摘要
背景： 近年来，高脂饮食对运动耐力的影响受到了广泛关注。通过高脂饮食，耐力运动员的脂肪氧化能力得到提高并且可以减少对碳水化合物的依赖，以达到延缓疲劳的效果，最终提高耐力运动的持久力和表现。有研究表明，相比于脂肪供能比为 15%的饮食，脂肪供能比为 32%至 55%的饮食可以提高耐力。运动强度在 47%至 75%最大摄氧量（VO2max）之间时，脂肪的氧化效率达到最高，从而提供更多的能量。同时，低碳高脂饮食还可以通过增加全身脂肪分解来提高运动效能。然而长期维持高脂饮食可能会对身体造成额外压力，影响碳水化合物的利用效率以及糖原的存储水平，最终可能导致运动表现下降。因此，如何平衡宏量营养素的摄入对于取得最佳的耐力运动表现至关重要。 在大多数人群和动物研究中，研究对象或动物通常自由进食，没有严格限制摄入能量的总量，导致高脂饮食组的能量摄入往往比正常饮食组更高。高脂饮食对于运动的影响可能也与总能量摄入的增加有关。如果限制总能量摄入，高脂饮食是否仍会增加运动能力还需进一步研究。此外，由于不同体质量的个体能量消耗也不同，不同个体的能量平衡可能仍有差异。 因此，我们旨在保持 SD 大鼠摄入能量（以单位体质量计）相同的前提下，采用TSE Pheno Master/Calo Treadmill 系统进行实时能量代谢分析。通过力竭测试，明确脂肪供能比为 45%的高脂饮食对大鼠耐力运动能力及能量代谢底物的影响，并从糖脂代谢和酮体代谢途径探讨相关机制，为通过饮食干预提高运动耐力提供实验依据。 目的： 通过SD大鼠等能量高脂饮食干预结合耐力运动训练，研究等能量高脂饮食提升大鼠耐力运动能力的效应，以及对于能量代谢底物的改变，并探索其在增强耐力运动能力中可能的机制。 方法： 1. 动物饲喂及干预方法： 24 只 6 周龄雄性 SD 大鼠随机分为四组：常规喂养组（CON）、高脂喂养组（HFD）、常规喂养+训练组（CONT）、高脂喂养+训练组（HFDT），每组 6 只。CON和 CONT 组食用常规饲料，能量供应比例：碳水化合物 67.4%、脂肪 12%、蛋白质20.6%。HFD和 HFDT组食用高脂饲料，能量供应比例：碳水化合物 35%、脂肪 45%、蛋白质20%。所有大鼠每2天称重一次，记录CON及CONT组的进食量，并基于等单位体质量能量摄入的前提下，根据常规喂养动物的进食量为 HFD/HFDT 组动态分配高脂饲料。 2. 耐力训练方法： 跑道坡度设置为 5°。干预第 1 周，CONT 组和 HFDT 组大鼠在 TSE Calo Treadmill跑台上进行 5天的适应性训练。第 2周开始，大鼠以 60% VO2max的运动强度进行耐力训练，每天训练60分钟，5天/周，休息2天，共计6周。在训练过程中，通过 TSE Pheno Master/Calo Treadmill 系统对 SD 大鼠进行实时代谢监测，分别测量静息或运动状态下的基础代谢率和能量消耗。第 3 周开始，每周耐力训练最后 1 天进行最大维持速度（Vmax）、VO2max 测试，并以此为基础，后续维持 60% VO2max 的运动强度进行耐力训练。在最后一次 VO2max、Vmax测试后休息 2 天进行力竭测试。于力竭测试后即刻将动物放入 TSE Pheno Master代谢笼中，记录其在 12分钟内的活动轨迹。评价等能量不同饮食结构对大鼠运动后恢复的影响。 3. 指标检测： 每周使用活体成分分析仪分析大鼠体成分。力竭测试 2 天后处死，取肌肉组织进行离体分析。使用全自动生化分析仪检测血清中的血糖、血脂、肌酸激酶等生化指标。对肝组织切片进行 Hamp;E及油红 O染色，评估饮食影响。对腓肠肌进行 PAS染色评价肌糖原储备。使用ELISA试剂盒检测代谢相关激素（肾上腺素、胰岛素、胰高血糖素）、糖酵解关键酶（6-磷酸果糖激酶 1、丙酮酸脱氢酶）和脂肪代谢关键酶（线粒体肉碱棕榈酰转移酶 1（Carnitine palmitoyltransferase1，CPT1））以及糖脂代谢相关分子（游离脂肪酸、乳酸）等分子。用蛋白印迹法及试剂盒检测酮体代谢关键酶（3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶 A 合酶 2（3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase 2，HMGCS2）、3-酮脂酰辅酶 A 转移酶 1（3-oxoacid CoA transferase 1，OXCT1）），，评估饮食结构对酮体代谢能力的影响。 结果： 1. 等能量高脂饮食对动物一般性指标的影响： 等能量高脂饮食对大鼠体质量、能量摄入及体成分均无明显影响。等能量高脂饮食和耐力训练对SD大鼠心脏、肝肾脏及骨骼肌（腓肠肌、比目鱼肌）的脏体比均未造成显著影响。HFDT 组腓肠肌中的脂肪含量显著低于 CONT 组。即使等能量喂养，高脂饮食仍导致肝脏气球样变，脂滴蓄积严重，但 HFDT 组大鼠经过耐力训练后肝脏病变明显改善。 2. 等能量高脂饮食增强大鼠耐力运动能力： 等能量高脂饮食干预可以明显延长大鼠力竭时间，增强大鼠运动后恢复能力。HFDT组大鼠的力竭运动时间较常规喂养的CONT组大鼠的平均116.2分钟增加到了平均198分钟，提升了约70%。力竭运动后12分钟内HFDT组相比CONT组移动距离显著增加了约 60%。高脂干预的 HFDT组大鼠的 VO2max、Vmax与常规饮食大鼠相比没有显著差别。 3. 等能量高脂饮食改变动物能量代谢底物： （1）TSE代谢系统实时监测发现高脂饮食的大鼠的能量代谢底物改变： 静息时，4组大鼠的总能量消耗与基础代谢率无明显差异。HFD组大鼠和 CON组大鼠分别以脂肪、碳水化合物为主要的能量代谢底物，在 4周后 HFD组大鼠利用碳水化合物的能力增加，至第 6 周时与常规喂养大鼠的能量底物利用率相似。而饮食干预的同时进行耐力训练，不同饮食引起的大鼠的能量代谢底物的差异始终存在， HFDT组大鼠始终是以脂肪为主要能量代谢底物。 （2）高脂饮食增强脂肪代谢： HFDT组大鼠的肌肉糖原储存多于其余各组动物。4组大鼠血清及骨骼肌中的游离脂肪酸浓度无显著差异。高脂饮食和运动均可以提高骨骼肌CPT1的表达。CONT组大鼠较其余3组血清的乳酸浓度有明显升高。HFD、HFDT组大鼠6-磷酸果糖激酶1、丙酮酸脱氢酶的浓度或活性未明显降低。 （3）高脂饮食增强大鼠酮体代谢： 等能量高脂饮食大鼠的 HMGCS2及 OXCT1浓度均有不同程度升高，且经过耐力训练的高脂饮食的大鼠血清β羟基丁酸水平较其他三组有显著提升。 （4）高脂饮食提高机体激素水平： 在等能量摄入时，相较于常规饮食喂养的动物，经过高脂饮食喂养的 HFD组大鼠的胰岛素和胰高血糖素水平明显提高。而经过了耐力训练的高脂饮食喂养的 HFDT 组大鼠，肾上腺素水平远高于其他三组，而胰岛素及胰高血糖素水平与常规喂养的 CON组大鼠无明显变化。 （5）高脂饮食不改变肝肾功能： 训练状态相同时，等能量高脂饮食与常规饮食相比对丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、白蛋白及尿素、肌酐等主要肝肾功能指标，以及对肌酸激酶、肌酸激酶同工酶、乳酸脱氢酶等肌肉损伤指标的影响没有显著差异。 结论： 本研究发现，给予等能量 45%高脂饮食的大鼠的耐力运动表现更加优异，可能与其使大鼠的能量代谢底物由碳水化合物转变为脂肪，保留了糖原储备，增强酮体代谢有关。此外，等能量高脂饮食并未对糖酵解能力、身体组成和肝肾功能有不良影响。该研究为通过饮食干预提高运动耐力提供了科学依据。
NETL