《辽宁体育科技》2013年第6期
刘建军孙岳
辽宁省体育科学研究所辽宁沈阳110179
收稿日期：2013-07-03；修回日期：2013-12-06
作者简介：刘建军(1983-)，男，助理研究员，硕士，研究方向：运动人体科学。
摘要：
目的：
采用大鼠下坡跑运动损伤模型，研究离心力竭运动后不同时刻大鼠骨骼肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性的变化，探讨离心力竭运动所致骨骼肌超微结构损伤机制，为科学运动训练及运动恢复提供实验和理论依据。
方法：
雄性SD大鼠60只随机分为6组（每组10只）：安静对照组、运动后即刻组、12h组、24h组、48h组和72h组，以速度16m/min，坡度-16°进行跑台运动，运动100min，休息5min，再运动100min，在不同时刻观察大鼠肱三头肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性的变化。
结果：
运动后即刻肌浆网Ca2+-ATP酶活性与对照组相比显著下降（P＜0.01），随后开始恢复，运动后24h接近对照组水平（P＞0.05），运动后48h已完全恢复到对照组水平。
结论：
离心力竭运动后即刻大鼠肱三头肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性显著下降，随后逐渐恢复，运动后24h明显恢复，至48h已完全恢复，肌浆网Ca2+-ATP酶活性的变化可以间接评定运动后骨骼肌的损伤。
肌浆网的蛋白质中70％～90％为Ca2+-ATPase，即钙泵蛋白。运动过程中，肌浆网Ca2+-ATPase活力的降低将直接影响肌浆网Ca2+调节能力。Ca2+转运功能的变化不仅会直接影响肌肉收缩功能，而且会造成细胞浆中游离Ca2+浓度增加，后者可以通过激活蛋白水解酶和磷脂酶等造成肌纤维蛋白的降解，从而引起肌肉超微结构的异常和收缩机能的下降，影响骨骼肌运动能力。有研究认为Ca2+在运动性肌肉微损伤中起着重要的作用，可能是其产生的一个中枢机制。本实验采用一次性力竭离心运动模型，通过研究一次性力竭运动对大鼠损伤特别严重的前肢肱三头肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性的变化进一步探讨离心运动后骨骼肌超微结构损伤的内在机制，为制定科学合理的运动训练方案，防治运动训练损伤提供理论和实验依据。
1实验对象与方法
1．1实验对象
成年雄性SD大鼠60只，体重(298．13±12．68)g。自然光照，室温(22±3)℃、湿度(55±5)％，分笼饲养，自由饮食。所有动物在实验前均未进行过跑台运动。
1．2实验方法
1．2．1实验动物分组
筛选具有正常跑台下坡跑能力的大鼠，根据体重随机分为6组：安静对照组(Con)、运动后即刻组(E0)、12h组(E12)、24h组(E24)、48h组(E48)和72h组(E72)，每组10只大鼠。
1．2．2力竭模型
实验前3天，所有大鼠进行5min～10min跑台运动，以熟悉跑台，速度为(5～10)m/min，坡度为0°。实验时，所有运动组大鼠均在小动物电动跑台上进行持续性下坡跑运动，速度为16m/min，坡度为-16°，运动100min后，休息5min，然后再运动100min，总运动时间为200min。根据Bedford对大鼠不同运动方式与至大摄氧量消耗关系的研究，确定此运动强度相当于至大摄氧量的70％～75％。运动中使用声、光刺激或毛刷刺激大鼠尾部，驱使其运动。运动结束后，将动物放回笼中，同样条件饲养，直到处死。
1．2．3测试样本的采集
取材时间分别在运动后即刻、12h、24h、48h、72h。大鼠在处死前，先称取体重，通过腹腔注射戊巴比妥溶液麻醉，麻醉剂量为(0．25～0．5)g/kg体重。随后迅速取大鼠右侧前肢肱三头肌组织，放入冷生理盐水中洗去浮血，剔除脂肪及结缔组织，用滤纸吸干后，迅速放入液氮冷冻，然后再放入-80℃低温冰箱储存，留做肌浆网的制备。肌浆网的制备参照Carl方法进行。
1．2．4肌浆网Ca2+-ATPase活性的测定
采用南京建成生物工程研究所提供的超微量ATP酶试剂盒，测试仪器为6010紫外可见分光光度计，具体测试方法见试剂盒说明书。
1．2．5实验数据统计与分析
使用SPSS13．0分析软件进行数据统计，所有实验数据均以x±SD表示，各组间运用单因素方差分析(One-Way ANOVA)进行比较，以P<0．05为具有显著性差异，以P<0．01为具有非常显著性差异。
2结果
2．1力竭运动前后大鼠一般情况的对比观察
安静对照组大鼠表现为神态安静，眼睛有神，活泼好动，对实验者捕捉的逃避反应比较敏感。运动组大鼠起初在跑台上进行下坡跑运动时，都在跑道前边跑，步态正常，跑速比较均匀；随着运动时间的增加，跑步姿势发生了变化，四肢表现为无力，腹部与跑道面接触，有的甚至出现卧位跑，并且逐渐向跑道后移动，跑速不均匀；运动到近200min时，大鼠反应更加迟钝，腹部皮毛湿润，四肢足部肿胀，所有大鼠都在跑道后部跑动，跑速明显不均匀，不能跟随跑道皮带的速度。运动结束后，大鼠表现为神态倦怠，眼睛暗淡无光，伏地喘息，反应迟钝，几乎没有逃避反应，根据大鼠力竭的标准，可以判断大鼠已经力竭。
2．2运动后不同时刻大鼠肱三头肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性的变化
由表1和图1可见，安静时大鼠肱三头肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性为(9．46±1．42)U/mgprot，力竭运动后即刻肌浆网Ca2+-ATP酶活性明显降低，为(5．41±1．46)U/mgprot，较运动前下降了42．81％(P<0．01)；运动后12h肌浆网Ca2+-ATP酶活性为(7．61±1．38)U/mgprot，较运动前下降了19．56％(P<0．05)，比运动后即刻升高了40．67％(P<0．01)；运动后24h肌浆网Ca2+-ATP酶活性为(8．51±1．16)U/mgprot，较运动前下降了10．04％(P>0．05)，比运动后即刻升高了57．30％(P<0．01)，与安静组相比没有显著性差异；运动后48h与运动后72h肌浆网Ca2+-ATP酶活性分别为(9．06±1．55)U/mgprot和(9．34±1．411)U/mgprot，与安静对照组相比无显著性差异，提示已恢复到正常值。
3分析与讨论
3．1大鼠运动性骨骼肌微损伤模型的建立
在动物模拟性实验研究中，建立或复制动物模型是研究的重要环节，模型的适用性、可靠性和可行性直接关系到实验结果的科学性。
肌肉进行高强度、大负荷的运动容易引起骨骼肌超微结构的损伤，关于一次性离心力竭运动后不同时刻大鼠骨骼肌超微结构的变化研究较少。运动导致的骨骼肌微损伤不仅与运动强度和时间有关，而且与运动中骨骼肌的收缩方式有着密切的联系。Armstrong RB等用大鼠模型研究了相同强度的离心收缩(下坡跑)和向心收缩(上坡跑)对骨骼肌损伤的不同效应，通过组织学观察以及有关的生物化学和组织化学指标证实离心收缩相对向心收缩运动导致骨骼肌的损伤更大。Newham等用肌肉活检技术研究了上(向心收缩)、下(离心收缩)台阶运动后人体股四头肌超微结构的变化，结果表明，离心收缩运动导致的人体骨骼肌损伤程度明显比向心收缩运动后的严重。McHugh MP等研究发现，离心收缩过程中产生单位力矩的EM(表面肌电图)信号低于向心收缩。同时，Rall JA发现产生相同力量的离心收缩所消耗的能量较相应的向心收缩少。表明离心收缩时只有一小部分运动单位被选择性地募集参与收缩过程，因此离心收缩时较大的力量就由较少的运动单位来承担，从而导致每根肌纤维相对向心收缩承受更大的张力。因此，目前多数研究者认为，离心收缩中骨骼肌纤维承受较大的张力可能会导致肌纤维和支持它们的结缔组织的机械损伤。
大鼠在下坡跑运动中，肌肉抵抗体质量形成的运动负荷进行离心收缩做功。大鼠主要的工作肌肉是前肢肌肉，而对其后肢，由于体质量的分布原因，作用效果相对较小。因此本实验选取了大鼠前肢的肱三头肌作为主要研究的肌肉。
3．2离心力竭运动对大鼠肱三头肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性的影响
肌浆网是骨骼肌细胞内一种重要的钙贮存器，在哺乳动物骨骼肌的Ca2+调节中起主要的作用。有研究表明，Ca2+浓度升高的90％是由肌浆网释放的，而舒张期胞浆内Ca2+浓度降低的70％～75％也是由肌浆网摄取并贮存在肌浆网内的。肌浆网通过Ca2+的摄取和释放参与细胞浆中Ca2+浓度的调节，在兴奋-收缩偶联中起关键作用。尽管骨骼肌损伤是多种机制共同作用的结果，但是肌浆网对Ca2+摄取功能的改变是其一个重要的原因，并且在骨骼肌疲劳及损伤的发生发展过程中发挥着重要的生理功能。
在肌肉重复性收缩过程中，由于某些因素使肌浆网Ca2+-ATPase活性降低，肌浆网钙代谢功能异常，影响肌浆网钙泵系统将胞浆中游离的多余Ca2+摄入肌浆网中，使运输回肌浆网的Ca2+量减少、速度减慢，并造成细胞浆中游离Ca2+浓度增加，使肌动蛋白和肌球蛋白形成的横桥分离速度减慢，肌肉无法维持反复性的收缩，结果因为Ca2+浓度的干扰延长了肌肉放松的时间，导致骨骼肌肌纤维的损伤。Byld以马为实验对象，研究高强度力竭运动对肌浆网功能的影响，结果发现运动后即刻臀肌肌浆网Ca2+-ATPase活性有所下降。田野让大鼠在零坡度，以18m/min的速度在跑台上持续跑100min力竭，运动后即刻发现大鼠股四头肌肌浆网Ca2+-ATPase活性有明显变化，较运动前下降了18．74％。李洁让大鼠以同样的方式运动，发现腓肠肌和比目鱼肌肌浆网Ca2+-ATPase活性都比对照组有显著性下降。王翔等让大鼠在坡度为零的跑台上运动至力竭，发现大鼠红肌肌浆网Ca2+-ATPase活性显著地降低(P<0．05)，白肌肌浆网Ca2+-ATPase活性非常显著地降低(P<0．01)。Yasuda等观察了大鼠在中等强度和高强度两种运动负荷情况下比目鱼肌肌浆网Ca2+-ATPase的变化，结果显示两种负荷运动后即刻肌浆网Ca2+-ATPase的活性均显著性下降。
在本研究中，运动后即刻大鼠肱三头肌肌浆网Ca2+-ATPase活性比安静时下降了42．81％(P<0．01)，提示长时间耐力运动后肌浆网功能有所下降，Ca2+调节能力减弱，与许多研究结果相同。运动后12h大鼠肱三头肌肌浆网Ca2+-ATPase活性比安静时下降了19．56％(P<0．05)，比运动后即刻升高了40．67％(P<0．01)，说明肌浆网Ca2+-ATP酶活性开始恢复，运动后24h肌浆网Ca2+ATP酶活性较运动前下降了10．04％(P>0．05)，比运动后即刻升高了57．30％(P<0．01)，与安静组相比没有显著性差异，肌浆网Ca2+-ATP酶活性接近安静组水平；运动后48h与72h肌浆网Ca2+-ATP酶活性与安静组相比没有显著性差异，已完全恢复到正常值。
肌浆网Ca2+-ATP酶活性的下降必然会影响肌浆网对Ca2+的摄取。李洁的研究结果显示，运动后腓肠肌肌浆网的Ca2+转运速率下降了47．94％。魏源等让大鼠在跑台上零坡度运动至力竭，运动后肌浆网Ca2+摄取率较运动前下降了17．72％(P<0．01)。James A让受试者在功率自行车上以75％至大摄氧量持续运动直到疲劳，发现运动后肌浆网Ca2+摄取率下降了25％。J．D．Schemer等让大鼠进行跑台运动，研究结果显示运动后大鼠骨骼肌肌浆网Ca2+摄取率比安静组有明显的降低。
从以上研究结果可以看出，在长时间力竭性运动后即刻肌浆网Ca2+-ATP酶活性显著下降，Ca2+转运机能发生了变化，使胞浆内Ca2+浓度增高，造成骨骼肌收缩机能下降，引起肌肉疲劳甚至损伤。因此，肌浆网Ca2+-ATP酶活性的变化可以间接评定运动后骨骼肌超微结构的损伤。
4结论
本实验采用的离心力竭跑台实验，使大鼠产生力竭。运动后即刻大鼠骨骼肌肌浆网Ca2+-ATP酶活性显著下降，随后逐渐恢复，24h后明显恢复，至48h已完全恢复。提示肌浆网Ca2+ATP酶活性的变化可以作为评定运动后骨骼肌超微结构损伤的一个指标。