肌肉废用（如长期卧床、肢体固定或太空微重力环境）会导致肌肉质量和功能的显著下降，且功能下降常比肌肉萎缩更为明显，提示神经肌肉因素在其中起关键作用。运动单位是神经肌肉系统的基本功能单元，其传导速度是评估肌肉激活和收缩能力的重要电生理指标。以往研究表明，肌肉废用可降低运动单位放电频率和动作电位传导速度，但其背后的生物学机制尚未明确，尤其是在肌肉单元层面的变化仍不清楚。

本研究旨在通过单侧下肢悬吊模型模拟短期肌肉废用，并结合主动恢复阶段，探究运动单位传导速度的变化及其与肌肉结构（肌纤维直径）和分子表达（离子通道基因）之间的关联。研究假设为：废用会降低运动单位传导速度，而主动恢复可使其恢复甚至提升；这些变化可能与肌纤维直径或离子通道表达相关。研究结果有望揭示神经肌肉适应机制，并为预防和治疗废用性肌无力提供新靶点。

01论文摘要 
 
本研究通过10天单侧下肢悬吊和21天基于阻力训练的主动恢复，探究了肌肉废用与恢复对运动单位传导速度的影响及其生物学机制。共有11名健康青年男性参与者完成实验。在研究各阶段（基线、悬吊后、恢复后）采集股外侧肌的高密度表面肌电信号并进行分解，提取单运动单位传导速度，同时通过肌肉活检分析肌纤维直径和离子通道mRNA表达。

结果显示，悬吊后最大随意收缩力下降29%，运动单位传导速度显著降低；主动恢复后两者均完全恢复，且传导速度甚至超过基线水平。肌纤维直径在各阶段无显著变化，且与传导速度无相关性。相反，特征重要性分析显示，离子通道基因（尤其是与钾离子转运相关的KCNJ2-AS1、KCNN2、KCNN3和钠通道SCN4A）的mRNA表达可解释约50%的传导速度变异，且在基线和干预阶段均与传导速度显著相关。

本研究首次在人体中建立了特定离子通道基因表达与运动单位传导速度之间的直接联系，提示离子通道（尤其是钾通道）在调节运动单位传导速度中起关键作用，这为理解废用性肌无力及其恢复机制提供了新的分子视角。

02研究方法
 
研究采用单侧下肢悬吊模型模拟肌肉废用，随后进行21天以腿和腿伸为主的阻力训练作为主动恢复。数据采集包括最大随意收缩力测试、高密度表面肌电信号记录以及股外侧肌活检。

肌电信号采集使用OT Bioelettronica公司（意大利）生产的无线肌电采集设备Sessantaquattro+。电极网格沿肌纤维方向精准对齐，并通过B超定位肌纤维走向与支配区，以确保传导速度估计的准确性（图1B）。信号采样后进行带通滤波（20–500 Hz），并采用卷积盲源分离法分解提取单运动单位放电序列。

运动单位传导速度估计采用基于最大似然估计的延迟算法，选择传播清晰、相邻通道互相关＞0.8的通道进行计算（图1C）。肌肉活检样本用于组织化学分析测量肌纤维最小Feret直径，以及通过mRNA测序分析35个骨骼肌离子通道基因的表达。

数据分析采用线性混合模型、重复测量相关性分析和随机森林特征重要性评估。所有统计分析在Python和Jamovi中完成，显著性水平设为p<0.05。

03实验结果
 
悬吊10天后，最大随意收缩力下降29.23%，运动单位传导速度从基线4.46 m/s降至4.21 m/s（p<0.0001）。主动恢复21天后，两者均完全恢复，传导速度显著提高至4.57 m/s，超过基线水平。

运动单位传导速度与招募阈值呈正相关，且该关系在干预期间保持稳定。传导速度的变化与最大力量变化显著相关（r=0.48，p=0.0236）。

肌纤维直径（慢肌、快肌及总直径）在各阶段无显著变化，且与传导速度无显著相关性。
 

 
相反，特征重要性分析显示，离子通道基因KCNJ2-AS1、KCNN2、KCNN3和SCN4A对传导速度的预测贡献达49%，而肌纤维直径仅贡献4.4%。

这些基因的表达在干预过程中发生显著变化，并与传导速度高度相关。在基线时，钾通道基因KCNN2与传导速度的相关系数达0.86，进一步支持其在调节传导速度中的核心作用。

03总结与展望
 
本研究首次在人体中证实，短期肌肉废用会降低运动单位传导速度，而阻力训练可完全恢复甚至提升该速度。更重要的是，我们发现传导速度的变化与肌纤维直径无关，而与特定离子通道（尤其是钾通道）的基因表达密切相关。这提示离子通道在调节运动单位电生理特性中具有关键作用，可能是介导废用性肌无力及其恢复的重要分子机制。

然而，研究仍存在一定局限：mRNA表达不一定完全反映蛋白质功能，且股外侧肌作为羽状肌，其结构复杂性可能影响传导速度估计。未来研究应进一步验证离子通道蛋白表达、翻译后修饰及其在肌纤维内的空间分布，并结合电生理与分子生物学技术，明确各离子通道在调节运动单位功能中的具体作用。

本研究为理解神经肌肉系统在废用与恢复中的适应性提供了新视角，也为开发针对离子通道的干预策略（如药物或电刺激）以缓解肌肉功能丧失提供了理论基础。

原文链接

https://doi.org/10.1101/2025.02.26.640329

研究团队介绍

这项研究由意大利帕多瓦大学和布雷西亚大学的科研人员主导，是一个专注于神经肌肉科学的跨学科团队。团队核心成员来自帕多瓦大学生物医学科学系（如Marco V. Narici, Martino V. Franchi等）和布雷西亚大学临床与实验科学系（如Giacomo Valli, Francesco Negro等）。他们的专长在于整合高密度表面肌电、肌肉活检与基因测序等前沿技术，深入探索人体肌肉在废用、恢复及衰老过程中的适应性变化机制。这项关于运动单位传导速度与离子通道基因表达的研究，正是他们系统探究“短期卸载-主动恢复”模型所取得的重要成果之一。

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