向心訓練與離心訓練對大鼠腓腸肌H反射的影響

周思紅，劉 宇

1 前言

不同訓練方式能夠對神經肌肉系統產生不同的影響，這其中，離心訓練對肌肉影響的研究相對較多，而對神經反射興奮性的相關報道則較少，特別是H反射方面的影響更少［2，7，14，16，28］。

Ghristian［20］研究人體從不同高度進行落地反跳時，其比目魚肌H反射的變化，發現相同高度下H反射在觸地階段要顯著小于下落階段，且H反射隨著下落高度的增加而逐漸減小，顯示人體的這種反射調節是為了調整肌腱剛度，以便肌腱在保持較大剛度的同時，避免由于超載負荷而可能造成的損傷。田石榴［12］研究發現，8周負重超等長訓練后，H反射中的主要指標Hmax/Mmax值降低，顯示負重超等長使α運動神經元終池興奮性降低。

誠然，從20個世紀開始就有不少學者對H反射進行了研究［17，21，23，29，30］，但研究涉及運動訓練方面，特別是離心訓練對神經肌肉系統的影響，其機制到目前為止尚不清楚。因此，本研究的目的，為了解神經系統在不同運動方式后的適應情況，通過探究向心與離心訓練8周后大鼠H反射特征的變化，了解不同訓練方式對神經肌肉系統的影響。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

雄性SD健康大鼠72只，平均體重（180～200）g，購自上海西普爾-必凱實驗動物有限公司。大鼠在實驗室適應3天后被隨機分為安靜對照組（C組）向心訓練組（EC組）和離心訓練組（EE組）（所有分組n＝24）。各組大鼠經獨立樣本檢驗，體重無顯著性差異。大鼠分籠飼養，每籠不超過5只，對每組大鼠采取身體不同部位涂抹3％～5％的苦味酸來進行標識，涂后毛發呈黃色。訓練房的室溫保持在22℃左右，相對濕度保持在50％～60％，晝夜節律用日光燈控制，每日光照時間為8：00AM～8：00PM。訓練期間，訓練房一直保持通風、干凈、整潔。大鼠自由飲食，每周2次定時對其稱重并記錄［3，8，9］。

2.2 研究方法

2.2.1 向心和離心訓練動物模型的建立

對照組和運動組處于相同條件的房間內，但不進行任何形式的運動，每天正常飲食。正式實驗前經預實驗測定運動后即刻大鼠尾部的血乳酸值，評定在不同坡度跑臺上大鼠的運動強度，然后確定運動負荷和運動方案，爭取使EE組大鼠和EC組大鼠運動負荷相似。EC組和EE組大鼠在進實驗室第3、4天，每天進行1次速度為5～10m/min，時間為5～10min，坡度為0°的跑臺運動進行適應性訓練，第5、6天使EC組大鼠每天進行1次速度為10～15m/min，時間為10～15min，坡度為4°的跑步訓練。第5、6天使EE組大鼠每天進行1次速度為10～15m/min，時間為10～15min，坡度為-14°的跑步訓練［10，15，18］。使兩組大鼠熟悉在動物跑臺上進行上坡跑和下坡跑訓練。第7天兩組休息。正式實驗在第2周開始，到第9周結束，均在下午2點開始訓練，訓練總時間持續8周，其中訓練組大鼠周一到周五訓練5天，周六和周日休息。

2.2.2 訓練方案

訓練組大鼠的訓練方案設計為，EC組大鼠從靜止開始，在坡度為4°的跑臺上，每天進行1次速度為19～23m/min、訓練時間為25～40min的向心運動。EE組大鼠從靜止開始，在坡度為-14°的跑臺上，每天1次速度為17～21m/min、總時間25～40min的離心運動（表1，表2）。

2.2.3 取材方法

取材前一天，對取材環境進行全面消毒，并保證取材環境的衛生整潔、干凈，溫度和適度保持正常。在最后一次運動結束后24h取材，3組同日取材。大鼠處死前12h禁止飲食，稱重，按400mg/kg體重劑量，腹腔注射10％水合氯醛進行麻醉［1，4，13］。待大鼠進入深度麻醉后，取仰臥位將其固定于動物實驗操作臺上，常規消毒后，從大鼠內踝開始向大腿方向用剝離肌肉，在7min之內迅速鈍性剝取完整的大鼠右側腓腸肌，分離出坐骨神經，神經分離需用玻璃分針，分離過程中操作必須精細，避免使用金屬器械碰到神經，防止損傷和影響標本制作。仔細制備好完整的與坐骨神經相連的腓腸肌標本。

表1 EC組具體訓練安排情況一覽表

表2 EE組具體訓練安排情況一覽表

2.2.4 H反射測試方法與步驟

首先，測大鼠右側腓腸肌的H反射，測定H反射時，以雙極銀絲電極作為刺激電極，電極直接鉤于坐骨神經上，統一位置選擇在近坐骨神經連接腓腸肌處2～3mm處。將刺激電極通過導線連接到生物機能實驗系統上的電刺激輸出端，記錄電極為同心針電極，將同心針電極垂直于肌纖維方向插入腓腸肌肌腹飽滿處。儀器的地線通過銅線與深埋于地下的鐵釘相連，使肌電圖的基線受到的干擾盡量減小到最小程度。

對SD大鼠進行肌電測定時，要注意對生物機能實驗系統參數的設定，設置系統采用單次電刺激誘發H波，模式為細電壓，刺激波形采用方波，波寬為0.2ms，強度從0v開始，以0.005v為增量，延時100ms，通過程控進行控制。通過從小到大的電刺激強度刺激將會使H波出現，再逐漸增強刺激又將使M波出現，H波變小。然后將SD大鼠腓腸肌上采集的肌電信號記錄下來［13］。通過記錄腓腸肌的Mmax波和Hmax波的振幅、Hmax/Mmax之比、Mmax波出現的最大上升速度和最大下降速度、Hmax波出現的最大上升速度和最大下降速度等指標來反映H反射的有關情況［19，22，24，27］。

2.3 數據統計方法

3 實驗結果

3.1 3組大鼠腓腸肌H反射測試圖

圖1 EC組肌電圖

圖2 EE組肌電圖

圖3 C組肌電圖

經過對3組大鼠腓腸肌的肌電測試，可以對H反射的主要指標數據進行采集，3組大鼠測試的肌電圖如圖1～圖3所示。

3.2 3組大鼠腓腸肌H反射各指標測試結果

由表3和圖4～圖6所示，通過對H反射的比較發現，Mmax波顯示EE組顯著大于C組和EC組，但EC組與C組之間無顯著性差異。Hmax波顯示EE組顯著大于C組。Hmax/Mmax值顯示3組之間均無顯著性差異。從Mmax波與Hmax波出現的時間發現，EE組Mmax波與Hmax波出現時間均要顯著遲于EE組大鼠，但與C組之間無差異，同時EC組與C組之間也無顯著性差異。

表3 H反射測試結果一覽表

圖4 M波和H波最大振幅示意圖

圖5 H波和M波最大振幅比值示意圖

4 分析討論

目前，檢測神經系統中周圍神經功能的客觀指標的方法之一是采取肌電圖檢查，這種檢測手段已被許多臨床醫生以及廣大科研人員所接受［6，11］。其中在肌電圖檢查中，H反射是檢查中的一個重要指標，它是通過對支配腓腸肌的坐骨神經采用脈沖電流或機械刺激引起腓腸肌興奮，然后對采集的電信號進行記錄。通過檢查坐骨神經的末梢運動神經纖維傳導速度、運動終板的功能以及脊髓的反射功能等指標，來反映周圍神經的功能。其經常使用的指標有潛伏期、Mmax、Hmax、Hmax/Mmax值等。通過對大鼠進行H反射檢測，研究運動方式對神經系統的影響相對較少。本組實驗旨在進行這方面的探索，以期能為進一步檢測奠定基礎。

圖6 M波和H波最大振幅出現時間示意圖

4.1 向心與離心訓練對Mmax波和Hmax波的影響

從Mmax波的測定結果發現，C組與EE組之間有特別顯著性差異，EC組與EE組之間也有顯著性差異，C組與EC組之間無顯著性差異。從Hmax波的測定結果發現，C組與EE組之間有顯著性差異，而C組與EC組之間，EC組與EE組之間均無顯著性差異。Hmax/Mmax值測定結果表明，3組之間無顯著性差異。研究表明，M波是通過電刺激坐骨神經直接興奮α運動神經元軸突而引起的H反射波，M波的大小與神經-肌肉接點以及肌纖維的功能狀態有密切關系。

本研究選擇的多道生理記錄儀設定的刺激參數條件合適，經記錄的數據能準確采集到大鼠坐骨神經-腓腸肌檢測H反射時的Mmax波和Hmax波，測試的數據結果精確，讀取方便，可重復性比較強，誤差極小。有關數據結果呈正態分布。因為測定的H波是由電刺激Ia類傳入神經纖維產生的反射波。因此H波的振幅大小與神經支內Ia類傳入神經纖維的含量多少有關。運動單位中的運動神經元多少直接影響到骨骼肌電位的高低程度，電壓高低與它興奮肌纖維的密度有直接關系，電壓越高，興奮的肌纖維數就越多，密度也就越大。本研究通過測定大鼠腓腸肌H反射的Hmax波，可驗證大鼠周圍神經終支內Ia類傳入神經纖維的含量。

因為實驗在相同的刺激條件下，不同組別大鼠腓腸肌的Hmax波的平均值大小，反映了該組大鼠被興奮的Ia類傳入神經纖維電活動的大小程度，Hmax波平均振幅之間的差異，能夠反映出3組大鼠神經支之間Ia類傳入纖維含量多少的差異。分析認為，只有電刺激較多的Ia類傳入神經纖維，才能導致興奮更多的運動神經元，使Hmax波有較高的幅值［25］。影響H反射的因素較多，主要分為內部因素和外部因素。而內部諸因素中，最重要的影響因素是引起神經反射的興奮閾值以及被興奮的神經纖維數量多少。因為H反射屬于低閾值反射，因此，當脈沖電刺激強度比較弱時，記錄電極首先會記錄到H波，隨著刺激強度逐漸增加，H波也會增大，但刺激強度過高超過一定范圍以后，H波反而會隨著刺激強度的增加，逐漸下降。只有當刺激強度增加到足以引起閾值較高的α運動神經元興奮時，則會產生M波，如果刺激強度繼續增加，將會出現H波消失，M波達到最高。在實驗過程中可以通過這個特點來確定H反射。在相同的刺激條件下，如果Ia類傳入神經纖維的數量越多，將會使得興奮α神經元的數量也就越多，導致H波振幅也越高，因此，從本實驗結果發現，因為EE組的Hmax波顯著高于C組，也反映出經過離心訓練可能導致EE組SD大鼠體內坐骨神經干Ia類傳入神經纖維的數量出現增多的情況。

4.2 向心與離心訓練對Hmax/Mmax的影響

實驗中測定的Hmax/Mmax表示經多道生理記錄儀測定的腓腸肌Hmax波與刺激坐骨神經產生的Mmax波的比值。研究報道，運動訓練中的Hmax/Mmax大小變化，除受脊髓的運動神經元興奮性影響外，還受Ia類傳入纖維的突觸前抑制（presynaptic inhibition-PSI）的影響。離心訓練因為骨骼肌在收縮狀態下被拉長，將會導致本體感受器的傳入增加，支配骨骼肌活性的Ia運動神經元的氧化酶活性增加等。這些因素都可以使大鼠離心訓練后脊髓運動神經元的興奮性增加［20］。研究認為H反射可以反映α運動神經元群的興奮性，無論骨骼肌疲勞后肌纖維興奮性發生什么變化，Hmax/Mmax值也都反映α運動神經元群的興奮性。Jayne等研究報道，人的腓腸肌在疲勞狀態下Hmax/Mmax值顯著性降低，H波甚至消失，研究為神經-肌肉疲勞提供了新思路。較多研究報道，M波振幅降低的原因是因為骨骼肌疲勞時肌膜的興奮性降低所導致。就骨骼肌疲勞與H反射的關系而言，有報道認為，H反射在骨骼肌缺血疲勞的狀況下振幅將會下降，如果骨骼肌持續疲勞，肌肉進行亞極量主動收縮時，H反射的振幅又會逐漸上升。Hmax/Mmax值估計受到脊髓神經元興奮性的影響［31］。

Hmax/Mmax值降低的原因，根據動物神經生理學分析，可能因為受到電刺激后，興奮逆向傳播至脊髓α運動神經元，導致傳入神經元與運動神經元進行換元的突觸受到了抑制，使得肌梭的興奮通過Ia類傳入神經纖維至α運動神經元換元時出現了衰減，二次反射的興奮性就會下降，使得H波降低，Hmax/Mmax值也相應降低。該反應有一定的生理意義［26］，因為可以降低肌梭對運動神經元興奮的負反饋調節，可以維持α運動神經元的興奮性，從而延緩和減少神經疲勞的發生。其次，Hmax/Mmax值降低可能與機體調整平衡的能力有關。過于興奮時抑制，過于抑制時興奮。因為實驗是在SD大鼠高級中樞麻醉狀態下進行的，因此可能使脊髓的α運動神經元反應閾值產生改變，而運動訓練對α神經元起到了抑制作用。分析認為，H反射屬于低閾值反射，如果刺激強度已經足夠大，但H波的振幅沒有升高反而降低，因此可能是通過調節α運動神經元的閾值大小，來平衡興奮和抑制過程的。Hmax/Mmax值，3組之間無顯著性差異，表明3組大鼠測定的Hmax波與Mmax波之間呈現同時增大或縮小情況。

4.3 向心與離心訓練對Mmax波和Hmax波出現時間的影響

從Mmax波和Hmax波出現的時間測定結果發現，EC組與EE組之間出現顯著性差異，C組與EC組之間無顯著性差異。表明EE組Mmax波和Hmax波出現都要顯著晚于EC組。從研究結果分析，估計這種情況出現的原因是由于運動訓練導致大鼠的H波和M波發生改變，特別是離心訓練后由于腓腸肌的肌力增強，致使Hmax波出現的時間推遲。另外，Mmax波出現推遲，推測與α運動神經元的抗電刺激能力提高有一定關系。

測定發現，SD大鼠的后肢H反射具有與人類相似的波型特征，但因為大鼠后肢比較短，致使刺激坐骨神經的電極與腓腸肌上的記錄電極距離較近，造成刺激波與M波的間距較小，潛伏時間也較短的特點。而H波也有一定的特點，隨著脈沖電刺激的逐漸增強，它也會逐漸增加振幅，隨后當H反射的振幅達到最大，如果繼續增大脈沖電刺激時，就會出現M波，當M波增大時，H波則逐漸降低，強度達到一定程度時，H反射消失。根據不同實驗的研究目的與設計要求，進行誘發SD大鼠腓腸肌肌電圖時采用的方法也不同。經過研究人員的努力，目前對H反射的研究和認識已比較深入，因為H反射作為一種電刺激誘發的脊髓的單突觸牽張反射，可以幫助人們判斷脊髓中α運動神經元的興奮性高低，所以，根據H反射的變化情況可作為判斷脊髓的相應節段，特別是可作為評判此相應節段α運動神經元功能狀態的一種比較客觀的指標。

5 結論與建議

訓練后大鼠神經肌肉系統興奮性增加，特別是離心訓練使Mmax波明顯增加，提示離心訓練對改善肌肉組織的興奮性有一定作用；離心訓練后，Hmax波增加，說明離心訓練對改善Ia類傳入神經纖維的功能有一定作用；Hmax波和Mmax波出現的時間推遲，乃α運動神經元的興奮性閾值增高所致，提示離心訓練后，α運動神經元的抗電刺激能力提高。因此，離心訓練可以使大鼠的神經肌肉系統適應性得到改善。

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