運動訓練與肌酸激酶及其同工酶研究進展

劉豐彬

運動訓練與肌酸激酶及其同工酶研究進展

劉豐彬

采用文獻資料分析法，綜述了近幾十年來國內外對肌酸激酶及其同工酶研究的成果和運動訓練對血清肌酸激酶及其同工酶活性變化影響的各種因素，并對相關研究進行了展望。研究顯示，無論是采用大負荷還是小負荷的運動訓練，都會使血清肌酸激酶活性有不同程度的升高，其同工酶也有類似的變化。由于細胞和血液中肌酸激酶及其同工酶數量的顯著差異性，使其成為反映肌肉承受負荷刺激，進而評定運動訓練適應程度的較為理想的生化指標。

肌酸激酶；同工酶；運動訓練

在運動訓練實踐中，適宜的運動負荷是保證訓練順利進行的基礎，運動負荷過大或過小，損害了運動員的身體健康或是無法保證訓練的穩(wěn)步提高，這對運動訓練的科學合理化監(jiān)控提出了較高的要求。血清中某些非功能性酶活性的改變或某些生化指標的變化被認為可以及時反映人體機能狀態(tài)和物質代謝情況。肌酸激酶及其同工酶是肌肉應激最敏感的指標，其活性變化能夠反映肌細胞對運動訓練的適應程度，與運動時、運動后能量平衡及轉移的關系密切，因此，血清肌酸激酶及其同工酶一直是運動訓練監(jiān)控領域關注和研究的熱點。

1 肌酸激酶及其同工酶概述

肌酸激酶（creatine kinase，CK），全名為ATP肌酸磷酸轉移酶，又稱為磷酸肌酸激酶（CPK），分子量為81000道爾頓[1]。人體骨骼肌、心肌、腦、平滑肌中都含有 CK，以骨骼肌中含量最多。它與哺乳動物能量代謝密切相關，它參與糖酵解的控制、線粒體呼吸和肌肉收縮供能，CK是機體ATP-CP系統(tǒng)代謝的關鍵酶之一，其作用是催化三磷酸腺苷和磷酸肌酸之間高能量鍵可逆性的轉移。正常情況下肌細胞結構完整、功能正常，CK極少能透過細胞膜，所以血清中CK活性很低。

CK 是由兩個亞基構成的二聚體酶，目前，在哺乳動物中發(fā)現(xiàn) CK 有四種高度一致的亞單位（亞基），兩種細胞質形式：CK-M（肌型）和 CK-B（腦型），兩種線粒體形式：uCK-Mit（普存型）和 sCK-Mit（肌小節(jié)型）。CK-M 和 CK-B亞基兩兩結合構成細胞質中三種 CK 同工酶，即 CK-MM、CK-MB 和CK-BB[2,3]。正常人骨骼肌中 CK 同工酶占總活性的百分比為：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細胞，其活性升高常見于肌肉損傷及肌肉注射，是骨骼肌損傷的特異性指標。人體各組織除腓腸肌外，只有心肌含有較高的CK-MB，可達40％以上，故此同工酶對在評價心肌損傷時具有較高的價值。CK-BB主要存在于成年哺乳動物的大腦、腎和子宮，同時它也可在發(fā)育中的橫紋肌中表達，其活性升高常見于腦外傷、腦血管意外和中樞神經疾病[5]。sCK-Mit 亞基僅存在于橫紋肌中，另一種uCK-Mit亞基普遍存在于各種組織中，如血小板、精液等[6]。

2 影響肌酸激酶及其同工酶變化的因素

2.1 性別、年齡等因素與血清肌酸激酶及其同工酶的變化

一般說來，運動員比普通人安靜時血清 CK 值偏高，男運動員安靜狀態(tài)的血清 CK 活性高于女運動員[7]。Shunate等發(fā)現(xiàn)，運動2h后男性血清CK的平均活性明顯高于女性。在馬拉松比賽后，男性血清CK活性平均增高22 倍，而女性僅增高9 倍。定量負荷運動后，男性血清CK總活性和CK-MB的活性高于女性。其原因可能是男性的肌肉群比女性發(fā)達，損傷相應較多，故酶活性升高更明顯，亦可能是女性血中較高的雌激素水平。

有研究表明，安靜血清CK活性水平隨年齡增加而升高，每10 年約上升3 U/L；不運動或少運動的老年人安靜血清CK活性水平趨于增高。青春期女性較未成年和絕經后女性的安靜時CK和CK-MM水平低[8-9]。但也有研究得出血清CK活性與年齡無關的結論。血清CK及其同工酶活性變化與年齡的關系還值得進一步研究。

除以上因素外，身體成分及生活環(huán)境等都會影響血清CK及同工酶的活性，Novak[10]研究發(fā)現(xiàn)瘦體重越大的個體安靜時血清CK活性水平越高，但 Salvadori卻得出相反的結論。Clerkson 認為，血清CK活性與快肌纖維和慢肌纖維的橫截面積比例呈正相關。另外，在高原、低氣壓或周圍有噪音的環(huán)境下運動時，運動后血清CK活性的增加高于平原、常壓或安靜環(huán)境。

2.2 運動方式與血清肌酸激酶及其同工酶的變化

不同的運動方式對血清CK及其同工酶的影響有所不同。Apple[11]和Langberg[12]分別對男、女受試者馬拉松跑后進行研究，發(fā)現(xiàn)運動后血清CK活性峰值都出現(xiàn)在運動后24h。Newham人體實驗發(fā)現(xiàn)，上坡走下坡走后血清CK活性峰值分別出現(xiàn)在運動后24h和運動后4-7天。動物實驗得出的結論則與人體實驗有所不同。Amelink[13]研究發(fā)現(xiàn)雌雄大鼠進行跑臺運動后，血清CK和CK-MM活性的峰值均出現(xiàn)在運動后即刻，并且CK-MM活性升高的幅度更加明顯。國內學者于新凱、王瑞元等[14,15]分別采用雄性SD大鼠骨骼肌離心收縮模型進行實驗，也得到了類似的結論。這可能是因為離心運動更容易造成骨骼肌微損傷，導致肌細胞膜通透性增大，CK和CK-MM進入血液增多，導致血清CK 和CK-MM活性升高。

2.3 運動負荷與血清肌酸激酶及其同工酶的變化

不同的運動負荷表現(xiàn)出的運動強度和運動量也對運動后血清CK及其同工酶的變化產生重要影響。大多數研究認為，運動強度越大，運動后血清CK升高也越明顯[16-19]。田振軍[17]通過不同負荷大鼠游泳模型得出大負荷或超負荷訓練組運動后血清CK和CK-MB活性升高幅度明顯高于一般訓練組。畢秋云[18]對大鼠進行5周遞增負荷訓練，訓練組運動后即刻血清CK活性出現(xiàn)最高值，三種同工酶CK-MM 、CK-MB 和CK-BB活性峰值分別出現(xiàn)在運動后即刻、運動后24h和運動后即刻，并且都顯著高于安靜組。Tiidus等[16]和佘軍標等[19]的人體實驗也得到類似的結論。以上的研究可以證實，運動強度是導致運動后高血清CK及其同工酶活性的關鍵因素。

通過不同的運動持續(xù)時間來表現(xiàn)運動量對運動后血清CK的影響，則存在不同的研究結論。Nuttall和 Tiidus等觀察到長時間激烈運動后血清CK變化規(guī)律是0～2 h 輕度增高，6～8 h 明顯升高，16～24 h 達到最高峰值，持續(xù)48～96 h恢復到運動前水平。短時間極限運動后，血清CK活性的變化與之類似。Berg等[20]研究受試者以65％-70％VO2max運動30-300min，發(fā)現(xiàn)運動后血清CK活性與運動時間長短成正相關。國內也有學者通過大鼠的游泳實驗發(fā)現(xiàn)[21]，運動后即刻血清CK活性隨運動時間的延長而增加。但也有研究認為，運動后血清CK活性與運動時間沒有關系。

血清CK活性在運動后的增加程度存在著顯著的個體差異，運動后血清CK的恢復個體差異也很大。不少報道認為，有一定訓練水平的運動員運動后血清CK的活性恢復較快，一般在24h 內即可恢復正常，若明顯減慢或要幾天才恢復到正常水平，預示運動員可能出現(xiàn)疲勞癥候。因此，動態(tài)測定血清CK活性，對監(jiān)測運動員對運動負荷的適應、疲勞的出現(xiàn)和恢復程度具有實踐意義。

2.4 肌肉運動損傷與血清肌酸激酶及其同工酶的變化

以往的研究認為，血清CK可以作為一個指標來評定肌肉承受刺激和反映運動后肌肉損傷狀況。Nosaka等[22]發(fā)現(xiàn)受試者離心運動后血清 CK 活性與反映骨骼肌損傷程度的磁共振影象的異常情況正相關。但Sorichter[23]利用相似的方法卻沒有得到相同的結果。袁建琴等[24]的大鼠一次性力竭實驗和Friden[25]的兔離心運動實驗卻得到這樣的結論，血清 CK 活性的峰值出現(xiàn)在運動后即刻，而骨骼肌損傷則具有延遲性特點，兩者的變化不一致，血清 CK 不能作為離心運動后反映骨骼肌損傷情況的一個指標。

國內外學者進一步的研究表明：相對于血清CK，血清CK同工酶活性水平及其分布特點的變化可能會更準確地反映運動員的訓練水平和對運動的適應程度。崔玉鵬[26]分別進行了動物和人體實驗，發(fā)現(xiàn)游泳訓練和下坡跑訓練使大鼠運動后骨骼肌的損傷與血漿CK及其同工酶CK-MM之間也存在顯著的相關關系，血清CK及其同工酶CK-MM的峰值都出現(xiàn)在運動后24h，48h基本恢復。人體實驗也得到相同的結論。Heled[27]和Yamin[28]分別采用動物實驗和人體實驗針對CK-MM亞型的研究也得到了相似的結論，運動后CK-MM1活性顯著升高并先于血清CK，CK-MM3和CK-MM1的比率也顯著升高，他們認為CK的同工酶CK-MM及其亞型是骨骼肌酶釋放的早期指標。骨骼肌是人體唯一的含幾乎100％CK-MM 同工酶形式的組織，因此，可以認為骨骼肌特異性更強的 CK-MM 及其亞型更能準確地為肌肉損傷提供早期指示，并可以反映肌肉損傷和修復的過程。

目前CK-MB和CK-BB在肌肉損傷中的研究相對較少。有人研究認為骨骼肌中也含有少量的CK- MB，耐力運動員骨骼肌損傷時，CK- MB在肌肉和血清中也增加。Rahnama[29]認為，CK- MB 增多是骨骼肌對訓練適應的表現(xiàn)，血清CK- MB 活性的升高主要來源于骨骼肌。而Arena 則認為耐力運動員血清CK- MB 活性的升高，來自于骨骼肌和心肌損害，或者兩者兼而有之。而對CK-BB的研究發(fā)現(xiàn)[30]，血清CK-BB升高只見于超長距離跑后。由于以上的研究對象都是耐力運動員，長時間的運動后心肌是否已經損傷以致得出上述結論值得考究。

3 運動訓練引起血清肌酸激酶活性增高的機制

運動能引起血清CK 活性升高，但對升高的機制還不完全清楚，并且存在一定的分歧。至今沒有相關證據可以認為血清中存在激活劑或運動時CK 的酶蛋白合成增加或降解減慢引起血清CK 活性升高。目前有兩種主要的觀點對運動訓練引起血清CK活性增高的機制加以解釋。一種觀點認為是血清CK活性增加與肌細胞膜通透性發(fā)生變化有關。正常情況下，肌細胞膜孔直徑為3～40 埃，一般酶蛋白分子直徑達到50～200 埃[5]，同時肌細胞的結構完整和功能正常，保證了酶極少透出細胞膜，故血清中CK等酶的活性較低。運動引起的溫度升高、兒茶酚胺釋放量增加、細胞內代謝產物的積累和滲透性增高、骨骼肌局部缺氧、高能磷酸化合物的減少、血漿蛋白增加、PH值降低、脂質過氧化反應、離子濃度改變等等，正是因為這些因素對細胞膜的刺激，可使細胞膜的通透性出現(xiàn)暫時可逆性的變化，從而使得肌細胞內的CK暫時大量漏出進入血液。Magal和Machado的研究[31-32]都支持這種觀點。但李靜先等應用硝酸鑭標記染色法及透射電鏡觀察的結果是：血清CK 活性變化與肌細胞膜通透性改變并不一致，同時未發(fā)現(xiàn)肌細胞膜被破壞的跡象。由于兩種結論均有一定的事實依據，因此還需進一步的實驗加以驗證。

還有一種很普遍的觀點認為運動后血清CK活性變化的原因是由于運動導致肌細胞損傷，出現(xiàn)變性壞死和分解的結果。但從以往的國內外研究來看，結論也并不一致。爭論的焦點在于血清CK 活性峰值是否先于肌肉形態(tài)學損傷峰值出現(xiàn)。Armstrong等對在跑臺上長時間運動的大鼠骨骼肌進行組織學研究，結果發(fā)現(xiàn)肌肉組織出現(xiàn)灶狀的肌纖維變性和壞死，變性部分的肌纖維橫紋增寬，肌纖維排列紊亂，并可見單核細胞的積聚，說明有炎性反應發(fā)生，并且這種異常變化在運動后2～3h開始，24～48h最為嚴重，這種組織形態(tài)學的改變與血清CK活性升高時相是吻合的。但在近些年的研究結果發(fā)現(xiàn)[24,33]，雖然骨骼肌損傷的形態(tài)學變化和變化時相與此前的研究沒有太大區(qū)別，但長時間運動尤其是長時間離心運動血清CK活性峰值出現(xiàn)在運動后即刻，與骨骼肌損傷形態(tài)學峰值出現(xiàn)在運動后1天或更長的時間的這種延遲性變化不一致。對纖維結合蛋白（fibronectin）和抗肌萎縮蛋白（dystrophin） 這兩種標志肌細胞胞漿膜完整性喪失與否的蛋白的時相性研究也支持了這種變化的存在[34-35]。血清CK 活性峰值與肌肉形態(tài)學損傷峰值之間究竟存在怎樣的變化規(guī)律，結果的不一致是否與運動方式和負荷等其它因素的不同有關，運動引起血清CK 活性升高的機制究竟是怎樣的，還值得進一步研究。

4 肌酸激酶及其同工酶研究展望

隨著分子生物學和體育科研的發(fā)展，特別是分子克隆技術在體育實踐中的應用，近年來CK及其同工酶的研究取得了較大的進展。從酶動力學方法、化學發(fā)光法到更為方便創(chuàng)傷更小的微量、全血的檢測法，從傳統(tǒng)的等電聚焦電泳法、聚焦層析法、高效液相層析法到更為簡便、更為實用的免疫抑制法、單克隆抗體測試法，CK及其同工酶的檢測技術和方法在不斷改進，檢測更方便，結果更精確。

同時在近些年運動訓練生化監(jiān)控過程中，指標的選擇也不只局限于血清CK及其同工酶，血清乳酸脫氫酶（LDH）及其同工酶等幾個常用指標，而是將它們與丙氨酸轉氨酶（ALT）、天冬氨酸轉氨酶（AST）及其同工酶、琥珀酸脫氫酶（SDH）、血清和尿肌紅蛋白（Mb/UMb）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、尿三甲基組氨酸（3Mehis）、血液白細胞介素- 6（IL-6）等血清酶和細胞因子的指標結合起來，對運動員的訓練和比賽過程、運動負荷適應及恢復情況進行綜合的評價，既避免了單一指標的局限性，也使運動訓練的生化監(jiān)控更加科學和有效。

針對CK及其同工酶基因結構和酶蛋白相關表達的研究也已經成為當前體育領域，尤其是訓練監(jiān)控領域研究的熱點。人類CK基因定位在第14、15、19 號染色體上，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酶被不同的基因編碼，前者基因定位于15q13. 3，后者基因定位于15q15。CK同工酶的各類亞基間氨基酸順序存在廣泛的相似性，這為酶發(fā)揮其生物學功能奠定了結構上的基礎。利用單抗與處于翻譯過程中的核糖體相結合，可以提取所需要的mRNA，進行cDNA 克隆，以此來研究CK基因結構和酶蛋白一級結構，以及各種激素、細胞因子、蛋白因子與CK基因調控的關系。利用單抗與酶蛋白的特異抗原決定簇結合，來研究酶分子的功能區(qū)，進一步了解酶分子的結構及作用機制?？梢灶A言，分子克隆技術的應用會使CK及其同工酶的研究取得更大的進展。

當今體壇，各國的運動員都在不斷超越人類的運動生理極限，以創(chuàng)造更好的運動成績，這對運動訓練的科學和合理化提出了更多更高的要求。CK及其同工酶的測定能為教練員提供重要的信息，了解運動員的肌肉刺激程度、對訓練的適應水平及機能狀態(tài)，切實保證科學的訓練。隨著肌酸激酶及其同工酶研究的不斷深入，人們終將會搞清運動訓練與肌酸激酶及其同工酶活性變化的機制。

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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

河北省自然基金項目（C2008000177）和大連市科技局科技計劃項目（2010E15SF165）聯(lián)合資助。

大連大學體育學院，遼寧 大連，116622。

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