运动对肌腱中胶原代谢影响研究进展

李 敏

（商丘师范学院 体育学院，河南 商丘 476000）

运动对肌腱中胶原代谢影响研究进展

李 敏

（商丘师范学院 体育学院，河南 商丘 476000）

胶原是肌腱细胞外基质中的主要成分，对于维持肌腱的强度、传递肌肉所产生的力具有重要的作用。长期运动可增加胶原的含量，提高肌腱抗负载的能力。一次和长期运动可调节不同类型胶原的合成，而运动后肌腱中不同类型胶原合成主要和运动负荷有关，并受体内雌二醇量的影响。一些基质金属蛋白酶的表达和活性在运动后会提高，增加胶原的降解量，从而提高了肌腱中胶原的更新率。

运动；肌腱；胶原；代谢

肌腱是肌肉收缩力产生的第二机制，是运动系统中重要的结构。胶原是肌腱细胞外基质的主要成分，大概占到肌腱总蛋白的95%，干重的65.75%，对于维持肌腱的强度、传递肌肉所产生的力具有重要作用。近年来，随着体育竞技比赛和训练负荷的增加，社会群众参与运动锻炼人数的增多，腱病的发生率呈现上升趋势。然而腱病病因一直不明，而且治疗效果也不尽如意。尽管如此，相对于肌肉和骨，有关研究运动对肌腱中胶原代谢的影响研究相对较少，本文对相关研究进行了综述和分析，以期为运动后肌腱适应研究、腱病的康复和治疗提供一定的依据。

1 运动对肌腱胶原含量的影响

虽然研究表明运动训练会提高肌腱的强度［1］，肌腱强度与胶原含量具有正相关性，但运动训练对肌腱胶原含量影响的研究结果不尽一致［2-4］。这可能和研究对象的年龄、运动负荷、运动模式及肌腱部位有关。生长期的动物长期运动训练后会增加肌腱的含量［2］，而运动训练不太容易改变老年期的肌腱胶原含量［4］。运动训练改变肌腱胶原的含量需要持续较长时间和较大强度［3］。运动模式如力量训练和耐力训练对肌腱胶原含量可能也不同［5］。运动训练对不同部位肌腱不同影响可能和不同部位肌腱受载不同有关［6］。即使运动训练后胶原的含量没有发生变化，胶原代谢过程可能会发生变化，而改变肌腱中胶原的质量如胶原的类型比例、胶原之间的交联等，从而影响肌腱的力学性能。

2 运动对胶原合成的影响

2.1 一次运动对胶原合成的影响

从转录水平研究一次运动对胶原合成影响的研究不多，一次运动会改变胶原在mRNA水平的表达，但时相不同［7－8］，这一方面可能和物种或运动负荷有关，另一方面由于肌腱组织在不同位置代谢不同，在不同位置取材可能会导致研究结果不同。采用同位素标记技术可以更直接地研究肌腱中胶原的合成，研究证实运动后肌腱的胶原合成率升高，而且肌腱中胶原升高的时相与肌肉中的胶原蛋白肌原纤维蛋白和肌浆蛋白合成率具有同步性［9］。由于可溶性前胶原分泌到细胞外后，限制前胶原自我装配的N-末端和C-末端被前胶原金属蛋白酶切去，而后转变成非溶性的原胶原，被切去的末端肽可特异性地反映某种类型胶原的合成，一些学者采用测定末端肽的方法来间接研究胶原的合成。一次运动后PINP（I型前胶原氨基端肽，）或PICP（Ⅰ型前胶原羧基末端前肽）含量在短暂的下降后会出现升高，而且这种升高程度和运动负荷大小具有一定关系［10］，这也表明为何一些肌腱损伤与大强度的运动相关。有关运动后PINP或PICP含量显著降低或不变其原因目前还不清楚，可能是由于组织在未适应负荷时暂时的抑制或清除PINP的能力的增加等原因所致。此外，需要注意的是使用微透析技术间接在体研究组织的胶原代谢可能会存在一个问题，即末端肽的变化部分原因是由于插入微透析导管本身造成组织的损伤所致。前胶原分泌到细胞外后其N-末端和C-末端限制前胶原的自我装配，末端前肽含量的增加，表明原胶原分子的增加，从而促进原胶原聚合、共价交联形成胶原微纤维，进而聚合形成胶原纤维和胶原束。此外，由于原纤维的聚合受pC胶原，pN胶原等中间产物的调控，氨基端肽启动了胶原原纤维的形成，PINP含量的变化无疑使pC胶原的含量增多，从而更进一步促进了原纤维的聚合。

由于雌激素影响胶原合成，女性在月经周期和口服雌二醇后肌腱中胶原的代谢可能会受到影响。研究发现由于月经周期导致短期血液中雌二醇升高对肌腱中胶原合成没有影响，但女性血液中长期高的雌二醇量导致女性较男性具有低的肌腱胶原合成率［9］。长期服用避孕药不影响安静时胶原合成率，但会抑制运动后胶原合成率的增加［11］。但绝经妇女口服雌二醇后肌腱休息状态和运动后具有高的胶原合成率，而且口服量和合成率成正比，休息状态和运动后透析液中PINP含量没有显著变化，且口服雌二醇量与PINP量成反比，这可能和雌二醇对绝经妇女胶原不同合成阶段影响不同有关［12］。

2.2 长期运动对肌腱胶原合成的影响

大多研究表明运动训练会在转录水平上调I型胶原的表达［13］。跟腱中PICP的含量在整个训练中一直保持升高，导致胶原I的净合成［14］。新胶原I合成的增多可提高胶原I的含量和胶原I的质量，如增加胶原分子之间的交联来适应力学环境的需要。虽然也有学者研究运动训练后胶原I的表达未见显著变化［15］，这可能和运动负荷相对较小有关。肌腱主要由胶原I组成，I型胶原分子形成的纤维具有较小的弹性和很高的强度，运动训练后胶原I合成的增多可能是运动训练提高肌腱的强度机制之一。

有研究认为在运动训练中存在着的力学薄弱期，薄弱期肌腱胶原III的表达增加［16］。大负荷的运动刺激后胶原III的表达升高，而且升高程度大于胶原I表达的升高［17］。老年赛马浅趾屈肌腱的中间区域与外周区域相比具有高含量胶原III［18］，这可能和老年赛马生涯中长期承受大负载有关。胶原III形成的纤维直径较小，强度较低，而且胶原III对控制胶原I原纤维的直径有一定的作用，限制着胶原原纤维的直径增大，在运动训练适应过程中胶原III表达的增多与力学上的薄弱期相一致，而大负荷的运动胶原III的表达增多可能是长期大负荷运动后肌腱损伤的机制之一。

肌腱成熟胶原主要交联为吡啶啉交联，是决定肌腱刚度和强度的重要因素。运动训练对肌腱中胶原交联的研究很少。生长期的动物进行运动训练后肌腱中的吡啶啉交联减少［19］，因此，生长期大强度运动增加了基质胶原的更新量，减少了成熟胶原的含量。长时间的向心、离心和等长收缩训练后跟腱赖氨酸氧化酶表达显著增加，表明增加了胶原交联的过程［22］。

机械负载可以在转录、翻译和翻译后水平上调控胶原的合成，负载作用下肌腱内细胞因子的变化也调节胶原的合成。一些生长因子和细胞因子如IGF-I及其连接蛋白、TGF-β、IL-6，PGE2在运动后表达发生变化，可能是运动刺激下调节胶原合成另一机制。性别不同胶原合成不同可能有以下几种原因：（1）性激素。腱细胞外有雌激素受体。雌激素可抑制胶原的合成，通过降低成纤维细胞的活性，降低了机械负载对胶原合成的上调效应。（2）肌腱传递的力的大小不同。不同性别肌腱宏观形态不同，肌肉产生力的不同等而导致成纤维细胞所感受的应变不同从而导致胶原代谢不同。口服雌二醇者低水平的胶原合成和其抑制IGF-I生物活性有关。

3 运动对肌腱中胶原分解的影响

目前研究胶原的降解还没有更好的指标，主要有两种方法研究胶原的分解。（1）测试反映胶原降解的特异性指标I型胶原交联羧基末端肽(ICTP）含量的变化。一次运动后会ICTP暂时下降，长期运动后ICTP仅在早期阶段升高，在适应后期已无明显变化［14］，因此，长期运动训练会导致胶原净合成。（2）测试基质金属蛋白酶及其抑制因子的表达和活性。胶原纤维上存在着广泛的共价交联，其结构稳定，不能被普通的蛋白水解酶水解。基质金属蛋白酶是降解肌腱细胞外基质蛋白的重要蛋白酶，而且其中的一些酶是迄今为止，已发现的唯一能分解纤维类胶原的酶。运动刺激通过改变MMPs表达和活性来提高肌腱的更新量，而肌腱更新量变化决定着胶原交联种类。虽然一定程度上胶原的降解对维持胶原质量是必须的，但运动后肌腱适应中生理性重塑和病理性中MMP家族成员的不同表达还不清楚。

4 结 语

运动训练后胶原的含量变化和和运动对象年龄、运动负荷及肌腱部位有关，从生长期进行较大负荷的运动会提高肌腱中胶原的含量，从而在一定程度提高其抗负载能力。一次和长期运动可在转录、翻译和翻译后水平调节胶原的合成，不同类型胶原合成不同表达主要和运动负荷有关，并受体内雌二醇量的影响。运动会提高运动后降解酶表达和活性，提高胶原的降解量，从而提高了胶原的更新率。进一步的研究应集中于肌腱形态结构、代谢变化和力学性能变化的综合性研究，以便进一步阐明肌腱的运动性适应机制。此外，由于雌激素影响肌腱中胶原代谢，运动训练对女性、长期口服避孕药年轻女性及口服雌二醇的绝经妇女胶原代谢的影响的研究可进一步了解一部分女性群体高几率肌腱损伤的机制。

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Research Development of Exercise on the Collagen Metabolism of Tendon

LI Min
(School of Sports Science, Shangqiu Normal College, Shangqiu 476000, He'nan China)

Collagen is the main protein component of tendon tissue, determines tendon strength and transmitting the power. The contents of collagen may increase after long-term exercise, improving its load resistance. The synthesis of collagen can be regulated at different level after acute and long-term exercise. Different type of collagen expression is related to the intensity of the exercise, and estrogen may affect it in a dose-dependent manner. The expression and activity of some matrix metalloproteinases increase after exercise, accelerating collagen degradation, which increased collagen turnover.

Exercise; Tendon; Collagen; Metabosism

G811.6

A Article ID: 1008-2808(2010)03-0011-04

book=2010,ebook=148

G811.6

A

1008-2808(2010)03-0011-04

2010-03-30；

2010-05-24

李 敏（1974－），女，讲师，博士，研究方向为运动人体科学。