不同訓練方式對武警戰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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不同訓練方式對武警戰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

目的觀察不同訓練方式對武警戰士血漿肌酸激酶(CK)和血漿游離DNA(cf-DNA)的影響，探尋軍事訓練過程中早期診斷運動性疲勞和運動性肌肉損傷的敏感標志物。方法45名某部隊武警戰士隨機分為3組，分別為有氧訓練組(5 km跑)、向心力量訓練組(俯臥撐和仰臥起坐)和離心力量訓練組(原地蹲跳和蛙跳)，每組各15人。于訓練前、訓練后即刻、訓練后30 min、1 h、12 h和24 h測定血漿CK和cf-DNA。結果有氧訓練組各時間點血漿CK和cf-DNA均無顯著性變化(P>0.05)。向心力量訓練組血漿CK在訓練后12 h顯著升高[(315±95)vs(134±45) U/L，P<0.01]，24 h即恢復至安靜水平[(151±71)vs(134±45) U/L，P>0.05]；cf-DNA在訓練后即刻顯著升高[(59.1±12.7)vs(43.4±8.0) pg/μl，P<0.05]，30 min達峰值[(95.3±13.6)vs(43.4±8.0) pg/μl，P<0.01]，12 h即恢復至安靜水平[(47.7±10.9)vs(43.4±8.0) pg/μl，P>0.05]。離心力量訓練組血漿CK與cf-DNA的變化與向心力量組基本一致，但各時間點升高幅度均高于向心力量組(P<0.01)。結論cf-DNA對運動的反應具有訓練方式依賴性，中等強度有氧訓練對cf-DNA的影響不大，力量訓練特別是離心力量訓練對cf-DNA的影響最大；cf-DNA可能是軍事訓練中早期診斷運動性疲勞和運動性肌肉損傷的敏感標志物。

軍事訓練；訓練方式；戰士；肌酸激酶；血漿游離DNA

科學施訓是武警戰士軍事訓練傷防控的根本途徑，而科學施訓的核心是將醫務監督和功能監控融入或貫徹到日常訓練中[1]。戰士在軍事訓練中常出現疲勞積累并造成過度疲勞綜合征，繼續堅持訓練往往易發生訓練傷病。因此，如何早期診斷運動性疲勞是預防訓練傷病的關鍵[2]。業已證明，血肌酸激酶(creatine kinase，CK)是評定肌肉承受訓練刺激、運動性疲勞及運動性肌肉損傷的敏感標志物。但血CK在運動后12～24 h才出現明顯升高，24～48 h達峰值[3]。同時，此指標具有顯著的個體差異，其應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)在劇烈運動后顯著升高，可能是訓練監控的新標志物[4]。本研究擬觀察不同訓練方式對血漿CK和cf-DNA的影響，探尋軍事訓練中早期診斷運動性疲勞和運動性肌肉損傷的敏感標志物。

1　對象與方法

1.1對象2013-04至2013-06，選取武警某部隊戰士45名，均有1年以上的軍事訓練經歷。將其隨機分為3組，分別為有氧訓練組(5 km跑)、向心力量訓練組(俯臥撐和仰臥起坐)和離心力量訓練組(原地蹲跳和蛙跳)，每組各15人。所有受試者身體健康，無急慢性疾病及其他病史，無吸煙、飲酒等不良嗜好。其一般情況見表1。各組年齡、身高、體重等指標均無統計學差異(P>0.05)。

表1　45名不同訓練方式武警戰士的一般情況　(n=15；±s)

1.2訓練安排所有受試者均佩戴遙測心率表(Polar FS1，芬蘭)監控訓練強度。有氧訓練組進行5 km跑，心率控制在145～155次/min之間；向心力量訓練組進行俯臥撐和仰臥起坐各5組，每組40個，組間間歇3～5 min；離心力量訓練組進行原地蹲跳和蛙跳練習，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血液提取與指標測試所有受試者分別于訓練前、訓練后即刻、訓練后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。血漿CK活性測定：采用日立7180型全自動生化分析儀用速率法測定CK活性(單位為IU/L)。cf-DNA含量測定：用微量基因組DNA提取試劑盒(QIAamp DNA Blood Mini Kit，Qiagen，德國)提取cf-DNA，方法按試劑盒中說明進行。取20 μl cf-DNA用Quant-iT dsDNA HS試劑盒和Qubit熒光儀測定cf-DNA含量(單位為pg/μL)。

1.4統計學處理組間比較及組內各指標時程比較采用單因素方差分析，LSD檢驗進行多重比較。以P<0.05為差異有統計學意義，以P<0.01為差異有非常顯著統計學意義。用SPSS 14.0統計軟件進行數據處理。

2　結　　果

2.1各組訓練強度與訓練時間比較各組訓練強度以心率表示，其中離心力量訓練組訓練強度最高(與其他兩組比較，均為P<0.01)，向心力量訓練組和有氧訓練組訓練強度差異無統計學意義(P>0.05)。各組訓練時間(包括間歇時間)差異無統計學意義(表2)。

表2　各組武警戰士訓練強度與訓練時間的比較　(n=15；±s)

注：與離心力量訓練組比較，①P<0.01

2.2各組血漿CK和cf-DNA的時程變化訓練前安靜時各組基礎值差異均無統計學意義(P>0.05)。有氧訓練組各時間點血漿CK和cf-DNA均無顯著性變化(P>0.05)。向心力量訓練組血漿CK在訓練后12 h顯著升高(P<0.01)，24 h即恢復至安靜水平(P>0.05)；cf-DNA在訓練后即刻顯著升高(P<0.05)，30 min達峰值(P<0.01)，12 h恢復至安靜水平(P>0.05)。離心力量訓練組血漿CK與cf-DNA的變化趨勢與向心力量組基本一致，但各時間點升高幅度均顯著高于向心力量組(均為P<0.01，表3、4)。

表3　各組武警戰士血漿CK(U/L)的時程變化　(n=15；

注：Pre：訓練前，Post：訓練后即刻；組內與Pre比較，①P<0.01；組間與有氧訓練組比較，②P<0.01；組間與向心力量訓練組比較，③P<0.01

表4　各組武警戰士cf-DNA(pg/μl)的時程變化　(n=15；

注：Pre：訓練前，Post：訓練后即刻；組內與Pre比較，①P<0.05，②P<0.01；組間與向心力量訓練組比較，③P<0.01

3　討　　論

3.1訓練方式對血漿CK的影響血漿肌肉酶水平是肌肉功能狀態的標志物，其中最重要的肌肉酶是CK[5]。劇烈運動可導致血漿CK及其同工酶水平增高[6]。不同訓練方式，包括不同持續時間、不同訓練強度、肌肉收縮方式(離心收縮或向心收縮)對血漿CK的影響均不同，其中持續時間長、負荷強度大，以及肌肉重復進行離心收縮(肌肉收縮的同時被拉長)的訓練項目，往往引起運動性肌肉微損傷，其主要表現是延遲性肌肉酸痛、肌肉力量丟失，以及血中CK等肌肉蛋白水平升高[7]。本研究有氧訓練組血漿CK在各時間點均無顯著性變化，提示中等強度的有氧訓練并未造成機體的疲勞積累和肌肉損傷；向心力量訓練組血漿CK在訓練后12 h一過性增加，而離心力量訓練組在訓練后12 h和24 h持續升高。同時，離心力量訓練組升高幅度顯著高于向心力量訓練組，說明肌肉進行大強度離心收縮訓練對肌肉的刺激最大，造成肌肉微損傷最重，這與前人的研究發現基本一致[8, 9]。

大強度劇烈運動(特別是肌肉離心運動)導致肌細胞的損傷與破壞，其機制包括機械性損傷與代謝性損傷兩方面[5]。肌細胞的機械牽拉(機械性損傷)可使Z盤斷裂、肌節降解，局部組織損傷以及膜通透性增高；劇烈運動造成肌細胞的能量耗竭(代謝性損傷)，胞內鈣離子濃度升高并激活鈣依賴的蛋白激酶，破壞骨架蛋白(肌節等)，同時激活鉀離子通道使膜電阻下降，通透性增高。細胞內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志物[10]，對于戰士軍事訓練中的機能評定、負荷監控、運動性肌肉損傷和運動性疲勞的診斷具有重要的應用價值。但是，本研究與前人的研究均發現，血漿CK在訓練后即刻并沒有顯著升高，而是經過一個潛伏期后，在訓練后12～24 h出現顯著變化。肌肉向心運動時，血漿CK的峰值出現的相對較早，一般在運動后24～48 h[3]；而肌肉離心運動時，其峰值一般在2～7 d才出現[11]，同時力量訓練后會出現雙峰現象，4～10 d逐漸下降至基礎水平[12]。結果提示，血漿CK可能不是運動性疲勞和運動性肌肉損傷的早期診斷標志物。

3.2訓練方式對cf-DNA的影響循環DNA又稱游離DNA，即存在于血漿或血清、腦脊液及滑膜液等體液中的細胞外DNA，其中存在于血漿中的游離DNA稱為cf-DNA[13]。cf-DNA最早發現于癌癥患者的血循環中[14]，并證實是由于凋亡或壞死細胞的DNA釋放入血形成的[13]。

關于軍事訓練與cf-DNA關系的研究鮮有報道，我們前期研究發現[4]，cf-DNA在一次劇烈運動后即刻顯著性升高；王勇等[15]觀察了力竭運動對青少年田徑運動員cf-DNA的影響，結果發現，cf-DNA在運動后即刻顯著性升高，4 h降至安靜水平，提示cf-DNA可能是組織損傷的早期標志物和訓練中機能監控的新指標。本研究主要探討不同訓練方式對cf-DNA時程變化的影響，結果發現，cf-DNA在中等強度有氧訓練后各時間點未出現顯著性變化；向心力量訓練組cf-DNA在運動后即刻顯著升高，30 min達峰值，12 h即恢復至安靜水平；離心力量訓練組cf-DNA的變化與向心力量組基本一致，但各時間點升高幅度均高于向心力量組。一方面提示cf-DNA對運動的反應具有訓練方式依賴性，肌肉進行離心收縮方式運動對cf-DNA影響最大；肌肉向心訓練，如中等強度有氧運動對于cf-DNA影響甚微；另一方面，由于cf-DNA在力量訓練后變化迅速，說明此指標可能是軍事訓練監控的早期、敏感標志物。

訓練后cf-DNA升高的機制可能與肌肉組織損傷與機體的無菌性炎性反應導致的細胞凋亡與壞死有關。運動誘導自由基產生增多，自由基攻擊DNA、蛋白質和脂質(特別是膜的脂質雙層)，從而產生氧化損傷[16]。DNA修復酶切除DNA損傷部位并釋放DNA片段入血形成cf-DNA[17]。由于肌肉進行離心收縮方式運動造成的骨骼肌損傷最為嚴重，所以本研究離心力量訓練組cf-DNA升高最明顯。Quadrilatero等[18]的研究表明，2h中等強度運動未引起骨骼肌細胞凋亡和DNA損傷。筆者推測，在本研究中，中等強度有氧訓練不足以對骨骼肌細胞產生凋亡效應，因此cf-DNA變化不明顯。

綜上所述，雖然血漿CK與cf-DNA均為軍事訓練監控的敏感指標，但由于cf-DNA在訓練后即刻迅速升高，而血漿CK存在12～24 h的潛伏期。因此，cf-DNA可能是早期診斷運動性疲勞和運動性肌肉損傷的敏感、特異標志物。同時，不同訓練方式對cf-DNA的影響不同，提示在軍事訓練中某些訓練科目易造成肌肉的微損傷進而導致機體的疲勞積累甚至出現訓練傷病，利用cf-DNA對此類訓練項目進行適時監控有利于及時調整訓練負荷，預防運動性疲勞和訓練傷病的發生。

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(2015-03-07收稿2015-12-20修回)

(責任編輯梁秋野)

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

武警部隊后勤科研項目(WHKL15-3)，武警后勤學院科研創新團隊項目(WHTD201308)；武警后勤學院教學研究項目(WHJY201313)

彭朋，博士，講師。

300309天津，武警后勤學院：1.軍事訓練醫學教研室，2.共同科目教研室

秦永生，E-mail: qinyongshengtj@126.com

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