魏国

沈阳师范大学体育科学学院，辽宁沈阳110034

《辽宁体育科技》2003年第3期

摘要：

本文通过对运动性肌质网代谢异常所引起的骨骼肌疲劳机制及其产生原因的研究，探讨骨骼肌细胞内环境改变的病理机制，为揭示骨骼肌疲劳的产生提供理论依据。

骨骼肌疲劳的机制比较复杂，众多学者对其机制提出了能量耗竭、代谢产物堆积、保护性抑制、内环境稳态失调等多种学说。本文仅对运动性骨骼肌肌质网代谢异常所引起的骨骼肌疲劳机制及其原因加以探讨。

1肌质网代谢异常

肌质网是骨骼肌中调节细胞内Ca2+浓度尤其重要的细胞器，在肌肉兴奋-收缩偶联过程中起关键的作用。由于运动引起代谢产物的堆积，使肌质网Ca2+浓度下降，同时肌质网的结构成分和完整性也受到破坏。而且运动时间越长，肌质网功能下降越明显。许多实验表明：长时间剧烈运动后，Ca2+-ATP酶活性降低，肌质网释放钙量减少，而钙摄取下降。肌动蛋白-肌球蛋白的相互作用受到制约，从而使肌肉收缩力下降。研究显示剧烈运动后，伴随着Ca2+-ATP酶活性的降低和Ca2+-ATP酶蛋白含量的减少，Ca2+-ATP酶蛋白降解。Ca2+-ATP酶蛋白是肌质网膜的基本成分，它的降解不仅意味着肌质网功能失调，也意味着肌质网膜结构的破坏。

1．1骨骼肌肌质网改变的原因

骨骼肌肌质网的功能是在肌肉收缩和舒张过程中释放和摄取Ca2+，有关疲劳时肌质网功能改变的原因主要有以下几种解释。

1．1．1 ATP的减少

ATP是肌肉工作的主要供能物质，目前认为，ATP浓度的下降可以使肌质网Ca2+释放能力下降。疲劳早期，ATP的浓度比较恒定，只是在疲劳的后一阶段当磷酸肌酸的存储耗竭时，其浓度下降。有许多机制可以将ATP浓度下降与肌质网Ca2+释放能力下降联系在一起。

(1)Na+-K+-ATP酶活性下降可以使膜除极化并降低动作电位的放大程度；

(2)肌质网Ca2+泵损伤可以引起肌质网Ca2+负荷能力下降；

(3)肌质网的Ca2+通道的至大开放需要ATP。

尽管ATP的分解产物ADP、AMP和无机磷也可以激活通道，但是它们的能力远小于ATP的激活能力，所以ATP分解的结果减少了肌质网Ca2+通道的开放。

1．1．2离子紊乱

骨骼肌疲劳时可以引起多种离子的浓度发生改变，其中Ca2+、Mg2+等浓度的改变同肌质网Ca2+释放能力的下降关系比较密切。正常情况下，细胞内外的Ca2+处于一种动态平衡。Ca2+参与机体结构、电生理过程、活动稳定性、激素信使及对某些酶的激活作用等，任何原因造成的Ca2+平衡的破坏都将导致细胞功能的异常。研究表明Ca2+可以激活一种内源性的磷脂酶，导致膜上的磷脂大量丢失，引起膜功能的改变。Lamb等认为高Ca2+浓度可以破坏兴奋收缩偶联过程的一个或几个阶段。T管和肌质网Ca2+释放通道间的通讯可以被高Ca2+浓度抑制。Mg2+是公认的除极化、诱导Ca2+释放以及Ca2+通道波动的抑制剂，Mg2+浓度的升高可以抑制肌纤维的收缩，这可能归因于Ca2+通道的关闭。Mg2+以与Ca2+竞争肌质网Ca2+释放通道的活性位点。研究表明，正常的除极化、Ca2+释放和肌肉收缩均可因Mg2+浓度的升高而被抑制。Mg2+可以干扰开放Ca2+释放通道的电压感受器。Mg2+-ATP酶活性的下降可以引起游离Mg2+的增加，继而Mg2+外流，细胞内Mg2+含量下降，导致能量代谢障碍，引起肌质网Ca2+释放能力下降。

1．1．3 pH值的下降

肌质网Ca2+通道功能除受到离子、高能化合物的调节外，还受环境pH值、乳酸、H+影响。在运动中，肌细胞的代谢被激活，以产生维持至大收缩的高能磷酸物。为了保持足够的ATP，肌肉进行无氧酵解，从而产生大量的乳酸根离子和H+，降低了被激活细胞的pH值。H+浓度的增加可以使细胞内的pH值下降到6．5以下。众所周知，乳酸作为代谢副产物可以引起肌肉力量的下降。当乳酸的浓度达到20mmol/L时，肌质网的Ca2+释放速率被抑制30％。运动导致的肌质网功能障碍，细胞内的H+浓度的变化可能是一个重要的因素。Kohmoto等用鸡胚心室肌的肌质网证实，单纯将孵育液的pH值从7．05降到6．60时，肌质网的Ca2+摄取明显降低，细胞内Ca2+浓度随之显著升高。低pH值可使肌质网的Ca2+-ATP酶活性降低，并使其对Ca2+激活的敏感性降低，因此肌质网活性钙泵数目降低。pH值降低还使肌质网上高能磷酸键中间产物的形成和解离速度降低，因此也抑制Ca2+的摄取速率。

1．1．4氧自由基的作用

Murphy等观察到，氧自由基清除剂在负氧前加入可抑制钙超负荷的发生；而负氧后加入，对钙超负荷无明显作用，这表明氧自由基是参与骨骼肌疲劳的另一重要介质。氧自由基是O2不完全氧化的产物，具有很强的氧化性，肌质网是其攻击的主要靶细胞器。氧自由基可以抑制肌质网的Ca2+-ATP酶活性。实验显示把肌质网放入氧自由基发生系统中孵育，随着时间的延长，Ca2+-ATP酶活性显著降低；若在该系统加入SOD和过氧化氢酶，可使酶活性部分恢复。Okabe等用黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶系统孵育肌质网，也得到类似结果，且钙摄取的降低和黄嘌呤呈剂效依赖关系。氧自由基对钙调蛋白有抑制作用，其浓度的升高不仅使肌质网钙转运受抑制，而且使Ca2+释放抑制因子作用减弱，Ca2+释放增加。氧自由基还破坏肌质网膜脂双层结构。膜脂质是保持肌质网膜的Ca2+-ATP酶和钙释放通道的蛋白结构和功能完整的基础，也是阻止肌质网内Ca2+扩散入细胞质的屏障。氧自由基使膜脂质被氧化导致膜损伤，肌质网内Ca2+潜入胞质，升高细胞内Ca2+浓度。

2肌质网改变的后果

肌质网是骨骼肌细胞内重要的Ca2+调节细胞器，它是Ca2+储存和释放的主要位点。肌质网功能的下降将导致肌肉形态和机能的变化。据报道极量运动后肌质网摄取Ca2+能力下降，使肌质网不能将肌肉在兴奋过程中释放的Ca2+及时重新摄取到肌质网内，使胞浆Ca2+浓度升高，并且，通过激活磷脂酶A2、中性蛋白水解酶和线粒体钙聚集等多种途径引起肌肉蛋白降解和代谢机制障碍，造成肌肉形态和功能的变化，直接影响肌肉的收缩-放松过程，使Ca2+不能与肌钙蛋白解离，使肌肉处于一种持续的收缩状态，进一步加重骨骼肌的疲劳，导致肌肉收缩能力的下降。此外，肌质网Ca2+释放能力的下降，激活了兴奋收缩偶联有关的蛋白质的破坏过程，使可以引起兴奋收缩偶联的蛋白质的数目下降，从而引起肌力下降。

3小结

综上所述，骨骼肌疲劳的发生与肌质网的代谢异常有密切关系，肌质网代谢异常的原因主要有：能量物质的过量消耗和不能迅速恢复；离子代谢紊乱；pH值下降；氧自由基的作用，结果使骨骼肌的兴奋-放松过程受到影响，从而表现为骨骼肌的收缩力下降和痉挛的产生。