運動性疲勞與線粒體功能

摘 要：在有關運動性疲勞的理論中占主要地位的“衰竭學說”、“內環境穩定性”失調學說、“自由基”學說都與機體線粒體功能有密切的關系；線粒體具有攝取、釋放、調節胞漿Ca²⁺濃度的作用，從而影響ATP合成、ATP酶的功能、肌肉收縮機能；力竭運動自由基增多和脂質過氧化加強通過黃嘌呤氧化酶途徑、線粒體呼吸鏈途徑和自由基防御系統受損途徑，作用于線粒體從而引起疲勞；對運動性疲勞與線粒體功能作一綜述。

關鍵詞：運動性疲勞；線粒體；功能

中圖分類號：R873文獻標識碼：A文章編號：1673-2197（2008）09-0008-05

運動性疲勞是指人體運動到一定時候，運動能力及身體功能能力暫時下降的現象。從19世紀80年代起，各國學者從各種不同角度去研究、探討疲勞產生的機制，但由于疲勞問題十分復雜，許多內容至今尚未研究清楚。各國學者迄今關于運動性疲勞產生機制的理論最具代表性的“假說”有以下幾種：“衰竭學說”、“堵塞”或“窒息”學說、“內環境穩定性”失調學說、“保護性抑制”學說、“自由基”學說，此外，還有“突變學說”等疲勞理論，其中占主要地位的“衰竭學說”、“內環境穩定性”失調學說、“自由基”學說都與機體線粒體功能有密切的關系。本篇將從線粒體與ATP合成、自由基的生成與清除、線粒體膜、氧化呼吸鏈質子漏等方面對運動疲勞狀態下線粒體功能進行概述。

1 線粒體Ca²⁺

線粒體是細胞有氧代謝的場所。在肌肉收縮過程中，它通過氧化磷酸化，提供肌肉收縮的能量。線粒體呼吸能力下降是運動性肌肉疲勞產生的重要原因。除了具有氧化代謝、生成體內需要的ATP外，線粒體還具有攝取、釋放、調節胞漿Ca²⁺濃度的作用。線粒體聚鈣具有重要的生物學意義：①維持肌肉正常的興奮——收縮——舒張；②減少細胞漿Ca²⁺升高對骨骼肌超微結構的破壞^［1］；③在調節Ca²⁺敏感性線粒體酶時發揮不可替代作用。張鈞等發現^［2］：力竭運動時大鼠心肌線粒體游離鈣含量顯著下降，而90min運動組和24h恢復組與安靜組相比均未有顯著性差異。說明力竭運動可造成心肌線粒體游離鈣含量顯著下降，90min運動對心肌線粒體游離鈣無明顯改變，力竭運動后24h已基本恢復。線粒體依細胞類型而存在特定的細胞信號功能，而任何功能都受細胞內鈣穩態的影響，反之亦然^［3］。

1.1 線粒體Ca²⁺與“衰竭學說”

“衰竭學說”認為，能源缺乏會明顯加速疲勞過程。許多研究都已表明了某種能源的消耗與疲勞過程有直接關系。有人研究發現磷酸肌酸的濃度在最大強度運動中下降很快，持續2~3min運動至筋疲力盡時，磷酸肌酸濃度接近于零。

1.1.1 線粒體Ca²⁺與ATP

運動過程中骨骼肌收縮機能下降，運動性疲勞的產生均與細胞呼吸水平下降、ATP生成減少有關；而機體生成ATP的主要場所是線粒體，因此疲勞狀態下線粒體氧化代謝能力應該有所下降。線粒體鈣聚積在緩解胞漿Ca²⁺濃度升高，延緩疲勞出現的同時，又通過抑制線粒體本身的氧化磷酸化過程，降低呼吸水平，減少ATP生成。ATP生成減少，使得線粒體腫脹、嵴斷裂；而線粒體形態的改變進一步抑制自身的氧化磷酸化過程，加劇離子代謝紊亂，形成“惡性循環”。運動引起線粒體Ca²⁺攝取能力下降，鈣聚積，抑制ATP生成，并進一步抑制氧化磷酸化，加劇離子代謝紊亂的“惡性循環”，這可能是導致運動性骨骼肌疲勞的重要原因。

線粒體的正常形態、結構的維持需要ATP提供能量，鈣泵及鈉鉀泵的活動也需要ATP提供能量，因此ATP含量的下降除進一步造成離子代謝紊亂外，還可直接導致線粒體腫脹、嵴斷裂等亞細胞結構的破壞，導致氧化磷酸化脫耦聯，能量供應不足，進而引起嚴重的離子代謝紊亂，導致惡性循環，最終導致肌細胞損傷，造成運動機能下降。

實驗表明，劇烈運動后，線粒體鈣代謝紊亂，抑制ATP合成是引起機體機能異常的重要原因。線粒體是細胞呼吸的重要器官，是肌肉活動的能量來源。

已有很多研究發現運動后即刻細胞內ATP含量下降，且合成效率下降^［4］。ATP是肌肉活動的直接能量來源。急性長時間運動時骨骼肌線粒體ATP的再合成對于工作肌維持足夠能量需求至關重要。實驗觀察到，耗竭運動后在線粒體內膜流動性下降和呼吸鏈復合體Ⅰ活性改變的同時，線粒體內膜ATP酶活性顯著降低。表明經過長時間較大強度運動后，骨骼肌線粒體內膜功能改變，ATP再合成障礙。這可能是運動性疲勞重要的線粒體膜特征之一。其機理可能是：①膜分子動力學改變。線粒體內膜有序性增高、流動性降低減弱了呼吸鏈組分與ATP酶的相互作用；②NADH呼吸鏈損害。按照Mitchell“化學滲透理論”，線粒體ATP合成的驅動力為跨線粒體內膜的質子轉運，其直接依賴于電子傳遞和氧的攝取。復合體Ⅰ活性的改變可能使在這一部分已建立起的跨膜質子梯度喪失，破壞磷酸化通過質子梯度的偶聯而降低ATP酶的活性。

1.1.2 線粒體Ca²⁺與ATP酶

H⁺-ATP酶復合體是耦聯磷酸化，把ADP和Pi合成ATP的部位。在線粒體膜完整時，H⁺-ATP酶的功能是合成ATP；在膜不完整時，H⁺-ATP酶的作用表現為水解ATP。H⁺-ATP酶的水解活性間接反映了完整線粒體H⁺-ATP酶復合體合成ATP的能力。本實驗運動后即刻線粒體H⁺-ATP酶的水解活性明顯增加，這有兩種可能：一是運動中線粒體膜保持完整，H⁺-ATP酶起合成ATP的作用，H⁺-ATP酶的水解活性越強，說明線粒體H⁺-ATP酶把ADP和Pi合成ATP能力越強；另一種可能是運動中線粒體膜的完整性受到破壞，H⁺-ATP酶復合體在運動中主要起水解ATP的作用。此時，H⁺-ATP酶的水解活性越強，ATP水解的越多，細胞內ATP含量就越少。運動時胞漿Ca²⁺濃度增加可以引起肌纖維損傷，線粒體腫脹、破碎。H⁺-ATP酶結構的變化可能與身體機能狀態有關。曾有實驗發現一次力竭性運動可使大鼠心肌線粒體H⁺-ATP酶水解活性下降，線粒體膜的流動性改變，而一定強度的運動，不足以造成H⁺-ATP酶結構的變化。本實驗中等強度和大強度運動后，骨骼肌出現疲勞特征但并未出現力竭，H⁺-ATP酶水解活性增加非常明顯。這提示：力竭性運動可能使線粒體膜的流動性發生變化后破壞了H⁺-ATP酶的結構，引起H⁺-ATP酶活性降低。

線粒體膜上的Ca²⁺-ATP酶負責把胞漿中Ca²⁺的轉運入線粒體基質中，所需的能量由ATP水解來提供。線粒體H⁺-ATP酶的功能主要是合成ATP和轉運H⁺。利用H⁺流回線粒體內膜基質釋放出的能量，H⁺-ATP酶把ADP，Pi合成ATP。它在電子傳遞鏈復合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ三個位置上耦聯ATP的合成，在每個位置，每通過兩個電子，就能合成一個ATP分子。線粒體通過Ca²⁺-ATP酶轉運Ca²⁺，而ATP的最后合成必須有H⁺-ATP酶的參與，這提示運動引起線粒體鈣聚積，抑制ATP合成可能與線粒體Ca²⁺-ATP酶和H⁺-ATP酶活性的變化有關。王翔^［5］等研究發現：力竭運動后，大鼠骨骼肌線粒體鈣超載，肌漿網Ca²⁺-ATPase活性降低，可能是導致胞內鈣濃度增加的一個因素，從而改變了細胞內鈣穩態、鈣轉運的功能，影響了肌肉收縮特性，致使運動性疲勞的產生。

中等強度長時間運動后，線粒體Ca²⁺-ATP酶水解活性下降可能是因為：①線粒體腫脹、破裂和破壞。運動中有些因素如線粒體聚鈣、脂質過氧化等可以損傷線粒體膜，影響細胞呼吸，一些酶因交聯聚合失去活性或共活；②ATP含量減少。運動可造成ATP含量下降，田野等報道，運動后即刻肌肉內ATP含量比運動前下降了32.81%。肌細胞內ATP含量減少Ca²⁺-ATP酶的活性可能就要受到抑制；③線粒體內鈣聚積可能對Ca²⁺-ATP酶的活性起抑制作用；④運動造成體溫升高及某些離子平衡的改變可能也是Ca²⁺-ATP酶活性下降的原因之一。因此，中等強度長時間運動后線粒體Ca²⁺-ATP酶活性下降可能是多種因素共同作用的結果。

1.2 線粒體Ca²⁺與“內環境穩定性”失調學說

線粒體是細胞內重要的鈣貯存庫，線粒體鈣含量隨胞漿Ca²⁺濃度的變化而發生改變。研究證實，運動疲勞后，線粒體鈣含量增加，肌肉收縮機能下降。

運動性狀態下心肌線粒體的結構和功能發生了明顯變化，這些變化可能是引起疲勞狀態下心肌損傷的主要原因^［6］。運動性肌肉疲勞狀態下線粒體功能的改變一方面表現在線粒體氧化代謝能力的下降，另一方面表現在線粒體離子代謝功能的下降，尤其是鈣調節能力的下降。線粒體鈣調節能力下降主要表現為線粒體對胞漿Ca²⁺濃度變化的敏感性下降，即攝鈣減少。Tate首次發現大鼠力竭性跑臺運動后，骨骼肌線粒體鈣含量顯著性增加；田野證實大鼠力竭性與非力竭性跑臺運動后線粒體鈣含量顯著增加。線粒體通過Ca²⁺-ATP酶攝取Ca²⁺，而骨骼肌疲勞時，線粒體鈣含量發生變化，這提示運動可能通過影響線粒體Ca²⁺-ATP酶的活性而改變線粒體鈣含量。

線粒體Ca²⁺-ATP酶水解活性反映線粒體攝入Ca²⁺的能力，酶的活性越大，單位時間內線粒體通過Ca²⁺-ATP酶攝入的Ca²⁺量越多。中等強度長時間運動后，線粒體Ca²⁺-ATP酶水解活性下降，引起線粒體攝鈣能力下降，也就是Ca²⁺-ATP酶水解ATP釋放能量把胞漿內Ca²⁺轉運進入線粒體的能力下降。一方面，運動造成胞漿Ca²⁺濃度持續增加，另一方面卻顯著降低肌漿網和線粒體Ca²⁺-ATP酶轉運Ca²⁺的能力，這就造成胞漿Ca²⁺濃度不能很快恢復到正常水平，胞漿Ca²⁺增多，影響了骨骼肌機能，引起骨骼肌疲勞。

2 “自由基”學說

所謂自由基是指那些帶有奇數電子數的化學物質，即外層電子軌道含有未配對電子的基團。這些電子導致了這些物質的高反應活性。由于自由基化學性質活潑，能造成細胞功能和結構的損傷和破壞。運動時氧自由基增多最明顯。

Dillord1978年首次把自由基的研究引入運動醫學領域，認為自由基與運動性疲勞有著密切的關系。ROS的產生主要是線粒體由狀態Ⅲ向狀態Ⅳ轉換中高氧環境和高還原態的呼吸鏈使大量電子漏出并還原氧分子而形成的。線粒體是ROS的主要來源和促凋亡作用靶點^［7］。許多研究揭示，隨著運動強度的增加，脂質過氧化水平升高，使肌肉的工作能力下降，同時還能造成對肌肉等組織的損傷，妨礙正常細胞代謝功能，導致產生運動性疲勞。研究還發現，自由基能引起線粒體呼吸鏈產生ATP的過程受到損害，使細胞能量發生障礙，影響肌纖維的收縮功能，還能使某些酶失活產生一系列病理變化而導致疲勞。

大量研究表明，力竭運動可使心肌、骨骼肌、肝臟等內源性自由基生成增多以及由此引發脂質過氧化加強。線粒體一線粒體的ROS信號通路組成了增加ROS產生的正反饋機制，可以導致潛在的線粒體和細胞的嚴重損傷^［8］。時慶德等發現，以大鼠中等強度力竭性跑臺為運動性疲勞模型，骨骼肌和肝臟線粒體O^2-生成較運動前安靜時顯著增加，心肌線粒體O^2-生成呈增加趨勢^［9］。熊靜宇等研究表明：在較大負荷運動后即刻，肝臟和骨骼肌線粒體中的MDA、ROS均顯著增加^［10］。張桂忠等發現：一次性耐力運動初期ROS大量產生，這一過程使線粒體膜維持適宜的跨膜電位^［11］。宮霞等人研究發現力竭游泳小鼠骨骼肌中SOD、GSH-Px的活性下降顯著。GSH-Px和SOD是人體抗氧化系統中兩種重要的抗氧化劑，它們的減少無疑使機體抗氧化能力減弱，使有氧運動產生的自由基不能及時清除。由此可以看出，無論是力竭運動還是非力竭運動都會引起自由基生成增多且與強度成正比。

力竭運動自由基增多和脂質過氧化加強的機制可分為兩個方面：一方面引起自由基生成增多，另一方面導致自由基消除能力下降，使自由基在體內積累，從而引起疲勞。主要包括：黃嘌呤氧化酶途徑、線粒體呼吸鏈途徑和自由基防御系統受損^［12-14］。

2.1 自由基凈生成增多

運動性內源自由基的產生，目前認為主要有兩條途徑：線粒體呼吸鏈途徑和黃嘌呤氧化酶途徑。①線粒體呼吸鏈途徑運動過程中，體內代謝水平加強，能量消耗增多，為滿足機體的代謝需要，加速ATP再合成，線粒體氧耗增多，氧化磷酸化加強，使線粒體電子傳遞過程中產生自由基，當代謝過程中出現氧單原子還原時，即O₂只接受1個電子，就會生成O^2-，體內氧自由基的生成率與線粒體氧利用率成正比。因此，運動中有氧代謝加強本身就可以促進氧自由基的生成。伴隨著線粒體氧耗而產生的這些ROS，可使有氧氧化關鍵酶檸檬酸合成酶、蘋果酸脫氫酶活性下降，ATP合成能力減弱等；②黃嘌呤氧化酶途徑運動過程中，能量消耗大于生成，ATP分解增多，ATP氧化產物—次貢嘌呤在黃嘌呤氧化酶作用下生成尿酸，同時產生自由基。在缺氧條件下，由于氧供應不足而使次黃嘌呤在體內積累，運動后肌肉攝氧量增加，促進次黃嘌呤和黃嘌呤與氧氣反應生成自由基。

2.2 自由基消除能力降低的原因——抗氧化酶活性相對下降

大強度運動過程中，體內缺氧，糖酵解作用加強，乳酸生成增多，使還原型輔酶I(NADH)、還原型輔酶Ⅱ(NDPH)濃度下降，體內抗氧化酶受破壞。即使體內抗氧化酶活性沒變化，也不如氧自由基增多明顯，使抗氧化酶活性相對下降。抗氧化酶主要包括：①超氧化物歧化酶(SOD)可以使O^2-被氧化為O₂及還原為H₂O₂，H₂O₂可被過氧化氫酶(CAT)分解為水及氧；②谷胱甘肽過氧化酶(GSH-Px)可使H₂O₂轉變為H₂O或使許多有機氧過氧化物(ROOH)還原為ROH，但催化反應中需要還原型谷胱甘肽作為供氫體。

3 呼吸鏈質子漏水平

3.1 呼吸鏈電子漏水平增大

呼吸鏈電子漏是指在呼吸過程中，線粒體電子傳遞鏈中途“漏出”少量的電子直接單價還原氧分子形成超氧自由基（O^2-）的現象。聶金雷等研究表明：運動所致的心肌線粒體質子跨膜勢能升高引發了活性氧的生成增加，并進而增加質子漏，“活性氧循環”與Q循環和質子循環并存和共同運轉可能是運動性內源活性氧生成及代謝的重要機制^［15］。就線粒體而言，合成ATP的效率可表達為E=lin/lin＋lout，lin代表鏈內傳遞的電子流，被用于ATP的合成，lout代表漏出鏈外的電子流，進入氧自由基代謝^［16］。呼吸鏈電子漏水平增大，即會導致E=lin/lin＋lout比值減小，線粒體合成ATP的效率下降。

由于運動應激，機體代謝增強，碳水化合物和脂肪分解增多，進入呼吸鏈的還原當量增加；高強度或衰竭運動引起細胞色素C氧化酶活性降低，沿呼吸鏈傳遞的電子不能順利地經細胞色素C氧化酶傳遞給氧，使之還原成水，導致細胞色素C氧化酶以上的各成分還原程度增大，給電子趨勢增強，促進了CoQ直接與O^2-的反應；由于運動時耗氧劇增，ATP生成增多，而O^2-生成與ATP生成近乎于“偶聯”^［17］。這些都增大了O^2-的單電子還原速度，增加了線粒體電子漏水平。

3.2 線粒體質子漏增加

質子漏是指質子不通過H⁺-ATP酶進行ATP合成，而直接通過線粒體內膜回到基質的過程，其結果導致貯存在ΔP中的自由能被消耗。在線粒體能力學研究中，將有ADP存在的線粒體呼吸狀態（氧耗）稱為態3呼吸，將沒有ADP存在，因磷酸化受體缺乏，不出現磷酸化的呼吸狀態稱之為態4呼吸：一系列實驗研究都觀察到運動疲勞狀態下，肝臟、心肌和骨骼肌線粒體的態4呼吸速率顯著增加，表明線粒體的質子漏增加，使ΔP中用于合成ATP的能量減少，而產熱增多。

疲勞狀態下線粒體質子漏增加的原因可能包括3個方面：①電子漏引起質子漏增加：線粒體態4呼吸時，線粒體內膜外側富集質子使環境酸化（pH＝5左右），O^2-在酸性環境下易與H⁺生成質子化的HO₂，容易跨膜轉移到線粒體內膜內側（基質側）（pH＝8），引起質子回漏^［18］疲勞狀態下，O^2-生成增多，增加了質子回漏的載體，引起質子漏增加；②線粒體膜通透性改變，致使非特異性質子滲漏的增加。力竭運動后，自由基生成增多，脂質過氧化水平增高，損傷膜的完整性，使膜通透性增高。疲勞狀態下，線粒體鈣超載，激活磷脂酶A2，使膜脂降解，導致線粒體膜的通透性改變^［19］，也是線粒體質子漏增加的原因。

4 運動狀態下線粒體膜功能

4.1 H⁺從線粒體外膜溢出導致ΔP的消耗

態4呼吸時，線粒體內膜處在高ΔP狀態可能會使H⁺泄漏出線粒體外膜（線粒體外膜具有較高的通透性），導致ΔP的無效消耗，同時稱為細胞內環境酸化的因素。實驗證實，如果用KCN阻斷細胞色素aa3向O₂的電子傳輸，并以人工電子受體計量還原當量，在無ADP存在時質子溢出量與電子傳遞鏈的傳遞呈正相關。由此可以推測，運動過程中還原底物大量動員，在高還原勢能作用下電子傳遞鏈高速運轉，大量質子被泵到線粒體內膜外側，一旦線粒體內ADP濃度降低，線粒體即成為一個細胞內“酸性化源”^［20］。

內環境酸化和運動中機體溫度升高是限制機體運動能力的兩個因素。雖然相對于其它供能過程，線粒體的氧化磷酸化供能是對內環境影響最小的供能方式，但線粒體合成ATP效率下降，產熱增多，使機體溫度升高和內環境酸化，還是會導致運動能力的下降。

4.2 線粒體膜磷脂含量和膜流動性下降

曹兆豐報道，耗竭運動后，線粒體心磷脂含量顯著下降。心磷脂（CL）是線粒體的特征性膜磷脂，在線粒體的功能活動中有著重要作用。線粒體呼吸鏈中復合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及H⁺-ATP酶均需與心磷脂結合才能表現其活性。運動疲勞狀態下，線粒體心磷脂的含量下降與其富含不飽和脂肪酸－亞油酸，易受O^2-攻擊有關。

疲勞狀態下，氧自由基生成增多，是由于膜脂質過氧化水平升高，膜流動性降低。依照“碰撞假說”線粒體電子傳遞和偶聯磷酸化均依賴呼吸鏈成分和ATP酶的碰撞過程。力竭性運動中線粒體內膜流動性下降，有序性增高，不僅改變膜蛋白（如酶復合體）側向運動的微環境，限制內膜電子傳遞中磷脂－磷脂、磷脂－蛋白質的相互作用，還可能減弱呼吸鏈成分與ATP酶的碰撞過程，從而改變內膜雙層分子動力學特征，影響呼吸鏈的電子傳遞與質子梯度偶聯的磷酸化過程，使ATP酶活性下降，ATP合成速率下降。力竭性運動造成的線粒體膜結構和功能的破壞，是引起能量生成降低，產生運動性疲勞的重要原因之一。

5 運動狀態下的線粒體與細胞凋亡

近年來大量的研究工作提示細胞凋亡和細胞增生與分化具有同樣重要的意義。線粒體是細胞重要的結構部分，是進行能量轉換的場所。線粒體氧化磷酸化功能與其基質內Ca²⁺濃度調節的關系十分密切，三羧酸循環中氧化脫羧的3個關鍵酶都受其基質內Ca²⁺濃度的調解。所以研究不同運動條件下心肌線粒體Ca²⁺濃度的變化，對探討線粒體功能與內源性自由基的產生增加及細胞凋亡的關系有一定的理論意義^［21-23］。細胞在有機體內部不斷的衰老、磨損、畸變、過剩或已經完成功能或變為有害細胞，一般通過細胞凋亡加以清除；另一方面，又可通過細胞增殖加以補充。運動狀態下，線粒體產生大量的自由基，可直接損傷線粒體DNA，線粒體DNA較核DNA易受自由基攻擊氧化損傷而引起突變，其突變率是核DNA的10~100倍^［24］。若線粒體內自由基持續增多，就會使PTP打開，耗氧量減少，ATP合成降低，釋放出Ca²⁺、Cytc、AIF、胱冬肽酶以及膜間隙中的其他凋亡因子從而誘發細胞凋亡^［25］。眾多實驗證明^［26］，氧化應激與線粒體功能失常是引起細胞凋亡的重要原因。在運動狀態，尤其在力竭性運動狀態的后期，由于體內抗自由基物質的耗竭致使體內大量的自由基堆積，線粒體遭到破壞給細胞帶來致命的損傷。

在力竭運動狀態下，線粒體的正常結構與功能遭到嚴重的破壞，可使其產生許多誘導細胞凋亡的因素，但細胞凋亡路徑不是簡單的直線圖。顧容瑞等通過力竭生物運動實驗證實力竭運動導致大鼠股四頭肌紅肌自由基生成顯著加強，使肌細胞系統的結構和功能發生損害，同時肌質網膜及線粒體膜亦受損，從而引發系列肌細胞代謝紊亂。線粒體的形態學改變在與其相關的細胞凋亡中具有重要的意義^［27］。劉小紅等對大鼠脊髓前角細胞線粒體超微結構的研究發現，在更大強度的有氧運動后，發現線粒體密度顯著減少，基質電子密集，個別的膨大成絮狀；在對大鼠脊髓前角細胞線粒體超微結構的研究中亦發現，大強度運動力竭組出現線粒體脊斷裂，甚至線粒體裂解現象，認為大強度力竭運動可引起線粒體形態不可逆的損害，不利于機體健康^［28］。王長青^［29］通過大鼠游泳實驗發現G4(持續訓練12天)組線粒體膜電位顯著升高，電鏡觀察有細胞壞死。大強度運動后線粒體體積顯著增加，脊疏而斷裂，基質電子密度普遍降低，這是組織嚴重缺氧的表現，線粒體變性已發展到臨界點。

線粒體是脊椎動物細胞凋亡的控制中心，其結構和功能的改變與細胞凋亡之間存在極為密切的關系，不同的運動強度會對線粒體產生不同的影響。中小強度的有氧訓練更易于誘發細胞凋亡，大強度有氧運動如果ATP下降較慢也可誘發細胞凋亡，使新生的更具生命力的細胞不斷代替凋亡的異常肌細胞，使線粒體產生適應性改變(線粒體數目增多，氧化磷酸化水平提高，抗氧化能力增強，過氧化脂質反應減弱，有氧代謝能力得到加強)，從而促進體能的增長。大強度有氧力竭運動中如果ATP下降過快則可能使細胞線粒體的正常結構和功能遭到嚴重破壞，從而導致細胞壞死，引發一系列的運動性疾病。

綜上所述，運動狀態下線粒體功能異常，一方面通過影響Ca²⁺含量進而影響ATP含量、ATP酶活性致使能源物質“衰竭”導致運動性疲勞的產生，另一方面運動狀態下產生的通過線粒體途徑產生的自由基作用于機體和線粒體本身，使機體抗氧化能力減弱，同時降低了線粒體和機體清除自由基的能力，從而引起疲勞。此外，運動狀態下線粒體質子漏水平的變化、線粒體內膜外膜功能改變以及運動狀態下線粒體途徑相關的細胞凋亡都對機體運動功能有不同程度的作用及影響。由此可見，線粒體在運動性疲勞的產生和消除中都有十分重要的作用。由于疲勞的理論有很多，目前對疲勞的起因沒有統一確定的結論，以上是關于主導地位的疲勞理論與線粒體功能的探討，對線粒體與運動性疲勞之間全面、確切的相互作用還需要作進一步的研究和探討。

參考文獻：

［1］ 陳良怡.線粒體和細胞內鈣自穩平衡［J］.生物化學與生物物理進展，2000，27(5)：483-487.

［2］ 張鈞，鄧蜀李，劉揚，等.運動對大鼠心肌線粒體功能的影響［J］.北京體育大學學報，2003，26(2)：198-200.

［3］ Elena V Isaeva.Vyacheslav M Shkryl and Natalia Shirokova.Mitochondrial redox state and Ca²⁺sparks in permeabilized mammalian skeletal muscle ［J］.Physiol，2005，(565)：855-872.

［4］ 徐建興.線粒體合成ATP的效率及其與運動性疲勞的相關性［J］.天津體育學院學報，2000，15(1)：12-14.

［5］ 王翔，魏源.力竭運動后大鼠骨骼肌不同肌纖維線粒體鈣含量和肌漿網Ca²⁺-ATP酶活性變化［J］.浙江體育科學，2002，24(2)：50-52.

［6］ 伏育平.運動性疲勞狀態下大鼠心肌線粒體內鈣、MDA及磷脂酶A-2的變化［J］.廣州體育學院學報，2005，25(5)：27-30.

［7］ 曾婭莉.細胞凋亡時線粒體鈣離子信號調節因素研究進展［J］.國際檢驗醫學，2006，27(6)：543-545.

［8］ Dmitry B.Zorov，Magdalena Juhaszova and Steven J.Sollott.Mitochondrial ROS-induced ROS release：An update and review.Biochimica et BioPhysica Acta (BBA) ［J］. Bioenergetics，2006：509-517.

［9］ 時慶德，張勇，文立，等.運動性疲勞的線粒體膜分子機制研究.Ⅱ.運動性氧自由基代謝途徑再探討［J］.中國運動醫學，2000，19(1)：43-55.

［10］ 熊靜宇，文質君，李紅，等.殼聚糖對運動訓練大鼠骨骼肌和肝臟線粒體自由基代謝的影響［J］.體育學刊，2003，10(6)：53-54.

［11］ 張桂忠，姜寧，薄海，等.急性運動中線粒體能量轉換調節的生物力能學分析ROS和UCP3的作用［J］.中國運動醫學，2006，25(2)：161-167.

［12］ Thomas D.Muscle soreness and damage parameters after prolonged intermittent shuttle-running following acute vitamin C supplementation［J］.Int J Sports Med，2001，22(1)：68-75.

［13］ Miyazaki H.Strenuous endurance training in humans reduces oxidative stress following exhausting exercise［J］.Eur J Appl Physical，2001，72(2)：637-646.

［14］ Vina J.Mechanism of free radicals production in exhaustive exercise in humans and rats：Role of xanthine oxidase and protection by allopurinol［J］.Iubmb Life，2000，49：539-544.

［15］ 聶金雷，蔣春筍，張勇，等.運動性疲勞的線粒體膜分子機理研究.IV.線粒體質子跨膜勢能、質子漏與運動性內源活性氧生成的相互關系［J］.中國運動醫學，2001，20(2)：134-138.

［16］ 徐建興，張勇.線粒體合成ATP的效率及其與運動疲勞的相關性［J］.天津體育學院學報，2000，15(1)：12-14.

［17］ 丁樹哲，許豪文.有氧運動與氧化物介導的調節［J］.天津體育學院學報，2000，15(1)：15-16.

［18］ 劉樹森.線粒體呼吸鏈的電子漏、質子漏與“活性氧循環”模型：運動氧應激的新視點［J］.天津體育學院學報，2000，15(1)：7-11.

［19］ 毛麗娟，許豪文.磷脂酶A2對線粒體膜滲透性轉運的影響［J］.天津體育學院學報，2000，15(1)：23-24.

［20］ 文立.線粒體能量轉化效率、速率與運動能力［J］.天津體育學院學報，2000，15(1)：20-22.

［21］ Freimann S，etal.Prior exercise training improves the outcome of acute myocardial infarction in the rat：heart structure，function，and gene experssion［J］.J Am Coll Cardiol，2005，45(6)：931-938.

［22］ Pina IL，etal.Exercise and heart failure［J］.Minerva Cadioangiol，2004，52(6)：537-546.

［23］ Landesberg G.Monitoring of rmyocardial ischemia［J］.Best Pract Res Clin Anaesthesiol，2005，19(1)：77-95.

［24］ 邢良美，王建密.運動狀態下的線粒體與細胞凋亡［J］.南京體育學院學報(自然科學版)，2006，5(2)：15-19.

［25］ 譚貝加，馬紅，王明艷，等.線粒體、內質網與細胞凋亡［J］.醫學信息，2007，20(3)：504-506.

［26］ 黃立新，呂小川，楊斌，等.螺旋藻對大鼠運動性骨骼肌損傷保護作用的研究［J］.體育科學，2000，20(2)：58-59.

［27］ 馬泰，朱啟星.線粒體形態學改變與細胞凋亡［J］. 細胞生物學，2006，28：671-675.

［28］ 劉小紅，包修風，馮慎遠.不同強度訓練后大鼠脊髓前角細胞線粒體的定量研究［J］.中國運動醫學，2002，21(4)：386-388.

［29］ 王長青，劉麗萍，李雷，等.游泳訓練后大鼠骨骼肌細胞自由基代謝，線粒體膜電位變化與細胞凋亡的關系［J］.中國運動醫學，2002，21(3)：259.

（責任編輯：陳涌濤）