范朋琦, 彭慶文

(1.天津天獅學院,天津 301700 ；2.懷化學院體育學院,湖南 懷化 418008)

高強度運動時機體以無氧代謝為主，體內(nèi)氫離子(H+)堆積并造成代謝性酸中毒。H+濃度升高可降低糖酵解效率、破壞肌肉收縮功能，進而影響運動員的運動能力，其機制可能與抑制代謝酶、降低Ca2+敏感性或直接干擾肌動蛋白功能等因素有關(guān)。高強度運動誘導(dǎo)出現(xiàn)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡后，機體可通過緩沖系統(tǒng)和通氣反應(yīng)進行調(diào)節(jié)。此外，通過長期運動適應(yīng)可提高機體的緩沖能力以及對pH值的調(diào)節(jié)能力。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)學手段亦可調(diào)節(jié)酸堿平衡，例如補充碳酸氫鈉(sodium bicarbonate，NaHCO3)可增加機體碳酸氫鹽(HCO3)(一種緩沖系統(tǒng))儲備，進而對運動誘導(dǎo)的酸中毒起緩解作用，其機制可能是通過緩沖無氧酵解產(chǎn)生的過量H+以及加速運動肌中H+和乳酸清除而降低代謝性酸中毒的程度。有證據(jù)顯示，運動前攝入NaHCO3可改善田徑、游泳、自行車、籃球等項目運動員以及部隊戰(zhàn)士的運動表現(xiàn)[1-4]，這一效果在高強度間歇訓練實驗中也得到了印證[5, 6]。盡管大量研究證實NaHCO3具有抗酸效應(yīng)，但仍有一些報道發(fā)現(xiàn)NaHCO3在升高體液pH值的同時并未改善運動員的運動能力[7-9]，Peart等[10]綜合了多項研究(Meta-分析)后對NaHCO3的作用提出質(zhì)疑并指出運動員應(yīng)謹慎使用。對于運動能力而言不同研究的結(jié)果存在矛盾，但所有實驗均證實攝入NaHCO3可維持pH值接近穩(wěn)態(tài)水平，并于運動后數(shù)分鐘內(nèi)恢復(fù)酸堿平衡穩(wěn)態(tài)[11]。因此，仍有必要深入探討補充NaHCO3對機體生理功能和運動能力的影響以及對運動誘導(dǎo)的機能紊亂是否具有積極作用。

最近的研究較多關(guān)注運動前補充NaHCO3與運動應(yīng)激反應(yīng)之間的關(guān)系。Peart等[12]發(fā)現(xiàn)，運動前堿中毒(攝入NaHCO3)能夠下調(diào)細胞應(yīng)激標志物——熱休克蛋白72(heat shock protein 72，HSP72)的基因表達并同時降低脂質(zhì)過氧化。由于酸中毒是造成細胞應(yīng)激反應(yīng)的重要誘因，因此推測HSP72下調(diào)可能與NaHCO3誘導(dǎo)的緩沖能力增強有關(guān)。此外，氧化應(yīng)激能夠上調(diào)HSP72表達，而肌肽(與NaHCO3均具有緩沖效應(yīng))具有抗氧化作用[13]，因此推測NaHCO3下調(diào)HSP72表達很可能是通過加速清除活性氧(reactive oxygen species，ROS)介導(dǎo)的。上述研究通過硫巴比妥酸反應(yīng)物(thiobarbituric acid reactive substances，TBARS)分析測定脂質(zhì)過氧化并作為運動氧化應(yīng)激的參數(shù)，但實驗方法學研究指出，TBARS并不能完全代表脂質(zhì)過氧化[14]。因此，采用更為精確的方法測定氧化應(yīng)激標志物，如總抗氧化能力(total anti-oxidant capacity，TAC)和谷胱甘肽氧化還原狀態(tài)(redox status of glutathione)等，對于重新審視NaHCO3與運動應(yīng)激的關(guān)系顯得尤為重要。Wahl等[15]報道，補充NaHCO3后進行高強度無氧運動時循環(huán)應(yīng)激激素(皮質(zhì)醇、生長激素等)水平顯著下降，但該研究未對這一現(xiàn)象的相關(guān)機制進行進一步探索。此外，該研究并未設(shè)立對照組(即安慰劑組)、未涉及氧化應(yīng)激參數(shù)的變化且主要目的是觀察補充NaHCO3對運動能力的影響。鑒于此，有必要從多個層面探究應(yīng)激反應(yīng)(應(yīng)激蛋白、應(yīng)激激素、氧化應(yīng)激和細胞因子等)的變化進而揭示運動前堿中毒對運動應(yīng)激的影響及機制。因此，本研究的目的旨在觀察運動前堿中毒(補充NaHCO3)對男子籃球運動員高強度間歇訓練時單核細胞HSP72基因表達、血漿應(yīng)激標志物以及運動能力的影響，探討補充NaHCO3在運動員訓練中的作用及機制。

1 對象和方法

1.1 研究對象

25名青年男子籃球運動員(年齡18～23歲，國家二級運動員)自愿參加本實驗。所有受試者身體健康，無急慢性疾病，無煙酒嗜好，近期無運動性傷病、服用藥物和營養(yǎng)補劑。測試前48 h囑受試者清淡(低脂)飲食，禁止攝入引起pH值波動的食物和飲料，禁止劇烈運動。實驗前告知其注意事項和運動風險并簽訂知情同意書。受試者一般特征見表1。

表1 受試者一般特征

注：PPO，峰值功率輸出(peak power output)

1.2 實驗設(shè)計

受試者分3次完成所有測試，每次間隔1周，測試時間均在上午7:00進行以避免生物節(jié)律的影響[16]。第1次：熟悉實驗室環(huán)境、測試程序以及電動功率自行車的使用，利用遞增負荷力竭運動實驗測定受試者的峰值功率輸出(peak power output，PPO)。第2～3次：以隨即和雙盲的方式分別攝入NaHCO3和安慰劑(Placebo)后進行一次高強度間歇訓練。分別于攝入前、攝入后60 min(即訓練前)、訓練后即刻以及訓練后10 min取動脈血測定酸堿平衡參數(shù)(pH值、HCO3、堿過量、[H+]和乳酸)，用含有100 μl肝素的血氣毛細管收集全血并迅速蓋緊并用血氣分析儀(ABL80，丹麥)進行血氣分析；分別于訓練前、訓練后即刻、訓練后90 min和180 min取肘前靜脈血測定血漿應(yīng)激標志物含量以及單核細胞HSP72表達量。

1.3 形態(tài)學測量

采用體質(zhì)檢測組件測定受試者身高、體重并計算身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)。利用體成分儀(Inbody 570，韓國)測定身體成分，于清晨空腹狀態(tài)下并排空大小便后測定，檢測指標包括去脂體重、脂肪重量和體脂百分比。

1.4 PPO測試

正式開始實驗前先利用電動功率車(Monark 839E，瑞典)進行遞增負荷運動力竭實驗測定受試者的PPO。先以50 W負荷熱身5 min，隨后每min遞增30 W，保持60 轉(zhuǎn)/分(revolutions per minute，RPM)蹬車速度，直至力竭。記錄PPO并作為高強度間歇訓練制定負荷的依據(jù)。

1.5 NaHCO3攝入實驗

囑受試者于實驗前禁食至少8 h。補充NaHCO3時，劑量為0.3 g/kg體重(約15～20粒明膠膠囊)，用500 mL水在10 min內(nèi)攝入；補充Placebo時，將氯化鈉(sodium chloride，NaCl)以0.045 g/kg體重(膠囊中加入面粉后與NaHCO3膠囊等重)攝入，攝入方式同NaHCO3實驗。

1.6 一次高強度間歇訓練

根據(jù)Siegler等[17]的建議，攝入實驗結(jié)束后60 min進行一次高強度間歇訓練，先以50 W負荷熱身5 min，隨后以120%PPO負荷蹬車至力竭，間歇2 min(間歇期進行積極性恢復(fù)，即以50 W負荷繼續(xù)蹬車)，重復(fù)4組。力竭標準：口頭鼓勵后仍不能維持60 RPM轉(zhuǎn)速達10 s以上。記錄力竭時間和做功量作為運動能力參數(shù)。

1.7 應(yīng)激標志物測定

單核細胞HSP72表達量用流式細胞儀(EPICS-XLⅡMCL，美國)測定。血漿白細胞介素6(interleukin-6，IL-6)、IL-8和皮質(zhì)醇用酶標儀(BIO-RAD Model 680，美國)以酶聯(lián)免疫吸附試驗(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)測定。

氧化應(yīng)激參數(shù)包括脂質(zhì)過氧化、TAC和谷胱甘肽氧化還原狀態(tài)，用血漿TBARS含量代表脂質(zhì)過氧化，用Trolox當量反映TAC，測定總谷胱甘肽(total glutathione，TGSH)和氧化型谷胱甘肽(oxidised glutathione，GSSG)含量后以GSSG/TGSH比值代表谷胱甘肽氧化還原狀態(tài)。嚴格按照試劑盒說明進行操作。

1.8 統(tǒng)計學處理

所有數(shù)據(jù)均以“均數(shù)±標準差”表示，用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件包對數(shù)據(jù)進行分析處理。補充Placebo與補充NaHCO3實驗比較采用配對t檢驗；不同采血時間點的比較使用重復(fù)測量的方差分析，多重比較使用LSD檢驗。P<0.05定為具有統(tǒng)計學差異。

2 結(jié)果

2.1 運動能力的變化

與第1組比較，完成第2、3、4組運動時的做功量和力竭時間均顯著性下降(P<0.05)。與補充Placebo比較，補充NaHCO3在各時間點做功量和力竭時間均無顯著性差異(P>0.05)。將完成所有運動的做功量和力竭時間取均值后發(fā)現(xiàn)，補充Placebo和補充NaHCO3平均做功量和平均力竭時間均無顯著性差異(P>0.05)。見圖1～2。

圖1 補充Placebo和補充NaHCO3做功量的比較注：與第1組比較；*P<0.05

圖2 補充Placebo和補充NaHCO3力竭時間的比較注：與第1組比較；*P<0.05

2.2 酸堿平衡的變化

與攝入前比較，攝入后60 min，補充NaHCO3時pH值、HCO3和堿過量增加(P<0.05)，而[H+]下降(P<0.05)，補充Placebo時各指標均無顯著性差異(P>0.05)；攝入后60 min時與補充Placebo比較，補充NaHCO3時pH值、HCO3和堿過量增加(P<0.05)，[H+]下降(P<0.05)。與訓練前(即攝入后60 min)比較，訓練后即刻和訓練后10 min，補充Placebo和補充NaHCO3時pH值、HCO3和堿過量均降低(P<0.05)，而[H+]和乳酸均升高(P<0.05)；訓練后即刻和訓練后10 min與補充Placebo比較，補充NaHCO3時pH值、HCO3和堿過量升高(P<0.05)，[H+]降低(P<0.05)，乳酸則無顯著性差異(P>0.05)。見表2。

表2 補充Placebo和補充NaHCO3酸堿平衡的變化

注：與攝入前比較，*P<0.05；與攝入后60 min(即訓練前)比較，#P<0.05；與補充Placebo比較，&P<0.05

2.3 氧化應(yīng)激的變化

與訓練前比較，補充Placebo血漿TBARS在訓練后即刻、訓練后90 min和訓練后180 min均顯著性升高(P<0.05)，補充NaHCO3在訓練后各時間點均無顯著性變化(P>0.05)。與補充Placebo比較，補充NaHCO3時血漿TBARS在訓練后各時間點均顯著性降低(P<0.05)。組間與組內(nèi)比較，血漿TAB和GSSG/TGSH均無顯著性變化(P>0.05)。見圖3～5。

2.4 單核細胞HSP72表達的變化

與訓練前比較，補充Placebo單核細胞HSP72表達量在訓練后即刻、訓練后90 min和訓練后180 min均顯著性升高(P<0.05)，補充NaHCO3在訓練后各時間點均無顯著性變化(P>0.05)。與補充Placebo比較，補充NaHCO3時單核細胞HSP72表達量在訓練后各時間點均顯著性降低(P<0.05)。見圖6。

圖3 補充Placebo和補充NaHCO3血漿TBARS的比較注：與訓練前比較；*P<0.05；與補充NaHCO3比較；#P<0.05

圖4 補充Placebo和補充NaHCO3血漿TAB的比較

圖5 補充Placebo和補充NaHCO3血漿GSSG/TGSH的比較

圖6 補充Placebo和補充NaHCO3單核細胞HSP72表達的比較注：與訓練前比較；*P<0.05；與補充NaHCO3比較；#P<0.05

2.5 血漿皮質(zhì)醇和細胞因子的變化

與訓練前比較，補充Placebo和補充NaHCO3時血漿皮質(zhì)醇在訓練后即刻和訓練后90 min無顯著性差異(P>0.05)，訓練后180 min顯著性下降(P<0.05)。與補充Placebo比較，補充NaHCO3時血漿皮質(zhì)醇在訓練前后各時間點均無顯著性差異(P>0.05)。見表3。

血漿IL-6含量只有5名受試者檢出，血漿IL-8均未檢出。與訓練前比較，補充Placebo和補充NaHCO3時血漿IL-6在訓練后90 min和訓練后180 min升高(P<0.05)。與補充Placebo比較，補充NaHCO3時血漿IL-6在訓練后90 min和訓練后180 min降低(P<0.05)。見表3。

表3 補充Placebo和補充NaHCO3血漿皮質(zhì)醇和IL-6的變化

注：@n=5；與訓練后180 min比較；*P<0.05；與訓練前比較；#P<0.05；與補充Placebo比較，&P<0.05

3 討論

本研究的主要發(fā)現(xiàn)是，高強度間歇訓練可上調(diào)細胞內(nèi)HSP72表達并增加血漿TBARS含量，但血漿皮質(zhì)醇、IL-6、IL-8及氧化應(yīng)激標志物并未發(fā)生明顯改變。攝入NaHCO3(0.3 g/kg體重)雖未改善運動能力，但顯著下調(diào)細胞內(nèi)HSP72表達量，其機制可能與維持訓練前后的酸堿平衡狀態(tài)有關(guān)。

運動誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)是一把雙刃劍，即運動刺激產(chǎn)生適量的ROS可作為信號物質(zhì)促進機體對訓練的反應(yīng)和適應(yīng)，而過量的ROS則通過過氧化反應(yīng)破壞細胞結(jié)構(gòu)、損害細胞功能，甚至造成凋亡和壞死，從而對運動能力和身體健康造成負面影響。研究證實[18]，高強度訓練后脂質(zhì)過氧化反應(yīng)增強，這一過程可被運動前堿中毒抑制或緩解。本研究同樣證實，補充placebo實驗中血漿TBARS含量顯著升高，而補充NaHCO3實驗中血漿TBARS含量明顯低于對照組(即補充placebo)。然而TAC以及GSSG/TGSH比值在高強度間歇訓練后卻均無顯著性變化，Pingitore等[19]則發(fā)現(xiàn)運動后氧化應(yīng)激標志物明顯升高，研究結(jié)果不一致可能與不同研究采用的訓練時間不同有關(guān)，本研究為7.5 min(不包括間歇時間)，而Pingitore等則為45～90 min。TBARS和TAC、GSSG/TGSH比值變化不同步，提示TBARS可能過高估計了高強度訓練后的氧化應(yīng)激反應(yīng)，Powers等[14]指出，血漿TBARS并不能完全代表脂質(zhì)過氧化。

在本研究中，雖然訓練后氧化應(yīng)激參數(shù)無顯著性升高，但在補充Placebo實驗中細胞內(nèi)HSP72表達增加。同時我們還發(fā)現(xiàn)，與Placebo比較，補充NaHCO3時訓練誘導(dǎo)的HSP72表達上調(diào)幅度下降，其在單核細胞內(nèi)的表達水平在整個實驗過程中(180 min)與安靜狀態(tài)下無顯著性差異，這與Taylor等[20, 21]利用240 min觀測時間得到的實驗結(jié)果基本一致。Peart等[12]推測，NaHCO3誘導(dǎo)的HSP72表達下調(diào)可能與氧化應(yīng)激反應(yīng)減弱有關(guān)，但在本研究中，TAC和GSSG/TGSH比值在訓練后無顯著性改變，提示NaHCO3下調(diào)HSP72可能并不是氧化應(yīng)激介導(dǎo)的，其機制與維持酸堿平衡穩(wěn)態(tài)有關(guān)(表2)。今后的研究應(yīng)進一步確定NaHCO3是否通過減輕氧化應(yīng)激而下調(diào)HSP72表達，此外尚需建立長時間力竭運動模型刺激ROS大量產(chǎn)生以探索特異性的應(yīng)激蛋白(即蛋白質(zhì)氧化)標志物。

Peart等[12]的研究與本研究結(jié)果基本一致，即與補充安慰劑組比較，高強度無氧訓練前補充0.3 g/kg體重NaHCO3可下調(diào)細胞內(nèi)HSP72表達量，同時伴隨運動能力改善，但在本研究中，運動能力參數(shù)(即做功量和力竭時間)在補充NaHCO3后并未發(fā)生改變，提示盡管補充NaHCO3對于運動表現(xiàn)的效果尚不確定，但確實能夠降低高強度訓練時的細胞應(yīng)激反應(yīng)。應(yīng)激反應(yīng)下降有利于訓練后的恢復(fù)過程，因此HSP72可作為運動員訓練監(jiān)控的標志物，利用各種手段降低HSP72表達對于運動員訓練、比賽和恢復(fù)可能具有潛在益處，然而這一推論尚需進一步實驗驗證。

本研究中，應(yīng)激激素皮質(zhì)醇在運動后即刻稍有增加(但與運動前比較并無統(tǒng)計學差異)，在運動后180 min顯著性下降(表3)。這一結(jié)果與Stokes等[22]和Nemet等[23]的研究類似，即反復(fù)沖刺運動后60 min內(nèi)血漿皮質(zhì)醇無顯著性改變，他們認為，運動時間相對較短是皮質(zhì)醇無變化的主要原因，此外應(yīng)激激素的生物節(jié)律性變異可能也是影響因素之一。研究發(fā)現(xiàn)[24]，血漿皮質(zhì)醇在清晨時達到峰值，隨后呈線性下降并于夜間(約8:30 p.m.)達最低值，但Deschenes等[25]的實驗結(jié)果指出，雖然血漿皮質(zhì)醇存在日節(jié)律變化，但對運動的反應(yīng)并不存在生物節(jié)律性，因此推測生物節(jié)律變異的影響可能并不大。關(guān)于補充NaHCO3對應(yīng)激激素的影響，不同研究結(jié)論不一，Wahl等[15]發(fā)現(xiàn)NaHCO3能夠降低血漿皮質(zhì)醇水平，而Bracken等[26]的實驗則得出陰性結(jié)果。由于本研究中運動并未誘導(dǎo)血漿皮質(zhì)醇出現(xiàn)升高相，因此NaHCO3對皮質(zhì)醇的作用尚不能確定。

Lira等[27]證實，高強度無氧訓練可誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)發(fā)生急性時相反應(yīng)，例如反復(fù)沖刺訓練后促炎癥因子IL-6含量顯著升高。在本研究中，運動后血漿IL-6升高的程度較Nemet等[23]的結(jié)果更為明顯，且IL-6峰值水平在補充Placebo組高于NaHCO3組。值得注意的是，本研究只有5名受試者在各時間點檢測到血漿IL-6水平，因此對于血漿IL-6變化的解釋應(yīng)當慎重。此外，由于IL-6參與了機體多種生理過程的調(diào)節(jié)包括促炎和抗炎、能量感受器、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等[28]，因此今后的研究應(yīng)在多個層面探討運動前堿中毒與IL-6表達的關(guān)系。我們同時檢測了血漿IL-8含量的變化，但所有受試者各時間點均因低于檢出下限而未檢測出結(jié)果，這與Ostrowski等[29]的研究結(jié)果一致。據(jù)證實，運動時肌源性IL-6可釋放入血并成為循環(huán)IL-6的主要來源，而肌肉只釋放少量IL-8且主要在肌肉局部起作用，因此運動并不能上調(diào)血漿IL-8水平[30]。

4 結(jié)論

總之，高強度間歇訓練可顯著上調(diào)細胞內(nèi)HSP72表達，但對血漿皮質(zhì)醇、IL-6、IL-8、GSSG/TGSH和TAC無顯著作用；補充NaHCO3對運動能力無顯著影響，但可下調(diào)運動誘導(dǎo)的HSP72表達水平，其機制可能不是經(jīng)由氧化應(yīng)激介導(dǎo)的，而與維持酸堿平衡穩(wěn)態(tài)有關(guān)；利用各種手段調(diào)控運動后的HSP72表達水平可增強細胞對運動應(yīng)激的耐受能力，對于運動員訓練、比賽和恢復(fù)可能具有潛在應(yīng)用價值。

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