乳酸對大鼠疲勞骨骼肌收縮效能的影響

鄧智釗 戴美華 鄧艷紅 溫梓君 張建興 葉新苗 王煥偉 高佳寧

（廣州醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院，廣東廣州 510120）

乳酸作為無氧糖酵解的產(chǎn)物，主要產(chǎn)生于能量代謝活躍的骨骼肌，并且可以作為糖異生的能源底物進行氧化供能。傳統(tǒng)觀點認為，高強度訓(xùn)練時，乳酸的生成是肌肉產(chǎn)生疲勞的主要原因。但也有研究表明，乳酸的產(chǎn)生并沒有使疲勞骨骼肌的收縮力下降，反而對其收縮效能有利。目前來看，乳酸與骨骼肌疲勞的關(guān)系尚不明確。有研究證明，高強度運動時，血漿中K+濃度可達8mM；細胞間隙中K+可達10～15mM（正常為5.9mM）。細胞外K+濃度升高的原因之一是動作電位激活電壓-敏感K+通道，導(dǎo)致細胞內(nèi)大量K+外泄，而胞外高K+被大量學(xué)者認為是導(dǎo)致骨骼肌疲勞的重要原因。因此，本研究通過將液體環(huán)境的K+濃度調(diào)至11mM以制備骨骼肌的疲勞模型。

本研究設(shè)計了六個實驗組（正常組、高鉀對照組、乳酸對照組、Lac-10組、Lac-20組和Lac-30組），通過分析骨骼肌收縮幅度的變化以探討：①乳酸是否會降低大鼠正常骨骼肌的收縮效能；②乳酸是否能縮小高鉀狀態(tài)下疲勞骨骼肌收縮效能的下降幅度；③不同濃度的乳酸對高鉀狀態(tài)下疲勞骨骼肌收縮效能的影響。通過探討乳酸與骨骼肌疲勞的關(guān)系，為研究乳酸對骨骼肌的作用機制提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 動物和儀器

選取8周齡健康雄性清潔級SD大鼠35只，體重170～250g，購自廣州市白云區(qū)江高文毅實驗養(yǎng)殖場，隨機分為正常組（N=6）、高鉀對照組（N=6）、乳酸對照組（N=6）、Lac-10組（N=5）、Lac-20組（N=7）和Lac-30組（N=5）。BL-420s生物信號采集處理系統(tǒng)（成都泰盟科技有限公司）；HW-400S恒溫水浴槽（成都泰盟科技有限公司）。

1.2 溶液配制

克-林氏重碳酸氫鹽緩沖液（KRBB，單位：mM）：122氯化鈉、2.8氯化鉀、1.2磷酸二氫鉀、25碳酸氫鈉、1.3氯化鈣、1.2硫酸鎂、5.0葡萄糖，通空氣30min，溫度保持在32℃；使用時間為1天。高鉀緩沖液（單位：mM）：11氯化鉀。含有乳酸的緩沖液在使用前通空氣30min。

1.3 標本的制作與處理

所有大鼠采用頸椎脫臼法處死，快速分離腓腸肌并保留坐骨神經(jīng)，用鋅銅弓檢驗肌肉活性。立即將腓腸肌標本置于KRBB中并同時通空氣30min。然后將標本移至恒溫水浴槽（水浴溫度為32℃，通氣以最大氣流），一端固定于試管中，另一端通過縫合線與張力換能器連接，刺激電極與腓腸肌中部固定接觸，整個實驗過程始終保持接觸點不變，每次給予電刺激前均關(guān)閉通氣。

1.4 收縮幅度的測定

運行BL-420S生物信號采集處理系統(tǒng)，選擇“刺激強度和收縮幅度的關(guān)系”項目。參數(shù)設(shè)置：初始刺激強度50mV；刺激強度增量10mV；刺激間隔10s；選擇“程控”。共測4組數(shù)據(jù)，將測到的4組大鼠腓腸肌最適刺激強度（即剛能引起肌肉出現(xiàn)最大收縮的最小刺激強度）取平均值，作為本實驗串刺激的刺激強度。采用BL-420s生物信號采集處理系統(tǒng)記錄腓腸肌的收縮幅度。刺激模式為粗電壓，方式為串刺激，刺激頻率60Hz，刺激強度5V，串長度20，刺激間隔5min。

1.5 實驗程序

在KRBB環(huán)境下，各組先測定和記錄基礎(chǔ)張力（單位：mm）4次。①正常組在第15min后和第35min后均加入KRBB；②高鉀對照組在第15min后和第35min后均加入高鉀緩沖液；③乳酸對照組在第35min后加入乳酸使溶液里乳酸濃度為20 mM；④Lac-10組、Lac-20組和Lac-30組在第15min后均加入高鉀緩沖液，在第35min后加入乳酸使溶液里乳酸濃度分別為10、20和30mM。各組實驗總時長均為65min。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，計量資料用均數(shù)±標準差（±s）表示，各組大鼠一般情況比較和各組組間比較采用兩獨立樣本t檢驗，均以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

各實驗組的大鼠體重和肌肉長度差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.736>0.05）。

高鉀對照組肌力在第15-65min內(nèi)呈緩慢下降趨勢，至第35min下降至約20%，在第40-65min各時點較正常組顯著降低（P<0.05）；乳酸對照組肌力在實驗開始至第35min各時點均維持在50%以上，加入乳酸5min后呈下降趨勢，在第55和第60min時點較正常組顯著降低（P<0.05），見圖1。

Lac-10、Lac-20和Lac-30組肌力在實驗開始至第35min各時點較高鉀對照組差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；Lac-10組肌力在第40min至第65min呈持續(xù)下降趨勢，各時點較高鉀對照組差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；Lac-20組肌力在加入20mM乳酸后10min內(nèi)無明顯下降趨勢，在第45min顯著高于高鉀對照組（P<0.05），在第50min至第65min呈下降趨勢各時點較高鉀對照組差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；Lac-30組肌力在加入30mM乳酸后10min內(nèi)無明顯下降趨勢，在第40min至第60min各時點顯著高于高鉀對照組（P<0.05），見圖2。

3 討論

自20世紀以來，人們普遍認為劇烈運動時骨骼肌產(chǎn)生的乳酸是導(dǎo)致運動性疲勞的主要因素。1978年Fabiato等人研究表明，肌肉中的乳酸可使興奮-收縮脫偶聯(lián)，從而降低骨骼肌的收縮能力。也有學(xué)者提出，”乳酸-酸中毒-肌疲勞”三者之間存在因果關(guān)系：肌肉生成乳酸，細胞內(nèi)pH下降，肌肉的收縮效能下降。而近年來，有學(xué)者對乳酸與骨骼肌疲勞的關(guān)系提出新的觀點：乳酸不是影響骨骼肌收縮的負面因素，反而對緩解骨骼肌疲勞有一定的積極作用，可以增強骨骼肌的收縮力。乳酸伴隨運動產(chǎn)生，且隨運動強度的增加而增加。它在運動性疲勞中，究竟是起促進作用還是抑制作用，目前還不明確。在現(xiàn)代體育競技中，運動員的表現(xiàn)與骨骼肌運動性疲勞息息相關(guān)。故探討乳酸是否能緩解疲勞骨骼肌收縮效能的降低趨勢具有重要意義：為闡明乳酸對緩解骨骼肌疲勞的機制以及為預(yù)防和治療運動所致的骨骼肌疲勞提供實驗依據(jù)。

研究結(jié)果（見圖1）顯示，高濃度K+可明顯降低骨骼肌的收縮效能，導(dǎo)致骨骼肌疲勞。因此，本研究疲勞骨骼肌模型的制備具有一定的可行性。在劇烈運動后機體K+濃度升高，同時肌肉會通過無氧酵解產(chǎn)生乳酸，我們猜測后者并非是導(dǎo)致肌肉疲勞的因素，而是機體在運動性疲勞中產(chǎn)生的一種保護性物質(zhì)，能使肌肉在疲勞的狀態(tài)下（即收縮效能出現(xiàn)持續(xù)降低趨勢）仍能保持收縮性能（即抑制收縮效能降低的趨勢）。

如圖1所示，乳酸對照組加入乳酸后對比正常組肌力下降幅度增大，在第55和第60min時點顯著降低（P<0.05），說明乳酸會降低大鼠正常骨骼肌的收縮效能。這一點與傳統(tǒng)的"乳酸-酸中毒-肌疲勞"觀點相符。再如圖2所示，加入乳酸后，Lac-20組的肌力在第45min顯著高于高鉀對照組（P<0.05），Lac-30組的肌力在第40min至第60min各時點顯著高于高鉀對照組（P<0.05），可看出乳酸濃度越高，抑制疲勞骨骼肌收縮效能降低的效果越明顯。首先，由此可知乳酸在一定程度上能縮小高鉀狀態(tài)下骨骼肌收縮效能的下降幅度，符合我們提出的實驗猜想。再者，有實驗表明，在劇烈運動后，大鼠骨骼肌肌乳酸可超過30mM；人在高強度運動后，肌肉肌乳酸也可達25mM，即生理狀態(tài)下乳酸可達到抑制疲勞骨骼肌收縮效能降低的有效濃度。以此我們推測，在人正常運動過程中，乳酸逐漸積累，對疲勞骨骼肌收縮效能的降低抑制越明顯，而保證骨骼肌在疲勞時仍具有一定的收縮性。最后，結(jié)合上述結(jié)果分析，我們提出乳酸對骨骼肌的作用具有雙重性：乳酸雖然可以降低正常骨骼肌的收縮效能，但也能抑制高鉀引起的疲勞骨骼肌收縮效能的降低趨勢。

綜上所述，在運動過程中，乳酸和K+濃度升高到一定水平時，乳酸可以拮抗高鉀導(dǎo)致的骨骼肌疲勞，這為運動員高強度運動后如何維持骨骼肌更好的收縮效能提供了理論依據(jù)。但其具體作用機制，需要進一步研究。