不同理化因素對(duì)肌肉疲勞影響的探討

張聲蓉 張東東 鄭彩順 梁燕玲 董艷芬

廣東藥學(xué)院 1 公共衛(wèi)生學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè) 2 基礎(chǔ)學(xué)院生理教研室，廣東省廣州市 510006

隨著體育運(yùn)動(dòng)競(jìng)賽競(jìng)爭(zhēng)日益激烈以及體育運(yùn)動(dòng)的推廣，進(jìn)行科學(xué)合理訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)，降低肌疲勞對(duì)訓(xùn)練的影響，提高訓(xùn)練效果顯得尤為重要。很多研究主要是觀察溫度，前后負(fù)荷和鎂離子等因素對(duì)蛙腓腸肌收縮的影響，較少關(guān)注這些因素對(duì)肌疲勞的影響。本文通過(guò)探討不同濃度鎂離子、前負(fù)荷、溫度等理化因素對(duì)蛙腓腸肌肌疲勞的影響，為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器和藥品試劑 MedLab生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)（南京美易公司生產(chǎn)）、YP100張力換能器、浴槽和刺激電極等。任氏液、氯化鎂（1.0mmol／L、5.0mmol／L和10.0mmol／L）。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物采用虎紋蛙，體重50～60g，雌雄不拘，共38只，76個(gè)樣本，隨機(jī)分為9個(gè)組。分別為正常對(duì)照組，各實(shí)驗(yàn)組為氯化鎂低濃度（1.0mmol／L）組、中濃度（5.0mmol／L）組、高濃度（10.0mmol／L）組；前負(fù)荷為10g和20g實(shí)驗(yàn)組；浴液溫度為3℃、28℃和7℃實(shí)驗(yàn)組。

1.3 方法

1.3.1 腓腸肌標(biāo)本制備［1］：完全破壞蛙腦和脊髓，剝離一側(cè)下肢自大腿根部起的全部皮膚，固定于蛙板上，分離腓腸肌至膝關(guān)節(jié)，穿線結(jié)扎腓腸肌跟腱，連同結(jié)扎線將跟腱剪下，保留股骨1／2用作標(biāo)本固定。

1.3.2 儀器連接、調(diào)試與觀察指標(biāo)：將腓腸肌標(biāo)本股骨干殘端固定于浴槽L型通氧管下端，肌腱上結(jié)扎線與張力換能器感應(yīng)片垂直連接，在無(wú)外力的情況下調(diào)零。啟動(dòng)MedLab生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：放大倍數(shù)：（×100）；刺激模式：自動(dòng)幅度調(diào)節(jié)：主周期（2s），波寬（2ms），脈沖數(shù)（1），延時(shí)（1ms），增量（0.05V），尋找最大刺激強(qiáng)度（即引起肌肉出現(xiàn)最大收縮的最小刺激強(qiáng)度），暫停30s后采用最大刺激強(qiáng)度的連續(xù)單刺激模式，記錄蛙腓腸肌最大張力下降50%所需時(shí)間作為肌肉疲勞主要觀察指標(biāo)。

1.3.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法：采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件，P＜0.05差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 鎂離子對(duì)腓腸肌疲勞的影響 制備32個(gè)蛙腓腸肌樣本，隨機(jī)分成4個(gè)組。A組：正常任氏液組，B組：鎂離子低濃度（1.0mmol／L）組，C組：鎂離子中濃 度 （5.0mmol／L）組，D 組：鎂 離 子 高 濃 度（10.0mmol／L）組。在不同鎂離子濃度溶液中浸浴10min，采用最大刺激強(qiáng)度刺激蛙腓腸肌，記錄肌肉最大張力下降50%所需時(shí)間。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著Mg2＋濃度升高到某一臨界值之前，最大張力下降50%所需時(shí)間延長(zhǎng)，表現(xiàn)為不容易發(fā)生疲勞。當(dāng)Mg2＋濃度超過(guò)某一臨界值，最大張力下降50%所需時(shí)間明顯縮短。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析可見(jiàn)，各實(shí)驗(yàn)組與正常對(duì)組照（A組）比較，P＝0.05，提示不同鎂離子濃度對(duì)肌肉張力下降的快慢有顯著影響。B組和C組比較、C組和D組之間比較，均為P＜0.05，組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。但B組和D組之間比較，差別沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)果提示，鎂離子濃度為5mmol／L時(shí)，肌肉最大張力下降最慢，肌肉不容易出現(xiàn)疲勞，是這三個(gè)濃度中的最適濃度（見(jiàn)表1）。

表1 不同濃度鎂離子對(duì)蛙腓腸肌疲勞的影響

2.2 前負(fù)荷對(duì)腓腸肌疲勞的影響 實(shí)驗(yàn)組隨機(jī)分成2組，一組前負(fù)荷為10g，另一組為20g，正常對(duì)照組設(shè)對(duì)照前負(fù)荷為零。用微調(diào)器調(diào)至相應(yīng)前負(fù)荷，用最大刺激強(qiáng)度分別刺激蛙腓腸肌，記錄最大張力下降50%所需時(shí)間。實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果可見(jiàn)，一定范圍內(nèi)增加前負(fù)荷，蛙腓腸肌最大張力下降50%所需時(shí)間延長(zhǎng)，繼續(xù)加大前負(fù)荷，抗肌疲勞時(shí)間隨之縮短，但兩實(shí)驗(yàn)組比較P＞0.05，說(shuō)明變化幅度無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果表明，在最適前負(fù)荷基礎(chǔ)上，前負(fù)荷在小范圍內(nèi)變化，對(duì)誘發(fā)肌疲勞可能不敏感（見(jiàn)表2）。

2.3 不同溫度對(duì)腓腸肌疲勞的影響 取蛙腓腸肌樣本隨機(jī)分成3組，分別是7℃任氏液組、28℃任氏液組和37℃任氏液組。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，溫度為28.5℃時(shí)，自身對(duì)照最大肌張力下降10%與30%比較、30%與50%比較，均為P＞0.05，提示蛙腓腸肌張力下降百分比速率相對(duì)均衡。溫度為7℃蛙腓腸肌最大張力下降百分比速率相對(duì)減緩，溫度為37℃最大張力下降百分比速率相對(duì)增加，提示低溫或高溫對(duì)肌張力下降百分比速率影響顯著（P＜0.05，見(jiàn)表3）。

表2 不同前負(fù)荷對(duì)蛙腓腸肌疲勞的影響

表3 不同溫度對(duì)蛙腓腸肌疲勞的影響

3 討論

曹?chē)?guó)紅等實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)任氏液中加入少量Mg2＋時(shí)，可以激活更多的Na＋－K＋依賴(lài)式ATP酶，細(xì)胞分解ATP多，獲得能量增多，肌肉收縮能力增強(qiáng)，而任氏液中高濃度Mg2＋使肌肉收縮能力顯著或極顯著減弱［2］。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著鎂離子濃度的上升，抗肌疲勞時(shí)間隨之延長(zhǎng)，達(dá)到最適濃度時(shí)，達(dá)最長(zhǎng)，鎂離子濃度過(guò)高，抗肌疲勞時(shí)間明顯縮短。其發(fā)生機(jī)理可能是：細(xì)胞外液過(guò)多Mg2＋進(jìn)入細(xì)胞后，在肌鈣蛋白與Ca2＋競(jìng)爭(zhēng)非特異性的結(jié)合部位，導(dǎo)致胞漿中Ca2＋濃度的增加，從而導(dǎo)致線粒體鈣聚積，容易誘發(fā)疲勞。

本實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，適當(dāng)增加前負(fù)荷，蛙腓腸肌最大張力下降10%、30%和50%所需時(shí)間延長(zhǎng)，但過(guò)高前負(fù)荷，抗肌疲勞時(shí)間縮短，但下降幅度并不大。骨骼肌的自然長(zhǎng)度大致相當(dāng)于最適初長(zhǎng)，粗細(xì)肌絲重疊狀態(tài)最理想，收縮張力最大。當(dāng)前負(fù)荷過(guò)大，肌小節(jié)長(zhǎng)度大于最適初長(zhǎng)，使橫橋數(shù)目減少，收縮效果減弱。另一方面，長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)負(fù)荷作用于骨骼肌，可引起細(xì)胞線粒體鈣濃度增高，Ca2＋－Mg2＋－ATPase活力降低，MDA水平增加［3］。本結(jié)果表明，前負(fù)荷在一定范圍內(nèi)增加，不容易致肌疲勞。

有研究表明，蟾蜍腓腸肌收縮的最適溫度為20～25℃［4］。溫度在20～30℃變化時(shí)，對(duì)牛蛙離體腓腸肌的影響主要表現(xiàn)在舒張期，在25℃時(shí)最不容易發(fā)生疲勞［5］。本實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，28℃蛙腓腸肌張力下降百分比速率相對(duì)均衡，溫度為7℃最大張力下降百分比速率相對(duì)減緩，溫度為37℃最大張力下降百分比速率相對(duì)增加。結(jié)果提示，低溫可以延緩?fù)茈枘c肌疲勞。其作用機(jī)理可能是：ATP合成過(guò)程是一系列的酶促反應(yīng)，溫度過(guò)高將影響酶的活性，影響能量供應(yīng)，導(dǎo)致肌肉收縮能力的改變。另一方面ATP的缺乏，影響鈣泵功能，導(dǎo)致鈣離子代謝異常，影響肌肉舒張速度。在一定范圍內(nèi)降低溫度，可提高肌肉彈性，降低黏滯性，對(duì)肌收縮有保護(hù)作用。但其具體作用機(jī)制有待進(jìn)一步探討。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)探討鎂離子濃度、前負(fù)荷、溫度與肌疲勞的關(guān)系，得出以下結(jié)論：（1）隨著鎂離子濃度上升，抗肌疲勞時(shí)間延長(zhǎng)，達(dá)最適濃度時(shí)，抗疲勞時(shí)間最長(zhǎng)，過(guò)高濃度使抗疲勞能力減弱。（2）適當(dāng)增加前負(fù)荷可延長(zhǎng)抗肌疲勞時(shí)間。（3）高溫比低溫更容易誘發(fā)肌疲勞。運(yùn)動(dòng)性肌疲勞的產(chǎn)生是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，以往的研究多集中于單方面因素的研究，因此通過(guò)多因素實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步完善運(yùn)動(dòng)性疲勞的理論具有特別重要的意義。

［1］王建紅，董艷芬，陳偉強(qiáng).醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)〔M〕.第2版.北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2010：45－47.

［2］曹?chē)?guó)紅，艾洪濱，朱立華，等.不同濃度 MgCl2溶液對(duì)蟾蜍離體心臟收縮力和心率的影響〔J〕.生物醫(yī)學(xué)工程研究，2006，25（3）：151－153.

［3］王燦，王嵐蘭，趙肅，等.靜態(tài)負(fù)荷對(duì)大鼠骨骼肌細(xì)胞線粒體功能的影響〔J〕.中國(guó)職業(yè)醫(yī)學(xué)，2010，37（4）：278－281.

［4］趙敬國(guó)，李建文.溫度對(duì)蟾蜍腓腸肌收縮能力的影響〔J〕.山東科技，2002，24（3）：36－37.

［5］陳彤，黃仁美.溫度對(duì)牛蛙腓腸肌收縮性的影響〔J〕.福建畜牧獸醫(yī)，2008，30（6）：7－9.