張換鴿

（重慶市體育科學(xué)研究所 重慶 404100）

神經(jīng)遞質(zhì)與運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞

張換鴿

（重慶市體育科學(xué)研究所 重慶 404100）

有關(guān)運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的機(jī)制是近年來(lái)疲勞研究的熱點(diǎn)，隨著人們對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用機(jī)制的理解的不斷深入，對(duì)運(yùn)動(dòng)性疲勞的中樞機(jī)制的研究也在加深。本文采用文獻(xiàn)資料法，論述與運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞相關(guān)的氨基酸及其對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，旨在為運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的生化機(jī)制及其消除的生化手段提供一定的依據(jù)。

氨基酸 運(yùn)動(dòng)性疲勞 中樞疲勞 運(yùn)動(dòng)

運(yùn)動(dòng)性疲勞是運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重要的研究課題。劇烈運(yùn)動(dòng)或長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)失調(diào)，損傷腦動(dòng)力，引發(fā)中樞疲勞。中樞疲勞將導(dǎo)致腦機(jī)能下降，直接影響著運(yùn)動(dòng)員技戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作的完成和比賽發(fā)揮。本文側(cè)重于一些主要的氨基酸對(duì)運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的影響及消除。

1 氨基酸遞質(zhì)與運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞

腦組織內(nèi)遞質(zhì)性氨基酸可分為兩類(lèi)：一類(lèi)為抑制性氨基酸遞質(zhì)，包括γ- 氨基丁酸(GABA)、甘氨酸(Gly)，中樞神經(jīng)中的抑制活動(dòng)50%是由GABA與Gly類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)傳遞的[1]，因而抑制性氨基酸遞質(zhì)在調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)員的興奮狀態(tài)、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)中樞的功能活動(dòng)發(fā)揮極大的作用。另一類(lèi)為興奮性氨基酸遞質(zhì)，包括谷氨酸(Glu) 和天冬氨酸(Asp)，它們含量的下降說(shuō)明中樞興奮性降低，原因可能是機(jī)體在過(guò)度疲勞狀態(tài)下產(chǎn)生的抑制性保護(hù)。這種保護(hù)措施可以弱化興奮性神經(jīng)遞質(zhì)大量增高對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生的毒害作用，而且可以防止運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)體代謝產(chǎn)物對(duì)中樞正常機(jī)能的影響，正常生理?xiàng)l件下兩者代謝處于平衡。

李人報(bào)道[6]，安靜狀態(tài)下，訓(xùn)練與未訓(xùn)練過(guò)的大鼠腦中Glu/GABA的比值無(wú)明顯差別，這意味著它們?cè)诎察o時(shí)各腦區(qū)中Glu和GABA的代謝水平是相似的。當(dāng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)疲勞時(shí)，各腦區(qū)中Glu與GABA的代謝平衡發(fā)生了改變，GABA含量升高的幅度大于Glu的升高幅度，從而使腦中以GABA的抑制效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。季瀏報(bào)道[5],大鼠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后(10h) ,大腦中GABA含量顯著增加，大腦興奮性降低，中樞產(chǎn)生疲勞。Struder 的研究發(fā)現(xiàn)[24]，持續(xù)5h 的自行車(chē)運(yùn)動(dòng)可使運(yùn)動(dòng)員血漿中興奮性遞質(zhì)Glu 的濃度下降，銨和游離脂肪酸（FFA）的濃度升高。Meansen 報(bào)道[22]，6周的中等強(qiáng)度跑臺(tái)訓(xùn)練，明顯降低了大鼠紋狀體中多巴胺（DA）、去甲腎上腺素（NA）和Glu的濃度，但對(duì)GABA 的影響不大。急性運(yùn)動(dòng)使訓(xùn)練和未訓(xùn)練過(guò)的大鼠DA、NA、GABA的水平分別增加，但對(duì)訓(xùn)練組Glu濃度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)未訓(xùn)練組，使得訓(xùn)練過(guò)的大鼠Glu/GABA 趨于平穩(wěn)，推遲了運(yùn)動(dòng)疲勞的發(fā)生。張?zhí)N琨等人的研究發(fā)現(xiàn)[13]：小鼠經(jīng)過(guò)45 天游泳訓(xùn)練后完成力竭性運(yùn)動(dòng)，恢復(fù)24h后，訓(xùn)練組與安靜組相比，遞質(zhì)性Glu、天冬氨酸（ASP）僅出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，Glu/GABA值的下降也無(wú)顯著意義，這可能是運(yùn)動(dòng)在一定程度上提高了小鼠腦組織神經(jīng)活動(dòng)的穩(wěn)定性和對(duì)運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)。由以上的研究我們可以看出，Glu的變化與運(yùn)動(dòng)疲勞的發(fā)生有緊密的相關(guān)性，但是Glu/GABA的變化似乎更有說(shuō)服力。

2 多巴胺(DA)與運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，多巴胺能神經(jīng)元主要分布在中腦黑質(zhì)、中腦腳間核以及下丘腦弓狀核，尤其是黑質(zhì)最多。研究證實(shí),多巴胺對(duì)控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程起重要作用,多巴胺的作用是調(diào)節(jié)肌緊張,使機(jī)體作好進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)備,并在大腦皮層沖動(dòng)的觸發(fā)下發(fā)動(dòng)某一動(dòng)作。腦內(nèi)多巴胺與激發(fā)促動(dòng)肌肉協(xié)調(diào)能力，以及耐力運(yùn)動(dòng)的成績(jī)密切相關(guān)，隨著運(yùn)動(dòng)性疲勞的發(fā)生，多巴胺濃度下降，而多巴胺活性減弱，降低了肌肉活動(dòng)的協(xié)調(diào)性，導(dǎo)致疲勞發(fā)生[7]。研究表明，運(yùn)動(dòng)能力提高時(shí)，腦內(nèi)的代謝產(chǎn)物升高，而DA合成和代謝相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，疲勞發(fā)生延遲[21]。

耗竭DA或減弱DA能活動(dòng)，可使運(yùn)動(dòng)能力下降和疲勞提前發(fā)生；增加DA、加強(qiáng)DA能的活動(dòng)，可使運(yùn)動(dòng)能力提高。Biass 等發(fā)現(xiàn)服用安非他明來(lái)增加多巴胺能活性后，腦內(nèi)多巴胺代謝水平增加，耐力性運(yùn)動(dòng)成績(jī)提高，并首次提出多巴胺可能是誘發(fā)運(yùn)動(dòng)性疲勞的重要因素。Chaouloff[17]研究認(rèn)為，腦中多巴胺能活性增加可抑制5-羥色胺的合成與代謝，超長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)期間，多巴胺活性減弱使得促動(dòng)能力下降，通過(guò)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的降低導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性疲勞的出現(xiàn)，增加腦中多巴胺能有助于阻止5 - HT 的合成與代謝。Bailey等[14]證明，鼠中腦和腦橋中DA合成和代謝下降與疲勞發(fā)生有關(guān)，而保持大腦DA 合成和代謝會(huì)延緩疲勞發(fā)生。

3 5-羥色胺(5-HT)與運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞

5-HT是腦組織內(nèi)中樞抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有促進(jìn)睡眠、降低運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性、影響內(nèi)分泌功能、抑制食欲等作用。腦5-HT對(duì)喚醒、昏倦、睡眠和情緒起重要作用，并且將其與力量感知和肌肉疲勞聯(lián)系在一起[25]。Newsholme 等[23]提出5 - HT可能是中樞疲勞的調(diào)節(jié)物質(zhì)。他們認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí)，腦5-HT 的增加會(huì)損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)功能，從而降低中樞向外周發(fā)放的沖動(dòng)，引起運(yùn)動(dòng)能力的降低。

運(yùn)動(dòng)時(shí)由于血漿游離脂肪酸( FAAs)、血漿中支鏈氨基酸(BCAAs)氧化增強(qiáng)，從而使血漿游離色氨酸(f-Try) 相應(yīng)增加，BCAAs 濃度降低，f-TryPBCAAs 值上升，進(jìn)入腦組織的Try 濃度也上升，使腦內(nèi)5- HT的含量升高，對(duì)大腦皮層抑制加強(qiáng)，激發(fā)倦怠、食欲不振、睡眠紊亂等疲勞癥狀[12]。Bailey 等[15-16]完成了一系列的實(shí)驗(yàn)，用特殊的藥物進(jìn)行試驗(yàn)觀察對(duì)疲勞大鼠腦5-HT的影響，發(fā)現(xiàn)較常用的5-HT激動(dòng)劑能引起疲勞發(fā)生變?cè)?，?-HT拮抗劑可推遲疲勞的發(fā)生。Dvavis等[19]認(rèn)為，耐力運(yùn)動(dòng)期間腦內(nèi)5-HT水平和活性的增加，可以加劇運(yùn)動(dòng)員體力和智力上的疲勞，補(bǔ)充碳水化合物或 BCAA可抑制5-HT的增加，提高運(yùn)動(dòng)能力。Chaouloff[18]等研究發(fā)現(xiàn)，超長(zhǎng)低強(qiáng)度游泳與劇烈跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)后，腦5-HT 均增加。在激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，腦干和下丘腦5-HT明顯升高，其升高可能通過(guò)抑制DA 能神經(jīng)元系統(tǒng)而誘發(fā)疲勞，也可能降低喚醒和動(dòng)力而產(chǎn)生疲勞。

腦中5-HT濃度和總活力的增加與耐力性運(yùn)動(dòng)期間體力與精神的疲勞的加劇相關(guān)，通過(guò)改變5-HT的氨基酸前體而改變腦中5-HT代謝的研究表明，碳水化合物與支鏈氨基酸的攝取可能減弱5-HT的增加和提高運(yùn)動(dòng)能力。但是，很難區(qū)分這是碳水化合物對(duì)腦的影響還是對(duì)肌肉本身的影響，大多數(shù)對(duì)支鏈氨基酸的研究都表明沒(méi)有提高運(yùn)動(dòng)能力的作用，現(xiàn)有的證據(jù)說(shuō)服力還很弱。

4 支鏈氨基酸與運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞

在運(yùn)動(dòng)性疲勞方面，支鏈氨基酸(亮氨酸、異亮氨酸與纈氨酸)作為人體必需氨基酸，不僅是合成機(jī)體蛋白質(zhì)的原料，而且具有特殊生理、生物學(xué)功能。BCAA 與芳香組氨基酸均由同一載體轉(zhuǎn)運(yùn)穿過(guò)血腦屏障，芳香組氨基酸與BCAA 競(jìng)爭(zhēng)與載體結(jié)合，色氨酸是其中一種芳香組氨基酸，其代謝產(chǎn)物5-HT是引起中樞疲勞的重要原因[10]。

一般認(rèn)為，當(dāng)血漿中芳香族氨基酸/支鏈氨基酸增大時(shí)，有利與芳香族氨基酸進(jìn)人大腦產(chǎn)生5-HT神經(jīng)遞質(zhì)，誘發(fā)疲勞癥狀的出現(xiàn)。因此，許多學(xué)者考慮到如果適當(dāng)增加支鏈氨基酸的補(bǔ)給，就可以使芳香族氨基酸/支鏈氨基酸相對(duì)不變，也就減少了5-HT等的產(chǎn)生，就可能有利于推遲疲勞的發(fā)生。胡曉燕等[4]研究了支鏈氨基酸和肌酸對(duì)小鼠運(yùn)動(dòng)能力的影響，得出口服支鏈氨基酸或肌酸，運(yùn)動(dòng)達(dá)到疲勞的時(shí)間延長(zhǎng)，力竭時(shí)血乳酸值降低，從而延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞的出現(xiàn)。除了直接補(bǔ)充支鏈氨基酸外，侯香玉等[3]還給運(yùn)動(dòng)大鼠補(bǔ)充牛磺酸，發(fā)現(xiàn)?；撬崦黠@提高運(yùn)動(dòng)大鼠血漿中支鏈氨基酸的濃度，芳香族氨基酸無(wú)明顯差異，降低了芳香族氨基酸/支鏈氨基酸的比值，從而抑制芳香族氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)人腦，保持中樞的興奮狀態(tài)，延遲運(yùn)動(dòng)性疲勞的出現(xiàn)或降低疲勞。羅海吉等[8]，馬曉東[9]的實(shí)驗(yàn)證明，補(bǔ)充支鏈氨基酸可以推遲運(yùn)動(dòng)性疲勞出現(xiàn)外，還可以提高運(yùn)動(dòng)耐力，延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間。

5 運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞消除的生化手段

5.1 補(bǔ)充支鏈氨基酸

BCAA由于能降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中大腦5 - HT 的積累，防止中樞神經(jīng)疲勞，而被人們作為一種運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑而廣泛使用。T.Yamamoto 通過(guò)給大鼠注射BCAA不僅延遲大鼠運(yùn)動(dòng)疲勞產(chǎn)生的時(shí)間,而且能防止由力竭運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的大腦TRP 常規(guī)的增加。Calders[17]等觀察到，與注射安慰劑相比，給禁食大鼠運(yùn)動(dòng)前5min 注射30mg BCAA，在血漿氨增加的同時(shí)，疲勞發(fā)生的時(shí)間延遲了。

5.2 補(bǔ)充糖

研究表明補(bǔ)CHO能保持血糖并使胰島素輕度增加，會(huì)使f-TRP的增加幅度減小，因此f-TRP/ BCAA 比值會(huì)保持在一個(gè)較低水平，腦內(nèi)5-HT生成量相應(yīng)降低，從而可起到延緩疲勞作用。在2h的70%～75% VO2max強(qiáng)度的自行車(chē)運(yùn)動(dòng)中，糖的補(bǔ)充可避免BCAA氧化，從而減弱血漿中NH3的增加。

5.3 中藥緩解

宋亞軍[11]等在研究補(bǔ)充復(fù)方中藥對(duì)減輕急性耐力運(yùn)動(dòng)中NO介導(dǎo)的神經(jīng)毒性、保護(hù)腦組織、推遲中樞疲勞具有一定積極作用。馮楓[2]等研究證明，補(bǔ)腎益氣類(lèi)中藥可提高重技巧項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員機(jī)體抗感染能力，使運(yùn)動(dòng)員IL-2濃度顯著升高，在馬拉松或大強(qiáng)度訓(xùn)練期間，在特別的時(shí)間給予運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)充適量谷氨酰胺，可減少運(yùn)動(dòng)員感染，進(jìn)而可延緩運(yùn)動(dòng)疲勞發(fā)生。

5.4 加強(qiáng)中樞多巴胺（DA）系統(tǒng)活動(dòng)

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)通過(guò)服用苯丙胺，可加強(qiáng)中樞DA系統(tǒng)的活動(dòng)，從而提高運(yùn)動(dòng)耐力。Gerald[20]在研中也發(fā)現(xiàn)，給大鼠注射2.5mg/kg苯丙胺后，大鼠在跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)時(shí)間從45.5min延長(zhǎng)到76.0min。有大量證據(jù)表明，動(dòng)物補(bǔ)充酪氨酸可以同時(shí)增加DA 的合成。目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)研究針對(duì)酪氨酸作為一種可能的方法，延遲運(yùn)動(dòng)中的疲勞。但是有足夠信息可以假設(shè)，酪氨酸可能有助于預(yù)防DA耗竭，而這對(duì)于發(fā)揮最佳運(yùn)動(dòng)能力是必需的。

總之，運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的的發(fā)生是多種因素綜合造成的，對(duì)于氨基酸對(duì)運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的影響及其消除、運(yùn)動(dòng)性疲勞的生物化學(xué)機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

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