不同訓(xùn)練方式對(duì)武警戰(zhàn)士血漿肌酸激酶和血漿游離DNA的影響

彭　朋，薄　海，王大寧，刁秋霞，張　磊，秦永生

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不同訓(xùn)練方式對(duì)武警戰(zhàn)士血漿肌酸激酶和血漿游離DNA的影響

彭朋1，薄海1，王大寧1，刁秋霞1，張磊2，秦永生1

目的觀(guān)察不同訓(xùn)練方式對(duì)武警戰(zhàn)士血漿肌酸激酶(CK)和血漿游離DNA(cf-DNA)的影響，探尋軍事訓(xùn)練過(guò)程中早期診斷運(yùn)動(dòng)性疲勞和運(yùn)動(dòng)性肌肉損傷的敏感標(biāo)志物。方法45名某部隊(duì)武警戰(zhàn)士隨機(jī)分為3組，分別為有氧訓(xùn)練組(5 km跑)、向心力量訓(xùn)練組(俯臥撐和仰臥起坐)和離心力量訓(xùn)練組(原地蹲跳和蛙跳)，每組各15人。于訓(xùn)練前、訓(xùn)練后即刻、訓(xùn)練后30 min、1 h、12 h和24 h測(cè)定血漿CK和cf-DNA。結(jié)果有氧訓(xùn)練組各時(shí)間點(diǎn)血漿CK和cf-DNA均無(wú)顯著性變化(P>0.05)。向心力量訓(xùn)練組血漿CK在訓(xùn)練后12 h顯著升高[(315±95)vs(134±45) U/L，P<0.01]，24 h即恢復(fù)至安靜水平[(151±71)vs(134±45) U/L，P>0.05]；cf-DNA在訓(xùn)練后即刻顯著升高[(59.1±12.7)vs(43.4±8.0) pg/μl，P<0.05]，30 min達(dá)峰值[(95.3±13.6)vs(43.4±8.0) pg/μl，P<0.01]，12 h即恢復(fù)至安靜水平[(47.7±10.9)vs(43.4±8.0) pg/μl，P>0.05]。離心力量訓(xùn)練組血漿CK與cf-DNA的變化與向心力量組基本一致，但各時(shí)間點(diǎn)升高幅度均高于向心力量組(P<0.01)。結(jié)論cf-DNA對(duì)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)具有訓(xùn)練方式依賴(lài)性，中等強(qiáng)度有氧訓(xùn)練對(duì)cf-DNA的影響不大，力量訓(xùn)練特別是離心力量訓(xùn)練對(duì)cf-DNA的影響最大；cf-DNA可能是軍事訓(xùn)練中早期診斷運(yùn)動(dòng)性疲勞和運(yùn)動(dòng)性肌肉損傷的敏感標(biāo)志物。

軍事訓(xùn)練；訓(xùn)練方式；戰(zhàn)士；肌酸激酶；血漿游離DNA

科學(xué)施訓(xùn)是武警戰(zhàn)士軍事訓(xùn)練傷防控的根本途徑，而科學(xué)施訓(xùn)的核心是將醫(yī)務(wù)監(jiān)督和功能監(jiān)控融入或貫徹到日常訓(xùn)練中[1]。戰(zhàn)士在軍事訓(xùn)練中常出現(xiàn)疲勞積累并造成過(guò)度疲勞綜合征，繼續(xù)堅(jiān)持訓(xùn)練往往易發(fā)生訓(xùn)練傷病。因此，如何早期診斷運(yùn)動(dòng)性疲勞是預(yù)防訓(xùn)練傷病的關(guān)鍵[2]。業(yè)已證明，血肌酸激酶(creatine kinase，CK)是評(píng)定肌肉承受訓(xùn)練刺激、運(yùn)動(dòng)性疲勞及運(yùn)動(dòng)性肌肉損傷的敏感標(biāo)志物。但血CK在運(yùn)動(dòng)后12～24 h才出現(xiàn)明顯升高，24～48 h達(dá)峰值[3]。同時(shí)，此指標(biāo)具有顯著的個(gè)體差異，其應(yīng)用受到一定程度的限制。我們前期的研究表明，血漿游離DNA(cell-free plasma DNA，cf-DNA)在劇烈運(yùn)動(dòng)后顯著升高，可能是訓(xùn)練監(jiān)控的新標(biāo)志物[4]。本研究擬觀(guān)察不同訓(xùn)練方式對(duì)血漿CK和cf-DNA的影響，探尋軍事訓(xùn)練中早期診斷運(yùn)動(dòng)性疲勞和運(yùn)動(dòng)性肌肉損傷的敏感標(biāo)志物。

1　對(duì)象與方法

1.1對(duì)象2013-04至2013-06，選取武警某部隊(duì)?wèi)?zhàn)士45名，均有1年以上的軍事訓(xùn)練經(jīng)歷。將其隨機(jī)分為3組，分別為有氧訓(xùn)練組(5 km跑)、向心力量訓(xùn)練組(俯臥撐和仰臥起坐)和離心力量訓(xùn)練組(原地蹲跳和蛙跳)，每組各15人。所有受試者身體健康，無(wú)急慢性疾病及其他病史，無(wú)吸煙、飲酒等不良嗜好。其一般情況見(jiàn)表1。各組年齡、身高、體重等指標(biāo)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

表1　45名不同訓(xùn)練方式武警戰(zhàn)士的一般情況　(n=15；±s)

1.2訓(xùn)練安排所有受試者均佩戴遙測(cè)心率表(Polar FS1，芬蘭)監(jiān)控訓(xùn)練強(qiáng)度。有氧訓(xùn)練組進(jìn)行5 km跑，心率控制在145～155次/min之間；向心力量訓(xùn)練組進(jìn)行俯臥撐和仰臥起坐各5組，每組40個(gè)，組間間歇3～5 min；離心力量訓(xùn)練組進(jìn)行原地蹲跳和蛙跳練習(xí)，20次蹲跳和30 m蛙跳為1組，組間間隔3～5 min，共完成5組。

1.3血液提取與指標(biāo)測(cè)試所有受試者分別于訓(xùn)練前、訓(xùn)練后即刻、訓(xùn)練后30 min、1 h、12 h和24 h

肘靜脈取血3 ml置抗凝管中，3000 r/min、離心20 min，取上清，置-20 ℃冰箱凍存待測(cè)。血漿CK活性測(cè)定：采用日立7180型全自動(dòng)生化分析儀用速率法測(cè)定CK活性(單位為IU/L)。cf-DNA含量測(cè)定：用微量基因組DNA提取試劑盒(QIAamp DNA Blood Mini Kit，Qiagen，德國(guó))提取cf-DNA，方法按試劑盒中說(shuō)明進(jìn)行。取20 μl cf-DNA用Quant-iT dsDNA HS試劑盒和Qubit熒光儀測(cè)定cf-DNA含量(單位為pg/μL)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理組間比較及組內(nèi)各指標(biāo)時(shí)程比較采用單因素方差分析，LSD檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，以P<0.01為差異有非常顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。用SPSS 14.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2　結(jié)　　果

2.1各組訓(xùn)練強(qiáng)度與訓(xùn)練時(shí)間比較各組訓(xùn)練強(qiáng)度以心率表示，其中離心力量訓(xùn)練組訓(xùn)練強(qiáng)度最高(與其他兩組比較，均為P<0.01)，向心力量訓(xùn)練組和有氧訓(xùn)練組訓(xùn)練強(qiáng)度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。各組訓(xùn)練時(shí)間(包括間歇時(shí)間)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。

表2　各組武警戰(zhàn)士訓(xùn)練強(qiáng)度與訓(xùn)練時(shí)間的比較　(n=15；±s)

注：與離心力量訓(xùn)練組比較，①P<0.01

2.2各組血漿CK和cf-DNA的時(shí)程變化訓(xùn)練前安靜時(shí)各組基礎(chǔ)值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。有氧訓(xùn)練組各時(shí)間點(diǎn)血漿CK和cf-DNA均無(wú)顯著性變化(P>0.05)。向心力量訓(xùn)練組血漿CK在訓(xùn)練后12 h顯著升高(P<0.01)，24 h即恢復(fù)至安靜水平(P>0.05)；cf-DNA在訓(xùn)練后即刻顯著升高(P<0.05)，30 min達(dá)峰值(P<0.01)，12 h恢復(fù)至安靜水平(P>0.05)。離心力量訓(xùn)練組血漿CK與cf-DNA的變化趨勢(shì)與向心力量組基本一致，但各時(shí)間點(diǎn)升高幅度均顯著高于向心力量組(均為P<0.01，表3、4)。

表3　各組武警戰(zhàn)士血漿CK(U/L)的時(shí)程變化　(n=15；

注：Pre：訓(xùn)練前，Post：訓(xùn)練后即刻；組內(nèi)與Pre比較，①P<0.01；組間與有氧訓(xùn)練組比較，②P<0.01；組間與向心力量訓(xùn)練組比較，③P<0.01

表4　各組武警戰(zhàn)士cf-DNA(pg/μl)的時(shí)程變化　(n=15；

注：Pre：訓(xùn)練前，Post：訓(xùn)練后即刻；組內(nèi)與Pre比較，①P<0.05，②P<0.01；組間與向心力量訓(xùn)練組比較，③P<0.01

3　討　　論

3.1訓(xùn)練方式對(duì)血漿CK的影響血漿肌肉酶水平是肌肉功能狀態(tài)的標(biāo)志物，其中最重要的肌肉酶是CK[5]。劇烈運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致血漿CK及其同工酶水平增高[6]。不同訓(xùn)練方式，包括不同持續(xù)時(shí)間、不同訓(xùn)練強(qiáng)度、肌肉收縮方式(離心收縮或向心收縮)對(duì)血漿CK的影響均不同，其中持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)荷強(qiáng)度大，以及肌肉重復(fù)進(jìn)行離心收縮(肌肉收縮的同時(shí)被拉長(zhǎng))的訓(xùn)練項(xiàng)目，往往引起運(yùn)動(dòng)性肌肉微損傷，其主要表現(xiàn)是延遲性肌肉酸痛、肌肉力量丟失，以及血中CK等肌肉蛋白水平升高[7]。本研究有氧訓(xùn)練組血漿CK在各時(shí)間點(diǎn)均無(wú)顯著性變化，提示中等強(qiáng)度的有氧訓(xùn)練并未造成機(jī)體的疲勞積累和肌肉損傷；向心力量訓(xùn)練組血漿CK在訓(xùn)練后12 h一過(guò)性增加，而離心力量訓(xùn)練組在訓(xùn)練后12 h和24 h持續(xù)升高。同時(shí)，離心力量訓(xùn)練組升高幅度顯著高于向心力量訓(xùn)練組，說(shuō)明肌肉進(jìn)行大強(qiáng)度離心收縮訓(xùn)練對(duì)肌肉的刺激最大，造成肌肉微損傷最重，這與前人的研究發(fā)現(xiàn)基本一致[8, 9]。

大強(qiáng)度劇烈運(yùn)動(dòng)(特別是肌肉離心運(yùn)動(dòng))導(dǎo)致肌細(xì)胞的損傷與破壞，其機(jī)制包括機(jī)械性損傷與代謝性損傷兩方面[5]。肌細(xì)胞的機(jī)械牽拉(機(jī)械性損傷)可使Z盤(pán)斷裂、肌節(jié)降解，局部組織損傷以及膜通透性增高；劇烈運(yùn)動(dòng)造成肌細(xì)胞的能量耗竭(代謝性損傷)，胞內(nèi)鈣離子濃度升高并激活鈣依賴(lài)的蛋白激酶，破壞骨架蛋白(肌節(jié)等)，同時(shí)激活鉀離子通道使膜電阻下降，通透性增高。細(xì)胞內(nèi)容物漏出入血從而造成血漿CK的增高。因此，CK是肌肉損傷的特異標(biāo)志物[10]，對(duì)于戰(zhàn)士軍事訓(xùn)練中的機(jī)能評(píng)定、負(fù)荷監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)性肌肉損傷和運(yùn)動(dòng)性疲勞的診斷具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但是，本研究與前人的研究均發(fā)現(xiàn)，血漿CK在訓(xùn)練后即刻并沒(méi)有顯著升高，而是經(jīng)過(guò)一個(gè)潛伏期后，在訓(xùn)練后12～24 h出現(xiàn)顯著變化。肌肉向心運(yùn)動(dòng)時(shí)，血漿CK的峰值出現(xiàn)的相對(duì)較早，一般在運(yùn)動(dòng)后24～48 h[3]；而肌肉離心運(yùn)動(dòng)時(shí)，其峰值一般在2～7 d才出現(xiàn)[11]，同時(shí)力量訓(xùn)練后會(huì)出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象，4～10 d逐漸下降至基礎(chǔ)水平[12]。結(jié)果提示，血漿CK可能不是運(yùn)動(dòng)性疲勞和運(yùn)動(dòng)性肌肉損傷的早期診斷標(biāo)志物。

3.2訓(xùn)練方式對(duì)cf-DNA的影響循環(huán)DNA又稱(chēng)游離DNA，即存在于血漿或血清、腦脊液及滑膜液等體液中的細(xì)胞外DNA，其中存在于血漿中的游離DNA稱(chēng)為cf-DNA[13]。cf-DNA最早發(fā)現(xiàn)于癌癥患者的血循環(huán)中[14]，并證實(shí)是由于凋亡或壞死細(xì)胞的DNA釋放入血形成的[13]。

關(guān)于軍事訓(xùn)練與cf-DNA關(guān)系的研究鮮有報(bào)道，我們前期研究發(fā)現(xiàn)[4]，cf-DNA在一次劇烈運(yùn)動(dòng)后即刻顯著性升高；王勇等[15]觀(guān)察了力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年田徑運(yùn)動(dòng)員cf-DNA的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，cf-DNA在運(yùn)動(dòng)后即刻顯著性升高，4 h降至安靜水平，提示cf-DNA可能是組織損傷的早期標(biāo)志物和訓(xùn)練中機(jī)能監(jiān)控的新指標(biāo)。本研究主要探討不同訓(xùn)練方式對(duì)cf-DNA時(shí)程變化的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，cf-DNA在中等強(qiáng)度有氧訓(xùn)練后各時(shí)間點(diǎn)未出現(xiàn)顯著性變化；向心力量訓(xùn)練組cf-DNA在運(yùn)動(dòng)后即刻顯著升高，30 min達(dá)峰值，12 h即恢復(fù)至安靜水平；離心力量訓(xùn)練組cf-DNA的變化與向心力量組基本一致，但各時(shí)間點(diǎn)升高幅度均高于向心力量組。一方面提示cf-DNA對(duì)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)具有訓(xùn)練方式依賴(lài)性，肌肉進(jìn)行離心收縮方式運(yùn)動(dòng)對(duì)cf-DNA影響最大；肌肉向心訓(xùn)練，如中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于cf-DNA影響甚微；另一方面，由于cf-DNA在力量訓(xùn)練后變化迅速，說(shuō)明此指標(biāo)可能是軍事訓(xùn)練監(jiān)控的早期、敏感標(biāo)志物。

訓(xùn)練后cf-DNA升高的機(jī)制可能與肌肉組織損傷與機(jī)體的無(wú)菌性炎性反應(yīng)導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡與壞死有關(guān)。運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)自由基產(chǎn)生增多，自由基攻擊DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)(特別是膜的脂質(zhì)雙層)，從而產(chǎn)生氧化損傷[16]。DNA修復(fù)酶切除DNA損傷部位并釋放DNA片段入血形成cf-DNA[17]。由于肌肉進(jìn)行離心收縮方式運(yùn)動(dòng)造成的骨骼肌損傷最為嚴(yán)重，所以本研究離心力量訓(xùn)練組cf-DNA升高最明顯。Quadrilatero等[18]的研究表明，2h中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)未引起骨骼肌細(xì)胞凋亡和DNA損傷。筆者推測(cè)，在本研究中，中等強(qiáng)度有氧訓(xùn)練不足以對(duì)骨骼肌細(xì)胞產(chǎn)生凋亡效應(yīng)，因此cf-DNA變化不明顯。

綜上所述，雖然血漿CK與cf-DNA均為軍事訓(xùn)練監(jiān)控的敏感指標(biāo)，但由于cf-DNA在訓(xùn)練后即刻迅速升高，而血漿CK存在12～24 h的潛伏期。因此，cf-DNA可能是早期診斷運(yùn)動(dòng)性疲勞和運(yùn)動(dòng)性肌肉損傷的敏感、特異標(biāo)志物。同時(shí)，不同訓(xùn)練方式對(duì)cf-DNA的影響不同，提示在軍事訓(xùn)練中某些訓(xùn)練科目易造成肌肉的微損傷進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體的疲勞積累甚至出現(xiàn)訓(xùn)練傷病，利用cf-DNA對(duì)此類(lèi)訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控有利于及時(shí)調(diào)整訓(xùn)練負(fù)荷，預(yù)防運(yùn)動(dòng)性疲勞和訓(xùn)練傷病的發(fā)生。

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(2015-03-07收稿2015-12-20修回)

(責(zé)任編輯梁秋野)

Effects of different training modes on plasma creatine kinase and cell-free plasma DNA in soldiers of PAP

PENG Peng1, BO Hai1, WANG Daning1, DIAO Qiuxia1, ZHANG Lei2, and QIN Yongsheng1.

1. Department of Military Training Medicine, 2. Department of Basic Teaching of Military Common Subjects, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300309, China

ObjectiveTo study the effect of different training modes on plasma creatine kinase (CK) and cell-free plasma DNA (cf-DNA) in soldiers of PAP and sought sensitive marker of early diagnosis of exercise-induced fatigue and muscle injury in military training. MethodsForty-five soldiers of PAP were randomly divided into three groups: aerobic training group (5 km running), concentric strength training group (push-up and sit-ups) and eccentric strength training group (squatting-jump on-the-spot and leapfrog). Plasma creatine kinase (CK) and cf-DNA were determined pre-training, immediate post-training, 30 min, 1 h, 12 h and 24 h after training, respectively. ResultsPlasma CK and cf-DNA in aerobic training group were not changed significantly at all time-points (P>0.05). Plasma CK of concentric strength training group was significantly elevated 12 h post-training [(315±95)vs(134±45) IU/L,P<0.01] and recovered at 24 h [(151±71)vs(134±45) IU/L,P>0.05]; cf-DNA was significantly raised immediately after training [(59.1±12.7)vs(43.4±8.0) pg/μl,P<0.05], reached peak value 30 min post-training [(95.3±13.6)vs(43.4±8.0) pg/μl,P<0.01] and restored to base-line at 12 h [(47.7±10.9)vs(43.4±8.0) pg/μl,P>0.05]. Time course changes in plasma CK and cf-DNA of eccentric strength training group were similar to those in concentric strength training group, but elevation extent was significantly higher than that in latter (P<0.01). ConclusionsThe response of cf-DNA to exercise is dependent on the training modes. Aerobic training of middle intensity does not influence cf-DNA but strength training especially eccentric strength training can significantly impact cf-DNA. cf-DNA may be a sensitive marker for early diagnosis of exercise-induced fatigue and exercise induced muscle injury in military training.

military training; training modes; soldier; creatine kinase; cell-free plasma DNA

武警部隊(duì)后勤科研項(xiàng)目(WHKL15-3)，武警后勤學(xué)院科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(WHTD201308)；武警后勤學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目(WHJY201313)

彭朋，博士，講師。

300309天津，武警后勤學(xué)院：1.軍事訓(xùn)練醫(yī)學(xué)教研室，2.共同科目教研室

秦永生，E-mail: qinyongshengtj@126.com

G804.23