运动训练与肌酸激酶及其同工酶研究进展

刘丰彬

运动训练与肌酸激酶及其同工酶研究进展

刘丰彬

采用文献资料分析法，综述了近几十年来国内外对肌酸激酶及其同工酶研究的成果和运动训练对血清肌酸激酶及其同工酶活性变化影响的各种因素，并对相关研究进行了展望。研究显示，无论是采用大负荷还是小负荷的运动训练，都会使血清肌酸激酶活性有不同程度的升高，其同工酶也有类似的变化。由于细胞和血液中肌酸激酶及其同工酶数量的显著差异性，使其成为反映肌肉承受负荷刺激，进而评定运动训练适应程度的较为理想的生化指标。

肌酸激酶；同工酶；运动训练

在运动训练实践中，适宜的运动负荷是保证训练顺利进行的基础，运动负荷过大或过小，损害了运动员的身体健康或是无法保证训练的稳步提高，这对运动训练的科学合理化监控提出了较高的要求。血清中某些非功能性酶活性的改变或某些生化指标的变化被认为可以及时反映人体机能状态和物质代谢情况。肌酸激酶及其同工酶是肌肉应激最敏感的指标，其活性变化能够反映肌细胞对运动训练的适应程度，与运动时、运动后能量平衡及转移的关系密切，因此，血清肌酸激酶及其同工酶一直是运动训练监控领域关注和研究的热点。

1 肌酸激酶及其同工酶概述

肌酸激酶（creatine kinase，CK），全名为ATP肌酸磷酸转移酶，又称为磷酸肌酸激酶（CPK），分子量为81000道尔顿[1]。人体骨骼肌、心肌、脑、平滑肌中都含有 CK，以骨骼肌中含量最多。它与哺乳动物能量代谢密切相关，它参与糖酵解的控制、线粒体呼吸和肌肉收缩供能，CK是机体ATP-CP系统代谢的关键酶之一，其作用是催化三磷酸腺苷和磷酸肌酸之间高能量键可逆性的转移。正常情况下肌细胞结构完整、功能正常，CK极少能透过细胞膜，所以血清中CK活性很低。

CK 是由两个亚基构成的二聚体酶，目前，在哺乳动物中发现 CK 有四种高度一致的亚单位（亚基），两种细胞质形式：CK-M（肌型）和 CK-B（脑型），两种线粒体形式：uCK-Mit（普存型）和 sCK-Mit（肌小节型）。CK-M 和 CK-B亚基两两结合构成细胞质中三种 CK 同工酶，即 CK-MM、CK-MB 和CK-BB[2,3]。正常人骨骼肌中 CK 同工酶占总活性的百分比为：CK-MM 大于 94％，CK-MB 占2.1％-4.2％，CK-BB 占 0-1％。[4]CK—MM主要存在于成年人的骨骼肌和心肌细胞，其活性升高常见于肌肉损伤及肌肉注射，是骨骼肌损伤的特异性指标。人体各组织除腓肠肌外，只有心肌含有较高的CK-MB，可达40％以上，故此同工酶对在评价心肌损伤时具有较高的价值。CK-BB主要存在于成年哺乳动物的大脑、肾和子宫，同时它也可在发育中的横纹肌中表达，其活性升高常见于脑外伤、脑血管意外和中枢神经疾病[5]。sCK-Mit 亚基仅存在于横纹肌中，另一种uCK-Mit亚基普遍存在于各种组织中，如血小板、精液等[6]。

2 影响肌酸激酶及其同工酶变化的因素

2.1 性别、年龄等因素与血清肌酸激酶及其同工酶的变化

一般说来，运动员比普通人安静时血清 CK 值偏高，男运动员安静状态的血清 CK 活性高于女运动员[7]。Shunate等发现，运动2h后男性血清CK的平均活性明显高于女性。在马拉松比赛后，男性血清CK活性平均增高22 倍，而女性仅增高9 倍。定量负荷运动后，男性血清CK总活性和CK-MB的活性高于女性。其原因可能是男性的肌肉群比女性发达，损伤相应较多，故酶活性升高更明显，亦可能是女性血中较高的雌激素水平。

有研究表明，安静血清CK活性水平随年龄增加而升高，每10 年约上升3 U/L；不运动或少运动的老年人安静血清CK活性水平趋于增高。青春期女性较未成年和绝经后女性的安静时CK和CK-MM水平低[8-9]。但也有研究得出血清CK活性与年龄无关的结论。血清CK及其同工酶活性变化与年龄的关系还值得进一步研究。

除以上因素外，身体成分及生活环境等都会影响血清CK及同工酶的活性，Novak[10]研究发现瘦体重越大的个体安静时血清CK活性水平越高，但 Salvadori却得出相反的结论。Clerkson 认为，血清CK活性与快肌纤维和慢肌纤维的横截面积比例呈正相关。另外，在高原、低气压或周围有噪音的环境下运动时，运动后血清CK活性的增加高于平原、常压或安静环境。

2.2 运动方式与血清肌酸激酶及其同工酶的变化

不同的运动方式对血清CK及其同工酶的影响有所不同。Apple[11]和Langberg[12]分别对男、女受试者马拉松跑后进行研究，发现运动后血清CK活性峰值都出现在运动后24h。Newham人体实验发现，上坡走下坡走后血清CK活性峰值分别出现在运动后24h和运动后4-7天。动物实验得出的结论则与人体实验有所不同。Amelink[13]研究发现雌雄大鼠进行跑台运动后，血清CK和CK-MM活性的峰值均出现在运动后即刻，并且CK-MM活性升高的幅度更加明显。国内学者于新凯、王瑞元等[14,15]分别采用雄性SD大鼠骨骼肌离心收缩模型进行实验，也得到了类似的结论。这可能是因为离心运动更容易造成骨骼肌微损伤，导致肌细胞膜通透性增大，CK和CK-MM进入血液增多，导致血清CK 和CK-MM活性升高。

2.3 运动负荷与血清肌酸激酶及其同工酶的变化

不同的运动负荷表现出的运动强度和运动量也对运动后血清CK及其同工酶的变化产生重要影响。大多数研究认为，运动强度越大，运动后血清CK升高也越明显[16-19]。田振军[17]通过不同负荷大鼠游泳模型得出大负荷或超负荷训练组运动后血清CK和CK-MB活性升高幅度明显高于一般训练组。毕秋云[18]对大鼠进行5周递增负荷训练，训练组运动后即刻血清CK活性出现最高值，三种同工酶CK-MM 、CK-MB 和CK-BB活性峰值分别出现在运动后即刻、运动后24h和运动后即刻，并且都显著高于安静组。Tiidus等[16]和佘军标等[19]的人体实验也得到类似的结论。以上的研究可以证实，运动强度是导致运动后高血清CK及其同工酶活性的关键因素。

通过不同的运动持续时间来表现运动量对运动后血清CK的影响，则存在不同的研究结论。Nuttall和 Tiidus等观察到长时间激烈运动后血清CK变化规律是0～2 h 轻度增高，6～8 h 明显升高，16～24 h 达到最高峰值，持续48～96 h恢复到运动前水平。短时间极限运动后，血清CK活性的变化与之类似。Berg等[20]研究受试者以65％-70％VO2max运动30-300min，发现运动后血清CK活性与运动时间长短成正相关。国内也有学者通过大鼠的游泳实验发现[21]，运动后即刻血清CK活性随运动时间的延长而增加。但也有研究认为，运动后血清CK活性与运动时间没有关系。

血清CK活性在运动后的增加程度存在着显著的个体差异，运动后血清CK的恢复个体差异也很大。不少报道认为，有一定训练水平的运动员运动后血清CK的活性恢复较快，一般在24h 内即可恢复正常，若明显减慢或要几天才恢复到正常水平，预示运动员可能出现疲劳症候。因此，动态测定血清CK活性，对监测运动员对运动负荷的适应、疲劳的出现和恢复程度具有实践意义。

2.4 肌肉运动损伤与血清肌酸激酶及其同工酶的变化

以往的研究认为，血清CK可以作为一个指标来评定肌肉承受刺激和反映运动后肌肉损伤状况。Nosaka等[22]发现受试者离心运动后血清 CK 活性与反映骨骼肌损伤程度的磁共振影象的异常情况正相关。但Sorichter[23]利用相似的方法却没有得到相同的结果。袁建琴等[24]的大鼠一次性力竭实验和Friden[25]的兔离心运动实验却得到这样的结论，血清 CK 活性的峰值出现在运动后即刻，而骨骼肌损伤则具有延迟性特点，两者的变化不一致，血清 CK 不能作为离心运动后反映骨骼肌损伤情况的一个指标。

国内外学者进一步的研究表明：相对于血清CK，血清CK同工酶活性水平及其分布特点的变化可能会更准确地反映运动员的训练水平和对运动的适应程度。崔玉鹏[26]分别进行了动物和人体实验，发现游泳训练和下坡跑训练使大鼠运动后骨骼肌的损伤与血浆CK及其同工酶CK-MM之间也存在显著的相关关系，血清CK及其同工酶CK-MM的峰值都出现在运动后24h，48h基本恢复。人体实验也得到相同的结论。Heled[27]和Yamin[28]分别采用动物实验和人体实验针对CK-MM亚型的研究也得到了相似的结论，运动后CK-MM1活性显著升高并先于血清CK，CK-MM3和CK-MM1的比率也显著升高，他们认为CK的同工酶CK-MM及其亚型是骨骼肌酶释放的早期指标。骨骼肌是人体唯一的含几乎100％CK-MM 同工酶形式的组织，因此，可以认为骨骼肌特异性更强的 CK-MM 及其亚型更能准确地为肌肉损伤提供早期指示，并可以反映肌肉损伤和修复的过程。

目前CK-MB和CK-BB在肌肉损伤中的研究相对较少。有人研究认为骨骼肌中也含有少量的CK- MB，耐力运动员骨骼肌损伤时，CK- MB在肌肉和血清中也增加。Rahnama[29]认为，CK- MB 增多是骨骼肌对训练适应的表现，血清CK- MB 活性的升高主要来源于骨骼肌。而Arena 则认为耐力运动员血清CK- MB 活性的升高，来自于骨骼肌和心肌损害，或者两者兼而有之。而对CK-BB的研究发现[30]，血清CK-BB升高只见于超长距离跑后。由于以上的研究对象都是耐力运动员，长时间的运动后心肌是否已经损伤以致得出上述结论值得考究。

3 运动训练引起血清肌酸激酶活性增高的机制

运动能引起血清CK 活性升高，但对升高的机制还不完全清楚，并且存在一定的分歧。至今没有相关证据可以认为血清中存在激活剂或运动时CK 的酶蛋白合成增加或降解减慢引起血清CK 活性升高。目前有两种主要的观点对运动训练引起血清CK活性增高的机制加以解释。一种观点认为是血清CK活性增加与肌细胞膜通透性发生变化有关。正常情况下，肌细胞膜孔直径为3～40 埃，一般酶蛋白分子直径达到50～200 埃[5]，同时肌细胞的结构完整和功能正常，保证了酶极少透出细胞膜，故血清中CK等酶的活性较低。运动引起的温度升高、儿茶酚胺释放量增加、细胞内代谢产物的积累和渗透性增高、骨骼肌局部缺氧、高能磷酸化合物的减少、血浆蛋白增加、PH值降低、脂质过氧化反应、离子浓度改变等等，正是因为这些因素对细胞膜的刺激，可使细胞膜的通透性出现暂时可逆性的变化，从而使得肌细胞内的CK暂时大量漏出进入血液。Magal和Machado的研究[31-32]都支持这种观点。但李静先等应用硝酸镧标记染色法及透射电镜观察的结果是：血清CK 活性变化与肌细胞膜通透性改变并不一致，同时未发现肌细胞膜被破坏的迹象。由于两种结论均有一定的事实依据，因此还需进一步的实验加以验证。

还有一种很普遍的观点认为运动后血清CK活性变化的原因是由于运动导致肌细胞损伤，出现变性坏死和分解的结果。但从以往的国内外研究来看，结论也并不一致。争论的焦点在于血清CK 活性峰值是否先于肌肉形态学损伤峰值出现。Armstrong等对在跑台上长时间运动的大鼠骨骼肌进行组织学研究，结果发现肌肉组织出现灶状的肌纤维变性和坏死，变性部分的肌纤维横纹增宽，肌纤维排列紊乱，并可见单核细胞的积聚，说明有炎性反应发生，并且这种异常变化在运动后2～3h开始，24～48h最为严重，这种组织形态学的改变与血清CK活性升高时相是吻合的。但在近些年的研究结果发现[24,33]，虽然骨骼肌损伤的形态学变化和变化时相与此前的研究没有太大区别，但长时间运动尤其是长时间离心运动血清CK活性峰值出现在运动后即刻，与骨骼肌损伤形态学峰值出现在运动后1天或更长的时间的这种延迟性变化不一致。对纤维结合蛋白（fibronectin）和抗肌萎缩蛋白（dystrophin） 这两种标志肌细胞胞浆膜完整性丧失与否的蛋白的时相性研究也支持了这种变化的存在[34-35]。血清CK 活性峰值与肌肉形态学损伤峰值之间究竟存在怎样的变化规律，结果的不一致是否与运动方式和负荷等其它因素的不同有关，运动引起血清CK 活性升高的机制究竟是怎样的，还值得进一步研究。

4 肌酸激酶及其同工酶研究展望

随着分子生物学和体育科研的发展，特别是分子克隆技术在体育实践中的应用，近年来CK及其同工酶的研究取得了较大的进展。从酶动力学方法、化学发光法到更为方便创伤更小的微量、全血的检测法，从传统的等电聚焦电泳法、聚焦层析法、高效液相层析法到更为简便、更为实用的免疫抑制法、单克隆抗体测试法，CK及其同工酶的检测技术和方法在不断改进，检测更方便，结果更精确。

同时在近些年运动训练生化监控过程中，指标的选择也不只局限于血清CK及其同工酶，血清乳酸脱氢酶（LDH）及其同工酶等几个常用指标，而是将它们与丙氨酸转氨酶（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）及其同工酶、琥珀酸脱氢酶（SDH）、血清和尿肌红蛋白（Mb/UMb）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、尿三甲基组氨酸（3Mehis）、血液白细胞介素- 6（IL-6）等血清酶和细胞因子的指标结合起来，对运动员的训练和比赛过程、运动负荷适应及恢复情况进行综合的评价，既避免了单一指标的局限性，也使运动训练的生化监控更加科学和有效。

针对CK及其同工酶基因结构和酶蛋白相关表达的研究也已经成为当前体育领域，尤其是训练监控领域研究的热点。人类CK基因定位在第14、15、19 号染色体上，CK-M基因定位于19q13. 2 - 13. 3，CK-B 基因定位于14q32. 3，sCK-Mit酶和uCK-Mit酶被不同的基因编码，前者基因定位于15q13. 3，后者基因定位于15q15。CK同工酶的各类亚基间氨基酸顺序存在广泛的相似性，这为酶发挥其生物学功能奠定了结构上的基础。利用单抗与处于翻译过程中的核糖体相结合，可以提取所需要的mRNA，进行cDNA 克隆，以此来研究CK基因结构和酶蛋白一级结构，以及各种激素、细胞因子、蛋白因子与CK基因调控的关系。利用单抗与酶蛋白的特异抗原决定簇结合，来研究酶分子的功能区，进一步了解酶分子的结构及作用机制。可以预言，分子克隆技术的应用会使CK及其同工酶的研究取得更大的进展。

当今体坛，各国的运动员都在不断超越人类的运动生理极限，以创造更好的运动成绩，这对运动训练的科学和合理化提出了更多更高的要求。CK及其同工酶的测定能为教练员提供重要的信息，了解运动员的肌肉刺激程度、对训练的适应水平及机能状态，切实保证科学的训练。随着肌酸激酶及其同工酶研究的不断深入，人们终将会搞清运动训练与肌酸激酶及其同工酶活性变化的机制。

[1] Kenney K, Landau ME, Gonzalez RS,et al.Serum creatine kinase after exercise：drawing the line between physiological response and exertional rhabdomyolysis [J]. Muscle Nerve, 2012,45（3）：356～362.

[2] Rodrigues BM, Dantas E, de Salles BF, et al.Creatine kinase and lactate dehydrogenase responses after upper-body resistance exercise with different rest intervals[J].J Strength Cond Res. 2010,24（6）：1 657～1 662.

[3] Perry CG, Kane DA, Herbst EA,et al. Mitochondrial creatine kinase activity and phosphate shuttling are acutely regulated by exercise in human skeletal muscle[J].J Physiol. 2012,590（Pt 21）：5 475～5 486.

[4] 许豪文. 运动生物化学概论[M]. 北京：高等教育出版社，2001，12.

[5] Wolf MR, Fragala MS, Volek JS, et al.Sex differences in creatine kinase after acute heavy resistance exercise on circulating granulocyte estradiol receptors[J]. Eur J Appl Physiol, 2012, 112（9）： 3 335～3 340.

[6] Evangelista R, Pereira R, Hackney AC,et al.Rest interval between resistance exercise sets：length affects volume but not creatine kinase activity or muscle soreness [J].Int J Sports Physiol Perform, 2011, 6 （1）：118～127.

[7] 冯连世，等. 优秀运动员身体机能评定方法[M]. 北京：人民体育出版社，2003，2.

[8] MG Arnett,R Hyslop,CA Dennehy,etal.Age-related variations of serum CK and CK-MB response in females[J]. Can J Appl Physiol,December 1，2000，25（6）： 419～429.

[9] Hsu CC, Ho MC, Lin LC, et al.American ginseng supplementation attenuates creatine kinase level induced by submaximal exercise in human beings[J].World J Gastroenterol,2005,11（34）：5 327～5 331.

[10] Novak L.P,Tillery G. W. Relationship between serum creatine phosphor kinase to body composition[J]. Hum Biol 1977,49：375～80.

[11] Apple FS,MA Rogers,WM Sherman,etal.Profile of creatine kinase isoenzymes in skeletal muscles of marathon runners[J]. Clin Chem,1984,30：413～5.

[12] Langberg H.Time pattern of exercise-induced changes in type I collagen turnoverafter prolonged endurance exercise in humans[J]. Calcif Tissue Int 2000, 67（1）：41～44.

[13] Amelink GJ,Kamp HH,Bar PR Creatine kinase isoenzyme profiles after exercisein the rat： sex-linked differences in leakage of CK-MM[J]. Pflugers Arch 1988,Sep,412（4）：417～21.

[14] 于新凯，田 野. 1周跑台训练对大鼠骨骼肌α-actin基因表达的影响[J]. 中国运动医学杂志，2001，20（1）：16～18.

[15] 王瑞元. 一次力竭性离心运动后大鼠骨骼肌α2actin 代谢，α2actin和MHC 基因表达及针刺对其影响[D]. 北京体育大学博士论文，2000.

[16] Tiidus PM, Holden D, Bombardier E, etal. Estrogen effect on post-exercise skeletal muscle neutrophil infiltration and calpain activity[J]. Can J Physiol Pharmacol,2001,79（5）：400～406.

[17] 田振军，等. 过度训练对大鼠血清CK、LDH、SOD、SDH 活性及UMb含量影响的研究[J]. 中国运动医学杂志，2000，19（1）：49～50.

[18] 毕秋云，等. 递增负荷训练后大鼠血清CK及其同工酶、LDH、ALT、AST活性变化[J]. 中国运动医学杂志，2006，25（5）：593～595.

[19] 佘军标. 对田径、跆拳道、举重、自行车运动员训练后CK、BUN 值的比较研究[J]. 沈阳体育学院学报，2004，23（3）：401～402.

[20] Berg A,Weinstock C,D Konig, et al. Effect of exhaustive exercise stress on the cytokine response [J]. Med Sci Sports Exerc,1997,29（3）：345～353.

[21] 崔玉鹏，杨则宜，许葆华，等. 大鼠不同方式运动后骨骼肌损伤与血浆CK及其同工酶变化的关系[J]. 中国运动医学杂志，2003，22（6）：561～565.

[22] Nosaka K and Clarkson PM.Relationship between post-exercise plasma CK elevation and muscle mass involved in the exercise[J]. Int JSports Med, 1992,13（6）：471～475.

[23] Sorichter S, Koller A, Haid C, et al Lightconcentric exercise and heavy eccentric muscle loading：effects on CK,MRI andmarkers of inflammation[J]. Int J Sports Med,July 1,1995,16（5）：288～292.

[24] 袁建琴，王瑞元. 血清肌酸激酶与骨骼肌损伤关系的探讨[J].沈阳体育学院学报，2004，23（3）：355～357.

[25] Friden J. and Lieber R. L.Serum creatine kinase level is a poor predictor of muscle function after injury[J].Scand J Med Sci Sports 2001,11：126～127.

[26] 崔玉鹏. 运动后血清CK活性变化与骨骼肌损伤及其在运动实践中应用的研究[D]. 北京体育大学博士论文，2002.

[27] Heled Y, Bloom MS, Wu TJ,et al.CK-MM and ACE genotypes and physiological prediction of the creatine kinase response to exercise[J].J Appl Physiol,2007 ,103（2）：504～510.

[28] Yamin C, Amir O, Sagiv M, et al.ACE ID genotype affects blood creatine kinase response to eccentric exercise[J].J Appl Physiol,2007,103（6）：2 057～2 061

[29] Rahnama N, Faramarzi M and Gaeini AA.Effects of Intermittent Exercise on Cardiac Troponin I and Creatine Kinase-MB[J].Int J Prev Med,2011,2（1）：20～23.

[30] Smith J E , Garbutt G, Lopes P , et al. Effects of prolonged strenuous exercise （marathon running） on biochemical and haematological markers used in the investigation of patients in the emergency department[J]. Sports Med ,2004 , 38：292～4.

[31] Magal M, Dumke CL, Urbiztondo ZG, et al.Relationship between serum creatine kinase activity following exercise-induced muscle damage and muscle fibre composition[J].J Sports Sci. 2010,28（3）：257～266.

[32] Machado M, Willardson JM, Silva DR, et al.Creatine kinase activity weakly correlates to volume completed following upper body resistance exercise[J].Res Q Exerc Sport,2012,83（2）：276～281.

[33] Hentzen ER, Lahey M, Peters D, et al Stress-dependent and -independent expression of the myogenic regulatory factors and the MARP genes after eccentric contractions in rats[J].J Physiol. 2006 ,570 （Pt 1）：157～167.

[34] Kato A, Nakamura K, Kudo H, et al.Characterization of the Column and Autocellular Junctions That Define the Vasculature of Gill Lamellae[J].J Histochem Cytochem. 2007,3：17.

[35] Fukushima K, Nakamura A, Ueda H, et al.Activation and localization of matrix metalloproteinase-2 and -9 in the skeletal muscle of the muscular dystrophy dog （CXMDJ）[J].BMC Musculoskelet Disord. 2007,8（1）：54.

Advance of Research Between Sports Training Creatine Kinase and its Isozymes

LIU Feng-bin

This study summarizes the domestic and overseas achievements of the research in Creatine Kinase and its isozymes and factors which influenced by sports training in serum CK and its isozymes activity in the recent past few decades by literature. Moreover, the prospects of the correlated research are given. Studies show that the activity of serum CK increases with sports training of any loading, so do its isozymes. Because of the significant deviation in cell and blood, serum Ck and its isozymes become the fairly ideal biochemical indicators which can reflect the loading stimulus of the muscle and evaluate the adaptation of sports training.

Creatine Kinase; Isozymes; Sports training

1007―6891（2014）01―0042―05

G804.7

A

2013-06-18

河北省自然基金项目（C2008000177）和大连市科技局科技计划项目（2010E15SF165）联合资助。

大连大学体育学院，辽宁 大连，116622。

College of P.E. in Dalian University, Liaoning Dalian, 116622, China.