微量元素對(duì)骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能的影響

微量元素對(duì)骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能的影響

鉻和鉻是人體身體所必需的元素，在維持和提高身體的運(yùn)動(dòng)能力方面發(fā)揮著重要作用。大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練不僅能促進(jìn)骨骼肌肉的形狀結(jié)構(gòu)和功能，而且對(duì)骨骼肌肉的超微結(jié)構(gòu)和形態(tài)功能也有一些副作用。例如，脂質(zhì)過(guò)氧化損傷的改善、自由基的增多、骨訓(xùn)細(xì)胞的死亡速度的加速等。在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中，如果缺乏元素含量，將嚴(yán)重影響骨訓(xùn)肌的結(jié)構(gòu)和功能，從而影響運(yùn)動(dòng)能力。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鉻和鉻的運(yùn)動(dòng)中的作用進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，對(duì)其功能機(jī)制有了進(jìn)一步的了解，但仍存在一些爭(zhēng)議。1鉻的生物學(xué)功能以及對(duì)骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響1.1提高肌肉張力鉻是人體必需的微量元素之一,具有生物活性的三價(jià)鉻(Cr3+)廣泛地存在于機(jī)體各個(gè)組織器官之中.其生物學(xué)功能主要通過(guò)Cr3+的形式構(gòu)成葡萄糖耐受因子(glucosetolerancefactor,GTF),協(xié)助胰島素作用,從而影響糖、脂肪、蛋白質(zhì)的代謝.①鉻可提高胰島素與特異受體的結(jié)合力,加快血液中葡萄糖向周圍組織轉(zhuǎn)運(yùn),刺激組織對(duì)葡萄糖的攝取及肝糖原的合成.②鉻可提高血液中高密度脂蛋白的含量,抑制血清中膽固醇水平.③鉻可以通過(guò)加強(qiáng)胰島素的功能促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成,促進(jìn)肌肉力量的增長(zhǎng).④鉻可提高機(jī)體在應(yīng)激及非應(yīng)激狀態(tài)下的免疫力.1.2補(bǔ)充鉻對(duì)骨骼和身體成分的影響1.2.1補(bǔ)充吡啶甲酸鉻對(duì)骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響鉻對(duì)骨骼肌影響的研究主要集中在對(duì)骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響上,補(bǔ)充不同形式的鉻對(duì)骨骼肌的影響存在一些差異.Campbell等將17名年齡為54～71歲的久坐婦女分為吡啶甲酸鉻(chromiumpicolinate)補(bǔ)充組(n=9)和安慰劑組(n=8).經(jīng)過(guò)12周的抗阻訓(xùn)練后,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的身體脂肪成分和游離脂肪酸濃度以及Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維并無(wú)顯著差別,且并沒(méi)有引起骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變以及肌肉力量的增長(zhǎng).Livolsi等將15名女性壘球運(yùn)動(dòng)員隨機(jī)分為吡啶甲酸鉻補(bǔ)充組(n=8)和安慰劑組(n=7),經(jīng)過(guò)6周的抗阻訓(xùn)練后檢測(cè)發(fā)現(xiàn),2組在最大肌肉力量方面都有所增長(zhǎng)但增長(zhǎng)幅度無(wú)明顯差別.因此認(rèn)為,肌肉力量的增長(zhǎng)是由于抗阻訓(xùn)練的效果,補(bǔ)充吡啶甲酸鉻并不能顯著提高肌肉力量.Campbell等研究也發(fā)現(xiàn),補(bǔ)充吡啶甲酸鉻對(duì)老年男性的肌肉體積、肌肉總量以及瘦體重百分比并無(wú)顯著影響.但另外一些研究表明,補(bǔ)充鉻的納米復(fù)合物(chromiumnanocomposite)對(duì)于機(jī)體瘦體重的增加及脂肪成分的減少、體脂百分比、血清中葡萄糖水平等功效較其他形式的鉻補(bǔ)劑相比有明顯提高.Zha等研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)充鉻的納米復(fù)合物可明顯增加瘦體重及骨骼肌組織中鉻的含量,這可能與機(jī)體的吸收能力有關(guān).但鉻補(bǔ)充的劑量應(yīng)控制在30～60μg,因?yàn)槿齼r(jià)鉻和六價(jià)鉻在人體內(nèi)含量過(guò)高時(shí)具有致癌性,過(guò)量的補(bǔ)充鉻同樣會(huì)對(duì)機(jī)體造成毒副作用.因此,在補(bǔ)充鉻制劑時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的機(jī)體適量的補(bǔ)充,以避免過(guò)量補(bǔ)充給機(jī)體造成的危害.1.2.2補(bǔ)充鉻對(duì)肥大鼠胰島素抗氧化能力的影響高脂肪高能量的攝入及運(yùn)動(dòng)缺乏是引起肥胖的重要原因,研究表明補(bǔ)充鉻可以降低機(jī)體膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白含量,增高高密度脂蛋白含量,從而改善機(jī)體的血脂代謝.此外,鉻可以改善機(jī)體內(nèi)一些激素的分泌,影響胰島素、生長(zhǎng)激素及糖皮質(zhì)激素等的代謝,從而間接的調(diào)節(jié)機(jī)體的脂肪代謝.Cefalu等研究表明,補(bǔ)充鉻可提高胰島素的敏感性,改善肥胖大鼠的脂質(zhì)代謝過(guò)程.Wang等通過(guò)胰島素抵抗大鼠模型研究鉻對(duì)胰島素敏感性的影響,將大鼠隨機(jī)分為鉻補(bǔ)充組(肥胖和偏瘦各5只)和對(duì)照組(肥胖和偏瘦各5只)補(bǔ)充3個(gè)月后通過(guò)肌肉活檢研究發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組肥胖大鼠相比,補(bǔ)充鉻的肥胖大鼠胰島素受體底物的磷酸化水平和磷脂酰肌醇激酶活性都明顯提高,而且蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶水平較對(duì)照組相比明顯降低,證明補(bǔ)充鉻可以明顯改善肥胖大鼠的胰島素敏感性,改善肥胖病患者的血脂代謝.1.2.3補(bǔ)鉻對(duì)大鼠骨骼肌中irs-1、glut4表達(dá)的影響許多研究表明,鉻缺乏會(huì)導(dǎo)致糖、脂代謝紊亂,從而誘發(fā)糖尿病和心腦血管疾病.微量元素鉻作為葡萄糖耐受因子的重要組成成分,對(duì)于改善糖尿病患者的胰島素功效及糖的耐受量具有一定的作用,其可能機(jī)制為鉻促進(jìn)胰島素與其受體的硫基結(jié)合形成二硫鍵,從而提高了胰島素的敏感性,增強(qiáng)了胰島素的作用.Sun等報(bào)道補(bǔ)充鉻可提高糖尿病大鼠骨骼肌中IRS-1(胰島素受體底物-1)mRNA的表達(dá)水平,通過(guò)采用mRNA差異顯示技術(shù)、基因片段的克隆、測(cè)序、同源性分析等觀察鉻補(bǔ)充組和對(duì)照組大鼠之間骨骼肌基因表達(dá)的變化發(fā)現(xiàn),GLUT4表達(dá)量在糖尿病補(bǔ)鉻組高于糖尿病對(duì)照組,證明鉻可以誘導(dǎo)糖尿病大鼠骨骼肌中IRS-1mRNA的表達(dá)量,改善糖尿病大鼠的糖、脂代謝.孫忠等報(bào)道,給糖尿病大鼠補(bǔ)充鉻可以上調(diào)骨骼肌組織中GLUT4mRNA的表達(dá),進(jìn)而使骨骼肌組織中GLUT4含量增加,從而有效改善糖尿病大鼠的糖、脂代謝紊亂.2鈣的生物學(xué)功能以及對(duì)骨骼和骨骼的影響2.1甘肽過(guò)氧化物酶①氧化及清除自由基作用.機(jī)體在代謝及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,不斷產(chǎn)生對(duì)機(jī)體有害的過(guò)氧化物和由基,這些物質(zhì)對(duì)機(jī)體組織細(xì)胞會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p傷并將生物膜過(guò)氧化為過(guò)氧化脂質(zhì),破壞膜的結(jié)構(gòu).硒是谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-PX)酶系的組成成分,能催化還原型的谷胱甘肽(GSH)變?yōu)檠趸凸入赘孰?GSSG),使有毒的過(guò)氧化物還原為無(wú)害的羥基化合物,促進(jìn)H2O2的分解,從而保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)功能不受過(guò)氧化物的損害.②調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫系統(tǒng),提高機(jī)體的抗病能力.硒可以使血液中免疫球蛋白水平提高,增強(qiáng)機(jī)體對(duì)疫苗或其他抗原產(chǎn)生抗體的能力.此外,硒還可以增強(qiáng)機(jī)體細(xì)胞免疫功能,增強(qiáng)淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力和遲發(fā)性超敏反應(yīng),從而增強(qiáng)機(jī)體的免疫能力.③硒在防癌抗癌、對(duì)重金屬損害的削弱以及生殖繁育等方面也具有一定的生物學(xué)功效.2.2硒與骨骼肌結(jié)構(gòu)及功能間的關(guān)系機(jī)體的硒狀態(tài)與骨骼肌結(jié)構(gòu)功能之間存在密切的關(guān)系,因?yàn)闄C(jī)體內(nèi)的硒主要分布在肝臟和骨骼肌中,因此機(jī)體缺硒時(shí)肝臟和骨骼肌損傷較為嚴(yán)重.低硒會(huì)引起骨骼肌肌原纖維溶解、線粒體腫大、嵴膜破壞和基質(zhì)密體形成,從而引起線粒體內(nèi)氧化磷酸化功能障礙,影響骨骼肌正常的生理功能.一些在體試驗(yàn)也證明了缺硒與骨骼肌結(jié)構(gòu)功能之間存在密切的關(guān)系.Lauretani等等通過(guò)對(duì)891名65歲以上的老年人研究發(fā)現(xiàn),硒缺乏對(duì)骨骼肌肌肉力量的影響十分明顯,硒缺乏時(shí)會(huì)明顯降低肌肉的最大力量.Milias等研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)機(jī)體內(nèi)硒水平低于基底水平時(shí),骨骼肌的最大等動(dòng)轉(zhuǎn)矩、運(yùn)動(dòng)幅度、血清中肌酸激酶和乳酸脫氫酶的含量都有顯著下降,且伴有骨骼肌疼痛程度的明顯增加,揭示了硒與骨骼肌結(jié)構(gòu)及功能之間存在密切的關(guān)系,硒缺乏時(shí)會(huì)對(duì)骨骼肌的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生危害作用.2.3鈣對(duì)骨骼和肌腱的損傷2.3.1對(duì)骨骼肌細(xì)胞凋亡的影響運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)骨骼肌的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能都有明顯的影響:一方面,通過(guò)大強(qiáng)度的訓(xùn)練可引起骨骼肌結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、功能提高;另一方面也會(huì)造成骨骼肌結(jié)構(gòu)損傷、機(jī)能下降.研究表明,大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練極易引起骨骼肌細(xì)胞損傷甚至凋亡,從而影響骨骼肌的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能.其機(jī)制為運(yùn)動(dòng)時(shí)由于肌肉代謝增加導(dǎo)致活性氧自由基增多,大量的氧化產(chǎn)物引起DNA損傷并直接誘發(fā)骨骼肌的細(xì)胞凋亡.黃穎峰等研究報(bào)道運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練大鼠具有細(xì)胞核染色質(zhì)濃縮及靠近核膜、核膜增厚等典型的細(xì)胞凋亡的形態(tài)結(jié)構(gòu)改變,導(dǎo)致骨骼肌出現(xiàn)細(xì)胞凋亡.在各種不同的強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練形式中,中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)更易引起骨骼肌的細(xì)胞凋亡,其機(jī)制為線粒體內(nèi)Ca2+聚積可能激活了細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)程序.硒是構(gòu)成谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、磷脂氫過(guò)氧化物酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物歧化酶的必要組成成分,對(duì)于清除機(jī)體內(nèi)的過(guò)氧化產(chǎn)物與自由基具有重要作用,并可以通過(guò)降低活性氧與自由基的產(chǎn)生減少骨骼肌細(xì)胞凋亡的發(fā)生.黃穎峰等研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)硒組大鼠與對(duì)照組在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練開(kāi)始的第1周骨骼肌細(xì)胞凋亡率并無(wú)顯著性差異,但在第1周周末時(shí)2組具有極顯著性差異,證明補(bǔ)硒對(duì)降低運(yùn)動(dòng)大鼠的骨骼肌細(xì)胞凋亡率具有一定作用.2.3.2硒與廢用性肌肉縮廢用性肌肉萎縮是肢體在固定及失重狀態(tài)下發(fā)生的骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能的變化,表現(xiàn)為肌肉蛋白的合成代謝減弱、分解代謝增加、肌蛋白丟失增加、肌肉質(zhì)量減少、肌收縮力下降等,對(duì)于肌肉的形態(tài)結(jié)構(gòu)功能以及機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力都會(huì)產(chǎn)生較大的危害作用.研究表明,機(jī)體內(nèi)硒的狀態(tài)與廢用性肌肉萎縮之間存在密切關(guān)系,骨骼肌中硒的含量與廢用性肌肉萎縮的結(jié)構(gòu)功能及其恢復(fù)密切相關(guān).硒缺乏不但會(huì)影響廢用性肌肉萎縮的恢復(fù),而且會(huì)直接引起骨骼肌代謝紊亂,影響骨骼肌正常的生理機(jī)能,但目前其機(jī)制尚未清楚,且針對(duì)骨骼肌廢用性萎縮補(bǔ)硒的方式與劑量,尚需進(jìn)一步研究.3納米配合物對(duì)骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響1)目前,關(guān)于微量元素對(duì)骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能的良性影響得到了許多研究的證實(shí),但由于微量元素自身的毒副作用,在其補(bǔ)充方面仍存在一定的問(wèn)題.鉻的補(bǔ)充首先應(yīng)確定其類型,目前,多數(shù)研究認(rèn)為吡啶甲酸鉻對(duì)骨骼肌形態(tài)機(jī)構(gòu)和功能