也随之增加。坡度为 25时更易诱导 O2max，而这一觉察与 Wisloff 等16的争论相互印证。因此，本争论设置 25为最大坡度，之后通过递增速度，让运动力气较强的大鼠连续测试，诱导出更大的 O2max 数值。综上所述，本争论觉察，中老年大鼠在可胜任的速度下进展运动，协作确定范围的坡度变化，其表现出的协作度更好，且不易受伤，大鼠力竭程度更为彻底，可诱导出较为抱负的 O2max 值。这可能与坡度递增可发动更多肌肉的参与，同时
22、降低蹬踏跑台的频率，削减应激程度有关9,16。方案 P3、P4 和 P5，总体运动负荷量一样，起始负荷均为 15 m/min 和 0坡度， 最大阶段的负荷均为 27 m/min 和 25坡度。但速度与坡度设计组合存在差异，P3 为先增坡度再增速度，P4 为先增速度再增坡度，P5 为坡度速度逐级穿插递增。结合试验结果觉察，3 种方案中，P3 和 P5 对 O2max 诱导成功率更大，均为83%，诱导成功率和 O2max 值均高于 P4。这可能与 P4 测试前期频繁的速度增加，使大鼠产生较大应激有关，其主要缘由与机制仍需进一步试验验证。上述争论觉察说明，对于该年龄段的大鼠，连续递增坡度或逐级速度与
23、坡度穿插递增的负荷增加形式，对于 O2max 的诱导效果更好。依据本争论对 10 月龄 Wistar 大鼠各测试方案获得的 O2max 结果，P5 方案诱导出的 O2max 值和 RER 值显著高于 P1 方案P0.05，P3 方案诱导出 O2max 所需时间明显高于 P1 方案P0.01和低于 P5 方案P0.05。鉴于中老年大鼠运动力气下降，对速度变化特别敏感，速度过大时常表现为不协作运动，测试被迫中断，且运动损伤增加，严峻者可产生猛烈应激效应，并危及安康或生命，因此，以增加坡度为主的 P5 和 P3 方案比增速幅度过大的 P1 方案和速度不断递增的 P2 方案，更加安全，可有效降低因速度
24、过大导致的心血管应激反响和运动损伤的危急，且可获得更真实的 O2max 数值3。出于对中老年大鼠的年龄特征以及测试安全性的考虑，中老年大鼠 O2max 的测试过程中需加强对速度的把握，建议将坡度的转变作为递增负荷的主要考虑因素。对 10 月龄 wistar 大鼠进展 O2max 的测试，在把握跑台适宜速度的状况下，以坡度变化作为主要的递增负荷实现方式，或优先考虑坡度的递增，可获得更佳O2max 测试结果，且大鼠的应激反响程度低，测试的依从性好，损伤和严峻损害的风险低。【相关文献】1 董亚南,覃飞,瞿超艺,等. 最大摄氧量评定与应用的争论现状与展望J. 中国运动医学杂志, 2023,36(8):
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