肌腱和骨骼肌的應力負荷和基質重塑

肌腱和骨骼肌的應力負荷和基質重塑

Introduction- the concept of mechanical loading on tissue and cells

膠原組織的負荷是身體運動的主要部分，從輕鬆的休閒步行到高強度的跑步和體育活動，如跳耀或投擲。膠原組織必須抵抗來自肌肉收縮的高負載，非常高的負荷會導致膠原組織(韌帶、肌腱、骨骼)的急性損傷，單一的機械性負荷超果組織可容忍的程度，就毀產生撕裂或骨折。

對於膠原組織的重複負荷，存在著一條微妙但沒有定義的界線，介於組織可容忍度與組織適應能力之間，以及組織病理學和相關臨床症狀發展之間。然而，很明顯的，在需要重複特定身體部位的進階運動中，非常高強度的身體訓練展示了身體耐受度的上限。表4.1顯示了包括跑步、游泳、划船等運動項目中，精英運動員每週在下肢、肩膀或上半身的loading可達每週4-5萬次重複。顯然，基因差異會對重複負載的耐受度產生不同程度的影響，但一般來說，運動員普遍認為，如果把訓練量延伸到比表4.1中更多，大多數運動員在運動中的表現會出現下降情況。一般而言，這種表現下降不太可能是由於總訓練時間，因為在幾個需要對身體進行更多變化性負荷的運動中，如鐵人三項，他們每週能夠訓練35-38小時而不會出現表現下降或傷害累積，因此表4.1似乎表明了每個特定區域的膠原組織對重複負荷有一個上限。

身體中的膠原組織能夠承受相當大的負荷，從張力(tensile loading)到壓力(compressive loading)都可負荷。主要來自動物實驗文獻，但最近也有來自人體實驗的數據顯示，增加的負荷會導致肌腱、韌帶、骨骼、軟骨的大小和強度改善(表4.2)。然而，很明顯，這種改善非常有限，且適應需要花很長的時間。與骨骼肌適應相比，對基質組織的訓練反應比較中等。另一方面，有關不活動對不同膠原組織的影響和研究結果顯示，會損失一定程度的組織強度和機械特性(表4.2)。

這些研究發現，膠原組織會高度依賴正常的日常負荷，而在沒有機械負荷時會非常脆弱。當處在不活動的情況下，膠原組織並不會迅速減小，但在被動的機械性能(mechanical properties)卻會迅速改變(1-2周內)。目前對這個情況的解釋並不清楚，但有指出和機械性能有關的分子結構在負荷解除時可能會迅速改變。在人工肌腱中顯示，只要幾天的肌腱unload會導致纖維組織的混亂。在人體中，肌腱機械性能的迅速變化伴隨著對形成cross-link分子的酶表現產生改變。