作者：魏源
来源：《中国组织工程研究》2007年第19期
【作者单位】：广州体育学院科学实验中心
魏源，男，1971年生，湖南省岳阳市人，汉族，2005年北京体育大学毕业，博士后，副教授，硕士生导师，主要从事运动营养生化和运动机能评定的研究。
【摘要】：
目的：
分析运动性骨骼肌微损伤的特性。
方法：
应用计算机检索HighWire Press1989-01/2006-12关于运动性骨骼肌微损伤的文章。
检索词“muscle micro-damage”并限定文章的语言种类为English。
同时利用计算机检索中国期刊全文数据库1989-01/2006-12的相关文章，限定文章语言种类为中文，检索词“运动性骨骼肌微损伤”。
结果：
运动后骨骼肌微损伤的发生的直接证据主要表现在运动对骨骼肌微结构和超微结构的影响，其间接证据主要表现在血液中肌肉酶活性和肌红蛋白含量增加、血液中C-反应蛋白含量升高、尿液中肌肉蛋白质分解产物增加和骨骼肌组织中炎症反应标志物增高。
结论：
了解运动性微损伤的特性可以预防和干预运动后微损伤的发生，为有效地预防延迟性肌肉酸痛提供理论参考。
关键词：骨骼肌微损伤；延迟性肌肉酸痛；肌肉微细损伤
0引言
运动性骨骼肌微损伤是由于长时间或高强度运动后骨骼肌纤维的微细损伤，常表现为延迟性肌肉酸痛。自1902年Hough发现运动引起的延迟性肌肉酸痛现象以来，许多学者提出了许多假说来解释延迟性肌肉酸痛。尽管延迟性肌肉酸痛有自愈现象，但由于延迟性肌肉酸痛的症状体征对运动训练的影响以及肌肉拉伤有某种内在的联系等原因。所以，几十年来国内外学者一直尝试力求寻找一些有助于减弱延迟性肌肉酸痛及尽快恢复肌肉力量的应对措施，但是，纵观目前国内外对延迟性肌肉酸痛治疗和预防或改善延迟性肌肉酸痛发生的研究，仍未找到一种十分有效的方法，因此，有必要对延迟性肌肉酸痛的病因病机作进一步深入研究，为预防运动性骨骼肌微损伤的发生和加速运动性骨骼肌微损伤的修复，为探寻新的、可靠的、有效的方法来干预运动性骨骼肌微损伤的发提供理论参考依据。
1运动性骨骼肌微损伤与运动性肌肉疲劳的关系
目前，延迟性肌肉酸痛产生机制较多认为与肌肉损伤时的急性炎症有关。该理论在20世纪70年代后期就已经提出来，理由是运动性骨骼肌微损伤与急性炎症中见到的改变有相同之处:都有疼痛、肿胀和功能影响；都有炎细胞(特别是巨噬细胞)的浸润，溶酶体活性和急性蛋白质增加的生化改变都是在起初的72h内就有组织学的改变。然而，后来的研究没能证实这个理论的成立。研究延迟性肌肉酸痛和运动性骨骼肌微损伤更有成绩之一的Nosaka和Clarkson近期的研究也认为，离心训练引起的肌肉损伤主要是水肿，训练后所谓的肌肉炎症反应与组织损伤或感染是不同的。所以，直接引起延迟性肌肉酸痛产生的原因尚需作进一步的研究。
从目前的认识看应该怎样来分析延迟性肌肉酸痛现象呢?根据疲劳是“机体生理过程不能维持其功能在某一特定的水平上或不能维持预定的强度”的定义，应该说延迟性肌肉酸痛是运动性骨骼肌疲劳的一种表现，运动性骨骼肌微损伤实际上是肌肉在大强度负荷后出现的一种正常的生理反应，与一般的肌肉损伤和炎症反应有本质的差异。事实上，延迟性肌肉酸痛及其伴随改变常发生在许多运动项目中，如短跑、长跑和抗阻训练等运动中均可发生。许多运动都包含有大量离心收缩成分的肌肉运动，这是运动训练中不可避免的现象，一般情况下，不会对机体造成太大的危害，这如同疲劳和过度疲劳区别一样，一定程度疲劳是运动训练所必需的，而过度疲劳则是应该完全避免的。当然，延迟性肌肉酸痛以及伴随的运动性骨骼肌微损伤虽不是一种严重的肌肉损伤改变，只是骨骼肌疲劳的一种表现，但是，它对训练量和训练强度的完成以及训练者的心理却有一定影响，甚至可能因为长期、多次疲劳积累得不到根本消除而成为肌肉拉伤或劳损的潜在因素。因此，如何发展更有效的运动性肌肉疲劳，尤其是延迟性肌肉酸痛的消除方法十分重要。
2运动性骨骼肌微损伤形成原因的研究概况
运动性骨骼肌损伤未必是一种完全的病理过程，可能是骨骼肌适应运动训练刺激的一个介于生理与病理的中间过程。“先解离而后再重新构建”可能正是骨骼肌对运动训练刺激的一种适应。
2．1运动对骨骼肌微细结构的影响
肌纤维的细胞膜在光镜下呈简单的线状结构。肌原纤维呈细丝状，互相平行排列纵贯肌纤维全长。在肌原纤维之间含有大量的线粒体、糖原及少量的脂滴。肌纤维中的线粒体体积和形态常随功能状态而变化，多位于Z线附近的肌原纤维间或群集于核旁肌浆膜下的肌浆中，也可成行排列，跨过几个肌节，其形态、结构、功能及数量上的变化对肌收缩的能量供应产生较大的影响。过度的训练可造成线粒体的病理性改变，线粒体出现肿胀、破裂，从而导致数量减少。刘显东等研究发现大鼠在90min(速度16m，min，坡度-16°)的跑台下坡跑后6h有部分肌纤维轻度水肿，深层组织的部分血管壁及周围可见少量的巨噬细胞浸润，且呈现以血管为中心的同心圆分布；12h时肌纤维间可见漏出血管外的红细胞，少数在血管周围及肌束边缘分布的肌纤维可见明显肿胀，个别肌纤维有轻度玻璃样变性，巨噬细胞已经浸入到肌细胞中，肌核明显增多；24h后受伤的肌细胞明显增多，部分肌细胞出现玻璃样变性，胞体明显增大，胞浆内有大量巨噬细胞浸润，少数肌细胞胞浆消失，胞浆内已经完全被巨噬细胞浸润，组织间白细胞出现，分布弥散；48h后肌纤维损伤进一步加重，受损肌细胞内巨噬细胞明显增多，少数损伤肌纤维的胞浆已被完全清除，肌细胞可见节断性损伤，同一细胞的不同节段可出现不同程度的损伤，部分肌细胞出现絮状变性。还有许多研究者也得出了类似的结果。
2．2运动对骨骼肌超微结构的影响
运动，特别是长时间离心运动容易引起骨骼肌超微结构的异常性变化，并延续到运动后几天，造成运动功能下降，身体疲劳，影响运动员的正常训练和比赛。据此，国内外学者们在这一领域进行了大量研究，证实剧烈运动确实可引起骨骼肌纤维结构的变化。其依据为：
①电子显微镜下直接观察到运动后骨骼肌超微结构的变化。
②血液中肌肉酶活性提高。
③尿液中肌肉蛋白质分解产物增多。
④运动后血液中与炎症反应有关的蛋白(如急相蛋白)和炎症过程指示物含量增加。
2．2．1运动后骨骼肌超微结构变化的直接证据
运动性骨骼肌微损伤在电镜下主要表现为收缩蛋白和细胞骨架的变化在运动过程中，Z盘是整个肌节结构中更容易受破坏的部位。这种变化表现为Z盘加宽，Z盘流和整个收缩装置在Z线水平的完全消失。离心运动所引起的骨骼肌超微结构变化更明显，A带也会出现变化，主要表现为肌凝蛋白的损伤。运动引起骨骼肌超微结构变化的起初组织学证据是20世纪60年代初期从动物身上获得的，Armstrong等建立了引起运动性骨骼肌超微结构变化的动物模型。他让大鼠在跑台上进行水平跑(0°)和下坡跑(-16°)的间歇运动，运动速度为16m/min，5min运动，2min休息，总运动时间90min，发现下坡跑运动后骨骼肌纤维的正常结构发生变化在纵切面上可见肌原纤维连续性破坏，I带加宽，相邻肌细胞间结构模糊。虽然发生上述异常变化的肌纤维仅占全部纤维的5％，但这种变化却未在对照组中发现，Ogilvie等研究发现，在运动后骨骼肌超微结构变化中，A带占89％，块状纤维占9％，Z线异常占2％，而且变化程度是下坡跑运动组＞水平跑运动组＞非运动对照组，他将运动后骨骼肌超微结构的变化归纳为3类，即：
1)A带破坏，I带相对不变，整个肌节被拉长。
2)Z线流或Z线消失，在这种变化中可见明、暗带，但不见Z线。
3)块状纤维，在纵切面上可见凝固的肌原纤维细胞质。
Friden等经过多年的研究将Z线的变化概括为：
①Z线流：Z线锯齿形或波形变化。
②Z线模糊：Z线物进入I带。
③Z线完全破坏或消失。
其他学者的研究也发现类似超微结构的变化，并见到线粒体肿胀、破裂，肌细胞膜断裂等现象。应当指出的是，运动性骨骼肌超微结构的变化仅占全部肌纤维的小部分，在实验中特别是在人体实验中，由于取样技术的限制许多深层易受损伤的肌肉不易活检取样，因而，研究时往往遗漏这些肌肉的超微结构变化，这种实验手段的限制可能会造成不同的研究结果。
2．2．2运动后骨骼肌超微结构变化的间接证据
2．2．2．1血液中肌肉酶活性和肌红蛋白含量增加
肌酸激酶在骨骼肌含量更多，是骨骼肌能量代谢的关键酶之一。其作用是催化三磷酸腺苷和磷酸肌酸之间高能磷酸键可逆性的转移．由于肌细胞和血液中肌酸激酶的数量差异特别大(约5×10：1)．因此，血清肌酸激酶活性的变化可作为评定肌肉承受刺激和了解骨骼肌微细损伤及其适应与恢复的重要敏感的生化指标。动物实验发现，下坡跑从组织学上观察到肌肉超微结构变化，同时伴随血液中肌肉酶活性增加。Armstrong等发现大鼠90min跑台运动后血浆肌酸激酶、乳酸脱氢酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性有显着性增加，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，这种变化与骨骼肌超微结构的变化相一致。Jones等在伽玛摄影机下观察到因离心活动致伤的肌肉组织锝焦磷酸吸收量增加，并与外周血中肌酸激酶活性的升高呈平行关系。但与锝焦磷酸的放射性测量相比，肌酸激酶更加简单易行。近年来，磁共振成像由于其在肌肉骨骼系统疾病诊断中的准确性而被广泛应用，Nosaka等在10名男子肘部离心性收缩活动后用磁共振成像扫描肘部肌肉并检测血清肌酸激酶，发现受试者肘部肌肉磁共振成像的T1和T2驰豫时间明显异常(提示肌肉水肿)，并且血清肌酸激酶水平显着升高，肌酸激酶水平与磁共振成像影像异常显着相关(R=0．90～0．94)然而，也有学者对用血清肌酸激酶活性来评价肌肉损伤的作用提出了质疑。Komulainen等报道，游泳运动后小鼠血清肌酸激酶活性升高，小鼠肌肉并没有出现肌肉损伤的迹象(肌肉组织标本的β-葡萄糖醛酸酶浓度没有改变)，而跑台运动后小鼠出现了肌肉损伤的迹象(β-葡萄糖醛酸酶浓度显着改变)，但血清肌酸激酶活性在运动前后却没有显着性变化。Van der Meulen等在动物实验中发现血清肌酸激酶活性的变化与光镜和电镜下观察到的活检标本肌肉损伤变化没有联系。Manfredi等报道，老年人因不恰当活动导致肌肉损伤后，其血清肌酸激酶活性改变与肌肉的超微结构改变无关。当然，这些研究结果的不同可能与采用的肌肉标本不同有关。
关于运动后血浆肌肉酶活性增高的机制有所不同解释，一些学者认为，肌肉收缩活动造成肌细胞膜暂时渗透性增加是运动后血浆酶活性升高的原因；另有学者则指出，运动后36～48h血浆酶活性仍保持在较高水平，说明不只能用肌膜渗透性增加的理论来解释，更可能的原因是运动引起肌纤维损伤、免疫反应及肌细胞坏死。Roxin等认为运动后血浆肌红蛋白含量增加反映肌肉蛋白质分解代谢加强，Wheat等测定10名年轻受试者跑台下跑引起的肌酸激酶变化，发现运动后24h肌酸激酶达峰值，72h后基本恢复到运动前水平。运动后血清酶的变化不仅出现在离心运动后，而且在向心工作后也有发生。
2．2．2．2血液中C-反应蛋白含量升高
C-反应蛋白是一种典型的急性时相血浆蛋白，由肝细胞合成，在正常情况下血液中仅含微量C-反应蛋白。但在急性时相反应中，被激活的单核细胞释放白细胞介素1，后者刺激肝细胞加速合成C-反应蛋白，血清C-反应蛋白迅速升高，有报道炎症和组织损伤时C-反应蛋白浓度可升高1000倍。运动导致的肌肉损伤是一种无茵炎症已经为人们所肯定，损伤的肌肉活检发现肌纤维结构的破损，在肌肉损伤区域有白细胞的浸润以及大量的细胞脱颗粒和组织间隙炎性产物的增多。因此，在排除了细菌感染和心肌梗死等疾病的前提下，血中C-反应蛋白可作为骨骼肌运动性损伤的标志物。
2．2．2．3尿液中肌肉蛋白质分解产物增加
Young等认为3-甲基组氨酸是肌纤维中肌动蛋白、肌球蛋白的分解产物，运动引起的骨骼肌超微结构变化的部分原因是收缩蛋白质降解所致。Kasperek等对大鼠以24m/min的速度进行200min跑台运动，在运动后即刻和运动后1、2、3、4天连续测定尿液中3-甲基组氨酸含量，发现运动后即刻有显着性增加，第2天达峰值，直到运动后第4天仍高于运动前水平。
Dohm等报道，有训练者和无训练者运动后尿液中3-甲基组氨酸含量均有显着性增加，而且运动员训练期安静时的尿液3-甲基组氨酸含量高于无训练者，表明运动员肌动，球蛋白周转率加快，他们认为这种长期的肌肉蛋白周转率加快与运动中跑，跳等多种离心动作造成的快，慢肌纤维损伤有关。Snyder等也观察到运动后3-甲基组氨酸增加的现象。Evans等发现运动后尿液中3-甲基组氨酸和3-甲基组氨酸，肌酸酐比值持续性增加，12d后仍高于运动前水平，他认为这是由于离心收缩造成肌肉损伤，肌肉蛋白质分解代谢加强所致。Dohm等实验表明运动后尿液3-甲基组氨酸含量也有显着性增加，并一直持续到运动后48h。近期的研究结果也支持剧烈运动可引起肌肉蛋白质分解加强和骨骼肌超微结构异常的学说。
2．2．2．4骨骼肌组织中炎症反应标志物增高
葡萄糖-6-磷酸脱氢酶是戊糖循环的启动酶，该循环产生辅酶Ⅱ用以维持还原型谷胱甘肽于一定浓度，辅酶Ⅱ和还原型谷胱甘肽都可作为细胞代谢中的供氢体，具有消除氧自由基的可能。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶水平和17，13-葡萄糖苷酸酶的浓度变化被认为是炎症反应的标志，离心运动后引起骨骼肌微损伤所伴随的炎症反应使得这两种指示物水平明显升高。白细胞中的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性较高，是一种比较简单的衡量。炎症反应或退行性过程的标志。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和β-葡萄糖苷酸酶在运动后升高的时间点基本一致，并且都与巨噬细胞活性和肌纤维退行性变化有关。这两种酶活性的增加被人们认为能够以相同的方式反映肌肉损伤：炎症细胞数量越多，损伤肌纤维的数量也就越多。并且总β-葡萄糖苷酸酶活性可以反映总的肌肉损伤情况，因为它能够解释有点损伤但仍然能够正常工作的肌纤维来源的活性增加。有学者的研究表明，β-葡萄糖苷酸酶活性与组织病理学改变高度相关。