徐盛嘉， 鄧國哲， 張鑫鵬， 李 晨， 謝 麗， 馬繼政△， 康學(xué)軍△

(1. 陸軍工程大學(xué)軍事運動科學(xué)研究中心, 江蘇 南京 211101; 2. 東南大學(xué)生物工程科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

超級馬拉松是一種超過標(biāo)準(zhǔn)馬拉松的長跑運動競賽，可分為固定時間或固定距離兩種，參與者在長時間的跑步中需要經(jīng)受許多挑戰(zhàn)，包括身體、心理和外界環(huán)境[1]。長時間的劇烈耐力運動可誘導(dǎo)嚴(yán)重的肌肉損傷，液體和電解質(zhì)水平的失衡、炎癥的增加、免疫功能、凝血和纖溶系統(tǒng)的變化，以及增加中暑的風(fēng)險[2]。

生物標(biāo)志物可以標(biāo)記系統(tǒng)、器官、組織、細胞及亞細胞結(jié)構(gòu)或功能發(fā)生或可能發(fā)生的改變，廣泛地應(yīng)用于疾病診斷、藥物及療法的有效性和安全性評價等方面。目前，一些應(yīng)激標(biāo)志物已被用于評估運動員在訓(xùn)練和比賽期間的健康、運動水平、損傷和恢復(fù)狀況，此類標(biāo)志物是一些人體因應(yīng)答壓力而產(chǎn)生的內(nèi)分泌因子及其代謝物，其中包括唾液α-淀粉酶(α-saliva amylase, sAA)和糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid, GCS)。sAA活性與人體應(yīng)激成正相關(guān)，可作為交感神經(jīng)系統(tǒng)激活的標(biāo)志，響應(yīng)生理和心理應(yīng)激[3]。由于運動能引起交感神經(jīng)系統(tǒng)(sympathetic nervous system，SNS)的激活，因此sAA也被認為是測量運動應(yīng)激反應(yīng)的有效指標(biāo)[4]。GCS是人體內(nèi)重要的激素，包括有生物活性的皮質(zhì)醇(游離態(tài))和無生物活性的可的松[5]。前期研究證實，GCS與人體應(yīng)激之間存在相關(guān)關(guān)系，運動可以刺激下丘腦-垂體-腎上腺軸(the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA軸)，導(dǎo)致循環(huán)皮質(zhì)醇水平顯著增加[6]。尿液中的皮質(zhì)醇是由血液中游離皮質(zhì)醇經(jīng)腎小球濾過而來，基量與血液中具有生物活性的游離皮質(zhì)醇成正比，因此，測定尿液中的皮質(zhì)醇濃度可有效反映人體循環(huán)皮質(zhì)醇水平。

在超級馬拉松運動過程中，大強度的身體活動會使人體產(chǎn)生不同程度的應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致?lián)p傷風(fēng)險的增加、抑制運動表現(xiàn)和影響認知功能[7]。進行相關(guān)生物標(biāo)志物的檢測可了解個體的應(yīng)激反應(yīng)和當(dāng)前的生理狀態(tài)，預(yù)測個體的身體健康狀況和運動中的表現(xiàn)，并且能為監(jiān)護者提供重要的可操作信息。因此，本研究觀察整個超級馬拉松過程中sAA活性和GCS濃度的時程變化，以期為長持續(xù)性運動中個體身體狀況的監(jiān)控和運動表現(xiàn)的預(yù)測提供依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取長期規(guī)律參加有氧訓(xùn)練的20名男性健康青年，年齡(22.57±1.63)歲，身高(175.28±4.58)cm，體重(66.95±5.36)kg，體質(zhì)指數(shù)(22.78±1.37)，平均訓(xùn)練年限3年。受試者經(jīng)詢問病史、查體、心電圖及超聲心動圖等檢查均未發(fā)現(xiàn)有器質(zhì)性心臟病者，無吸煙史和酗酒史，有規(guī)律參加訓(xùn)練(每周有氧訓(xùn)練不少于4次)，排除超重或偏瘦的人員，排除標(biāo)準(zhǔn)為體質(zhì)指數(shù)<18.5或>24.0。

1.2 測試方案

20名參與者在36 h內(nèi)完成超級馬拉松，0 h～12 h和24 h～36 h為運動時間，12 h～24 h為休息時間，夜間睡眠時間約為6 h(17 h～23 h)，累計跑步距離為(171.34±5.14)km。

1.3 樣本采集

分別在運動開始前(T0)、12 h(首日結(jié)束后，T12)、24 h(次日開始前，T24)、36 h(次日結(jié)束后，T36)4個時間點采集測試對象的唾液和尿液樣本。唾液采樣：清水漱口兩次，30 s后用5 ml 離心管收集唾液2 ml，離心處理，吸取上層液體， -20℃保存待用。尿液采樣：用無菌離心管收集尿液中段約15 ml，離心處理后，吸取上層液體，-20℃保存待用。

1.4 檢測方法

1.4.1 內(nèi)部負荷檢測 利用Polar team2團隊心率儀(Polar，F(xiàn)inland)連續(xù)記錄從運動開始到結(jié)束時的心率(heart rate, HR)(除夜間)，通過polar team軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并利用Firstbeat SPORTS 系統(tǒng) (version 4.4.0.2, Firstbeat Technologies Ltd., Finland) 進行分析和計算運動后的過氧消耗值(excess post-exercise oxygen consumption, EPOC)和運動沖量(training impulse, TRIMP)。EPOC計算公式為(VO2REC×TREC) - (VO2BL×TRECe)。TRIMP計算公式為T×[(HRex-HRrest)/(HRmax-HRrest)]×0.64e1.92[(HRex-HRrest)/(HRmax-HRrest)][8]。

1.4.2 sAA活性檢測 用純水分別配制0.04%(w/v)的可溶性淀粉溶液和20 mmol/L的碘化鉀-碘溶液，離心后的唾液上清液用純水稀釋10倍備用。

唾液sAA活性采用分光光度法進行測試。分別向比兩支比色管中加入1 ml淀粉溶液，向空白管中加入0.1 ml蒸餾水，向待測管中加入0.1 ml稀釋100倍后的唾液，再分別加入0.5 ml碘-碘化鉀溶液和6 ml蒸餾水，混勻。使用分光光度計(V-1600，上海美譜達，中國)連續(xù)在660 nm波長下分別測定空白管和測定管的吸光度值3次，取平均值作為最終數(shù)據(jù)。

1.4.3 尿液GCS濃度檢測 用靜電紡絲法[9]制備聚苯乙烯(polystyrene, PS)納米纖維，在萃取柱底端壓實，依次加入甲醇和蒸餾水并排空，活化萃取柱。取10 μl 的10 μg/ml皮質(zhì)酮內(nèi)標(biāo)溶液和1 ml離心后的尿液樣本，加入萃取柱加壓排空。再向柱內(nèi)加100 μl的甲醇進行洗脫，進樣20 μl，使用高效液相色譜儀(SHIMADZU LC-20AD, Szrisun, Japan)進樣檢測(色譜柱：Inertsil ODS-3，流動相：甲醇，磷酸二氫鈉水溶液)。采用工作曲線法計算得出尿液樣本中GCS的含量。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 內(nèi)部負荷的時程變化

結(jié)果見表1，運動中的HR、EPOC峰值和TRIMP值均顯著高于安靜值。T0-T12與T24-T36之間HR無顯著差異(P> 0.05)，但T0-T12的EPOC峰值和TRIMP值均顯著高于T24-T36(P<0.05)。顯示第2日運動強度和量略小于第1日。

2.2 sAA活性的時程變化

結(jié)果見表2，在運動過程中，T12的sAA活性顯著高于T0(P<0.05)，經(jīng)夜間休息后，T24的sAA活性較T0和T12顯著降低(P<0.05)，T36的 sAA活性較T24顯著增加(P<0.05)，但顯著低于T12(P<0.05)。表明運動會引起sAA活性的上升，休息后則會下降。此外， T0的sAA活性顯著高于T36(P<0.05)，表明參與者運動前的sAA活性處于較高的水平。

Tab. 1 The average HR , EPOC, and TRIMP during n=20)

Tab. 2 The sAA activity in the process of ultramarathon(U/m, n=20)

2.3 尿液GCS濃度的時程變化

結(jié)果見表3，運動過程中，T12、T24、T36皮質(zhì)醇的濃度均顯著高于T0(P<0.05)。經(jīng)夜間休息后，T24皮質(zhì)醇濃度相較T12有顯著下降(P<0.05)。T36皮質(zhì)醇濃度較之T24有顯著升高(P<0.05)，并且顯著高于T12的濃度(P<0.05)。結(jié)果顯示皮質(zhì)醇濃度隨運動和休息起伏變化，且呈遞增趨勢。尿液中可的松的濃度呈持續(xù)上升態(tài)勢，各時段均與T0有顯著差異(P<0.05)，且活動持續(xù)時間越長，差異越明顯。

Tab. 3 The GCS concentration in the process of ultramarathon(ng/ml, n=20)

3 討論

已有研究證明，sAA的活性能夠作為SNS激活的標(biāo)志，響應(yīng)生理和心理應(yīng)激，由于運動能引起SNS激活，因此它也被認為是測量運動應(yīng)激反應(yīng)的有效指標(biāo)。Kivlighan等人[10]發(fā)現(xiàn)，有氧運動誘導(dǎo)的sAA活性較安靜狀態(tài)增加了三倍。在本研究中，由于運動引起交感神經(jīng)活動，sAA活性顯著增加，經(jīng)過夜間睡眠后，由于交感神經(jīng)活動減弱，sAA活性顯著下降。此外，sAA的活性也受心理壓力的影響。Balodis等[11]報道，主觀應(yīng)激感知(焦慮反應(yīng)性)與壓力測試后的sAA活性以及升高值之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。本研究中也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，超級馬拉松運動前的sAA活性顯著高于24 h，此外，超級馬拉松運動結(jié)束后的sAA活性也顯著低于12 h，表明sAA活性對心理應(yīng)激的反應(yīng)較為敏感。

GCS的主要成分為皮質(zhì)醇，在生理、心理應(yīng)激的作用下，腎上腺皮質(zhì)分泌和釋放皮質(zhì)醇的量也會顯著增加。皮質(zhì)醇可被骨骼肌、脂肪和肝臟等人體組織吸收，促進代謝底物的可用性，介導(dǎo)了有助于運動和恢復(fù)的關(guān)鍵生理過程[12]。運動能極大地激活HPA軸，增加促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素和精氨酸加壓素的分泌，促進垂體前葉促腎上腺皮質(zhì)激素(adreno cortico tropic hormone , ACTH)的合成和分泌，進而激活腎上腺皮質(zhì)的ACTH受體，增加皮質(zhì)醇的分泌和釋放。循環(huán)皮質(zhì)醇水平提升的速率與運動強度成正比，對訓(xùn)練的不同反應(yīng)取決于持續(xù)時間和運動強度，例如賽艇運動員賽前6周大強度訓(xùn)練中，皮質(zhì)醇濃度呈上升趨勢，在第6周升至較高水平[13]；而核心力量訓(xùn)練后，籃球?qū)I(yè)大學(xué)生的皮質(zhì)醇濃度增加并不顯著[14]。本研究中的數(shù)據(jù)表明，測試對象尿液中的皮質(zhì)醇濃度隨著超級馬拉松運動的進行而急劇上升，且36 h時的濃度高于24 h時的濃度，證明人體內(nèi)皮質(zhì)醇的表達水平與超級馬拉松運動的持續(xù)時間呈正相關(guān)。

Bae等人[15]認為，鑒于11β-羥基類固醇脫氫酶的作用，可的松有望成為測量生理應(yīng)激的更好標(biāo)志物。由于皮質(zhì)醇在人體內(nèi)存在駐留效應(yīng)，運動誘導(dǎo)的皮質(zhì)醇濃度升高后，需要停止運動48 h才會回落到基線水平[16]。為避免皮質(zhì)醇長期增加帶來的不利影響，在夜間休息時，人體會將皮質(zhì)醇失活為可的松，該機制可防止長時間高濃度皮質(zhì)醇分泌對人體產(chǎn)生的有害影響[17]。在本研究中，超級馬拉松過程中可的松濃度持續(xù)增加，而夜間休息后的皮質(zhì)醇濃度出現(xiàn)回落，但仍高于運動前。

綜上所述，sAA活性和尿液GCS濃度均可反映參與者在超級馬拉松運動中的應(yīng)激變化：sAA活性和尿液皮質(zhì)醇濃度在運動后升高，睡眠后下降，反映出人體應(yīng)激的變化；而尿液可的松濃度在運動過程中持續(xù)升高，反映出運動負荷的積累。因此，通過這種無創(chuàng)手段監(jiān)測sAA活性與GCS濃度，監(jiān)護者能夠在類似的長時間身體活動中識別參與者的應(yīng)激狀態(tài)，并采取一定措施以防止過度疲勞或情緒緊張狀態(tài)，從而優(yōu)化運動表現(xiàn)，降低損傷。此外，在日常訓(xùn)練中，監(jiān)護者也可通過監(jiān)測sAA活性與GCS濃度評估負荷，調(diào)整訓(xùn)練策略以優(yōu)化恢復(fù)，從而提高訓(xùn)練績效。