運動對肌腱中膠原代謝影響研究進(jìn)展

李 敏

（商丘師范學(xué)院 體育學(xué)院，河南 商丘 476000）

運動對肌腱中膠原代謝影響研究進(jìn)展

李 敏

（商丘師范學(xué)院 體育學(xué)院，河南 商丘 476000）

膠原是肌腱細(xì)胞外基質(zhì)中的主要成分，對于維持肌腱的強度、傳遞肌肉所產(chǎn)生的力具有重要的作用。長期運動可增加膠原的含量，提高肌腱抗負(fù)載的能力。一次和長期運動可調(diào)節(jié)不同類型膠原的合成，而運動后肌腱中不同類型膠原合成主要和運動負(fù)荷有關(guān)，并受體內(nèi)雌二醇量的影響。一些基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)和活性在運動后會提高，增加膠原的降解量，從而提高了肌腱中膠原的更新率。

運動；肌腱；膠原；代謝

肌腱是肌肉收縮力產(chǎn)生的第二機制，是運動系統(tǒng)中重要的結(jié)構(gòu)。膠原是肌腱細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，大概占到肌腱總蛋白的95%，干重的65.75%，對于維持肌腱的強度、傳遞肌肉所產(chǎn)生的力具有重要作用。近年來，隨著體育競技比賽和訓(xùn)練負(fù)荷的增加，社會群眾參與運動鍛煉人數(shù)的增多，腱病的發(fā)生率呈現(xiàn)上升趨勢。然而腱病病因一直不明，而且治療效果也不盡如意。盡管如此，相對于肌肉和骨，有關(guān)研究運動對肌腱中膠原代謝的影響研究相對較少，本文對相關(guān)研究進(jìn)行了綜述和分析，以期為運動后肌腱適應(yīng)研究、腱病的康復(fù)和治療提供一定的依據(jù)。

1 運動對肌腱膠原含量的影響

雖然研究表明運動訓(xùn)練會提高肌腱的強度［1］，肌腱強度與膠原含量具有正相關(guān)性，但運動訓(xùn)練對肌腱膠原含量影響的研究結(jié)果不盡一致［2-4］。這可能和研究對象的年齡、運動負(fù)荷、運動模式及肌腱部位有關(guān)。生長期的動物長期運動訓(xùn)練后會增加肌腱的含量［2］，而運動訓(xùn)練不太容易改變老年期的肌腱膠原含量［4］。運動訓(xùn)練改變肌腱膠原的含量需要持續(xù)較長時間和較大強度［3］。運動模式如力量訓(xùn)練和耐力訓(xùn)練對肌腱膠原含量可能也不同［5］。運動訓(xùn)練對不同部位肌腱不同影響可能和不同部位肌腱受載不同有關(guān)［6］。即使運動訓(xùn)練后膠原的含量沒有發(fā)生變化，膠原代謝過程可能會發(fā)生變化，而改變肌腱中膠原的質(zhì)量如膠原的類型比例、膠原之間的交聯(lián)等，從而影響肌腱的力學(xué)性能。

2 運動對膠原合成的影響

2.1 一次運動對膠原合成的影響

從轉(zhuǎn)錄水平研究一次運動對膠原合成影響的研究不多，一次運動會改變膠原在mRNA水平的表達(dá)，但時相不同［7－8］，這一方面可能和物種或運動負(fù)荷有關(guān)，另一方面由于肌腱組織在不同位置代謝不同，在不同位置取材可能會導(dǎo)致研究結(jié)果不同。采用同位素標(biāo)記技術(shù)可以更直接地研究肌腱中膠原的合成，研究證實運動后肌腱的膠原合成率升高，而且肌腱中膠原升高的時相與肌肉中的膠原蛋白肌原纖維蛋白和肌漿蛋白合成率具有同步性［9］。由于可溶性前膠原分泌到細(xì)胞外后，限制前膠原自我裝配的N-末端和C-末端被前膠原金屬蛋白酶切去，而后轉(zhuǎn)變成非溶性的原膠原，被切去的末端肽可特異性地反映某種類型膠原的合成，一些學(xué)者采用測定末端肽的方法來間接研究膠原的合成。一次運動后PINP（I型前膠原氨基端肽，）或PICP（Ⅰ型前膠原羧基末端前肽）含量在短暫的下降后會出現(xiàn)升高，而且這種升高程度和運動負(fù)荷大小具有一定關(guān)系［10］，這也表明為何一些肌腱損傷與大強度的運動相關(guān)。有關(guān)運動后PINP或PICP含量顯著降低或不變其原因目前還不清楚，可能是由于組織在未適應(yīng)負(fù)荷時暫時的抑制或清除PINP的能力的增加等原因所致。此外，需要注意的是使用微透析技術(shù)間接在體研究組織的膠原代謝可能會存在一個問題，即末端肽的變化部分原因是由于插入微透析導(dǎo)管本身造成組織的損傷所致。前膠原分泌到細(xì)胞外后其N-末端和C-末端限制前膠原的自我裝配，末端前肽含量的增加，表明原膠原分子的增加，從而促進(jìn)原膠原聚合、共價交聯(lián)形成膠原微纖維，進(jìn)而聚合形成膠原纖維和膠原束。此外，由于原纖維的聚合受pC膠原，pN膠原等中間產(chǎn)物的調(diào)控，氨基端肽啟動了膠原原纖維的形成，PINP含量的變化無疑使pC膠原的含量增多，從而更進(jìn)一步促進(jìn)了原纖維的聚合。

由于雌激素影響膠原合成，女性在月經(jīng)周期和口服雌二醇后肌腱中膠原的代謝可能會受到影響。研究發(fā)現(xiàn)由于月經(jīng)周期導(dǎo)致短期血液中雌二醇升高對肌腱中膠原合成沒有影響，但女性血液中長期高的雌二醇量導(dǎo)致女性較男性具有低的肌腱膠原合成率［9］。長期服用避孕藥不影響安靜時膠原合成率，但會抑制運動后膠原合成率的增加［11］。但絕經(jīng)婦女口服雌二醇后肌腱休息狀態(tài)和運動后具有高的膠原合成率，而且口服量和合成率成正比，休息狀態(tài)和運動后透析液中PINP含量沒有顯著變化，且口服雌二醇量與PINP量成反比，這可能和雌二醇對絕經(jīng)婦女膠原不同合成階段影響不同有關(guān)［12］。

2.2 長期運動對肌腱膠原合成的影響

大多研究表明運動訓(xùn)練會在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)I型膠原的表達(dá)［13］。跟腱中PICP的含量在整個訓(xùn)練中一直保持升高，導(dǎo)致膠原I的凈合成［14］。新膠原I合成的增多可提高膠原I的含量和膠原I的質(zhì)量，如增加膠原分子之間的交聯(lián)來適應(yīng)力學(xué)環(huán)境的需要。雖然也有學(xué)者研究運動訓(xùn)練后膠原I的表達(dá)未見顯著變化［15］，這可能和運動負(fù)荷相對較小有關(guān)。肌腱主要由膠原I組成，I型膠原分子形成的纖維具有較小的彈性和很高的強度，運動訓(xùn)練后膠原I合成的增多可能是運動訓(xùn)練提高肌腱的強度機制之一。

有研究認(rèn)為在運動訓(xùn)練中存在著的力學(xué)薄弱期，薄弱期肌腱膠原III的表達(dá)增加［16］。大負(fù)荷的運動刺激后膠原III的表達(dá)升高，而且升高程度大于膠原I表達(dá)的升高［17］。老年賽馬淺趾屈肌腱的中間區(qū)域與外周區(qū)域相比具有高含量膠原III［18］，這可能和老年賽馬生涯中長期承受大負(fù)載有關(guān)。膠原III形成的纖維直徑較小，強度較低，而且膠原III對控制膠原I原纖維的直徑有一定的作用，限制著膠原原纖維的直徑增大，在運動訓(xùn)練適應(yīng)過程中膠原III表達(dá)的增多與力學(xué)上的薄弱期相一致，而大負(fù)荷的運動膠原III的表達(dá)增多可能是長期大負(fù)荷運動后肌腱損傷的機制之一。

肌腱成熟膠原主要交聯(lián)為吡啶啉交聯(lián)，是決定肌腱剛度和強度的重要因素。運動訓(xùn)練對肌腱中膠原交聯(lián)的研究很少。生長期的動物進(jìn)行運動訓(xùn)練后肌腱中的吡啶啉交聯(lián)減少［19］，因此，生長期大強度運動增加了基質(zhì)膠原的更新量，減少了成熟膠原的含量。長時間的向心、離心和等長收縮訓(xùn)練后跟腱賴氨酸氧化酶表達(dá)顯著增加，表明增加了膠原交聯(lián)的過程［22］。

機械負(fù)載可以在轉(zhuǎn)錄、翻譯和翻譯后水平上調(diào)控膠原的合成，負(fù)載作用下肌腱內(nèi)細(xì)胞因子的變化也調(diào)節(jié)膠原的合成。一些生長因子和細(xì)胞因子如IGF-I及其連接蛋白、TGF-β、IL-6，PGE2在運動后表達(dá)發(fā)生變化，可能是運動刺激下調(diào)節(jié)膠原合成另一機制。性別不同膠原合成不同可能有以下幾種原因：（1）性激素。腱細(xì)胞外有雌激素受體。雌激素可抑制膠原的合成，通過降低成纖維細(xì)胞的活性，降低了機械負(fù)載對膠原合成的上調(diào)效應(yīng)。（2）肌腱傳遞的力的大小不同。不同性別肌腱宏觀形態(tài)不同，肌肉產(chǎn)生力的不同等而導(dǎo)致成纖維細(xì)胞所感受的應(yīng)變不同從而導(dǎo)致膠原代謝不同?？诜贫颊叩退降哪z原合成和其抑制IGF-I生物活性有關(guān)。

3 運動對肌腱中膠原分解的影響

目前研究膠原的降解還沒有更好的指標(biāo)，主要有兩種方法研究膠原的分解。（1）測試反映膠原降解的特異性指標(biāo)I型膠原交聯(lián)羧基末端肽(ICTP）含量的變化。一次運動后會ICTP暫時下降，長期運動后ICTP僅在早期階段升高，在適應(yīng)后期已無明顯變化［14］，因此，長期運動訓(xùn)練會導(dǎo)致膠原凈合成。（2）測試基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制因子的表達(dá)和活性。膠原纖維上存在著廣泛的共價交聯(lián)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不能被普通的蛋白水解酶水解。基質(zhì)金屬蛋白酶是降解肌腱細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的重要蛋白酶，而且其中的一些酶是迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的唯一能分解纖維類膠原的酶。運動刺激通過改變MMPs表達(dá)和活性來提高肌腱的更新量，而肌腱更新量變化決定著膠原交聯(lián)種類。雖然一定程度上膠原的降解對維持膠原質(zhì)量是必須的，但運動后肌腱適應(yīng)中生理性重塑和病理性中MMP家族成員的不同表達(dá)還不清楚。

4 結(jié) 語

運動訓(xùn)練后膠原的含量變化和和運動對象年齡、運動負(fù)荷及肌腱部位有關(guān)，從生長期進(jìn)行較大負(fù)荷的運動會提高肌腱中膠原的含量，從而在一定程度提高其抗負(fù)載能力。一次和長期運動可在轉(zhuǎn)錄、翻譯和翻譯后水平調(diào)節(jié)膠原的合成，不同類型膠原合成不同表達(dá)主要和運動負(fù)荷有關(guān)，并受體內(nèi)雌二醇量的影響。運動會提高運動后降解酶表達(dá)和活性，提高膠原的降解量，從而提高了膠原的更新率。進(jìn)一步的研究應(yīng)集中于肌腱形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝變化和力學(xué)性能變化的綜合性研究，以便進(jìn)一步闡明肌腱的運動性適應(yīng)機制。此外，由于雌激素影響肌腱中膠原代謝，運動訓(xùn)練對女性、長期口服避孕藥年輕女性及口服雌二醇的絕經(jīng)婦女膠原代謝的影響的研究可進(jìn)一步了解一部分女性群體高幾率肌腱損傷的機制。

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Research Development of Exercise on the Collagen Metabolism of Tendon

LI Min
(School of Sports Science, Shangqiu Normal College, Shangqiu 476000, He'nan China)

Collagen is the main protein component of tendon tissue, determines tendon strength and transmitting the power. The contents of collagen may increase after long-term exercise, improving its load resistance. The synthesis of collagen can be regulated at different level after acute and long-term exercise. Different type of collagen expression is related to the intensity of the exercise, and estrogen may affect it in a dose-dependent manner. The expression and activity of some matrix metalloproteinases increase after exercise, accelerating collagen degradation, which increased collagen turnover.

Exercise; Tendon; Collagen; Metabosism

G811.6

A Article ID: 1008-2808(2010)03-0011-04

book=2010,ebook=148

G811.6

A

1008-2808(2010)03-0011-04

2010-03-30；

2010-05-24

李 敏（1974－），女，講師，博士，研究方向為運動人體科學(xué)。