高溫環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)水通道蛋白通透性的影響

趙麗麗

摘 要 水是人體細(xì)胞的主要組成部分，在人體不同的組織細(xì)胞中，水的比例占人體總體重的70%左右，大多數(shù)細(xì)胞的生長(zhǎng)、凋亡、修復(fù)、再生等生化反應(yīng)都是在水環(huán)境中進(jìn)行，在維持不同組織體液平衡和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中，水分子跨越細(xì)胞膜的快速運(yùn)輸是通過(guò)水通道蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在室外溫度高達(dá)30℃左右的條件下，當(dāng)機(jī)體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間有氧運(yùn)動(dòng)或從事長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)時(shí)，由于機(jī)體大量出汗，體液大量丟失，血乳酸含量增加，血液滲透壓升高，機(jī)體則出現(xiàn)過(guò)度疲勞現(xiàn)象。因此，在機(jī)體內(nèi)環(huán)境呈酸性，體溫急劇升高，代謝產(chǎn)物堆積，血液有效滲透壓降低的共同作用下，將使機(jī)體水通道蛋白（aquaporin，AQP）的通透性功能產(chǎn)生障礙，直接影響機(jī)體對(duì)水平衡和酸堿平衡的調(diào)節(jié)作用。

關(guān)鍵詞 高溫環(huán)境 有氧運(yùn)動(dòng) 水通道蛋白 通透性

中圖分類(lèi)號(hào)：G804.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.10.017

水通道蛋白是一種膜蛋白，它普遍存在于人體不同組織的細(xì)胞膜上，它是一族具有選擇性并能高效轉(zhuǎn)運(yùn)水分子的特異性孔道蛋白，也稱(chēng)為水孔蛋白（APQ）。水分子跨細(xì)胞膜的快速運(yùn)輸是通過(guò)水通道蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在機(jī)體大量出汗導(dǎo)致尿液濃縮并防止出現(xiàn)脫水現(xiàn)象有著重要的生理意義。自1992年以來(lái)，Agre等人就從紅細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)第一個(gè)水通道蛋白（AQP1），之后有關(guān)水通道蛋白的結(jié)構(gòu)和功能等方面的研究也就取得了迅速發(fā)展。目前， APQ在蛋白質(zhì)序列上已有11個(gè)具有同源性的成員（APQ0～AQP10），并在不同組織細(xì)胞的物質(zhì)代謝和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

1 水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)

水分子，是一種不帶電荷且半徑又極小的極性分子，可以自由穿過(guò)水通道蛋白。在水通道的發(fā)現(xiàn)之前，人們認(rèn)為：這是水分子透過(guò)質(zhì)膜的唯一方式。水通蛋白相對(duì)分子質(zhì)量不大，每個(gè)亞基上都各有一個(gè)小孔，在很早以前，它就被證實(shí)是一類(lèi)能通過(guò)自由擴(kuò)散穿透脂質(zhì)雙分子層的膜蛋白，其水分子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)維持不同組織間的體液平衡和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有著非常重要的作用。1988年，Agre等在人類(lèi)紅細(xì)胞膜上純化分離分子量為32€？06的Rh多肽時(shí)，偶爾鑒定到一種新的分子量為28€？06的整合膜蛋白，并且通過(guò)免疫印跡這種方法發(fā)現(xiàn)這類(lèi)蛋白也存在于腎臟的近端腎小管中，把它稱(chēng)為類(lèi)通道整合蛋白（channel-like integral membraneprotein，CHIP28），參與機(jī)體水平衡和酸堿平衡的調(diào)節(jié)。

2 水通道蛋白的分子結(jié)構(gòu)

水通道蛋白分布比較廣泛，它是一類(lèi)高度保守的疏水小分子膜整合蛋白，各種亞型之間蛋白序列和三維結(jié)構(gòu)也非常相似。目前，在哺乳動(dòng)物、植物、兩棲類(lèi)、細(xì)菌、酵母菌以及各種各樣的有機(jī)體中都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了水通道蛋白的存在，其中哺乳動(dòng)物水通道蛋白的分子大小在26€？06～34€？06之間，氨基酸序列同源性為19%～52%。

3 高溫環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體的影響

在室外溫度高達(dá)30℃左右時(shí)，機(jī)體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間有氧運(yùn)動(dòng)或從事長(zhǎng)時(shí)間戶外作業(yè)，負(fù)荷強(qiáng)度控制在人體最大負(fù)荷強(qiáng)度的70%～85%之間，心率140～160次/min，機(jī)體從持續(xù)運(yùn)動(dòng)直至出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性疲勞這一現(xiàn)象，導(dǎo)致肺通氣量減少，血紅蛋白攜帶氧量的能力下降，心臟每搏輸出量減少，骨骼肌代謝率下降，同時(shí)，肌糖原儲(chǔ)備大量消耗至殆盡，ATP生成總量減少，血乳酸大量堆積，并伴有體液大量丟失，體溫急劇升高，細(xì)胞內(nèi)滲透壓升高，機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力迅速降低，直至出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性疲勞。

4 高溫環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)水通道蛋白通透性的影響

在長(zhǎng)時(shí)間有氧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)體進(jìn)行物質(zhì)代謝、物質(zhì)運(yùn)輸時(shí)，水分子在維持不同組織細(xì)胞液平衡和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。由于水通透性蛋白是一種處于持續(xù)開(kāi)放狀態(tài)的膜通道蛋白，水分子在轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中不需要消耗任何能量，同時(shí)也不受離子門(mén)控機(jī)制的影響。機(jī)體不同組織細(xì)胞膜兩側(cè)的滲透壓差，一般對(duì)水分子通過(guò)水通道的移動(dòng)方向起著關(guān)鍵作用，其水分子通常從滲透壓低的一側(cè)向滲透壓高的一側(cè)移動(dòng)，直到細(xì)胞膜兩側(cè)的滲透壓達(dá)到平衡為止。因此，當(dāng)機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后，機(jī)體滲透壓會(huì)因體液大量丟失、代謝產(chǎn)物堆積、有效滲透壓下降、造成細(xì)胞膜受損、APQ功能不全或APQ功能暫時(shí)性消失等因素的影響，將會(huì)對(duì)AQP的通透性功能產(chǎn)生不良的影響作用，引起機(jī)體代謝產(chǎn)物大量堆積不能及時(shí)排出體外，導(dǎo)致尿液濃縮，出現(xiàn)尿量減少，運(yùn)動(dòng)能力迅速降低，就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性疲勞。同時(shí)神經(jīng)中樞也相應(yīng)地出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，機(jī)體下意識(shí)進(jìn)行自我保護(hù)生理機(jī)制，并防止因過(guò)度運(yùn)動(dòng)造成運(yùn)動(dòng)損傷。相反，當(dāng)機(jī)體在進(jìn)行適宜的長(zhǎng)期有氧耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)體耐乳酸能力提高，紅細(xì)胞攜帶氧的能力增強(qiáng)，代謝產(chǎn)物消除率增高，細(xì)胞有效滲透壓升高，導(dǎo)致機(jī)體疲勞程度相對(duì)減輕，運(yùn)動(dòng)能力得到提高，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性疲勞的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)地延長(zhǎng)。

5 小結(jié)

水通道蛋白在機(jī)體進(jìn)行物質(zhì)代謝、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等方面起著至關(guān)重要的作用。目前，隨著人們對(duì)APQ功能的不斷認(rèn)識(shí)，尤其在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中，避免造成APQ細(xì)胞膜通透性功能障礙的發(fā)生，為更好地預(yù)防運(yùn)動(dòng)機(jī)體提前進(jìn)入疲勞狀態(tài)，其降低APQ的通透性對(duì)維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有非常重要的生理意義。此外，APQ還有助于人們更深入地研究運(yùn)動(dòng)機(jī)體組織細(xì)胞水平衡和酸堿平衡調(diào)節(jié)的通道機(jī)制，并對(duì)其生理作用及其功能調(diào)節(jié)的研究方面逐漸深入化，同時(shí)也為某些因過(guò)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練引起的水平衡和酸堿平衡代謝紊亂所導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)性疲勞這一現(xiàn)象提供了一條新的探索思路。

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