不同理化因素对肌肉疲劳影响的探讨

张声蓉 张东东 郑彩顺 梁燕玲 董艳芬

广东药学院 1 公共卫生学院预防医学专业 2 基础学院生理教研室，广东省广州市 510006

随着体育运动竞赛竞争日益激烈以及体育运动的推广，进行科学合理训练与运动，降低肌疲劳对训练的影响，提高训练效果显得尤为重要。很多研究主要是观察温度，前后负荷和镁离子等因素对蛙腓肠肌收缩的影响，较少关注这些因素对肌疲劳的影响。本文通过探讨不同浓度镁离子、前负荷、温度等理化因素对蛙腓肠肌肌疲劳的影响，为运动医学提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 仪器和药品试剂 MedLab生物信号采集处理系统（南京美易公司生产）、YP100张力换能器、浴槽和刺激电极等。任氏液、氯化镁（1.0mmol／L、5.0mmol／L和10.0mmol／L）。

1.2 实验动物 实验动物采用虎纹蛙，体重50～60g，雌雄不拘，共38只，76个样本，随机分为9个组。分别为正常对照组，各实验组为氯化镁低浓度（1.0mmol／L）组、中浓度（5.0mmol／L）组、高浓度（10.0mmol／L）组；前负荷为10g和20g实验组；浴液温度为3℃、28℃和7℃实验组。

1.3 方法

1.3.1 腓肠肌标本制备［1］：完全破坏蛙脑和脊髓，剥离一侧下肢自大腿根部起的全部皮肤，固定于蛙板上，分离腓肠肌至膝关节，穿线结扎腓肠肌跟腱，连同结扎线将跟腱剪下，保留股骨1／2用作标本固定。

1.3.2 仪器连接、调试与观察指标：将腓肠肌标本股骨干残端固定于浴槽L型通氧管下端，肌腱上结扎线与张力换能器感应片垂直连接，在无外力的情况下调零。启动MedLab生物信号采集处理系统，设置实验参数如下：放大倍数：（×100）；刺激模式：自动幅度调节：主周期（2s），波宽（2ms），脉冲数（1），延时（1ms），增量（0.05V），寻找最大刺激强度（即引起肌肉出现最大收缩的最小刺激强度），暂停30s后采用最大刺激强度的连续单刺激模式，记录蛙腓肠肌最大张力下降50%所需时间作为肌肉疲劳主要观察指标。

1.3.3 统计学方法：采用SPSS13.0统计学分析软件，P＜0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 镁离子对腓肠肌疲劳的影响 制备32个蛙腓肠肌样本，随机分成4个组。A组：正常任氏液组，B组：镁离子低浓度（1.0mmol／L）组，C组：镁离子中浓 度 （5.0mmol／L）组，D 组：镁 离 子 高 浓 度（10.0mmol／L）组。在不同镁离子浓度溶液中浸浴10min，采用最大刺激强度刺激蛙腓肠肌，记录肌肉最大张力下降50%所需时间。实验研究发现，随着Mg2＋浓度升高到某一临界值之前，最大张力下降50%所需时间延长，表现为不容易发生疲劳。当Mg2＋浓度超过某一临界值，最大张力下降50%所需时间明显缩短。对实验数据进行单因素方差分析可见，各实验组与正常对组照（A组）比较，P＝0.05，提示不同镁离子浓度对肌肉张力下降的快慢有显著影响。B组和C组比较、C组和D组之间比较，均为P＜0.05，组间有统计学差异。但B组和D组之间比较，差别没有统计学意义（P＞0.05）。结果提示，镁离子浓度为5mmol／L时，肌肉最大张力下降最慢，肌肉不容易出现疲劳，是这三个浓度中的最适浓度（见表1）。

表1 不同浓度镁离子对蛙腓肠肌疲劳的影响

2.2 前负荷对腓肠肌疲劳的影响 实验组随机分成2组，一组前负荷为10g，另一组为20g，正常对照组设对照前负荷为零。用微调器调至相应前负荷，用最大刺激强度分别刺激蛙腓肠肌，记录最大张力下降50%所需时间。实验所得数据进行方差分析，结果可见，一定范围内增加前负荷，蛙腓肠肌最大张力下降50%所需时间延长，继续加大前负荷，抗肌疲劳时间随之缩短，但两实验组比较P＞0.05，说明变化幅度无统计学意义。结果表明，在最适前负荷基础上，前负荷在小范围内变化，对诱发肌疲劳可能不敏感（见表2）。

2.3 不同温度对腓肠肌疲劳的影响 取蛙腓肠肌样本随机分成3组，分别是7℃任氏液组、28℃任氏液组和37℃任氏液组。实验数据进行单因素方差分析，结果表明，温度为28.5℃时，自身对照最大肌张力下降10%与30%比较、30%与50%比较，均为P＞0.05，提示蛙腓肠肌张力下降百分比速率相对均衡。温度为7℃蛙腓肠肌最大张力下降百分比速率相对减缓，温度为37℃最大张力下降百分比速率相对增加，提示低温或高温对肌张力下降百分比速率影响显著（P＜0.05，见表3）。

表2 不同前负荷对蛙腓肠肌疲劳的影响

表3 不同温度对蛙腓肠肌疲劳的影响

3 讨论

曹国红等实验表明，当任氏液中加入少量Mg2＋时，可以激活更多的Na＋－K＋依赖式ATP酶，细胞分解ATP多，获得能量增多，肌肉收缩能力增强，而任氏液中高浓度Mg2＋使肌肉收缩能力显著或极显著减弱［2］。本实验发现，随着镁离子浓度的上升，抗肌疲劳时间随之延长，达到最适浓度时，达最长，镁离子浓度过高，抗肌疲劳时间明显缩短。其发生机理可能是：细胞外液过多Mg2＋进入细胞后，在肌钙蛋白与Ca2＋竞争非特异性的结合部位，导致胞浆中Ca2＋浓度的增加，从而导致线粒体钙聚积，容易诱发疲劳。

本实验可见，适当增加前负荷，蛙腓肠肌最大张力下降10%、30%和50%所需时间延长，但过高前负荷，抗肌疲劳时间缩短，但下降幅度并不大。骨骼肌的自然长度大致相当于最适初长，粗细肌丝重叠状态最理想，收缩张力最大。当前负荷过大，肌小节长度大于最适初长，使横桥数目减少，收缩效果减弱。另一方面，长时间静态负荷作用于骨骼肌，可引起细胞线粒体钙浓度增高，Ca2＋－Mg2＋－ATPase活力降低，MDA水平增加［3］。本结果表明，前负荷在一定范围内增加，不容易致肌疲劳。

有研究表明，蟾蜍腓肠肌收缩的最适温度为20～25℃［4］。温度在20～30℃变化时，对牛蛙离体腓肠肌的影响主要表现在舒张期，在25℃时最不容易发生疲劳［5］。本实验可见，28℃蛙腓肠肌张力下降百分比速率相对均衡，温度为7℃最大张力下降百分比速率相对减缓，温度为37℃最大张力下降百分比速率相对增加。结果提示，低温可以延缓蛙腓肠肌疲劳。其作用机理可能是：ATP合成过程是一系列的酶促反应，温度过高将影响酶的活性，影响能量供应，导致肌肉收缩能力的改变。另一方面ATP的缺乏，影响钙泵功能，导致钙离子代谢异常，影响肌肉舒张速度。在一定范围内降低温度，可提高肌肉弹性，降低黏滞性，对肌收缩有保护作用。但其具体作用机制有待进一步探讨。

综上所述，本实验探讨镁离子浓度、前负荷、温度与肌疲劳的关系，得出以下结论：（1）随着镁离子浓度上升，抗肌疲劳时间延长，达最适浓度时，抗疲劳时间最长，过高浓度使抗疲劳能力减弱。（2）适当增加前负荷可延长抗肌疲劳时间。（3）高温比低温更容易诱发肌疲劳。运动性肌疲劳的产生是一个动态过程，以往的研究多集中于单方面因素的研究，因此通过多因素实验研究，进一步完善运动性疲劳的理论具有特别重要的意义。

［1］王建红，董艳芬，陈伟强.医学机能学实验〔M〕.第2版.北京：中国医药科技出版社，2010：45－47.

［2］曹国红，艾洪滨，朱立华，等.不同浓度 MgCl2溶液对蟾蜍离体心脏收缩力和心率的影响〔J〕.生物医学工程研究，2006，25（3）：151－153.

［3］王灿，王岚兰，赵肃，等.静态负荷对大鼠骨骼肌细胞线粒体功能的影响〔J〕.中国职业医学，2010，37（4）：278－281.

［4］赵敬国，李建文.温度对蟾蜍腓肠肌收缩能力的影响〔J〕.山东科技，2002，24（3）：36－37.

［5］陈彤，黄仁美.温度对牛蛙腓肠肌收缩性的影响〔J〕.福建畜牧兽医，2008，30（6）：7－9.