肌肉運動疲勞的生物標志物研究進展

趙海濤，曹慶雷，劉 鑫，李小蘭

運動誘發的肌肉疲勞是在短時間高強度運動(急性肌肉疲勞)或者長時間持續高強度運動(延遲運動誘發的疲勞)后發生的，其特征主要表現為中樞神經系統疲勞、神經內分泌和造血系統功能受到抑制、免疫功能和機體抗過氧化能力下降等[1-2]。肌肉疲勞過程中會產生相應的生物物質，這些物質稱為生物標志物。廣義的生物標志物是指生物體產生的可測量的產物或物質，可用作生物狀態的指示物，并用于對機體進行診斷、監測或風險評估[3]，也可以用于客觀地評估個體的生物或病理過程。生物標志物會受各種因素的影響，包括年齡、性別以及個人生理狀況等[4-5]。肌肉疲勞生物標志物的分類遵循疲勞機制和疲勞期間的代謝變化以及疲勞后產生的表型等。由于肌肉疲勞產生原因很復雜，因此沒有有效用于評估肌肉疲勞的單一生物標志物。用多個分解代謝生物標志物比單個生物標志物可以更好地預測肌肉疲勞現象[6]。為了更好的梳理肌肉疲勞的相關生物標志物，從生物標志物的獲得方式對生物標志物進行分類(圖1)，主要包括侵入式肌肉疲勞生物標志物:ATP 代謝，氧化應激，免疫；非侵入式肌肉疲勞生物標志物:功率輸出測量，電生理測量，心臟測量等。

圖1 肌肉疲勞示意圖Figure 1 Schematic diagram of muscle exercise fatigue

1 侵入式生物標志物

侵入式生物標志物大多來源于血液，還有一些來自唾液或尿液。主要是由于ATP 消耗、氧化應激反應、免疫損傷等過程產生的，這些過程產物可以用于肌肉疲勞檢測。

1.1 能量代謝的生物標志物

運動過程中，能量代謝的直接供能物質是三磷酸腺苷(ATP)，隨著運動的進行，儲能物質會逐漸減少。與能量代謝相關的肌肉疲勞的標志物主要包括乳酸，氨和氧化嘌呤等[1]。

1.1.1 乳酸

在氧化磷酸化不能為機體提供足夠的ATP 時，ATP 的產生就會從有氧過程轉變為無氧糖酵解或糖原分解過程。乳酸是無氧呼吸的產物之一，通常乳酸隨著運動強度增加而呈線性增加[7]，當運動強度超過一定范圍后，血清乳酸含量呈指數增長[8]。血清乳酸含量的增加并不隨年齡變化，在性別之間也沒有差異，也不依賴于身體狀況[9]。但是，乳酸檢測有一定的局限性，它還取決于環境溫度、飲水、飲食情況及乳酸清除率和糖原含量等[10]。在對運動員進行的疲勞研究中，血清乳酸含量會隨疲勞程度的上升而增加[2]。在對12 名健康受試者的進行的一項研究中，核心穩定訓練后血清乳酸含量會降低，表明在這種條件下乳酸清除率得到了改善[11]。所以，不同的運動方式會影響乳酸作為肌肉疲勞標志物的準確性。

1.1.2 氨

氨主要來自于5' -腺嘌呤核苷酸(AMP)轉化成次黃嘌呤核苷酸(IMP)及氨基酸的降解過程中，短期運動和長期運動后氨含量都會增加[3]。蛋白激酶(AMPK)是AMP 向IMP轉化的催化酶之一，心肌細胞中的AMPK 可以被運動激活，并隨運動時間和強度的增加而增加。同時AMPK 在糖原的厭氧代謝轉變為血糖和脂肪酸的氧化代謝過程中也起到重要作用。AMPK 還參與到長期的代謝適應過程中，例如經過長時間的訓練會使線粒體數量提高[12]。雖然很多研究已經報道了氨的相應參考值，但是影響其參考值的因素有很多，比如血清氨含量不依賴年齡的增長而增加[12]，但是對性別和身體健康的依賴性研究不多，就性別而言，男性在短跑運動后氨的增加要明顯高于女性。對訓練和未訓練的健康受試者進行測量，結果顯示在運動期間血清中的氨增加了約1/3[13]。這是因為在運動期間，AMP 降解增強使血清氨和細胞內IMP 水平會同時增加。由于氨含量緊密地跟隨乳酸反應而變化，故可作為監測肌肉疲勞的標志物。

1.1.3 次黃嘌呤和黃嘌呤

次黃嘌呤(IMP)是天然存在的嘌呤衍生物，是核酸的重要組成部分，主要存在于轉運核糖核酸(tRNA)中。黃嘌呤(XMP)是一種廣泛分布于人體器官及體液內的一種嘌呤堿。IMP 和XMP 都屬于黃嘌呤。黃嘌呤會隨運動增加而增加且與ATP 消耗呈正相關[3]。在劇烈的體育運動期間，黃嘌呤是肌肉細胞能量耗盡的特殊而敏感的生物標志物[14]。在對20 位健康男性的研究顯示次黃嘌呤的血漿濃度在運動結束時增加明顯[15]。由于血清次黃嘌呤與細胞內部消耗ATP 的量直接相關，所以它是肌肉疲勞的良好生物標志物。

1.1.4 其它代謝相關的生物標志物

運動過程實際是一個不斷消耗能量用來做功的過程，由于能量的消耗，代謝產物的堆積導致做功能力下降，與能量代謝相關的標志物還包括某些催化酶，如血紅蛋白運送氧氣，肌肉疲勞時導致血紅蛋白(HB)下降；血清肌酸激酶(CK)是ATP 恢復反應的催化酶，肌肉疲勞時進入血液導致其在血液中濃度升高；血清睪酮/皮質醇比值(T/C)是指示體內合成和代謝的激素類物質，根據機體的合成和代謝比例反映機體疲勞程度；琥珀酸脫氫酶(SDH)是線粒體內膜中參與三羧酸循環的關鍵酶，肌肉運動時，大量的SDH 進入血液導致肌肉疲勞。還有很多與代謝相關的標志物，在前人研究中已經描述得較為詳細[3]。

1.2 氧化應激的生物標志物

運動誘導活性氧(ROS)的過量產生，導致氧化應激，進而導致運動疲勞和運動能力下降[15]。氧化應激在運動剛結束后是最劇烈的[2]，其參數通常也在運動結束后立即增加[22]。ROS 形成的氧化應激涉及到各種大分子損傷，免疫功能障礙和肌肉損傷等[15]。并且ROS 的增加也會導致脂質過氧化、蛋白質氧化或者核酸氧化的增加。其過程中涉及到的標志物主要包括硫代巴比妥酸反應性物質(TBARS)、谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)、過氧化氫酶、總抗氧化能力(TAC)[16]和蛋白質氧化生物標志物(蛋白質羰基化合物)等。

1.2.1 硫巴比妥酸反應物質

硫巴比妥酸反應物質是脂質過氧化的終產物，可以與硫代巴比妥酸反應形成熒光紅色化合物[3]，是脂質過氧化和氧化應激的重要指標[2]。由于低密度脂蛋白的過氧化和氧介導的肌細胞膜損傷而使TBARS 出現在血清中，并隨年齡增長，身體健康程度而增加。與男性相比，女性血清中的含量更低[3]。TBARS 在運動開始幾分鐘后開始增加，并且在運動完成后也會繼續增加。在健康男性中，經過高強度訓練一段時間后約有超過95%的人會產生TBARS。運動期間TBARS 的增加會伴隨著熱休克蛋白(HSP)產生的減少，這就表明了運動過程中的氧化應激是由于HSP 的產生不足導致的[17]。

1.2.2 異前列素

異前列素是前列腺素樣化合物，在體內來自于必需脂肪酸的過氧化作用。異前列烷酯化為細胞膜中的磷脂，并通過磷脂酶的作用以游離形式釋放以在體液中循環。異前列素是脂質過氧化的精確標記，并且它們的運動相關增加反映了肌肉活動后對細胞膜的氧化損傷程度。異前列素通常在血清，尿液或其他體液和血細胞中檢測到。異前列素隨年齡增加而增加[18]，并且研究顯示女性產生的異前列腺素比男性略低。

1.2.3 蛋白質羰基化

蛋白質羰基化物主要來源于白蛋白或其他血清蛋白的氧化作用[19]。蛋白質羰基被認為是氧化性蛋白損傷的標志物，通常在血清中測定[19]。運動后蛋白質羰基化的升高歸因于吞噬細胞進入肌肉組織后，產生ROS 并伴有隨炎癥和酸痛。有研究證實，在進行70% ˙VO2max運動30 min，蛋白質羰基在24 h 后增加了1.6～2.4 倍[20]。在超級馬拉松運動后，其含量在48 h 達到最高[20]。

1.2.4 谷胱甘肽

谷胱甘肽(GSH)幾乎存在于所有細胞中，是最重要的抗氧化劑[21]。作為抗氧化劑，GSH 可以取代鹵素、硫酸鹽、磺酸鹽、磷酸鹽或硝酸鹽等基團。健康受試者在大負荷量訓練期間，GSH 會降低，這可能與運動能力的下降有關。一般在運動開始后的約5 min 可以觀察到GSH 最大程度的減少[3]。除了ROS 清除之外，GSH 是抗壞血酸和α -生育酚再生所需的重要物質。GSH 與氧化谷胱甘肽(GSSG)比值的降低與運動能力的下降和氧化水平的增加密切相關，表明了GSH 的含量與肌肉疲勞的高度相關性。

1.2.5 谷胱甘肽過氧化物酶

谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)是在低強度運動下可以清除過氧化氫(H2O2)的酶， H2O2是在IMP 降解為尿酸期間由黃嘌呤氧化酶形成的超氧化物。而在高強度運動下，H2O2的產生量卻超過了GPX 的催化能力。GPX 普遍存在機體的各個組織中，可以在大多數體液和細胞中發現。在健康受試者中，GPX 隨運動強度增加。為了補償GPX 對H2O2的清除不足，過氧化氫酶的產生在進行更高水平的運動時明顯增加。但是H2O2的過量會引起肌肉收縮能力的下降，從而增加肌肉疲勞程度[22]。

1.2.6 過氧化氫酶

過氧化氫酶是一種普遍存在的催化H2O2分解成水和氧的酶。該酶具有較高的周轉率。一項研究表明:過氧化氫酶的含量值在女性中普遍較低，并隨年齡增長而下降，但在對健康體育學生的研究中卻沒有報告此性別差異。在后來的研究顯示:過氧化氫酶在短距離運動后明顯增加，并且增加水平與個體差異聯系較小。在健康男性中，血清過氧化氫酶水平僅在非常高強度訓練后才會有所增加[23]。

1.2.7 丙二醛(MDA)

MDA 是機內進行的氧化反應的代謝產物之一，在一定程度上MDA 可以反應細胞受到氧化或者自由基攻擊的受損程度。高強度運動后脂質過氧化產物MDA 含量明顯增高，MDA 的含量在一定程度上跟肌肉的疲勞程度成正相關。對超長馬拉松運動員完成比賽后血漿分析證實，運動結束后體內的MDA 含量明顯升高，同時超氧化物歧化酶(SOD)的活性也升高[23-24]。通過分析SOD/MDA 可以反映體內自由基生成和清除速率，進一步深入客觀分析自由基代謝的實際變化，進而可以了解肌肉的疲勞程度。

1.2.8 總抗氧化能力(TAC)

TAC 包括細胞內的特異和非特異性抗氧化物。特異性抗氧化物包括抗氧化酶(GPX)、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶(SOD)，非特異性抗氧化物包括谷胱甘肽(GSH)、抗壞血酸、白蛋白、尿酸、生育酚、類胡蘿卜素、輔酶Q、膽紅素、酸半胱氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸和金屬螯合物等。TAC 的非酶抗氧化的性質通常通過鐵還原抗氧化劑(FRAP)試劑測定，通常在血清中檢測，并且此反應與年齡和性別有關[24]。TAC隨著年齡增加而增加，這是因為蛋白質羰基化合物和高級氧化蛋白質產物(AOPP)隨年齡增加，這些產物都與TAC 密切相關。TAC 在早上的含量比下午更高[25]，在運動期間減少。在健康男性中，強化訓練引起雙相TAC 反應，在低強度和中高強度訓練后顯著增加，在非常高強度訓練后反而降低[25]。在所有訓練結束后，尿酸增加，占TAC 增加的約1/3。此外，GSH 有助于TAC 的增加[25]。TAC 的增加表明身體的抗氧化防御系統在運動期間被激活[26]。

氧化應激的其他潛在生物標志物包括SOD、尿酸和總膽紅素。它們已在其他文獻中被詳細描述[3]。大多數氧化應激生物標志物的缺點是晝夜波動，在晚上比上午更低[25]。與晚上相比，早晨靜息時的抗氧化參數更高[16]。抗氧化效率隨著年齡增加而降低，氧化應激的損傷隨年齡增加而增加。

1.3 免疫相關的生物標志物

除了ATP 耗竭和ROS 產生之外，運動也會誘導炎癥反應。大量的數據表明，骨骼肌會產生細胞因子，誘導全身處于抗炎癥的狀態[27]。Brandt 和Pedersen 為描述這種抗炎反應，將骨骼肌視為內分泌器官[27]。由骨骼肌產生的肌球蛋白包括白介素(IL)類(IL-6、IL-8、IL-15)、腦源性神經營養因子、類卵泡抑制素-1 等。炎癥相關生物標志物是分解代謝生物標志物和包括參與細胞免疫應答的促炎因子。免疫相關的標志物主要包括IL 類，IL -受體拮抗劑(IL -RA)，TNF-α 和C-反應蛋白[28-29]等。

1.3.1 白細胞

運動會引起T 淋巴細胞從外周淋巴進入到血液中，運動后淋巴細胞會迅速減少。這種效應在CD8 分化簇和自然殺傷細胞群體中最為明顯。在沒有實際損傷的情況下，T 淋巴細胞募集代表應激組織在缺血的情況下發生了非特異性免疫應答[15]。這是由于免疫細胞產生ROS，同時促進運動后炎癥的愈合。T 淋巴細胞的參考范圍取決于年齡、性別和所應用的方法。在健康受試者中，CD4+和CD8+淋巴細胞在運動后動員到外周血中。這些變化表明，與血液中的T 細胞相比，通過運動動員的T 細胞增殖能力下降了。除了淋巴細胞之外，中性粒細胞在運動后也會增加[7]。

1.3.2 白細胞介素-6(IL-6)

IL-6 由T 淋巴細胞和巨噬細胞分泌，組織創傷后引起免疫反應，從而導致炎癥[3]。IL-6 會增加葡萄糖的攝取和運動期間的肝葡萄糖生成以及胰島素介導的葡萄糖降解，也參與脂肪分解和脂肪氧化[3]。IL -6 在運動開始后立即釋放進入循環，并且在運動后立即達到頂峰。在發生后數小時內恢復正常。IL -6 與運動的持續時間、運動強度、活動肌肉數量和耐力相關，并且IL-6 含量在女性中高于男性[3]。

1.3.3 TNF-α

TNF-α 又稱為促炎細胞因子，其主要由巨噬細胞產生并且能夠誘導凋亡、炎癥、細胞增殖和分化、調節組織細胞的更新，并抑制腫瘤發生和病毒復制。TNF -α 通過增加脂肪組織中游離脂肪酸的釋放和增加脂肪細胞的脂解作用間接引起胰島素抵抗[27]。正常條件下TNF -α 的參考范圍在0.78 和3.12pg/ ml 之間，與年齡，性別和身體狀況無關。在身體狀況良好的情況下，TNF -α 水平基本不會改變。運動試驗表明，肌肉疲勞與血清中TNF -α 含量相關[30]。在對716 名社區居民受試者的研究中，握力的減少與TNF -α 水平的增加相關[6]。

1.3.4 C-末端集聚蛋白片段(CAF)

集聚蛋白是神經肌肉接頭的蛋白質。其活性受神經胰蛋白酶調節。它可將集聚蛋白切割成C -末端集聚蛋白片段(CAF)。如果神經肌肉接頭的神經胰蛋白酶活性降低，則會降低能量輸出[31]。在22 名健康老年受試者的研究中，在男性中，CAF 和疲勞閾值之間存在負相關性[31]。此結論認為CAF 濃度與肌肉疲勞的產生相關(僅在男性中)，卻與年齡無關[31]。

1.3.5 皮質醇

皮質醇是由腎上腺皮質束狀帶合成分泌的一種糖皮質類固醇激素。其主要功能是增加糖異生，對蛋白質和脂肪代謝的影響亦非常顯著。各種運動過后，皮質醇水平增加。唾液游離皮質醇含量在比賽之后的中長跑運動員體內呈增加趨勢[32]。

1.4 其他潛在的侵入式生物標志物

一般情況下，血清中的維生素E 水平隨著疲勞的增加顯著降低。由氧化應激引起的疲勞的其他潛在生物標志物還包括HSP27 和HSP70，其保護細胞抵抗氧化應激。氧化蛋白終末產物AOPP 代表在肌肉疲勞期間的氧化代謝的另一種潛在生物標志物。AOPP 沒有氧化劑性質，并且與松香和晚期糖基化終產物-戊糖苷相關，二者所代表的氧化劑介導蛋白質損傷。另外，IL -1RA，IL -8，IL -10，IL -15，TNF -αR1 和血漿DNA 也是潛在的標志物。其他潛在的監測疲勞的生物標志物包括睪酮，唾液免疫球蛋白A，天然殺傷細胞活性，嗜中性粒細胞吞噬活性，甲基組氨酸，葡萄糖-1 -磷酸，葡萄糖-6 -磷酸和牛磺酸，其中一些可以很容易地通過色譜或者質譜在唾液中測量。同時，在長期大強度運動中，鉀從肌肉細胞不斷流失，降低膜電位，從而使肌肉膜去極化。緊接著，肌肉會變弱[1，17]。此外，肌肉細胞中鉀的消耗會導致進行性高鉀血癥[17]。所以，肌肉疲勞的發生還與很多離子濃度等有關(見表1)。

表1 肌肉疲勞的生物標志物分類(侵入式)Table 1 Classification of biomarkers of muscle fatigue (invasive)

2 非侵入式生物標志物

非侵入式生物標志物主要借助一些輔助設備，對人體的運動機能進行評定，主要包括機體做功能力、肌肉的電生理指標以及心肺功能等，由于其非創傷的特點，適宜大規模反復的進行測量，具有良好的發展前景。表2 是目前主要應用的指標。

表2 肌肉疲勞的生物標志物分類(非侵入式)Table 2 Classification of biomarkers of muscle fatigue (noninvasive)

2.1 功率輸出標志物

2.1.1 步行和跑步

行走和跑步測試是常用的評估功率輸出的手段。步行測試有很多種方式，包括400 m 步行測試、定時起跑測試、12 min 步行測試和樓梯攀登測試等。評估功率輸出的另一種簡單方法是測量跑步速度或距離。跑步速度的降低是間接測量肌肉疲勞的簡單方法。在馬拉松運動員運動后觀察到跑步速度的下降[29]。在進行University of Montreal track test(UMTT)的22 名耐力運動員的研究表明，在UMTT 后，最大跑步速度測試保持不變，這可能是由于運動激活后的強化現象(PAP)。其他跑步測試包括20 m 內最大跑步速度(20 m沖刺測試，高強度跑步距離測試(THIR)和重復沖刺能力(RSA)運動，后兩者的不足之處是有可能加重肌肉疲勞[33]。

2.1.2 舌壓

評估延髓肌的功率輸出的方法是測量舌頭壓力。舌頭壓力與延髓相關的功能表呈正相關[34]。與下肢肌肉相比，舌頭壓力與咽部，頸部和上肢肌肉的肌肉力量的相關性更強。肌肉疲勞后也會造成舌壓的減少。研究發現，在延髓脊髓性肌萎縮患者中發現舌壓降低現象，即使在沒有吞咽困難患者中，這些患者的舌頭壓力也會減小，這是為了補償他們的舌肌無力[34]。雖然舌壓未被證實為肌肉疲勞的生物標志物，但對于肌肉疲勞，是一個有前景的監測指標。

2.1.3 跳躍

評估功率輸出的另一種方式是跳躍測試。最常用的是縱跳(Counter Morement Jump，CMJ)測試，它會收集和分析諸如平均功率，峰值速度，峰值力(PF)，跳躍高度，飛行時間等參數[35]。該試驗僅引起最小量的額外疲勞，因此是在運動前后進行肌肉疲勞監測常用的檢測之一。在等動力運動后，同步運動峰值扭矩會在運動后24 h 降低。在運動后72 h內，運動表現似乎下降，然而在劇烈運動后力量保持不變[35]。用于測量功率輸出的其他跳躍測試包括靜態跳躍(SJ)測試[35]，垂直跳躍測試和跌落跳躍等。

2.1.4 自行車運動

評估功率輸出的另一種方式是通過功率自行車測試。最常用的是自行車測功儀沖刺測試，其特異性地量化疲勞引起的肌肉做功的減少，這可能被CMJ 彈跳測試忽略。自行車測力計沖刺測試是一種監控耐力或團隊成員的肌肉疲勞的方法[36]。

2.1.5 肌肉力量

運動后測量肌肉力是衡量肌肉疲勞的最常用的手段之一。運動期間輸出功率的損失可反映肌肉疲勞程度。有很多方法可以進行測量，例如測量肌肉力可以用測力計、功率輸出測量裝置等進行評估。運動后，特別是在馬拉松之后，腿和手臂的力量會減少[29]。最大等長收縮(MIFGC)在偏心收縮之后立即減小，在運動后48 h 保持抑制，壓腿運動后功率輸出也會減少。此方法的不足之處是峰值功率會有晝夜波動，即與早上相比，晚上值較高[16]。

2.2 電生理生物標志物

2.2.1 表面肌電(EMG)分析

應用EMG，通過位于選定肌肉的端板區域上的雙極表面電極記錄干涉圖案。然后將信號傳遞到A/ D 轉換器，進行帶通濾波，并轉換成均方根(RMS)或EMG 振幅的平均整流電壓，其大致等于平均整流值(MRV)。此外，表面EMG干涉圖案可以通過快速傅立葉變換分析其中值頻率，平均功率輸出或明顯時期的平均頻率(MF)[7]。MRV 或RMS 通常在運動后增加。MF 和平均功率輸出通常在運動后降低[7]。因此，肌肉疲勞的特征是EMG 干擾模式振幅的增加(額外的運動單位的增加，發射頻率的增加，放電的同步)和頻譜向左移動[37]。肌肉疲勞恢復的特征在于EMG 振幅的降低和向右的頻譜的移動[37]。

2.2.2 肌力矩

為了評估肌力矩，在靜息肌肉上粘附表面電極，然后用恒定電流刺激，直到觀察到力矩峰，主要的參數包括最大等軸力矩，最大肌力矩(峰值扭矩)和半松弛時間。運動后，力矩峰值通常降低，與老年人相比，年輕人的最大肌力矩的減少更明顯[7]。

2.2.3 經顱磁刺激(TMS)

在8 例伴隨2 min 最大肌力(MVC)的電傷害患者中，TMS 顯示了靜息期的延長和M 波反應面積和振幅的增加[38]。在肌肉疲勞中，這些效應可能會增加。該技術允許區分中心和外圍對肌肉疲勞的影響[39]。

2.2.4 肌萎縮肌動圖(MMG)

MMG 會測量峰值扭矩，收縮時間，松弛時間，加速力的發展和松弛，力松弛的斜率和tau 以及平均功率頻率疲勞閾值[40]。峰值扭矩，力的加速度，松弛的加速度，力松弛的斜率和tau 力松弛會在肌肉疲勞期間降低。而收縮時間，松弛時間和力松弛的tau 都會增加[40]。

2.2.5 M-波持續時間

另一個監測肌肉疲勞的電生理方法是在運動神經刺激后對M-wave 的檢測。首先觀察弱刺激電流產生的最大的反應[7]，然后以10 mA 的差值增加刺激電流，直到達到清晰M 波幅度。此后，施加額外的25%的刺激電流，再去觀察。在一項12 名健康男性進行標準化運動的研究中， M 波持續時間顯著增加，而相應的面積和振幅則下降[7]。

2.2.6 神經傳導速度

在一些研究中，無論是進行偏心或同心運動，肌肉疲勞會導致神經傳導速度下降[3]。在力量型運動員以及耐力型運動員中，肌肉疲勞的程度與神經傳導速度呈負相關[2]。與神經傳導速度相反，至少在動態運動期間，由表面肌電EMG 評估的肌纖維傳導速度(MFCV)隨肌肉疲勞降低。在諸如疲勞等長收縮等靜態鍛煉中，MFCV 保持不變。

2.2.7 EMG 疲勞閾值

EMG 疲勞閾值被定義為個體可以無限維持的鍛煉強度，最近人們引入了一種新的實用可靠的方法來確定EMG疲勞閾值。在疲勞閾值(PWCFT)下的做工能力被定義為最高功率輸出的平均值，通過PWCFT 測量，可以區分不同的運動強度。在這方面有參考意義的還有氣體交換閾值(PGET)、呼吸補償點(PRCP)和臨界功率[2，37]相關的功率輸出。PWCFT，PGET 和MPFFT 之間相關性的缺乏表明這3 個疲勞閾值有不同的生理機制[2，37]。

2.2.8 其他相關標志物

還有其他可以用于肌肉疲勞檢測的標志物。如超聲波、磷磁共振波譜法和疲勞腿壓測試等。

2.3 心肺相關的標志物

2.3.1 心臟功能

肌肉疲勞取決于肌肉血流量，也取決于心臟功能。因此監測和評估基本心臟參數可有助于評估肌肉疲勞。經常應用的心臟參數包括心率，運動后心率恢復和由長期心電圖計算得出的心率變異性(LnrMSSD)[3，10]。心率是評估運動時人體內部負荷的最常見參數之一，這是因為在穩態運動期間心率和氧消耗之間具有線性關系[10]。因為感覺疲勞評級和CMJ 之間存在正相關關系，HRR 和LnrMSSD 是疲勞狀態下非常有前景的生物標志物[3]。

2.3.2 心臟壓力

心臟壓力是用心臟應激指數(CSI)測量，使用了心率的非線性，去趨勢波動分析(DFA)。因此，它與Borg 的主觀體力感覺評定(RPE)量表呈正相關，且表明心臟壓力會導致肌肉疲勞[41]。由于CSI 有效地量化了運動期間的心臟壓力程度，它可以用于監測運動期間的心臟狀況[41]。此外，在大鼠中的研究顯示，心力衰竭加速了微血管氧分壓的平均反應時間(血液 -肌肉氧氣驅動梯度)。相反，在大鼠的比目魚肌中，較低的微血管氧分壓會降低血液-肌肉O2驅動梯度[41]。

2.3.3 呼吸最大攝氧量

為了維持肌肉的耐力，將氧氣輸送到肌肉的能力和肌肉利用定量氧氣維持一段時間(呼吸交換率)的能力是重要的。通過氣體分析儀測量的最大攝氧量(˙VO2max)是用于評估肌肉性能的良好參數[45]。˙VO2最大值隨肌肉疲勞降低，但也隨年齡下降。˙VO2max 的定義是滿足以下3 個標準中的至少2 個時的最高˙VO2值:(1)心率的平臺或在年齡預測的最大心率的10%內的心率；(2) ˙VO2的平臺(plateau)；(3)呼吸交換率﹥ 1[45]。通氣閾值定義為2 條回歸線(VE 和˙VO2)的交集[45]。最近，科學家已經提出˙VO2動力學應該被認為肌肉疲勞的生物標志物。運動后的˙VO2慢動力學與細胞質中劇烈的PCr 減少有關。相反，較小的PCr 減少與快速˙VO2動力學嚴格相關。除˙VO2以外的肌肉疲勞的揮發性生物標志物可以是VCO2和呼吸交換比。

2.4 運動動力學及實時疲勞監測系統

運動學或動力學的參數與經EMG 干涉圖案測量的肌肉疲勞狀態的變化相關[43]。膝關節和踝關節運動學可以通過光學運動捕獲記錄[44-45]。例如，一次CMJ 或跳深期間的運動學和動力學可以通過攝像機運動分析系統和測力板進行測量。動力學的評估參數(跳躍高度，最大垂直地面反作用力，反應強度指數等)可以作為肌肉疲勞的生物標志物[35]。通過運動跟蹤系統測量的其他參數包括肩部，肘部和手腕的關節角度，關節扭矩和關節網運動的平均值和變異性[46]。疲勞期間的運動學和動力學適應被認為是減少生物力學負荷的措施之一[46]。

近來，人們引入了實時疲勞監測系統，該系統配備了實時疲勞測量，它可以同步記錄一條腿的外側股和腓腸肌肌肉的表面EMG 信號和實時的循環速度[44]。此外，采集循環速度、循環時間、動力學數據、心率和自感疲勞評級(Borg RPE scale)也會每分鐘都被記錄一次。實時的疲勞程度可由這些數值計算得出，并用以測量肌肉疲勞的發生時間和進展[44]。在線疲勞監測系統在健康受試者中是有效的并可以滿足預期目的。

3 總結

本文綜述了目前肌肉疲勞有關的生物標志物，盡管肌肉疲勞的機制仍有待闡明，但是關于肌肉疲勞的有前景的生物標志物有了快速進展。為了用單個生物標志物或生物標志物的組合來監測肌肉疲勞，必須在使用不同類型練習的條件下、健康和患病人群、訓練和未訓練的人群、老年人和年輕受試者中驗證它們的可靠性和適用性。比起單個生物標志物，生物標志物的組合更充分的反映了在某一練習期間不同的疲勞程度。然而，針對特定運動的最適合的生物標志物組合仍有待確定。到目前為止，最常被調查和最廣泛應用的肌肉疲勞的生物標志物是血清乳酸(LD)。今后肌肉疲勞的標志物研究應該更加關注新的標志物的開發以及現用的肌肉疲勞生物標志物的組合并且把不同運動類型因素也考慮進去。

運動疲勞是一個廣義的概括，可以將運動疲勞分為四種狀態，分別為輕松、輕度疲勞、中度疲勞及重度疲勞[47]。對于輕松及輕度運動疲勞可以更多的利用非侵入式標志物進行檢測，對于中度運動疲勞提倡利用體液(包括尿液、汗液、唾液等)結合電生理測試等可靠程度相對較高，同時對人體幾乎沒有損傷，這類檢測指標可以更好的衡量疲勞程度。對于重度疲勞運動員可以使用血清相關的標志物，可以更加全面的進行疲勞評價。同時應該避免多次進行檢測，最好做到一次侵入式抽血，檢測多個指標，減少抽血帶來的影響。重度疲勞運動員應該避免使用可能會加劇運動疲勞狀態的標志物(如跑臺、自行車等)進行檢測，避免造成運動損傷。據疲勞狀態的不同選擇不同的運動疲勞標志物進行檢測，可以更好的發揮不同運動疲勞標志物的優點，減少對運動員的影響。

綜合考慮，目前侵入式檢測肌肉疲勞的生物標志物是相對穩定的標志物，非侵入式標志物目前正在越來越多的被使用，隨著技術的不斷發展進步，非侵入式肌肉疲勞標志物將會在將來被更廣泛的使用。合理使用侵入式、非侵入式標志物對于防止過度疲勞、促進疲勞恢復、避免運動損傷具有重要意義。