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作者：魏源
來源：《中國組織工程研究》2007年第19期
【作者單位】：廣州體育學(xué)院科學(xué)實驗中心
魏源，男，1971年生，湖南省岳陽市人，漢族，2005年北京體育大學(xué)畢業(yè)，博士后，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事運動營養(yǎng)生化和運動機能評定的研究。
【摘要】：
目的：
分析運動性骨骼肌微損傷的特性。
方法：
應(yīng)用計算機檢索HighWire Press1989-01/2006-12關(guān)于運動性骨骼肌微損傷的文章。
檢索詞“muscle micro-damage”并限定文章的語言種類為English。
同時利用計算機檢索中國期刊全文數(shù)據(jù)庫1989-01/2006-12的相關(guān)文章，限定文章語言種類為中文，檢索詞“運動性骨骼肌微損傷”。
結(jié)果：
運動后骨骼肌微損傷的發(fā)生的直接證據(jù)主要表現(xiàn)在運動對骨骼肌微結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)的影響，其間接證據(jù)主要表現(xiàn)在血液中肌肉酶活性和肌紅蛋白含量增加、血液中C-反應(yīng)蛋白含量升高、尿液中肌肉蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物增加和骨骼肌組織中炎癥反應(yīng)標志物增高。
結(jié)論：
了解運動性微損傷的特性可以預(yù)防和干預(yù)運動后微損傷的發(fā)生，為有效地預(yù)防延遲性肌肉酸痛提供理論參考。
關(guān)鍵詞：骨骼肌微損傷；延遲性肌肉酸痛；肌肉微細損傷
0引言
運動性骨骼肌微損傷是由于長時間或高強度運動后骨骼肌纖維的微細損傷，常表現(xiàn)為延遲性肌肉酸痛。自1902年Hough發(fā)現(xiàn)運動引起的延遲性肌肉酸痛現(xiàn)象以來，許多學(xué)者提出了許多假說來解釋延遲性肌肉酸痛。盡管延遲性肌肉酸痛有自愈現(xiàn)象，但由于延遲性肌肉酸痛的癥狀體征對運動訓(xùn)練的影響以及肌肉拉傷有某種內(nèi)在的聯(lián)系等原因。所以，幾十年來國內(nèi)外學(xué)者一直嘗試力求尋找一些有助于減弱延遲性肌肉酸痛及盡快恢復(fù)肌肉力量的應(yīng)對措施，但是，縱觀目前國內(nèi)外對延遲性肌肉酸痛治療和預(yù)防或改善延遲性肌肉酸痛發(fā)生的研究，仍未找到一種十分有效的方法，因此，有必要對延遲性肌肉酸痛的病因病機作進一步深入研究，為預(yù)防運動性骨骼肌微損傷的發(fā)生和加速運動性骨骼肌微損傷的修復(fù)，為探尋新的、可靠的、有效的方法來干預(yù)運動性骨骼肌微損傷的發(fā)提供理論參考依據(jù)。
1運動性骨骼肌微損傷與運動性肌肉疲勞的關(guān)系
目前，延遲性肌肉酸痛產(chǎn)生機制較多認為與肌肉損傷時的急性炎癥有關(guān)。該理論在20世紀70年代后期就已經(jīng)提出來，理由是運動性骨骼肌微損傷與急性炎癥中見到的改變有相同之處:都有疼痛、腫脹和功能影響；都有炎細胞(特別是巨噬細胞)的浸潤，溶酶體活性和急性蛋白質(zhì)增加的生化改變都是在起初的72h內(nèi)就有組織學(xué)的改變。然而，后來的研究沒能證實這個理論的成立。研究延遲性肌肉酸痛和運動性骨骼肌微損傷更有成績之一的Nosaka和Clarkson近期的研究也認為，離心訓(xùn)練引起的肌肉損傷主要是水腫，訓(xùn)練后所謂的肌肉炎癥反應(yīng)與組織損傷或感染是不同的。所以，直接引起延遲性肌肉酸痛產(chǎn)生的原因尚需作進一步的研究。
從目前的認識看應(yīng)該怎樣來分析延遲性肌肉酸痛現(xiàn)象呢?根據(jù)疲勞是“機體生理過程不能維持其功能在某一特定的水平上或不能維持預(yù)定的強度”的定義，應(yīng)該說延遲性肌肉酸痛是運動性骨骼肌疲勞的一種表現(xiàn)，運動性骨骼肌微損傷實際上是肌肉在大強度負荷后出現(xiàn)的一種正常的生理反應(yīng)，與一般的肌肉損傷和炎癥反應(yīng)有本質(zhì)的差異。事實上，延遲性肌肉酸痛及其伴隨改變常發(fā)生在許多運動項目中，如短跑、長跑和抗阻訓(xùn)練等運動中均可發(fā)生。許多運動都包含有大量離心收縮成分的肌肉運動，這是運動訓(xùn)練中不可避免的現(xiàn)象，一般情況下，不會對機體造成太大的危害，這如同疲勞和過度疲勞區(qū)別一樣，一定程度疲勞是運動訓(xùn)練所必需的，而過度疲勞則是應(yīng)該完全避免的。當然，延遲性肌肉酸痛以及伴隨的運動性骨骼肌微損傷雖不是一種嚴重的肌肉損傷改變，只是骨骼肌疲勞的一種表現(xiàn)，但是，它對訓(xùn)練量和訓(xùn)練強度的完成以及訓(xùn)練者的心理卻有一定影響，甚至可能因為長期、多次疲勞積累得不到根本消除而成為肌肉拉傷或勞損的潛在因素。因此，如何發(fā)展更有效的運動性肌肉疲勞，尤其是延遲性肌肉酸痛的消除方法十分重要。
2運動性骨骼肌微損傷形成原因的研究概況
運動性骨骼肌損傷未必是一種完全的病理過程，可能是骨骼肌適應(yīng)運動訓(xùn)練刺激的一個介于生理與病理的中間過程?！跋冉怆x而后再重新構(gòu)建”可能正是骨骼肌對運動訓(xùn)練刺激的一種適應(yīng)。
2．1運動對骨骼肌微細結(jié)構(gòu)的影響
肌纖維的細胞膜在光鏡下呈簡單的線狀結(jié)構(gòu)。肌原纖維呈細絲狀，互相平行排列縱貫肌纖維全長。在肌原纖維之間含有大量的線粒體、糖原及少量的脂滴。肌纖維中的線粒體體積和形態(tài)常隨功能狀態(tài)而變化，多位于Z線附近的肌原纖維間或群集于核旁肌漿膜下的肌漿中，也可成行排列，跨過幾個肌節(jié)，其形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及數(shù)量上的變化對肌收縮的能量供應(yīng)產(chǎn)生較大的影響。過度的訓(xùn)練可造成線粒體的病理性改變，線粒體出現(xiàn)腫脹、破裂，從而導(dǎo)致數(shù)量減少。劉顯東等研究發(fā)現(xiàn)大鼠在90min(速度16m，min，坡度-16°)的跑臺下坡跑后6h有部分肌纖維輕度水腫，深層組織的部分血管壁及周圍可見少量的巨噬細胞浸潤，且呈現(xiàn)以血管為中心的同心圓分布；12h時肌纖維間可見漏出血管外的紅細胞，少數(shù)在血管周圍及肌束邊緣分布的肌纖維可見明顯腫脹，個別肌纖維有輕度玻璃樣變性，巨噬細胞已經(jīng)浸入到肌細胞中，肌核明顯增多；24h后受傷的肌細胞明顯增多，部分肌細胞出現(xiàn)玻璃樣變性，胞體明顯增大，胞漿內(nèi)有大量巨噬細胞浸潤，少數(shù)肌細胞胞漿消失，胞漿內(nèi)已經(jīng)完全被巨噬細胞浸潤，組織間白細胞出現(xiàn)，分布彌散；48h后肌纖維損傷進一步加重，受損肌細胞內(nèi)巨噬細胞明顯增多，少數(shù)損傷肌纖維的胞漿已被完全清除，肌細胞可見節(jié)斷性損傷，同一細胞的不同節(jié)段可出現(xiàn)不同程度的損傷，部分肌細胞出現(xiàn)絮狀變性。還有許多研究者也得出了類似的結(jié)果。
2．2運動對骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的影響
運動，特別是長時間離心運動容易引起骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的異常性變化，并延續(xù)到運動后幾天，造成運動功能下降，身體疲勞，影響運動員的正常訓(xùn)練和比賽。據(jù)此，國內(nèi)外學(xué)者們在這一領(lǐng)域進行了大量研究，證實劇烈運動確實可引起骨骼肌纖維結(jié)構(gòu)的變化。其依據(jù)為：
①電子顯微鏡下直接觀察到運動后骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的變化。
②血液中肌肉酶活性提高。
③尿液中肌肉蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物增多。
④運動后血液中與炎癥反應(yīng)有關(guān)的蛋白(如急相蛋白)和炎癥過程指示物含量增加。
2．2．1運動后骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化的直接證據(jù)
運動性骨骼肌微損傷在電鏡下主要表現(xiàn)為收縮蛋白和細胞骨架的變化在運動過程中，Z盤是整個肌節(jié)結(jié)構(gòu)中更容易受破壞的部位。這種變化表現(xiàn)為Z盤加寬，Z盤流和整個收縮裝置在Z線水平的完全消失。離心運動所引起的骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化更明顯，A帶也會出現(xiàn)變化，主要表現(xiàn)為肌凝蛋白的損傷。運動引起骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化的起初組織學(xué)證據(jù)是20世紀60年代初期從動物身上獲得的，Armstrong等建立了引起運動性骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化的動物模型。他讓大鼠在跑臺上進行水平跑(0°)和下坡跑(-16°)的間歇運動，運動速度為16m/min，5min運動，2min休息，總運動時間90min，發(fā)現(xiàn)下坡跑運動后骨骼肌纖維的正常結(jié)構(gòu)發(fā)生變化在縱切面上可見肌原纖維連續(xù)性破壞，I帶加寬，相鄰肌細胞間結(jié)構(gòu)模糊。雖然發(fā)生上述異常變化的肌纖維僅占全部纖維的5％，但這種變化卻未在對照組中發(fā)現(xiàn)，Ogilvie等研究發(fā)現(xiàn)，在運動后骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化中，A帶占89％，塊狀纖維占9％，Z線異常占2％，而且變化程度是下坡跑運動組＞水平跑運動組＞非運動對照組，他將運動后骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的變化歸納為3類，即：
1)A帶破壞，I帶相對不變，整個肌節(jié)被拉長。
2)Z線流或Z線消失，在這種變化中可見明、暗帶，但不見Z線。
3)塊狀纖維，在縱切面上可見凝固的肌原纖維細胞質(zhì)。
Friden等經(jīng)過多年的研究將Z線的變化概括為：
①Z線流：Z線鋸齒形或波形變化。
②Z線模糊：Z線物進入I帶。
③Z線完全破壞或消失。
其他學(xué)者的研究也發(fā)現(xiàn)類似超微結(jié)構(gòu)的變化，并見到線粒體腫脹、破裂，肌細胞膜斷裂等現(xiàn)象。應(yīng)當指出的是，運動性骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的變化僅占全部肌纖維的小部分，在實驗中特別是在人體實驗中，由于取樣技術(shù)的限制許多深層易受損傷的肌肉不易活檢取樣，因而，研究時往往遺漏這些肌肉的超微結(jié)構(gòu)變化，這種實驗手段的限制可能會造成不同的研究結(jié)果。
2．2．2運動后骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化的間接證據(jù)
2．2．2．1血液中肌肉酶活性和肌紅蛋白含量增加
肌酸激酶在骨骼肌含量更多，是骨骼肌能量代謝的關(guān)鍵酶之一。其作用是催化三磷酸腺苷和磷酸肌酸之間高能磷酸鍵可逆性的轉(zhuǎn)移．由于肌細胞和血液中肌酸激酶的數(shù)量差異特別大(約5×10：1)．因此，血清肌酸激酶活性的變化可作為評定肌肉承受刺激和了解骨骼肌微細損傷及其適應(yīng)與恢復(fù)的重要敏感的生化指標。動物實驗發(fā)現(xiàn)，下坡跑從組織學(xué)上觀察到肌肉超微結(jié)構(gòu)變化，同時伴隨血液中肌肉酶活性增加。Armstrong等發(fā)現(xiàn)大鼠90min跑臺運動后血漿肌酸激酶、乳酸脫氫酶、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活性有顯著性增加，其中下坡跑后肌酸激酶含量是水平跑的2倍，上坡跑的2．9倍，這種變化與骨骼肌超微結(jié)構(gòu)的變化相一致。Jones等在伽瑪攝影機下觀察到因離心活動致傷的肌肉組織锝焦磷酸吸收量增加，并與外周血中肌酸激酶活性的升高呈平行關(guān)系。但與锝焦磷酸的放射性測量相比，肌酸激酶更加簡單易行。近年來，磁共振成像由于其在肌肉骨骼系統(tǒng)疾病診斷中的準確性而被廣泛應(yīng)用，Nosaka等在10名男子肘部離心性收縮活動后用磁共振成像掃描肘部肌肉并檢測血清肌酸激酶，發(fā)現(xiàn)受試者肘部肌肉磁共振成像的T1和T2馳豫時間明顯異常(提示肌肉水腫)，并且血清肌酸激酶水平顯著升高，肌酸激酶水平與磁共振成像影像異常顯著相關(guān)(R=0．90～0．94)然而，也有學(xué)者對用血清肌酸激酶活性來評價肌肉損傷的作用提出了質(zhì)疑。Komulainen等報道，游泳運動后小鼠血清肌酸激酶活性升高，小鼠肌肉并沒有出現(xiàn)肌肉損傷的跡象(肌肉組織標本的β-葡萄糖醛酸酶濃度沒有改變)，而跑臺運動后小鼠出現(xiàn)了肌肉損傷的跡象(β-葡萄糖醛酸酶濃度顯著改變)，但血清肌酸激酶活性在運動前后卻沒有顯著性變化。Van der Meulen等在動物實驗中發(fā)現(xiàn)血清肌酸激酶活性的變化與光鏡和電鏡下觀察到的活檢標本肌肉損傷變化沒有聯(lián)系。Manfredi等報道，老年人因不恰當活動導(dǎo)致肌肉損傷后，其血清肌酸激酶活性改變與肌肉的超微結(jié)構(gòu)改變無關(guān)。當然，這些研究結(jié)果的不同可能與采用的肌肉標本不同有關(guān)。
關(guān)于運動后血漿肌肉酶活性增高的機制有所不同解釋，一些學(xué)者認為，肌肉收縮活動造成肌細胞膜暫時滲透性增加是運動后血漿酶活性升高的原因；另有學(xué)者則指出，運動后36～48h血漿酶活性仍保持在較高水平，說明不只能用肌膜滲透性增加的理論來解釋，更可能的原因是運動引起肌纖維損傷、免疫反應(yīng)及肌細胞壞死。Roxin等認為運動后血漿肌紅蛋白含量增加反映肌肉蛋白質(zhì)分解代謝加強，Wheat等測定10名年輕受試者跑臺下跑引起的肌酸激酶變化，發(fā)現(xiàn)運動后24h肌酸激酶達峰值，72h后基本恢復(fù)到運動前水平。運動后血清酶的變化不僅出現(xiàn)在離心運動后，而且在向心工作后也有發(fā)生。
2．2．2．2血液中C-反應(yīng)蛋白含量升高
C-反應(yīng)蛋白是一種典型的急性時相血漿蛋白，由肝細胞合成，在正常情況下血液中僅含微量C-反應(yīng)蛋白。但在急性時相反應(yīng)中，被激活的單核細胞釋放白細胞介素1，后者刺激肝細胞加速合成C-反應(yīng)蛋白，血清C-反應(yīng)蛋白迅速升高，有報道炎癥和組織損傷時C-反應(yīng)蛋白濃度可升高1000倍。運動導(dǎo)致的肌肉損傷是一種無茵炎癥已經(jīng)為人們所肯定，損傷的肌肉活檢發(fā)現(xiàn)肌纖維結(jié)構(gòu)的破損，在肌肉損傷區(qū)域有白細胞的浸潤以及大量的細胞脫顆粒和組織間隙炎性產(chǎn)物的增多。因此，在排除了細菌感染和心肌梗死等疾病的前提下，血中C-反應(yīng)蛋白可作為骨骼肌運動性損傷的標志物。
2．2．2．3尿液中肌肉蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物增加
Young等認為3-甲基組氨酸是肌纖維中肌動蛋白、肌球蛋白的分解產(chǎn)物，運動引起的骨骼肌超微結(jié)構(gòu)變化的部分原因是收縮蛋白質(zhì)降解所致。Kasperek等對大鼠以24m/min的速度進行200min跑臺運動，在運動后即刻和運動后1、2、3、4天連續(xù)測定尿液中3-甲基組氨酸含量，發(fā)現(xiàn)運動后即刻有顯著性增加，第2天達峰值，直到運動后第4天仍高于運動前水平。
Dohm等報道，有訓(xùn)練者和無訓(xùn)練者運動后尿液中3-甲基組氨酸含量均有顯著性增加，而且運動員訓(xùn)練期安靜時的尿液3-甲基組氨酸含量高于無訓(xùn)練者，表明運動員肌動，球蛋白周轉(zhuǎn)率加快，他們認為這種長期的肌肉蛋白周轉(zhuǎn)率加快與運動中跑，跳等多種離心動作造成的快，慢肌纖維損傷有關(guān)。Snyder等也觀察到運動后3-甲基組氨酸增加的現(xiàn)象。Evans等發(fā)現(xiàn)運動后尿液中3-甲基組氨酸和3-甲基組氨酸，肌酸酐比值持續(xù)性增加，12d后仍高于運動前水平，他認為這是由于離心收縮造成肌肉損傷，肌肉蛋白質(zhì)分解代謝加強所致。Dohm等實驗表明運動后尿液3-甲基組氨酸含量也有顯著性增加，并一直持續(xù)到運動后48h。近期的研究結(jié)果也支持劇烈運動可引起肌肉蛋白質(zhì)分解加強和骨骼肌超微結(jié)構(gòu)異常的學(xué)說。
2．2．2．4骨骼肌組織中炎癥反應(yīng)標志物增高
葡萄糖-6-磷酸脫氫酶是戊糖循環(huán)的啟動酶，該循環(huán)產(chǎn)生輔酶Ⅱ用以維持還原型谷胱甘肽于一定濃度，輔酶Ⅱ和還原型谷胱甘肽都可作為細胞代謝中的供氫體，具有消除氧自由基的可能。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶水平和17，13-葡萄糖苷酸酶的濃度變化被認為是炎癥反應(yīng)的標志，離心運動后引起骨骼肌微損傷所伴隨的炎癥反應(yīng)使得這兩種指示物水平明顯升高。白細胞中的葡萄糖-6-磷酸脫氫酶的活性較高，是一種比較簡單的衡量。炎癥反應(yīng)或退行性過程的標志。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和β-葡萄糖苷酸酶在運動后升高的時間點基本一致，并且都與巨噬細胞活性和肌纖維退行性變化有關(guān)。這兩種酶活性的增加被人們認為能夠以相同的方式反映肌肉損傷：炎癥細胞數(shù)量越多，損傷肌纖維的數(shù)量也就越多。并且總β-葡萄糖苷酸酶活性可以反映總的肌肉損傷情況，因為它能夠解釋有點損傷但仍然能夠正常工作的肌纖維來源的活性增加。有學(xué)者的研究表明，β-葡萄糖苷酸酶活性與組織病理學(xué)改變高度相關(guān)。