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王軍趙晏
西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)與病理生理學(xué)系，西安710061；
河南大學(xué)體育學(xué)院，河南開封475001
摘要：
肌肉延遲性酸痛（delayed onset muscle soreness，DOMS）是生活中經(jīng)常遇到的一種現(xiàn)象，由于其發(fā)生機(jī)制尚不十分清楚，并缺乏可靠的防治措施，一直成為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)界的重要話題。本文總結(jié)了近年來有關(guān)DOMS發(fā)生機(jī)制方面的研究成果，著重從神經(jīng)生物學(xué)角度來探討和分析DOMS的產(chǎn)生原因。
關(guān)鍵詞：肌肉延遲性酸痛；傳入神經(jīng)纖維；敏化
骨骼肌在作不習(xí)慣的收縮運(yùn)動(dòng)（尤其是離心練習(xí)——即肌肉收縮的同時(shí)被拉長）后數(shù)小時(shí)至24小時(shí)會(huì)出現(xiàn)疼痛，并且在24～72小時(shí)達(dá)高峰，7天之后可自動(dòng)消失。通常把這稱為肌肉延遲性酸痛（DOMS）。DOMS的主要特點(diǎn)是對(duì)機(jī)械刺激產(chǎn)生痛敏，如非傷害性的收縮、拍打、按壓等刺激可產(chǎn)生疼痛，但無自發(fā)性疼痛。DOMS對(duì)運(yùn)動(dòng)員的日常訓(xùn)練和比賽以及普通人群尤其中老年人的日常生活都會(huì)產(chǎn)生一定影響，雖然從上個(gè)世紀(jì)初人們已經(jīng)注意到這個(gè)問題，并在隨后的幾十年中投入了大量的研究，但目前仍然沒有有效的防治辦法，這主要因?yàn)镈OMS發(fā)生的詳細(xì)機(jī)制還不十分清楚。學(xué)者們更多的注意集中在肌肉損傷的機(jī)制和特性方面，曾提出過“張力增高學(xué)說”、“肌肉痙攣學(xué)說”、“代謝失衡學(xué)說”以及“機(jī)械損傷學(xué)說”等。目前傾向于認(rèn)同機(jī)械損傷和炎癥浸潤所致二次損傷是導(dǎo)致DOMS的主要原因。但對(duì)于介導(dǎo)痛敏的神經(jīng)機(jī)制方面研究較少。本文擬就DOMS時(shí)引起痛敏的神經(jīng)傳導(dǎo)特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀做一綜述。
一、研究模型介紹
通過利用骨骼肌離心收縮訓(xùn)練來制造肌肉延遲性酸痛的方法有很多種，常采用的途徑是器械練習(xí)：讓目標(biāo)肌肉群借助于外界重物，進(jìn)行拉長性的收縮。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)荷的強(qiáng)度和量比較容易控制，另外它是局部的練習(xí)，對(duì)全身反應(yīng)影響不大。缺點(diǎn)是較難應(yīng)用于動(dòng)物模型。
還有一種方式是，通過有坡度的跑臺(tái)來進(jìn)行下坡跑練習(xí)。由于下坡跑時(shí)股四頭肌（對(duì)于人來說）的收縮方式很接近于離心收縮，因此也可以達(dá)到預(yù)期效果。但該運(yùn)動(dòng)是一個(gè)全身參與的劇烈活動(dòng)，對(duì)身體多系統(tǒng)都可能造成影響，結(jié)果會(huì)比較復(fù)雜，不過這種方式有利于使用動(dòng)物來開展研究，以達(dá)到人體試驗(yàn)無法完成的部分。有關(guān)利用動(dòng)物下坡跑模擬DOMS的研究有不少，但一直以來缺乏模型成立的系統(tǒng)證明。Urai在2007年過脊髓背角c-Fos蛋白的表達(dá)、縮回閾值以及發(fā)生時(shí)程等方面驗(yàn)證了大鼠下坡跑訓(xùn)練能引起DOMS。關(guān)于動(dòng)物單純骨骼肌離心收縮制造DOMS的公認(rèn)模型還不多。近年來有學(xué)者提出了一種可以借鑒的方法，在麻醉狀態(tài)下利用大鼠趾長伸肌被動(dòng)離心收縮模型制造DOMS，并在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了相關(guān)神經(jīng)生物學(xué)試驗(yàn)。該模型的主要步驟是，使用一對(duì)針狀電極經(jīng)皮插入支配趾長伸肌的腓總神經(jīng)附近，通過設(shè)定頻率的電刺激引起肌肉收縮，在肌肉收縮的同步，利用線性馬達(dá)牽拉踝關(guān)節(jié)使足部背屈以對(duì)抗電刺激肌肉收縮并使肌肉被動(dòng)拉長（見圖1）。這樣反復(fù)重復(fù)，可以達(dá)到肌肉離心練習(xí)的效果。為了說明該方法可以制造出DOMS時(shí)的肌肉痛敏，又進(jìn)行了相關(guān)行為學(xué)和免疫組化試驗(yàn)。之后得出：離心練習(xí)48小時(shí)后，大鼠肌肉機(jī)械觸壓縮回閾值明顯降低，另外，在給肌肉非傷害性重物施壓后，試驗(yàn)組大鼠對(duì)應(yīng)脊髓背角c-Fos蛋白表達(dá)也明顯高于對(duì)照組，證明了肌肉痛敏的存在。為研究DOMS神經(jīng)機(jī)制提供了可靠的動(dòng)物模型。
圖1大鼠下肢離心收縮練習(xí)示意圖(引自J Physiol，2005，564:260)
二、DOMS神經(jīng)機(jī)制研究現(xiàn)狀
（一）離心收縮對(duì)骨骼肌傳入細(xì)纖維感受器特性的影響
1．自發(fā)放電情況
Taguchi的試驗(yàn)結(jié)果說明，大鼠在肌肉離心收縮運(yùn)動(dòng)后48小時(shí)，肌肉Ⅳ類纖維自發(fā)放電處于低水平狀態(tài)，與對(duì)照組（無運(yùn)動(dòng)）比無明顯差異。該放電頻率與前人在體或體外記錄到的動(dòng)物肌肉細(xì)纖維自發(fā)放電情況相似。Ge和Khalsa（2003）曾用大鼠股薄肌標(biāo)本體外記錄C纖維的自發(fā)放電情況，Berberich等（1988）曾記錄貓?jiān)隗w肌肉C纖維自發(fā)放電情況；Kumazawa（1977）記錄狗在體肌肉C纖維自發(fā)放電情況，結(jié)果均表明動(dòng)物在正常情況下無論在體或離體肌肉C纖維的自發(fā)放電頻率很低，近乎靜息狀態(tài)。那么Taguchi的結(jié)果也與DOMS時(shí)肌肉無自發(fā)疼痛相符合。但是，值得說明的是Marqueste（2004）用大鼠跑臺(tái)下坡跑的方法制造骨骼肌離心收縮模型，分離后肢坐骨神經(jīng)，用在體方法記錄后肢肌肉Ⅳ類纖維的放電情況，結(jié)果表明：在運(yùn)動(dòng)48小時(shí)后，Ⅳ類細(xì)纖維放電基線頻率顯著高于對(duì)照組（無運(yùn)動(dòng)），這種差異在運(yùn)動(dòng)后8天消失。由此可見，不同的離心收縮動(dòng)物模型，對(duì)骨骼肌傳入細(xì)纖維的傳導(dǎo)特性影響還是有一定差別的。
2．化學(xué)物質(zhì)、溫度刺激
一些學(xué)者們認(rèn)為，大強(qiáng)度的骨骼肌離心練習(xí)可使釋放入肌纖維間隙的代謝產(chǎn)物（如：乳酸、KCl、H+、ATP、BK）和一些炎癥介質(zhì)增加，這些物質(zhì)改變了肌肉傳入神經(jīng)感受器的特性，導(dǎo)致DOMS的發(fā)生。另外，前人研究發(fā)現(xiàn)在肌肉離心練習(xí)過程中產(chǎn)生的局部溫度要高于向心收縮練習(xí)所產(chǎn)生的，是否因?yàn)檩^高的局部溫度影響了傳入纖維感受器呢？從Taguchi的離體試驗(yàn)表明，在離心收縮練習(xí)48小時(shí)后，應(yīng)用乳酸、H+、ATP、BK以及冷熱溫度刺激，均未發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維放電的比例或者頻率與無收縮練習(xí)組比有顯著性變化Marqueste的在體試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大鼠下坡跑練習(xí)后48小時(shí)，動(dòng)脈注射乳酸、KCl未能使肌肉Ⅳ型神經(jīng)纖維放電進(jìn)一步增加，直至8天后自發(fā)放電恢復(fù)至無運(yùn)動(dòng)組水平。從以上結(jié)果表明，肌肉傳入神經(jīng)細(xì)纖維對(duì)各種化學(xué)物質(zhì)或冷熱刺激的反應(yīng)情況似乎受離心收縮練習(xí)的影響不大。
3．機(jī)械刺激
DOMS的主要特點(diǎn)是對(duì)機(jī)械刺激產(chǎn)生痛敏，如非傷害性的收縮、拍打、按壓等刺激可產(chǎn)生疼痛，但自發(fā)性疼痛不明顯。在人體試驗(yàn)表現(xiàn)為對(duì)機(jī)械刺激的疼痛閾值顯著降低，動(dòng)物試驗(yàn)可表現(xiàn)為肌肉傳入神經(jīng)細(xì)纖維受機(jī)械刺激興奮的閾值顯著降低。離心收縮練習(xí)引起骨骼肌對(duì)機(jī)械刺激敏感化的原因可能是某種未知的代謝產(chǎn)物或者化學(xué)物質(zhì)改變了一些感受器的特性所致；也有可能是離心收縮練習(xí)后引起肌肉產(chǎn)生的僵硬、水腫改變影響了骨骼肌傳入神經(jīng)細(xì)纖維對(duì)機(jī)械刺激的敏感性；另外，如果離心收縮練習(xí)引起骨骼肌傳入神經(jīng)細(xì)纖維末梢感受器的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)通道或離子通道數(shù)量增多，也可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械痛敏。以上均需進(jìn)一步研究方能證實(shí)。
（二）較粗大的有髓傳入神經(jīng)纖維參與DOMS痛敏.
許多研究已表明，在DOMS的發(fā)生中有大直徑的傳入纖維參與作用。Barlas（2000），Weerakkody（2003），Nivan（2001）分別在人體試驗(yàn)中證明了粗大有髓傳入纖維機(jī)械感受器參與產(chǎn)生了肌肉離心練習(xí)所致的疼痛觸敏。證據(jù)是：阻斷粗神經(jīng)纖維觀察DOMS時(shí)肌肉機(jī)械痛閾增高；局部注射高張生理鹽水不能導(dǎo)致DOMS肌肉疼痛度增加，排除DOMS的肌肉痛敏是因?yàn)闄C(jī)械感受器的敏化所致；能夠使肌梭興奮的80Hz機(jī)械震動(dòng)可以加重DOMS的疼痛，而一般的局部壓力引起的疼痛卻可以通過震動(dòng)得到減輕。
在脊髓背角淺層的中間神經(jīng)元是痛覺的重要傳導(dǎo)通路，20％的這些細(xì)胞既對(duì)非傷害疼痛傳入反應(yīng)也對(duì)傷害性疼痛傳入反應(yīng)。因此，粗大傳入纖維（肌梭）很有可能就是通過這類神經(jīng)元參與疼痛信息過程。我們知道，在正常情況下未損傷肌肉的粗大傳入神經(jīng)纖維是可以通過突觸前抑制（門控通道理論）阻止傷害性感受傳入的。對(duì)正常人施以強(qiáng)壓力產(chǎn)生的痛覺，通過振動(dòng)（引起肌梭興奮）刺激可以減輕痛感就說明了這一點(diǎn)。那么在DOMS時(shí)，粗大傳入神經(jīng)纖維又是如何發(fā)揮作用的呢？它們又是如何通過中間神經(jīng)元的背根反射反過來作用于傷害性疼痛傳入纖維引起疼痛敏感的，我們還不得而知。推測，或許是離心收縮練習(xí)引起的肌肉損傷觸發(fā)了足夠多的傷害性感受傳入，進(jìn)而啟動(dòng)中樞敏化過程。
（三）DOMS肌肉痛敏分布區(qū)域以及牽涉痛
DOMS引起疼痛觸敏的中樞機(jī)制還不清楚。而牽涉痛作為疼痛的中樞機(jī)制的一個(gè)表現(xiàn)形式，也常常出現(xiàn)在一些慢性肌肉骨骼系統(tǒng)疼痛的病人中。研究牽涉痛在DOMS影響下的表現(xiàn)情況，既可以幫助揭示DOMS痛敏的中樞機(jī)制，也有可能為一些骨骼肌肉慢性疾病提供研究模型。Arendt-Nielsen等人2006年的研究表明了：DOMS影響下，肌肉痛敏主要發(fā)生在肌肉組織和肌腱-骨連結(jié)部，而純肌腱部位則不受DOMS影響；另外，做離心收縮練習(xí)后，在肌肉遠(yuǎn)側(cè)端區(qū)域，相對(duì)于其他部位更容易受到損傷而產(chǎn)生痛敏。在DOMS過程中給肌肉注射高張鹽水，引起疼痛的區(qū)域面積以及出現(xiàn)牽涉痛的比例均明顯高于DOMS前注射所產(chǎn)生的效果。說明DOMS可以易化肌肉在外界刺激時(shí)產(chǎn)生疼痛區(qū)域擴(kuò)大以及牽涉痛。該研究結(jié)果為探討DOMS痛敏的中樞機(jī)制提供了一個(gè)切入點(diǎn)。Taguchi在2007年的研究中觀察到DOMS時(shí)給予肌肉非傷害性壓力，大鼠脊髓背角c-Fos蛋白表達(dá)增高的同時(shí)對(duì)側(cè)背角的表達(dá)卻受到抑止，這使得DOMS的中樞機(jī)制顯得更為復(fù)雜。因?yàn)槟壳耙呀?jīng)報(bào)道的可以投射到對(duì)側(cè)背角的細(xì)傳入纖維只有皮膚A高閾值機(jī)械感受器，而沒有肌肉的Ⅲ、Ⅳ型傳入纖維。Farasyn在2007年的文章中談到肌肉牽涉痛的外周“屏障損傷理論”，即牽涉痛很可能是起源于外周感受器的敏化加上中樞的調(diào)制所導(dǎo)致，而非中樞敏化。但是從目前研究結(jié)果看，還沒有證據(jù)表明發(fā)生DOMS是由于外周感受器的敏化所致。因?yàn)槌藱C(jī)械刺激，無論化學(xué)還是冷熱溫度刺激均未能進(jìn)一步增加已經(jīng)被“敏化”的外周感受器生物電的發(fā)放或疼痛度增加。
（四）DOMS時(shí)骨骼肌損傷及炎癥浸潤
許多研究中已報(bào)道骨骼肌離心收縮可以引起肌纖維結(jié)構(gòu)微損傷，如：Z線、A帶、細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞骨架、肌纖維膜。這種由初始階段單純的機(jī)械作用導(dǎo)致的損傷，進(jìn)一步又可觸發(fā)炎癥反應(yīng)引起二次損傷。近期有不少證據(jù)表明DOMS與普通炎癥有著相似的循環(huán)及組織免疫反應(yīng):循環(huán)系統(tǒng)中白細(xì)胞增多、IL-1、IL-6濃度增多、局部白細(xì)胞數(shù)量及IL-6的mRNA表達(dá)增加。但炎癥反應(yīng)的時(shí)程與DOMS時(shí)程變化并不一致。DOMS在運(yùn)動(dòng)后24～48h出現(xiàn)高峰，而炎癥反應(yīng)的高峰出現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)后72～96小時(shí)。炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致前列腺素等物質(zhì)的釋放，因此有可能敏化肌肉傷害性感受器，但是在離心練習(xí)前后給予非甾體抗炎藥阻斷環(huán)氧化酶并不能明顯減輕DOMS，使用加重炎癥反應(yīng)的藥物亦不會(huì)加重DOMS，說明這種敏化作用與皮膚傷害性感受器敏化存在藥理學(xué)差異。但是Marqueste等人用倍他米松預(yù)處理大鼠，可以使大鼠在離心運(yùn)動(dòng)后48小時(shí)肌肉Ⅳ型神經(jīng)纖維基線放電頻率恢復(fù)至對(duì)照組（無運(yùn)動(dòng)組）水平，在此基礎(chǔ)上再給予KCl、乳酸等化學(xué)刺激，可再次激發(fā)起放電頻率的增高。說明離心收縮練習(xí)引起的炎癥因子釋放，改變了肌肉Ⅳ型神經(jīng)纖維的活性。在有關(guān)非甾體抗炎藥防止DOMS的研究上，不論是臨床療效還是動(dòng)物試驗(yàn)均還存在不少分歧。對(duì)于DOMS時(shí)肌肉損傷伴隨有炎癥浸潤的觀點(diǎn)，也有學(xué)者提出了質(zhì)疑。Malm和Yu認(rèn)為：離心損傷是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮斐傻模@種損傷現(xiàn)象很少在人受試者中出現(xiàn)。原因可能是：
（1）動(dòng)物被動(dòng)運(yùn)動(dòng)和人主動(dòng)運(yùn)動(dòng)形成的生理、心理應(yīng)激不同從而造成動(dòng)物骨骼肌細(xì)胞損傷較嚴(yán)重。
（2）對(duì)動(dòng)物麻醉注射過程和手術(shù)過程均能造成損傷/炎癥。
三、小結(jié)
DOMS現(xiàn)象做為生活中一種常見的現(xiàn)象，在上個(gè)世紀(jì)初就已經(jīng)引起學(xué)者們的關(guān)注，經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的探索，至今仍然不失為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)界的一個(gè)熱門話題。學(xué)者們從各個(gè)方面對(duì)DOMS的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制以及預(yù)防治療措施等進(jìn)行了研究。但目前還存在很多疑問和矛盾，尤其在治療上還沒有比較穩(wěn)定和可靠的方法。做為DOMS的主要征兆——肌肉觸痛敏感，其必定涉及外周神經(jīng)末梢感受器以及中樞神經(jīng)過程的復(fù)雜機(jī)制。目前，在這方面的研究還相對(duì)較少，許多假設(shè)還有待進(jìn)一步去證實(shí)。
作者信息：
王軍：西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院；06級(jí)生理學(xué)在讀博士生；
工作單位：河南大學(xué)體育學(xué)院，講師。
趙晏：教授，博士生導(dǎo)師；西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)與病理生理學(xué)系。