不同理化因素對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

隨著體育運動競賽競爭日益激烈以及體育運動的推廣，進(jìn)行科學(xué)合理訓(xùn)練與運動，降低肌疲勞對訓(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蛙腓腸肌收縮的影響，較少關(guān)注這些因素對肌疲勞的影響。本文通過探討不同濃度鎂離子、前負(fù)荷、溫度等理化因素對蛙腓腸肌肌疲勞的影響，為運動醫(yī)學(xué)提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器和藥品試劑 MedLab生物信號采集處理系統(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 實驗動物 實驗動物采用虎紋蛙，體重50～60g，雌雄不拘，共38只，76個樣本，隨機分為9個組。分別為正常對照組，各實驗組為氯化鎂低濃度（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實驗組；浴液溫度為3℃、28℃和7℃實驗組。

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，在無外力的情況下調(diào)零。啟動MedLab生物信號采集處理系統(tǒng)，設(shè)置實驗參數(shù)如下：放大倍數(shù)：（×100）；刺激模式：自動幅度調(diào)節(jié)：主周期（2s），波寬（2ms），脈沖數(shù)（1），延時（1ms），增量（0.05V），尋找最大刺激強度（即引起肌肉出現(xiàn)最大收縮的最小刺激強度），暫停30s后采用最大刺激強度的連續(xù)單刺激模式，記錄蛙腓腸肌最大張力下降50%所需時間作為肌肉疲勞主要觀察指標(biāo)。

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

2 結(jié)果

2.1 鎂離子對腓腸肌疲勞的影響 制備32個蛙腓腸肌樣本，隨機分成4個組。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，采用最大刺激強度刺激蛙腓腸肌，記錄肌肉最大張力下降50%所需時間。實驗研究發(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%所需時間延長，表現(xiàn)為不容易發(fā)生疲勞。當(dāng)Mg2＋濃度超過某一臨界值，最大張力下降50%所需時間明顯縮短。對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析可見，各實驗組與正常對組照（A組）比較，P＝0.05，提示不同鎂離子濃度對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)計學(xué)差異。但B組和D組之間比較，差別沒有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)果提示，鎂離子濃度為5mmol／L時，肌肉最大張力下降最慢，肌肉不容易出現(xiàn)疲勞，是這三個濃度中的最適濃度（見表1）。

表1 不同濃度鎂離子對蛙腓腸肌疲勞的影響

2.2 前負(fù)荷對腓腸肌疲勞的影響 實驗組隨機分成2組，一組前負(fù)荷為10g，另一組為20g，正常對照組設(shè)對照前負(fù)荷為零。用微調(diào)器調(diào)至相應(yīng)前負(fù)荷，用最大刺激強度分別刺激蛙腓腸肌，記錄最大張力下降50%所需時間。實驗所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果可見，一定范圍內(nèi)增加前負(fù)荷，蛙腓腸肌最大張力下降50%所需時間延長，繼續(xù)加大前負(fù)荷，抗肌疲勞時間隨之縮短，但兩實驗組比較P＞0.05，說明變化幅度無統(tǒng)計學(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，對誘發(fā)肌疲勞可能不敏感（見表2）。

2.3 不同溫度對腓腸肌疲勞的影響 取蛙腓腸肌樣本隨機分成3組，分別是7℃任氏液組、28℃任氏液組和37℃任氏液組。實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，溫度為28.5℃時，自身對照最大肌張力下降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均衡。溫度為7℃蛙腓腸肌最大張力下降百分比速率相對減緩，溫度為37℃最大張力下降百分比速率相對增加，提示低溫或高溫對肌張力下降百分比速率影響顯著（P＜0.05，見表3）。

表2 不同前負(fù)荷對蛙腓腸肌疲勞的影響

表3 不同溫度對蛙腓腸肌疲勞的影響

3 討論

曹國紅等實驗表明，當(dāng)任氏液中加入少量Mg2＋時，可以激活更多的Na＋－K＋依賴式ATP酶，細(xì)胞分解ATP多，獲得能量增多，肌肉收縮能力增強，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］。本實驗發(fā)現(xiàn)，隨著鎂離子濃度的上升，抗肌疲勞時間隨之延長，達(dá)到最適濃度時，達(dá)最長，鎂離子濃度過高，抗肌疲勞時間明顯縮短。其發(fā)生機理可能是：細(xì)胞外液過多Mg2＋進(jìn)入細(xì)胞后，在肌鈣蛋白與Ca2＋競爭非特異性的結(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。

本實驗可見，適當(dāng)增加前負(fù)荷，蛙腓腸肌最大張力下降10%、30%和50%所需時間延長，但過高前負(fù)荷，抗肌疲勞時間縮短，但下降幅度并不大。骨骼肌的自然長度大致相當(dāng)于最適初長，粗細(xì)肌絲重疊狀態(tài)最理想，收縮張力最大。當(dāng)前負(fù)荷過大，肌小節(jié)長度大于最適初長，使橫橋數(shù)目減少，收縮效果減弱。另一方面，長時間靜態(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，對牛蛙離體腓腸肌的影響主要表現(xiàn)在舒張期，在25℃時最不容易發(fā)生疲勞［5］。本實驗可見，28℃蛙腓腸肌張力下降百分比速率相對均衡，溫度為7℃最大張力下降百分比速率相對減緩，溫度為37℃最大張力下降百分比速率相對增加。結(jié)果提示，低溫可以延緩?fù)茈枘c肌疲勞。其作用機理可能是：ATP合成過程是一系列的酶促反應(yīng)，溫度過高將影響酶的活性，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，對肌收縮有保護(hù)作用。但其具體作用機制有待進(jìn)一步探討。

綜上所述，本實驗探討鎂離子濃度、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，抗肌疲勞時間延長，達(dá)最適濃度時，抗疲勞時間最長，過高濃度使抗疲勞能力減弱。（2）適當(dāng)增加前負(fù)荷可延長抗肌疲勞時間。（3）高溫比低溫更容易誘發(fā)肌疲勞。運動性肌疲勞的產(chǎn)生是一個動態(tài)過程，以往的研究多集中于單方面因素的研究，因此通過多因素實驗研究，進(jìn)一步完善運動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.醫(yī)學(xué)機能學(xué)實驗〔M〕.第2版.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2010：45－47.

［2］曹國紅，艾洪濱，朱立華，等.不同濃度 MgCl2溶液對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)荷對大鼠骨骼肌細(xì)胞線粒體功能的影響〔J〕.中國職業(yè)醫(yī)學(xué)，2010，37（4）：278－281.

［4］趙敬國，李建文.溫度對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.溫度對牛蛙腓腸肌收縮性的影響〔J〕.福建畜牧獸醫(yī)，2008，30（6）：7－9.