【关键词】抗重力肌肉;应激反应;αB-晶状体蛋白;废用综合症;BDNF;认知障碍

【摘  要】抗重力肌肉是人体为抵抗地球引力，保持人体正常姿势，维持人体各脏器和功能系统运行功能的人体肌肉系统。热应激αB-晶状体蛋白具有保持和维护其他蛋白质的固有形态的功能，是根据环境恢复细胞状态或重建细胞的系统的应激蛋白质，也是抗重力肌肉的关键机能性蛋白质。抗重力肌肉还作为人体重要内分泌和免疫系统，提供人体免疫功能。抗重力肌肉的废用带来的萎缩是人类健康的重大风险因素。

一，抗重力肌肉

1-1 骨骼肌肉系统

     肌肉系统是人体中最重要的人体组织器官系统，依据肌肉的生理学特征和在人体的分布以及作用机制可以分成骨骼肌肉和心肌以及平滑肌肉三大类（图1-1），其中骨骼肌肉是在人体组织中不仅能维持人体姿势和其他器官系统运行，还是用于维持生命活动所需能量的制造系统。近些年来的生理学的研究还表明，骨骼肌肉还作为人体重要内分泌和免疫系统，人体提供抗炎性细胞因子和脑源性营养细胞因子提供人体免疫功能。

    骨骼肌肉系统按其肌肉纤维的类型特征可分为慢肌(肌肉纤维类型-Ⅰ)和速肌(肌肉纤维类型-Ⅱ)；按其活动性又可分为活动肌肉和抗重力肌肉，抗重力肌肉有慢肌的属性。              

图1-1 人体骨骼肌肉分类

1）按肌肉纤维特征性分类

  a.慢肌(肌肉纤维类型-Ⅰ)

    机能特征：1.输出能量较小  

                     2.不容易疲劳

                     3.长时间持续输出能量持

   肌肉生成：1.轻负荷运动（不宜过重）

                    2.持续性输出（增加次数）

                    3.有氧运动有效（游泳等）

  b.速肌(肌肉纤维类型-Ⅱ)

     机能特征：1.输出能量较大  

                      2.容易疲劳 

                      3.活动1-2次后输出能量会下降

     肌肉生成：1.可实施最大负荷６０%的运动

                    （强负荷运动）

                      2.瞬间的爆发力(次数不宜多)

                      3.无氧运动有效(举重等)

 2）按活动性分类

     a.抗重力肌肉/内肌肉(部分慢肌)

          对抗重力的肌肉，不活动会慢慢变僵硬，最后不能活动。

    b.活动肌肉/外肌肉

       如果产生僵硬而不能动的部分，则表层上活动的肌肉会失去活动区域。浅表肌肉不再起作用，肌肉的力量低下和组织松弛 

1-2抗重力肌肉

  上个世纪五十年代末，伴随人类冲破地球的引力将宇航员送上太空，宇航员在太空失重的环境下的健康问题就开始倍受医学界的关注，从而也诞生了航天医学这门医学分支。在太空里去执行任务的宇航员长期在没有重力影响的环境下生活工作，为了防止人体肌肉萎缩，也会进行阻抗训练如（图1-2）。但是回到地面后经过检查，肌肉也有一定程度受损，特别是大脑功能受到一定的影响和给认知功能带来负面影响。这部分因在太空中失重肌肉组织和机能受影响的肌肉，在随后的航天医学中被越来越广泛的受到重视，并且被称为抗重力肌肉(Anti-gravity muscle)，定义为是人体在地球表面抵抗地球引力维持人体自立保持人体各部正常姿势的骨骼肌肉组织。

 近些年来，抗重力肌肉的概念不仅在航天医学中使用；还在运动医学和康复医学中广泛使用，大量的实验证明抗重力肌肉的丧失不仅影响骨骼肌肉系统本身，还给人体其他功能系统带来负面影响。所以，抗重力肌肉不仅是抵抗地球引力保持人体正常姿势，还能维持人体各脏器和功能系统运行功能。抗重力肌肉分布在人体各个部分，如颈部肌肉，上肢的肱二头肌和肱三头肌，躯体的脊柱起立肌等。腿部的抗重力肌肉有胫前骨肌肉，伸展屈肌肉，小腿三头肌肉(flounder)，内侧腓肠肌肉等（图1-1）。

图1-2 太空中的抗阻力训练的宇航员

1-3抗重力肌肉与分子伴侣αβ-晶状体蛋白

    1) 抗重力肌肉与失重

 在地球环境下，为了维持抵抗地球重力的姿势，人体中小腿三头肌肉等慢肌为代表的抗重力肌肉很为发达，并持续的发挥着合适的张力（应变力）。而对于长时间停留在太空环境中的宇航员，抗重力肌肉的废用性萎缩，成为了影响维持人体全身和细胞活动的严重的问题。这是由于在太空失重环境中没有抵抗重力的需要，小腿三头肌等慢肌肉减少了重力性机械刺激，肌肉纤维出现明显的萎缩。

   2) 肌肉应激反应和分子伴侣

      人体自立或基于自立的活动中，抗重力肌肉负重等状况下，通过肌肉纤维收缩，可以机械的刺激肌肉纤维的细胞骨架系统和改变肌肉中代谢产物环境以及促使肌肉纤维周围的氧气动力学与温度升高等各种变化的发生。应对于这样的变化，人体具有为了恢复细胞原有状态或者为了适应于环境重新构筑细胞系统的细胞蛋白质（具有根据环境恢复细胞状态或重建细胞的系统的蛋白质），这种蛋白质被称为应激蛋白。细胞的再生产功能几乎取决于蛋白质的功能，而功能又取决于蛋白质的结构。应激蛋白的功能是保持和维护其他蛋白质的形态。人体运动后，肌肉中会出现能做出迅速反应的各种类型的应激蛋白（Harris和Starnes，2001）。

   例如，人体常常承受各种诸如高温和寒冷或紫外线和辐射等应激压力。生物体在进化过程中为了能在这些应激压力下保护自身，已经发展出各种免受压力威胁的保护机制。在这些应激压力中，最基本的是热应激压力。对于热应激的细胞水平上的应激个体，是某一种蛋白质与由某种抵抗热应激的蛋白质组合而成的。由于该蛋白质是由热激诱导而致，因此称为热应激蛋白（heat shock protein HSP）。此外，在热应激以外的应激压力下也可以合成相似的蛋白质。这一类的蛋白质被统称为应激蛋白质。

       热应激蛋白（HSP）在所有细胞中呈现了组成/架构性表达，展现了能保持蛋白质形状的作用。由于蛋白质是由被称作链状结构体的氨基酸链接而合成。因此蛋白质在重新被合成时更有助于链状氨基酸的折叠，这对于支持在细胞中能产生功能性蛋白质的基本功能起着至关重要的作用。由于此作用，作为蛋白质中介作用的HSP被称为分子伴侣（伴侣一词源于欧洲贵族女士在社交界崭露头角时引导者的意思衍生而来）。HSP在各物种间差异很小，并且在各物种的进化过程中得以很好的保存，这表明HSP是作为生物体必不可少的蛋白质（Hunt and Morimoto，1985）。 热应激蛋白HSP不仅可以保护生物体免受应激压力，而且还可以在生存过程中起着维持在熵增加细胞环境下的能恢复正常状态的作用(恒常性作用homeostasis)。因此为了能持续生命系统，恒定表达的应激蛋白是必不可少的。其中低分子量的热应激蛋白（sHSP）--αB晶状体蛋白(crystallin) 存在于骨骼肌肉和心肌细胞以及眼晶状体细胞结构中,在人体抵抗地球重力中起着至关重要的作用。

  3) αB-晶状体蛋白(crystalline)与细胞骨架蛋白质的关系

     热应激蛋白sHSP的机能特点是负责细胞骨架蛋白质的再构筑。αB-晶状体蛋白与细胞骨架间会相互作用。在老鼠后肢悬卦实验中，老鼠后肢悬卦中后，由于后肢萎缩使得αB-晶状体蛋白在慢肌型的小腿三头肌肉中含量显著的减少(Atomi,1991a)，骨骼肌肉的肌节也处在Z波段(Atomi等,1991b)，心肌肉的肌节处在I波段的中心部(Z区域),与结蛋白细丝的分布一致(Bennardini等,1992）,表明了与细胞骨架有关。其次，对于从眼睛的晶体组织的抽出液的免疫沉淀试验表明，αB-晶状体蛋白与GFAP等的中间丝蛋白结合，而且进一步的体外试验中GFAP或波形蛋白（vimentin）的重合，都被αB-晶状体蛋白的ATP独立影响所抑制（Nicholl和Quinlan，1994）。

    这些结果表明，αB-晶状体蛋白不仅与中间丝蛋白结合，而且显示了作为受压丝蛋白的分子伴侣的机能。

                           (待续)

     杨金宇@三国智库 

   初稿 2020年1月2日  二稿 2021年12月28日