军事训练致肌肉损伤的发生机制及其生物化学标志物

刁秋霞，薄 海，秦永生，王大宁，彭 朋 综述 张晓丹 审校

军事训练后出现肌肉酸痛、痉挛、肿胀等症状，被称为军事训练性肌肉损伤;严重者可出现横纹肌溶解症(rhabdomyolysis，RM)，甚至发生危及生命的并发症，如肌红蛋白尿导致急性肾功能衰竭，电解质紊乱引起心律失常甚至心脏骤停，以及弥漫性血管内凝血、多器官功能障碍综合征等［1］，美军报道其总致死率高达8%，且发病率逐年提高［2］。国内尚无权威的统计数据，只有零散的病例报道。由于发生RM 时只有50%患者具有上述典型症状，出现黑尿者只占25%。因此，有必要对参训者肌肉损伤生物化学指标进行适时监测并探寻敏感、有效的标志物，及时发现并预防训练性肌肉损伤和RM 的发生。

1 发生机制

大强度长时间军事训练后可出现肌肉酸痛、痉挛、肿胀等症状，称为训练性肌肉损伤，其发生机制与机械性因素和代谢性因素有关。剧烈运动或不习惯的运动方式(特别是离心运动)对肌纤维产生高牵张力，造成肌肉“机械性损伤”，表现为Z 盘断裂、肌节降解、细胞骨架破坏以及膜通透性增高［3］;另一方面，剧烈运动使细胞内氧自由基增多，胞浆Ca2+浓度增加(钙超载)等，引起一系列化学反应(即“代谢性损伤”)，包括激活钙依赖的蛋白激酶以及触发泛素-蛋白酶体途径介导的肌肉蛋白质降解过程，破坏骨架蛋白，使骨骼肌超微结构出现异常变化，同时激活K+通道使膜电阻下降，以及自由基造成膜脂质过氧化加强，细胞膜通透性增高［3］。因此，训练性肌肉损伤是机械因素和化学变化共同作用的结果。传统观点认为，细胞内容物透过肌膜漏出细胞进入血液，引起血清酶/蛋白活性升高。但最新的研究发现［4］，持续大强度运动导致肌肉缺血缺氧，肌膜表面产生一种“囊泡”，囊泡逐渐增大并脱离细胞，被巨噬细胞吞噬后发生破裂，内容物外漏至组织间液，通过淋巴管进入血循环。

2 生物化学标志物

2.1 血液中生化标志物

2.1.1 肌酸激酶(creatine kinase，CK) CK 是催化ADP 与ATP 可逆反应的关键酶，CK 有5 种同工酶，即3 种存在于胞浆的CK 同工酶包括CK-MM(主要存在于骨骼肌)、CK-MB(主要存在于心肌)、CK-BB(主要存在于脑组织)，以及两种存在于线粒体的CK 同工酶。

影响运动后血清总CK 时程变化的主要因素包括:(1)运动方式。如力量训练后8 h，CK 约升高2 倍;肌肉离心运动时常伴肌肉损伤，CK 峰值一般在2～7 d 出现;长时间运动，CK 峰值运动后24～48 h 出现;一次运动后48 h 再次进行运动，一般不会对CK 的变化规律产生显著影响［5］。(2)训练水平。长期系统训练可使安静时的CK 水平升高，故士兵的基础CK 水平高于普通人，但运动后升高的幅度却低于普通人［6］。(3)运动强度和持续时间。长时间大强度的运动项目如超长距离跑(如马拉松)以及肌肉主要进行离心收缩的项目如下坡跑、蛙跳等，运动后其CK 升高幅度最大［3］。(4)遗传因素。分子遗传学研究证实，血清CK 对于运动的反应存在显著的个体差异并与遗传基因有关［7］，提示某些基因型或等位基因具有肌肉损伤保护或促进作用。某些CK 高反应者易发生训练性肌肉损伤甚至RM。这在新兵基础训练期或武装拉练过程中时有发生，死亡率较高。(5)恢复手段。训练后消除疲劳的手段包括休息、理疗和营养等。休息期间肌肉CK 生成减少，同时释放入血的量降低，若进行肌肉按摩理疗则可加速淋巴系统对CK 的转运。运动营养学证实，补充支链氨基酸可减轻肌肉损伤并加快CK 的清除［8］。

安静状态下，血清中只有CK-MM，长时间大强度运动可使3 种同工酶均升高，CK-MB 升高可预示心肌损伤，CK-BB 则可能是脑损伤的特异指标［5］。血清总CK 较正常值(55～100 U/L)升高5～10 倍以上提示可能发生RM，超过10 000 U/L 则提示发生急性肾衰(RM 最严重的并发症)［9］。CK 及其同工酶的变化规律，对于参训者功能状态评定、训练负荷监控、过度疲劳、训练性肌肉损伤和RM 的防治具有重要的指导意义。从分子水平深入研究CK 高反应机制，可为军事训练提供个性化监控指标——基因标记，同时对筛查易感人群，及早发现训练损伤危险因素具有重要的理论和实践意义。

2.1.2 肌红蛋白(myoglobin，Mb) Mb 是一种小分子单体血红素蛋白，存在于肌细胞中，其功能是储存和运输氧气，即把血液中的氧通过细胞膜运输到肌细胞中，以氧合Mb 的形式暂时储存，保证肌肉剧烈活动时对氧的需要。因此，Mb 对运动能力有重要作用。此外，Mb 对微血管和组织中的一氧化氮具有调节作用，促进血红素中的Fe3+释放并造成线粒体膜脂质过氧化［10］。剧烈运动后Mb 在30 min 内升高并可持续数天［11］，故可作为训练负荷的监控指标。但某些参训者在长时间大负荷训练时可发生RM，可能与遗传易感性有关［7］，此时肌细胞坏死崩解，Mb 进入血液，经过肾脏时通过氧化应激作用导致肾小管细胞结构和功能损伤(肾毒性)，甚至发生急性肾衰，致死率较高。血清Mb 和尿Mb 含量异常升高时，应警惕RM 合并肾衰，结合血清CK 变化可确诊［9］。

2.1.3 肌钙蛋白(troponin，Tn)Tn 由3个亚基构成，即TnT、TnI 和TnC。其功能是通过感受胞浆Ca2+浓度的变化调控肌肉的收缩与舒张。根据组织分布，可分为心肌型Tn(cTn)和骨骼肌型Tn(sTn)。测定运动后血清TnI 和TnT 的变化，可以为较早的发现和判断运动导致的骨骼肌和心肌早期损伤提供依据。新兵训练后cTnI 增高，4 h 后恢复，提示新兵心功能较差，训练后出现一过性的心肌损伤，在短时间内恢复正常［12］，这种心肌损伤有区别于临床上的急性心肌缺血损伤(可持续7～10 d);动物实验表明，一次力竭运动后，cTnT 升高2～3 倍并可持续12 h，而且cTnT 分布变得紊乱，可能是导致心肌机械功能异常的原因［13］;而测定运动后血中sTnI 含量(一般在运动后6 h 内升高)则有利于早期发现训练性骨骼肌损伤［14］。

2.1.4 乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH) LDH 主要催化丙酮酸与乳酸的相互转化，LDH 由4个35KD 的亚基组成，亚基分为骨骼肌型(M 型)和心肌型(H 型)。两种亚基以不同比例组成5 种四聚体，即同工酶，LDH1(H4)、LDH2(H3M)、LDH3(H2M2)、LDH4(HM3)及LDH5(M4)。M 亚基负责催化丙酮酸转化为乳酸，H 亚基则催化丙酮酸的有氧氧化。M 亚基含量多的同工酶介导无氧代谢途径，H 亚基增多则转向有氧氧化。

LDH 同功酶的分布有明显的组织特异性，因此血清LDH 活性升高是细胞损伤的标志物。运动可导致LDH 活性升高，其升高的幅度依赖于运动强度和运动时间，其中长时间耐力训练后LDH 升高约2 倍并可持续2周，离心运动较向心运动后LDH 升高幅度更大，持续时间更长［15］。有研究发现，运动后LDH1/LDH2 比值升高说明存在心肌损伤，若持续增加则可能合并肝脏损伤;LDH5 异常升高并持续数天可作为诊断RM 的辅助指标［16］。但在高原低氧环境下训练时，LDH 的活性反而下降，其机制未明［17］。

2.1.5 转氨酶 转氨酶包括天冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase，AST)和丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase，ALT)，主要存在于骨骼肌、心肌、肝脏和红细胞中。长时间运动后AST 活性明显增加并一直持续到运动后24 h［18］。慢性肌肉损伤时两者均升高［19］，但须首先排除肝脏疾患，与CK 联合应用可提高诊断的准确性［19］。

2.1.6 血浆游离DNA(cell-free plasma DNA，cf-DNA)长时间剧烈运动可通过氧化应激以及炎症反应导致多种细胞DNA 损伤，非特异性DNA 修复酶切除DNA 损伤部位并释放DNA 片段，碱基特异性的修复酶切除相应的碱基［20］，这些产物释放入血形成cf-DNA［21］。研究指出，训练后cf-DNA 升高与CK 和Mb 同步，表明骨骼肌细胞凋亡、DNA 片段的释放可能是cf-DNA 的主要来源，但不是唯一来源［6］。Fatouros 等［21］的研究发现，cf-DNA 在运动后即刻升高达安静时的15 倍，30 min 后开始显著下降并在数小时内迅速恢复至运动前水平，提示cf-DNA 可能是诊断训练性肌肉损伤早期、敏感的指标之一。由于训练后cf-DNA 的升高是多种类型细胞(包括肾小管细胞、肝细胞和白细胞等)凋亡的结果，说明cf-DNA 对于RM 合并急性肾衰可能有潜在的诊断价值。

2.2 尿液中生化标志物

训练导致的肌肉损伤常伴有血红蛋白尿甚至血尿，若出现黑尿(肌红蛋白尿)则提示发生RM。上述色素尿一般在运动后24～48 h 出现，72 h 逐渐消退［22］。血清CK 是反应肌肉损伤严重程度的重要指标，但CK 升高的范围与RM 以及急性肾衰的关系仍未确定，因此需要对尿液进行免疫化学分析以及联合其他尿生化指标来进一步确诊［22］。如尿中的羟脯氨酸和羟赖氨酸(胶原代谢产物)含量在训练性肌肉损伤后显著升高。此外，还可检测尿中肌酸/肌酐比值以及尿酸的含量反应肌肉损伤和肾功能受损的程度［23］。

其他训练性肌肉损伤标志物还有醛缩酶、碳酸酐酶Ⅲ、肌球蛋白、α-肌动蛋白和脂肪酸结合蛋白等。由于大强度运动造成机体氧化应激水平增加并诱导肌细胞凋亡，故某些氧化应激指标如丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽等亦可评价肌肉损伤的程度。由于单一指标只能反映肌肉损伤的某一机制或过程，因此，尽量多指标联合应用进行全面分析。此外，肌肉损伤标志物的选取还应考虑指标的敏感性、特异性，测试的便携性以及对参训者的损伤性，即以最小的损伤获取最大的信息［24］。

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