肌肉运动疲劳的生物标志物研究进展

赵海涛，曹庆雷，刘 鑫，李小兰

运动诱发的肌肉疲劳是在短时间高强度运动(急性肌肉疲劳)或者长时间持续高强度运动(延迟运动诱发的疲劳)后发生的，其特征主要表现为中枢神经系统疲劳、神经内分泌和造血系统功能受到抑制、免疫功能和机体抗过氧化能力下降等[1-2]。肌肉疲劳过程中会产生相应的生物物质，这些物质称为生物标志物。广义的生物标志物是指生物体产生的可测量的产物或物质，可用作生物状态的指示物，并用于对机体进行诊断、监测或风险评估[3]，也可以用于客观地评估个体的生物或病理过程。生物标志物会受各种因素的影响，包括年龄、性别以及个人生理状况等[4-5]。肌肉疲劳生物标志物的分类遵循疲劳机制和疲劳期间的代谢变化以及疲劳后产生的表型等。由于肌肉疲劳产生原因很复杂，因此没有有效用于评估肌肉疲劳的单一生物标志物。用多个分解代谢生物标志物比单个生物标志物可以更好地预测肌肉疲劳现象[6]。为了更好的梳理肌肉疲劳的相关生物标志物，从生物标志物的获得方式对生物标志物进行分类(图1)，主要包括侵入式肌肉疲劳生物标志物:ATP 代谢，氧化应激，免疫；非侵入式肌肉疲劳生物标志物:功率输出测量，电生理测量，心脏测量等。

图1 肌肉疲劳示意图Figure 1 Schematic diagram of muscle exercise fatigue

1 侵入式生物标志物

侵入式生物标志物大多来源于血液，还有一些来自唾液或尿液。主要是由于ATP 消耗、氧化应激反应、免疫损伤等过程产生的，这些过程产物可以用于肌肉疲劳检测。

1.1 能量代谢的生物标志物

运动过程中，能量代谢的直接供能物质是三磷酸腺苷(ATP)，随着运动的进行，储能物质会逐渐减少。与能量代谢相关的肌肉疲劳的标志物主要包括乳酸，氨和氧化嘌呤等[1]。

1.1.1 乳酸

在氧化磷酸化不能为机体提供足够的ATP 时，ATP 的产生就会从有氧过程转变为无氧糖酵解或糖原分解过程。乳酸是无氧呼吸的产物之一，通常乳酸随着运动强度增加而呈线性增加[7]，当运动强度超过一定范围后，血清乳酸含量呈指数增长[8]。血清乳酸含量的增加并不随年龄变化，在性别之间也没有差异，也不依赖于身体状况[9]。但是，乳酸检测有一定的局限性，它还取决于环境温度、饮水、饮食情况及乳酸清除率和糖原含量等[10]。在对运动员进行的疲劳研究中，血清乳酸含量会随疲劳程度的上升而增加[2]。在对12 名健康受试者的进行的一项研究中，核心稳定训练后血清乳酸含量会降低，表明在这种条件下乳酸清除率得到了改善[11]。所以，不同的运动方式会影响乳酸作为肌肉疲劳标志物的准确性。

1.1.2 氨

氨主要来自于5' -腺嘌呤核苷酸(AMP)转化成次黄嘌呤核苷酸(IMP)及氨基酸的降解过程中，短期运动和长期运动后氨含量都会增加[3]。蛋白激酶(AMPK)是AMP 向IMP转化的催化酶之一，心肌细胞中的AMPK 可以被运动激活，并随运动时间和强度的增加而增加。同时AMPK 在糖原的厌氧代谢转变为血糖和脂肪酸的氧化代谢过程中也起到重要作用。AMPK 还参与到长期的代谢适应过程中，例如经过长时间的训练会使线粒体数量提高[12]。虽然很多研究已经报道了氨的相应参考值，但是影响其参考值的因素有很多，比如血清氨含量不依赖年龄的增长而增加[12]，但是对性别和身体健康的依赖性研究不多，就性别而言，男性在短跑运动后氨的增加要明显高于女性。对训练和未训练的健康受试者进行测量，结果显示在运动期间血清中的氨增加了约1/3[13]。这是因为在运动期间，AMP 降解增强使血清氨和细胞内IMP 水平会同时增加。由于氨含量紧密地跟随乳酸反应而变化，故可作为监测肌肉疲劳的标志物。

1.1.3 次黄嘌呤和黄嘌呤

次黄嘌呤(IMP)是天然存在的嘌呤衍生物，是核酸的重要组成部分，主要存在于转运核糖核酸(tRNA)中。黄嘌呤(XMP)是一种广泛分布于人体器官及体液内的一种嘌呤碱。IMP 和XMP 都属于黄嘌呤。黄嘌呤会随运动增加而增加且与ATP 消耗呈正相关[3]。在剧烈的体育运动期间，黄嘌呤是肌肉细胞能量耗尽的特殊而敏感的生物标志物[14]。在对20 位健康男性的研究显示次黄嘌呤的血浆浓度在运动结束时增加明显[15]。由于血清次黄嘌呤与细胞内部消耗ATP 的量直接相关，所以它是肌肉疲劳的良好生物标志物。

1.1.4 其它代谢相关的生物标志物

运动过程实际是一个不断消耗能量用来做功的过程，由于能量的消耗，代谢产物的堆积导致做功能力下降，与能量代谢相关的标志物还包括某些催化酶，如血红蛋白运送氧气，肌肉疲劳时导致血红蛋白(HB)下降；血清肌酸激酶(CK)是ATP 恢复反应的催化酶，肌肉疲劳时进入血液导致其在血液中浓度升高；血清睾酮/皮质醇比值(T/C)是指示体内合成和代谢的激素类物质，根据机体的合成和代谢比例反映机体疲劳程度；琥珀酸脱氢酶(SDH)是线粒体内膜中参与三羧酸循环的关键酶，肌肉运动时，大量的SDH 进入血液导致肌肉疲劳。还有很多与代谢相关的标志物，在前人研究中已经描述得较为详细[3]。

1.2 氧化应激的生物标志物

运动诱导活性氧(ROS)的过量产生，导致氧化应激，进而导致运动疲劳和运动能力下降[15]。氧化应激在运动刚结束后是最剧烈的[2]，其参数通常也在运动结束后立即增加[22]。ROS 形成的氧化应激涉及到各种大分子损伤，免疫功能障碍和肌肉损伤等[15]。并且ROS 的增加也会导致脂质过氧化、蛋白质氧化或者核酸氧化的增加。其过程中涉及到的标志物主要包括硫代巴比妥酸反应性物质(TBARS)、谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、过氧化氢酶、总抗氧化能力(TAC)[16]和蛋白质氧化生物标志物(蛋白质羰基化合物)等。

1.2.1 硫巴比妥酸反应物质

硫巴比妥酸反应物质是脂质过氧化的终产物，可以与硫代巴比妥酸反应形成荧光红色化合物[3]，是脂质过氧化和氧化应激的重要指标[2]。由于低密度脂蛋白的过氧化和氧介导的肌细胞膜损伤而使TBARS 出现在血清中，并随年龄增长，身体健康程度而增加。与男性相比，女性血清中的含量更低[3]。TBARS 在运动开始几分钟后开始增加，并且在运动完成后也会继续增加。在健康男性中，经过高强度训练一段时间后约有超过95%的人会产生TBARS。运动期间TBARS 的增加会伴随着热休克蛋白(HSP)产生的减少，这就表明了运动过程中的氧化应激是由于HSP 的产生不足导致的[17]。

1.2.2 异前列素

异前列素是前列腺素样化合物，在体内来自于必需脂肪酸的过氧化作用。异前列烷酯化为细胞膜中的磷脂，并通过磷脂酶的作用以游离形式释放以在体液中循环。异前列素是脂质过氧化的精确标记，并且它们的运动相关增加反映了肌肉活动后对细胞膜的氧化损伤程度。异前列素通常在血清，尿液或其他体液和血细胞中检测到。异前列素随年龄增加而增加[18]，并且研究显示女性产生的异前列腺素比男性略低。

1.2.3 蛋白质羰基化

蛋白质羰基化物主要来源于白蛋白或其他血清蛋白的氧化作用[19]。蛋白质羰基被认为是氧化性蛋白损伤的标志物，通常在血清中测定[19]。运动后蛋白质羰基化的升高归因于吞噬细胞进入肌肉组织后，产生ROS 并伴有随炎症和酸痛。有研究证实，在进行70% ˙VO2max运动30 min，蛋白质羰基在24 h 后增加了1.6～2.4 倍[20]。在超级马拉松运动后，其含量在48 h 达到最高[20]。

1.2.4 谷胱甘肽

谷胱甘肽(GSH)几乎存在于所有细胞中，是最重要的抗氧化剂[21]。作为抗氧化剂，GSH 可以取代卤素、硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐或硝酸盐等基团。健康受试者在大负荷量训练期间，GSH 会降低，这可能与运动能力的下降有关。一般在运动开始后的约5 min 可以观察到GSH 最大程度的减少[3]。除了ROS 清除之外，GSH 是抗坏血酸和α -生育酚再生所需的重要物质。GSH 与氧化谷胱甘肽(GSSG)比值的降低与运动能力的下降和氧化水平的增加密切相关，表明了GSH 的含量与肌肉疲劳的高度相关性。

1.2.5 谷胱甘肽过氧化物酶

谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)是在低强度运动下可以清除过氧化氢(H2O2)的酶， H2O2是在IMP 降解为尿酸期间由黄嘌呤氧化酶形成的超氧化物。而在高强度运动下，H2O2的产生量却超过了GPX 的催化能力。GPX 普遍存在机体的各个组织中，可以在大多数体液和细胞中发现。在健康受试者中，GPX 随运动强度增加。为了补偿GPX 对H2O2的清除不足，过氧化氢酶的产生在进行更高水平的运动时明显增加。但是H2O2的过量会引起肌肉收缩能力的下降，从而增加肌肉疲劳程度[22]。

1.2.6 过氧化氢酶

过氧化氢酶是一种普遍存在的催化H2O2分解成水和氧的酶。该酶具有较高的周转率。一项研究表明:过氧化氢酶的含量值在女性中普遍较低，并随年龄增长而下降，但在对健康体育学生的研究中却没有报告此性别差异。在后来的研究显示:过氧化氢酶在短距离运动后明显增加，并且增加水平与个体差异联系较小。在健康男性中，血清过氧化氢酶水平仅在非常高强度训练后才会有所增加[23]。

1.2.7 丙二醛(MDA)

MDA 是机内进行的氧化反应的代谢产物之一，在一定程度上MDA 可以反应细胞受到氧化或者自由基攻击的受损程度。高强度运动后脂质过氧化产物MDA 含量明显增高，MDA 的含量在一定程度上跟肌肉的疲劳程度成正相关。对超长马拉松运动员完成比赛后血浆分析证实，运动结束后体内的MDA 含量明显升高，同时超氧化物歧化酶(SOD)的活性也升高[23-24]。通过分析SOD/MDA 可以反映体内自由基生成和清除速率，进一步深入客观分析自由基代谢的实际变化，进而可以了解肌肉的疲劳程度。

1.2.8 总抗氧化能力(TAC)

TAC 包括细胞内的特异和非特异性抗氧化物。特异性抗氧化物包括抗氧化酶(GPX)、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶(SOD)，非特异性抗氧化物包括谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸、白蛋白、尿酸、生育酚、类胡萝卜素、辅酶Q、胆红素、酸半胱氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸和金属螯合物等。TAC 的非酶抗氧化的性质通常通过铁还原抗氧化剂(FRAP)试剂测定，通常在血清中检测，并且此反应与年龄和性别有关[24]。TAC随着年龄增加而增加，这是因为蛋白质羰基化合物和高级氧化蛋白质产物(AOPP)随年龄增加，这些产物都与TAC 密切相关。TAC 在早上的含量比下午更高[25]，在运动期间减少。在健康男性中，强化训练引起双相TAC 反应，在低强度和中高强度训练后显著增加，在非常高强度训练后反而降低[25]。在所有训练结束后，尿酸增加，占TAC 增加的约1/3。此外，GSH 有助于TAC 的增加[25]。TAC 的增加表明身体的抗氧化防御系统在运动期间被激活[26]。

氧化应激的其他潜在生物标志物包括SOD、尿酸和总胆红素。它们已在其他文献中被详细描述[3]。大多数氧化应激生物标志物的缺点是昼夜波动，在晚上比上午更低[25]。与晚上相比，早晨静息时的抗氧化参数更高[16]。抗氧化效率随着年龄增加而降低，氧化应激的损伤随年龄增加而增加。

1.3 免疫相关的生物标志物

除了ATP 耗竭和ROS 产生之外，运动也会诱导炎症反应。大量的数据表明，骨骼肌会产生细胞因子，诱导全身处于抗炎症的状态[27]。Brandt 和Pedersen 为描述这种抗炎反应，将骨骼肌视为内分泌器官[27]。由骨骼肌产生的肌球蛋白包括白介素(IL)类(IL-6、IL-8、IL-15)、脑源性神经营养因子、类卵泡抑制素-1 等。炎症相关生物标志物是分解代谢生物标志物和包括参与细胞免疫应答的促炎因子。免疫相关的标志物主要包括IL 类，IL -受体拮抗剂(IL -RA)，TNF-α 和C-反应蛋白[28-29]等。

1.3.1 白细胞

运动会引起T 淋巴细胞从外周淋巴进入到血液中，运动后淋巴细胞会迅速减少。这种效应在CD8 分化簇和自然杀伤细胞群体中最为明显。在没有实际损伤的情况下，T 淋巴细胞募集代表应激组织在缺血的情况下发生了非特异性免疫应答[15]。这是由于免疫细胞产生ROS，同时促进运动后炎症的愈合。T 淋巴细胞的参考范围取决于年龄、性别和所应用的方法。在健康受试者中，CD4+和CD8+淋巴细胞在运动后动员到外周血中。这些变化表明，与血液中的T 细胞相比，通过运动动员的T 细胞增殖能力下降了。除了淋巴细胞之外，中性粒细胞在运动后也会增加[7]。

1.3.2 白细胞介素-6(IL-6)

IL-6 由T 淋巴细胞和巨噬细胞分泌，组织创伤后引起免疫反应，从而导致炎症[3]。IL-6 会增加葡萄糖的摄取和运动期间的肝葡萄糖生成以及胰岛素介导的葡萄糖降解，也参与脂肪分解和脂肪氧化[3]。IL -6 在运动开始后立即释放进入循环，并且在运动后立即达到顶峰。在发生后数小时内恢复正常。IL -6 与运动的持续时间、运动强度、活动肌肉数量和耐力相关，并且IL-6 含量在女性中高于男性[3]。

1.3.3 TNF-α

TNF-α 又称为促炎细胞因子，其主要由巨噬细胞产生并且能够诱导凋亡、炎症、细胞增殖和分化、调节组织细胞的更新，并抑制肿瘤发生和病毒复制。TNF -α 通过增加脂肪组织中游离脂肪酸的释放和增加脂肪细胞的脂解作用间接引起胰岛素抵抗[27]。正常条件下TNF -α 的参考范围在0.78 和3.12pg/ ml 之间，与年龄，性别和身体状况无关。在身体状况良好的情况下，TNF -α 水平基本不会改变。运动试验表明，肌肉疲劳与血清中TNF -α 含量相关[30]。在对716 名社区居民受试者的研究中，握力的减少与TNF -α 水平的增加相关[6]。

1.3.4 C-末端集聚蛋白片段(CAF)

集聚蛋白是神经肌肉接头的蛋白质。其活性受神经胰蛋白酶调节。它可将集聚蛋白切割成C -末端集聚蛋白片段(CAF)。如果神经肌肉接头的神经胰蛋白酶活性降低，则会降低能量输出[31]。在22 名健康老年受试者的研究中，在男性中，CAF 和疲劳阈值之间存在负相关性[31]。此结论认为CAF 浓度与肌肉疲劳的产生相关(仅在男性中)，却与年龄无关[31]。

1.3.5 皮质醇

皮质醇是由肾上腺皮质束状带合成分泌的一种糖皮质类固醇激素。其主要功能是增加糖异生，对蛋白质和脂肪代谢的影响亦非常显著。各种运动过后，皮质醇水平增加。唾液游离皮质醇含量在比赛之后的中长跑运动员体内呈增加趋势[32]。

1.4 其他潜在的侵入式生物标志物

一般情况下，血清中的维生素E 水平随着疲劳的增加显著降低。由氧化应激引起的疲劳的其他潜在生物标志物还包括HSP27 和HSP70，其保护细胞抵抗氧化应激。氧化蛋白终末产物AOPP 代表在肌肉疲劳期间的氧化代谢的另一种潜在生物标志物。AOPP 没有氧化剂性质，并且与松香和晚期糖基化终产物-戊糖苷相关，二者所代表的氧化剂介导蛋白质损伤。另外，IL -1RA，IL -8，IL -10，IL -15，TNF -αR1 和血浆DNA 也是潜在的标志物。其他潜在的监测疲劳的生物标志物包括睾酮，唾液免疫球蛋白A，天然杀伤细胞活性，嗜中性粒细胞吞噬活性，甲基组氨酸，葡萄糖-1 -磷酸，葡萄糖-6 -磷酸和牛磺酸，其中一些可以很容易地通过色谱或者质谱在唾液中测量。同时，在长期大强度运动中，钾从肌肉细胞不断流失，降低膜电位，从而使肌肉膜去极化。紧接着，肌肉会变弱[1，17]。此外，肌肉细胞中钾的消耗会导致进行性高钾血症[17]。所以，肌肉疲劳的发生还与很多离子浓度等有关(见表1)。

表1 肌肉疲劳的生物标志物分类(侵入式)Table 1 Classification of biomarkers of muscle fatigue (invasive)

2 非侵入式生物标志物

非侵入式生物标志物主要借助一些辅助设备，对人体的运动机能进行评定，主要包括机体做功能力、肌肉的电生理指标以及心肺功能等，由于其非创伤的特点，适宜大规模反复的进行测量，具有良好的发展前景。表2 是目前主要应用的指标。

表2 肌肉疲劳的生物标志物分类(非侵入式)Table 2 Classification of biomarkers of muscle fatigue (noninvasive)

2.1 功率输出标志物

2.1.1 步行和跑步

行走和跑步测试是常用的评估功率输出的手段。步行测试有很多种方式，包括400 m 步行测试、定时起跑测试、12 min 步行测试和楼梯攀登测试等。评估功率输出的另一种简单方法是测量跑步速度或距离。跑步速度的降低是间接测量肌肉疲劳的简单方法。在马拉松运动员运动后观察到跑步速度的下降[29]。在进行University of Montreal track test(UMTT)的22 名耐力运动员的研究表明，在UMTT 后，最大跑步速度测试保持不变，这可能是由于运动激活后的强化现象(PAP)。其他跑步测试包括20 m 内最大跑步速度(20 m冲刺测试，高强度跑步距离测试(THIR)和重复冲刺能力(RSA)运动，后两者的不足之处是有可能加重肌肉疲劳[33]。

2.1.2 舌压

评估延髓肌的功率输出的方法是测量舌头压力。舌头压力与延髓相关的功能表呈正相关[34]。与下肢肌肉相比，舌头压力与咽部，颈部和上肢肌肉的肌肉力量的相关性更强。肌肉疲劳后也会造成舌压的减少。研究发现，在延髓脊髓性肌萎缩患者中发现舌压降低现象，即使在没有吞咽困难患者中，这些患者的舌头压力也会减小，这是为了补偿他们的舌肌无力[34]。虽然舌压未被证实为肌肉疲劳的生物标志物，但对于肌肉疲劳，是一个有前景的监测指标。

2.1.3 跳跃

评估功率输出的另一种方式是跳跃测试。最常用的是纵跳(Counter Morement Jump，CMJ)测试，它会收集和分析诸如平均功率，峰值速度，峰值力(PF)，跳跃高度，飞行时间等参数[35]。该试验仅引起最小量的额外疲劳，因此是在运动前后进行肌肉疲劳监测常用的检测之一。在等动力运动后，同步运动峰值扭矩会在运动后24 h 降低。在运动后72 h内，运动表现似乎下降，然而在剧烈运动后力量保持不变[35]。用于测量功率输出的其他跳跃测试包括静态跳跃(SJ)测试[35]，垂直跳跃测试和跌落跳跃等。

2.1.4 自行车运动

评估功率输出的另一种方式是通过功率自行车测试。最常用的是自行车测功仪冲刺测试，其特异性地量化疲劳引起的肌肉做功的减少，这可能被CMJ 弹跳测试忽略。自行车测力计冲刺测试是一种监控耐力或团队成员的肌肉疲劳的方法[36]。

2.1.5 肌肉力量

运动后测量肌肉力是衡量肌肉疲劳的最常用的手段之一。运动期间输出功率的损失可反映肌肉疲劳程度。有很多方法可以进行测量，例如测量肌肉力可以用测力计、功率输出测量装置等进行评估。运动后，特别是在马拉松之后，腿和手臂的力量会减少[29]。最大等长收缩(MIFGC)在偏心收缩之后立即减小，在运动后48 h 保持抑制，压腿运动后功率输出也会减少。此方法的不足之处是峰值功率会有昼夜波动，即与早上相比，晚上值较高[16]。

2.2 电生理生物标志物

2.2.1 表面肌电(EMG)分析

应用EMG，通过位于选定肌肉的端板区域上的双极表面电极记录干涉图案。然后将信号传递到A/ D 转换器，进行带通滤波，并转换成均方根(RMS)或EMG 振幅的平均整流电压，其大致等于平均整流值(MRV)。此外，表面EMG干涉图案可以通过快速傅立叶变换分析其中值频率，平均功率输出或明显时期的平均频率(MF)[7]。MRV 或RMS 通常在运动后增加。MF 和平均功率输出通常在运动后降低[7]。因此，肌肉疲劳的特征是EMG 干扰模式振幅的增加(额外的运动单位的增加，发射频率的增加，放电的同步)和频谱向左移动[37]。肌肉疲劳恢复的特征在于EMG 振幅的降低和向右的频谱的移动[37]。

2.2.2 肌力矩

为了评估肌力矩，在静息肌肉上粘附表面电极，然后用恒定电流刺激，直到观察到力矩峰，主要的参数包括最大等轴力矩，最大肌力矩(峰值扭矩)和半松弛时间。运动后，力矩峰值通常降低，与老年人相比，年轻人的最大肌力矩的减少更明显[7]。

2.2.3 经颅磁刺激(TMS)

在8 例伴随2 min 最大肌力(MVC)的电伤害患者中，TMS 显示了静息期的延长和M 波反应面积和振幅的增加[38]。在肌肉疲劳中，这些效应可能会增加。该技术允许区分中心和外围对肌肉疲劳的影响[39]。

2.2.4 肌萎缩肌动图(MMG)

MMG 会测量峰值扭矩，收缩时间，松弛时间，加速力的发展和松弛，力松弛的斜率和tau 以及平均功率频率疲劳阈值[40]。峰值扭矩，力的加速度，松弛的加速度，力松弛的斜率和tau 力松弛会在肌肉疲劳期间降低。而收缩时间，松弛时间和力松弛的tau 都会增加[40]。

2.2.5 M-波持续时间

另一个监测肌肉疲劳的电生理方法是在运动神经刺激后对M-wave 的检测。首先观察弱刺激电流产生的最大的反应[7]，然后以10 mA 的差值增加刺激电流，直到达到清晰M 波幅度。此后，施加额外的25%的刺激电流，再去观察。在一项12 名健康男性进行标准化运动的研究中， M 波持续时间显著增加，而相应的面积和振幅则下降[7]。

2.2.6 神经传导速度

在一些研究中，无论是进行偏心或同心运动，肌肉疲劳会导致神经传导速度下降[3]。在力量型运动员以及耐力型运动员中，肌肉疲劳的程度与神经传导速度呈负相关[2]。与神经传导速度相反，至少在动态运动期间，由表面肌电EMG 评估的肌纤维传导速度(MFCV)随肌肉疲劳降低。在诸如疲劳等长收缩等静态锻炼中，MFCV 保持不变。

2.2.7 EMG 疲劳阈值

EMG 疲劳阈值被定义为个体可以无限维持的锻炼强度，最近人们引入了一种新的实用可靠的方法来确定EMG疲劳阈值。在疲劳阈值(PWCFT)下的做工能力被定义为最高功率输出的平均值，通过PWCFT 测量，可以区分不同的运动强度。在这方面有参考意义的还有气体交换阈值(PGET)、呼吸补偿点(PRCP)和临界功率[2，37]相关的功率输出。PWCFT，PGET 和MPFFT 之间相关性的缺乏表明这3 个疲劳阈值有不同的生理机制[2，37]。

2.2.8 其他相关标志物

还有其他可以用于肌肉疲劳检测的标志物。如超声波、磷磁共振波谱法和疲劳腿压测试等。

2.3 心肺相关的标志物

2.3.1 心脏功能

肌肉疲劳取决于肌肉血流量，也取决于心脏功能。因此监测和评估基本心脏参数可有助于评估肌肉疲劳。经常应用的心脏参数包括心率，运动后心率恢复和由长期心电图计算得出的心率变异性(LnrMSSD)[3，10]。心率是评估运动时人体内部负荷的最常见参数之一，这是因为在稳态运动期间心率和氧消耗之间具有线性关系[10]。因为感觉疲劳评级和CMJ 之间存在正相关关系，HRR 和LnrMSSD 是疲劳状态下非常有前景的生物标志物[3]。

2.3.2 心脏压力

心脏压力是用心脏应激指数(CSI)测量，使用了心率的非线性，去趋势波动分析(DFA)。因此，它与Borg 的主观体力感觉评定(RPE)量表呈正相关，且表明心脏压力会导致肌肉疲劳[41]。由于CSI 有效地量化了运动期间的心脏压力程度，它可以用于监测运动期间的心脏状况[41]。此外，在大鼠中的研究显示，心力衰竭加速了微血管氧分压的平均反应时间(血液 -肌肉氧气驱动梯度)。相反，在大鼠的比目鱼肌中，较低的微血管氧分压会降低血液-肌肉O2驱动梯度[41]。

2.3.3 呼吸最大摄氧量

为了维持肌肉的耐力，将氧气输送到肌肉的能力和肌肉利用定量氧气维持一段时间(呼吸交换率)的能力是重要的。通过气体分析仪测量的最大摄氧量(˙VO2max)是用于评估肌肉性能的良好参数[45]。˙VO2最大值随肌肉疲劳降低，但也随年龄下降。˙VO2max 的定义是满足以下3 个标准中的至少2 个时的最高˙VO2值:(1)心率的平台或在年龄预测的最大心率的10%内的心率；(2) ˙VO2的平台(plateau)；(3)呼吸交换率﹥ 1[45]。通气阈值定义为2 条回归线(VE 和˙VO2)的交集[45]。最近，科学家已经提出˙VO2动力学应该被认为肌肉疲劳的生物标志物。运动后的˙VO2慢动力学与细胞质中剧烈的PCr 减少有关。相反，较小的PCr 减少与快速˙VO2动力学严格相关。除˙VO2以外的肌肉疲劳的挥发性生物标志物可以是VCO2和呼吸交换比。

2.4 运动动力学及实时疲劳监测系统

运动学或动力学的参数与经EMG 干涉图案测量的肌肉疲劳状态的变化相关[43]。膝关节和踝关节运动学可以通过光学运动捕获记录[44-45]。例如，一次CMJ 或跳深期间的运动学和动力学可以通过摄像机运动分析系统和测力板进行测量。动力学的评估参数(跳跃高度，最大垂直地面反作用力，反应强度指数等)可以作为肌肉疲劳的生物标志物[35]。通过运动跟踪系统测量的其他参数包括肩部，肘部和手腕的关节角度，关节扭矩和关节网运动的平均值和变异性[46]。疲劳期间的运动学和动力学适应被认为是减少生物力学负荷的措施之一[46]。

近来，人们引入了实时疲劳监测系统，该系统配备了实时疲劳测量，它可以同步记录一条腿的外侧股和腓肠肌肌肉的表面EMG 信号和实时的循环速度[44]。此外，采集循环速度、循环时间、动力学数据、心率和自感疲劳评级(Borg RPE scale)也会每分钟都被记录一次。实时的疲劳程度可由这些数值计算得出，并用以测量肌肉疲劳的发生时间和进展[44]。在线疲劳监测系统在健康受试者中是有效的并可以满足预期目的。

3 总结

本文综述了目前肌肉疲劳有关的生物标志物，尽管肌肉疲劳的机制仍有待阐明，但是关于肌肉疲劳的有前景的生物标志物有了快速进展。为了用单个生物标志物或生物标志物的组合来监测肌肉疲劳，必须在使用不同类型练习的条件下、健康和患病人群、训练和未训练的人群、老年人和年轻受试者中验证它们的可靠性和适用性。比起单个生物标志物，生物标志物的组合更充分的反映了在某一练习期间不同的疲劳程度。然而，针对特定运动的最适合的生物标志物组合仍有待确定。到目前为止，最常被调查和最广泛应用的肌肉疲劳的生物标志物是血清乳酸(LD)。今后肌肉疲劳的标志物研究应该更加关注新的标志物的开发以及现用的肌肉疲劳生物标志物的组合并且把不同运动类型因素也考虑进去。

运动疲劳是一个广义的概括，可以将运动疲劳分为四种状态，分别为轻松、轻度疲劳、中度疲劳及重度疲劳[47]。对于轻松及轻度运动疲劳可以更多的利用非侵入式标志物进行检测，对于中度运动疲劳提倡利用体液(包括尿液、汗液、唾液等)结合电生理测试等可靠程度相对较高，同时对人体几乎没有损伤，这类检测指标可以更好的衡量疲劳程度。对于重度疲劳运动员可以使用血清相关的标志物，可以更加全面的进行疲劳评价。同时应该避免多次进行检测，最好做到一次侵入式抽血，检测多个指标，减少抽血带来的影响。重度疲劳运动员应该避免使用可能会加剧运动疲劳状态的标志物(如跑台、自行车等)进行检测，避免造成运动损伤。据疲劳状态的不同选择不同的运动疲劳标志物进行检测，可以更好的发挥不同运动疲劳标志物的优点，减少对运动员的影响。

综合考虑，目前侵入式检测肌肉疲劳的生物标志物是相对稳定的标志物，非侵入式标志物目前正在越来越多的被使用，随着技术的不断发展进步，非侵入式肌肉疲劳标志物将会在将来被更广泛的使用。合理使用侵入式、非侵入式标志物对于防止过度疲劳、促进疲劳恢复、避免运动损伤具有重要意义。