高温环境下有氧运动对水通道蛋白通透性的影响

赵丽丽

摘 要 水是人体细胞的主要组成部分，在人体不同的组织细胞中，水的比例占人体总体重的70%左右，大多数细胞的生长、凋亡、修复、再生等生化反应都是在水环境中进行，在维持不同组织体液平衡和内环境稳态中，水分子跨越细胞膜的快速运输是通过水通道蛋白来实现的。在室外温度高达30℃左右的条件下，当机体进行长时间有氧运动或从事长时间作业时，由于机体大量出汗，体液大量丢失，血乳酸含量增加，血液渗透压升高，机体则出现过度疲劳现象。因此，在机体内环境呈酸性，体温急剧升高，代谢产物堆积，血液有效渗透压降低的共同作用下，将使机体水通道蛋白（aquaporin，AQP）的通透性功能产生障碍，直接影响机体对水平衡和酸碱平衡的调节作用。

关键词 高温环境 有氧运动 水通道蛋白 通透性

中图分类号：G804.5 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.10.017

水通道蛋白是一种膜蛋白，它普遍存在于人体不同组织的细胞膜上，它是一族具有選择性并能高效转运水分子的特异性孔道蛋白，也称为水孔蛋白（APQ）。水分子跨细胞膜的快速运输是通过水通道蛋白来实现的，在机体大量出汗导致尿液浓缩并防止出现脱水现象有着重要的生理意义。自1992年以来，Agre等人就从红细胞膜上发现第一个水通道蛋白（AQP1），之后有关水通道蛋白的结构和功能等方面的研究也就取得了迅速发展。目前， APQ在蛋白质序列上已有11个具有同源性的成员（APQ0～AQP10），并在不同组织细胞的物质代谢和物质转运过程中发挥着重要作用。

1 水通道蛋白的发现

水分子，是一种不带电荷且半径又极小的极性分子，可以自由穿过水通道蛋白。在水通道的发现之前，人们认为：这是水分子透过质膜的唯一方式。水通蛋白相对分子质量不大，每个亚基上都各有一个小孔，在很早以前，它就被证实是一类能通过自由扩散穿透脂质双分子层的膜蛋白，其水分子跨膜转运对维持不同组织间的体液平衡和内环境稳态有着非常重要的作用。1988年，Agre等在人类红细胞膜上纯化分离分子量为32€？06的Rh多肽时，偶尔鉴定到一种新的分子量为28€？06的整合膜蛋白，并且通过免疫印迹这种方法发现这类蛋白也存在于肾脏的近端肾小管中，把它称为类通道整合蛋白（channel-like integral membraneprotein，CHIP28），参与机体水平衡和酸碱平衡的调节。

2 水通道蛋白的分子结构

水通道蛋白分布比较广泛，它是一类高度保守的疏水小分子膜整合蛋白，各种亚型之间蛋白序列和三维结构也非常相似。目前，在哺乳动物、植物、两栖类、细菌、酵母菌以及各种各样的有机体中都已经发现了水通道蛋白的存在，其中哺乳动物水通道蛋白的分子大小在26€？06～34€？06之间，氨基酸序列同源性为19%～52%。

3 高温环境下有氧运动对机体的影响

在室外温度高达30℃左右时，机体进行长时间有氧运动或从事长时间户外作业，负荷强度控制在人体最大负荷强度的70%～85%之间，心率140～160次/min，机体从持续运动直至出现运动性疲劳这一现象，导致肺通气量减少，血红蛋白携带氧量的能力下降，心脏每搏输出量减少，骨骼肌代谢率下降，同时，肌糖原储备大量消耗至殆尽，ATP生成总量减少，血乳酸大量堆积，并伴有体液大量丢失，体温急剧升高，细胞内渗透压升高，机体运动能力迅速降低，直至出现运动性疲劳。

4 高温环境下有氧运动对水通道蛋白通透性的影响

在长时间有氧运动过程中，机体进行物质代谢、物质运输时，水分子在维持不同组织细胞液平衡和内环境稳态中起着重要作用。由于水通透性蛋白是一种处于持续开放状态的膜通道蛋白，水分子在转运的过程中不需要消耗任何能量，同时也不受离子门控机制的影响。机体不同组织细胞膜两侧的渗透压差，一般对水分子通过水通道的移动方向起着关键作用，其水分子通常从渗透压低的一侧向渗透压高的一侧移动，直到细胞膜两侧的渗透压达到平衡为止。因此，当机体长时间运动后，机体渗透压会因体液大量丢失、代谢产物堆积、有效渗透压下降、造成细胞膜受损、APQ功能不全或APQ功能暂时性消失等因素的影响，将会对AQP的通透性功能产生不良的影响作用，引起机体代谢产物大量堆积不能及时排出体外，导致尿液浓缩，出现尿量减少，运动能力迅速降低，就会出现运动性疲劳。同时神经中枢也相应地出现疲劳现象，机体下意识进行自我保护生理机制，并防止因过度运动造成运动损伤。相反，当机体在进行适宜的长期有氧耐力运动时，机体耐乳酸能力提高，红细胞携带氧的能力增强，代谢产物消除率增高，细胞有效渗透压升高，导致机体疲劳程度相对减轻，运动能力得到提高，出现运动性疲劳的时间也会相应地延长。

5 小结

水通道蛋白在机体进行物质代谢、物质转运等方面起着至关重要的作用。目前，随着人们对APQ功能的不断认识，尤其在运动训练过程中，避免造成APQ细胞膜通透性功能障碍的发生，为更好地预防运动机体提前进入疲劳状态，其降低APQ的通透性对维持机体内环境稳态具有非常重要的生理意义。此外，APQ还有助于人们更深入地研究运动机体组织细胞水平衡和酸碱平衡调节的通道机制，并对其生理作用及其功能调节的研究方面逐渐深入化，同时也为某些因过度运动训练引起的水平衡和酸碱平衡代谢紊乱所导致的运动性疲劳这一现象提供了一条新的探索思路。

参考文献

[1] DenkerB.M.，SmithB.L.，KuhajdaF.P.etal.Identification，purification，and partial characterization of a novel Mr 28000 integral membrane protein from erythocytes and renal tubules.J Biol Chem，1988.263（3）：15634.

[2] JungJ.S.，Preston G.M.，Smith B.L.et al.Molecular structure of the water channel through aquaporin CHIP，the hourglass mod-el.J Biod chem，1994.269：14648-14654.

[3] 隋海心，任罡.水分子通道蛋白的结构与功能[J].化学进展，2004.16（2）：145-152.

[4] 才丽平，赵金茹，林庶茹，等.水通道蛋白研究进展[J].解剖科学进展，2003.9（2）：167-170.

[5] Vitellaro- Zuccarello L， Mazzetti S， Bosisio P， et al. Distribution of Aquaporin 4 in rodent spinal cord： relationship with astrocyte mark-ers and chondroitin sulfate proteoglycans[J].GLIA，2005.51（2）：148-159.endprint