引用本文
彭朋, 薄海, 王大宁, 刁秋霞, 张磊, 秦永生. 不同训练方式对武警战士血浆肌酸激酶和血浆游离DNA的影响[J]. 武警医学, 2016,27(3): 268-271.
PENG Peng, BO Hai, WANG Daning, DIAO Qiuxia, ZHANG Lei, QIN Yongsheng. Effects of different training modes on plasma creatine kinase and cell-free plasma DNA in soldiers of PAP[J]. Medical Journal of the Chinese People's Armed Police Forces, 2016,27(3): 268-271.  
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不同训练方式对武警战士血浆肌酸激酶和血浆游离DNA的影响
彭朋1, 薄海1, 王大宁1, 刁秋霞1, 张磊2, 秦永生1
1. 300309 天津,武警后勤学院:军事训练医学教研室
2. 300309 天津,武警后勤学院:共同科目教研室
通讯作者：秦永生,E-mail: qinyongshengtj@126.com

作者简介:彭 朋,博士,讲师。

基金资助: 武警部队后勤科研项目(WHKL15-3),武警后勤学院科研创新团队项目(WHTD201308); 武警后勤学院教学研究项目(WHJY201313)
摘要

目的 观察不同训练方式对武警战士血浆肌酸激酶(CK)和血浆游离DNA(cf-DNA)的影响,探寻军事训练过程中早期诊断运动性疲劳和运动性肌肉损伤的敏感标志物。方法 45名某部队武警战士随机分为3组,分别为有氧训练组(5 km跑)、向心力量训练组(俯卧撑和仰卧起坐)和离心力量训练组(原地蹲跳和蛙跳),每组各15人。于训练前、训练后即刻、训练后30 min、1 h、12 h和24 h测定血浆CK和cf-DNA。结果 有氧训练组各时间点血浆CK和cf-DNA均无显著性变化( P>0.05)。向心力量训练组血浆CK在训练后12 h显著升高[(315±95) vs (134±45) U/L, P<0.01],24 h即恢复至安静水平[(151±71) vs (134±45) U/L, P>0.05];cf-DNA在训练后即刻显著升高[(59.1±12.7) vs (43.4±8.0) pg/μl, P<0.05],30 min达峰值[(95.3±13.6) vs (43.4±8.0) pg/μl, P<0.01],12 h即恢复至安静水平[(47.7±10.9) vs (43.4±8.0) pg/μl, P>0.05]。离心力量训练组血浆CK与cf-DNA的变化与向心力量组基本一致,但各时间点升高幅度均高于向心力量组( P<0.01)。结论 cf-DNA对运动的反应具有训练方式依赖性,中等强度有氧训练对cf-DNA的影响不大,力量训练特别是离心力量训练对cf-DNA的影响最大;cf-DNA可能是军事训练中早期诊断运动性疲劳和运动性肌肉损伤的敏感标志物。

关键词: 军事训练; 训练方式; 战士; 肌酸激酶; 血浆游离DNA
中图分类号:G804.23
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, QIN Yongsheng1
1. Department of Military Training Medicine, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300309, China
2. Department of Basic Teaching of Military Common Subjects, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300309, China
Abstract

Objective To 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.Methods Forty-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.Results Plasma 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).Conclusions The 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.

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

科学施训是武警战士军事训练伤防控的根本途径, 而科学施训的核心是将医务监督和功能监控融入或贯彻到日常训练中[1]。战士在军事训练中常出现疲劳积累并造成过度疲劳综合征, 继续坚持训练往往易发生训练伤病。因此, 如何早期诊断运动性疲劳是预防训练伤病的关键[2]。业已证明, 血肌酸激酶(creatine kinase, CK)是评定肌肉承受训练刺激、运动性疲劳及运动性肌肉损伤的敏感标志物。但血CK在运动后12~24 h才出现明显升高, 24~48 h达峰值[3]。同时, 此指标具有显著的个体差异, 其应用受到一定程度的限制。我们前期的研究表明, 血浆游离DNA(cell-free plasma DNA, cf-DNA)在剧烈运动后显著升高, 可能是训练监控的新标志物[4]。本研究拟观察不同训练方式对血浆CK和cf-DNA的影响, 探寻军事训练中早期诊断运动性疲劳和运动性肌肉损伤的敏感标志物。

1 对象与方法
1.1 对象

2013-04至2013-06, 选取武警某部队战士45名, 均有1年以上的军事训练经历。将其随机分为3组, 分别为有氧训练组(5 km跑)、向心力量训练组(俯卧撑和仰卧起坐)和离心力量训练组(原地蹲跳和蛙跳), 每组各15人。所有受试者身体健康, 无急慢性疾病及其他病史, 无吸烟、饮酒等不良嗜好。其一般情况见表1。各组年龄、身高、体重等指标均无统计学差异(P> 0.05)。

表1 45名不同训练方式武警战士的一般情况(n=15; \(\overline{x}\)± s)
1.2 训练安排

所有受试者均佩戴遥测心率表(Polar FS1, 芬兰)监控训练强度。有氧训练组进行5 km跑, 心率控制在145~155次/min之间; 向心力量训练组进行俯卧撑和仰卧起坐各5组, 每组40个, 组间间歇3~5 min; 离心力量训练组进行原地蹲跳和蛙跳练习, 20次蹲跳和30 m蛙跳为1组, 组间间隔3~5 min, 共完成5组。

1.3 血液提取与指标测试

所有受试者分别于训练前、训练后即刻、训练后30 min、1 h、12 h和24 h肘静脉取血3 ml置抗凝管中, 3000 r/min、离心20 min, 取上清, 置-20 ℃冰箱冻存待测。血浆CK活性测定:采用日立7180型全自动生化分析仪用速率法测定CK活性(单位为IU/L)。cf-DNA含量测定:用微量基因组DNA提取试剂盒(QIAamp DNA Blood Mini Kit, Qiagen, 德国)提取cf-DNA, 方法按试剂盒中说明进行。取20 μ l cf-DNA用Quant-iT dsDNA HS试剂盒和Qubit荧光仪测定cf-DNA含量(单位为pg/μ L)。

1.4 统计学处理

组间比较及组内各指标时程比较采用单因素方差分析, LSD检验进行多重比较。以P< 0.05为差异有统计学意义, 以P< 0.01为差异有非常显著统计学意义。用SPSS 14.0统计软件进行数据处理。

2 结果
2.1 各组训练强度与训练时间比较

各组训练强度以心率表示, 其中离心力量训练组训练强度最高(与其他两组比较, 均为P< 0.01), 向心力量训练组和有氧训练组训练强度差异无统计学意义(P> 0.05)。各组训练时间(包括间歇时间)差异无统计学意义(表2)。

表2 各组武警战士训练强度与训练时间的比较(n=15; \(\overline{x}\)± s)
2.2 各组血浆CK和cf-DNA的时程变化

训练前安静时各组基础值差异均无统计学意义(P> 0.05)。有氧训练组各时间点血浆CK和cf-DNA均无显著性变化(P> 0.05)。向心力量训练组血浆CK在训练后12 h显著升高(P< 0.01), 24 h即恢复至安静水平(P> 0.05); cf-DNA在训练后即刻显著升高(P< 0.05), 30 min达峰值(P< 0.01), 12 h恢复至安静水平(P> 0.05)。离心力量训练组血浆CK与cf-DNA的变化趋势与向心力量组基本一致, 但各时间点升高幅度均显著高于向心力量组(均为P< 0.01, 表3、4)。

表3 各组武警战士血浆CK(U/L)的时程变化(n=15; \(\overline{x}\)± s)
表4 各组武警战士cf-DNA(pg/μ l)的时程变化(n=15; \(\overline{x}\)± s)
3 讨论
3.1 训练方式对血浆CK的影响

血浆肌肉酶水平是肌肉功能状态的标志物, 其中最重要的肌肉酶是CK[5]。剧烈运动可导致血浆CK及其同工酶水平增高[6]。不同训练方式, 包括不同持续时间、不同训练强度、肌肉收缩方式(离心收缩或向心收缩)对血浆CK的影响均不同, 其中持续时间长、负荷强度大, 以及肌肉重复进行离心收缩(肌肉收缩的同时被拉长)的训练项目, 往往引起运动性肌肉微损伤, 其主要表现是延迟性肌肉酸痛、肌肉力量丢失, 以及血中CK等肌肉蛋白水平升高[7]。本研究有氧训练组血浆CK在各时间点均无显著性变化, 提示中等强度的有氧训练并未造成机体的疲劳积累和肌肉损伤; 向心力量训练组血浆CK在训练后12 h一过性增加, 而离心力量训练组在训练后12 h和24 h持续升高。同时, 离心力量训练组升高幅度显著高于向心力量训练组, 说明肌肉进行大强度离心收缩训练对肌肉的刺激最大, 造成肌肉微损伤最重, 这与前人的研究发现基本一致[8, 9]。

大强度剧烈运动(特别是肌肉离心运动)导致肌细胞的损伤与破坏, 其机制包括机械性损伤与代谢性损伤两方面[5]。肌细胞的机械牵拉(机械性损伤)可使Z盘断裂、肌节降解, 局部组织损伤以及膜通透性增高; 剧烈运动造成肌细胞的能量耗竭(代谢性损伤), 胞内钙离子浓度升高并激活钙依赖的蛋白激酶, 破坏骨架蛋白(肌节等), 同时激活钾离子通道使膜电阻下降, 通透性增高。细胞内容物漏出入血从而造成血浆CK的增高。因此, CK是肌肉损伤的特异标志物[10], 对于战士军事训练中的机能评定、负荷监控、运动性肌肉损伤和运动性疲劳的诊断具有重要的应用价值。但是, 本研究与前人的研究均发现, 血浆CK在训练后即刻并没有显著升高, 而是经过一个潜伏期后, 在训练后12~24 h出现显著变化。肌肉向心运动时, 血浆CK的峰值出现的相对较早, 一般在运动后24~48 h[3]; 而肌肉离心运动时, 其峰值一般在2~7 d才出现[11], 同时力量训练后会出现双峰现象, 4~10 d逐渐下降至基础水平[12]。结果提示, 血浆CK可能不是运动性疲劳和运动性肌肉损伤的早期诊断标志物。

3.2 训练方式对cf-DNA的影响

循环DNA又称游离DNA, 即存在于血浆或血清、脑脊液及滑膜液等体液中的细胞外DNA, 其中存在于血浆中的游离DNA称为cf-DNA[13]。cf-DNA最早发现于癌症患者的血循环中[14], 并证实是由于凋亡或坏死细胞的DNA释放入血形成的[13]。

关于军事训练与cf-DNA关系的研究鲜有报道, 我们前期研究发现[4], cf-DNA在一次剧烈运动后即刻显著性升高; 王勇等[15]观察了力竭运动对青少年田径运动员cf-DNA的影响, 结果发现, cf-DNA在运动后即刻显著性升高, 4 h降至安静水平, 提示cf-DNA可能是组织损伤的早期标志物和训练中机能监控的新指标。本研究主要探讨不同训练方式对cf-DNA时程变化的影响, 结果发现, cf-DNA在中等强度有氧训练后各时间点未出现显著性变化; 向心力量训练组cf-DNA在运动后即刻显著升高, 30 min达峰值, 12 h即恢复至安静水平; 离心力量训练组cf-DNA的变化与向心力量组基本一致, 但各时间点升高幅度均高于向心力量组。一方面提示cf-DNA对运动的反应具有训练方式依赖性, 肌肉进行离心收缩方式运动对cf-DNA影响最大; 肌肉向心训练, 如中等强度有氧运动对于cf-DNA影响甚微; 另一方面, 由于cf-DNA在力量训练后变化迅速, 说明此指标可能是军事训练监控的早期、敏感标志物。

训练后cf-DNA升高的机制可能与肌肉组织损伤与机体的无菌性炎性反应导致的细胞凋亡与坏死有关。运动诱导自由基产生增多, 自由基攻击DNA、蛋白质和脂质(特别是膜的脂质双层), 从而产生氧化损伤[16]。DNA修复酶切除DNA损伤部位并释放DNA片段入血形成cf-DNA[17]。由于肌肉进行离心收缩方式运动造成的骨骼肌损伤最为严重, 所以本研究离心力量训练组cf-DNA升高最明显。Quadrilatero等[18]的研究表明, 2h中等强度运动未引起骨骼肌细胞凋亡和DNA损伤。笔者推测, 在本研究中, 中等强度有氧训练不足以对骨骼肌细胞产生凋亡效应, 因此cf-DNA变化不明显。

综上所述, 虽然血浆CK与cf-DNA均为军事训练监控的敏感指标, 但由于cf-DNA在训练后即刻迅速升高, 而血浆CK存在12~24 h的潜伏期。因此, cf-DNA可能是早期诊断运动性疲劳和运动性肌肉损伤的敏感、特异标志物。同时, 不同训练方式对cf-DNA的影响不同, 提示在军事训练中某些训练科目易造成肌肉的微损伤进而导致机体的疲劳积累甚至出现训练伤病, 利用cf-DNA对此类训练项目进行适时监控有利于及时调整训练负荷, 预防运动性疲劳和训练伤病的发生。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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