運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的生化機(jī)制研究進(jìn)展

翟昕元　楊健科　劉　強(qiáng)

摘要：當(dāng)前對(duì)運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的研究取得了很大進(jìn)展，現(xiàn)已提出了幾種解釋中樞疲勞的生物機(jī)制。本文主要對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞的某些生化指標(biāo)在中樞疲勞過(guò)程中的影響作一總結(jié)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)疲勞；中樞疲勞；生化機(jī)制

運(yùn)動(dòng)疲勞是體育科學(xué)中長(zhǎng)期的研究熱點(diǎn)。按照巴甫洛夫?qū)W派的觀點(diǎn)，無(wú)論是體力疲勞，還是腦力疲勞，都是大腦皮層保護(hù)性抑制的結(jié)果。血糖下降、缺氧、pH值下降、鹽丟失和滲透壓升高等，均會(huì)促使大腦皮質(zhì)神經(jīng)元工作能力下降，從而促進(jìn)疲勞(保護(hù)性抑制)的發(fā)生和發(fā)展。

Gibson等[1]（2001）總結(jié)了20世紀(jì)90年代以來(lái)運(yùn)動(dòng)疲勞的神經(jīng)機(jī)理，提出了外周疲勞和中樞疲勞的區(qū)別，并且將中樞疲勞定義為：神經(jīng)驅(qū)動(dòng)或神經(jīng)調(diào)控減弱導(dǎo)致力量生成或肌張力下降。以往對(duì)于運(yùn)動(dòng)疲勞的研究多集中于外周，而對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疲勞則研究較少。

近年來(lái)，利用運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)的方法研究運(yùn)動(dòng)疲勞，總結(jié)運(yùn)動(dòng)疲勞產(chǎn)生、消除的機(jī)理，取得了不少成果。本文擬就運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的神經(jīng)生物化學(xué)機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

一、5-羥色胺（5-HT）與中樞疲勞

5-羥色胺是一種神經(jīng)遞質(zhì)，它使機(jī)體乏力、困倦，腦中5-羥色胺濃度升高對(duì)喚醒、嗜眠、失眠和心境具有重要的調(diào)節(jié)作用。因此，過(guò)量的5-羥色胺有可能在中樞神經(jīng)系統(tǒng)引起人體疲勞。

血漿中5-羥色胺不能通過(guò)血腦屏障，因此中樞的5-羥色胺只能在腦內(nèi)合成。5-羥色胺生物合成的前體為色氨酸。因此，腦內(nèi)5-羥色胺的合成首先取決于色氨酸的有效利用率。

首先色氨酸必須轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入腦內(nèi)，但這種轉(zhuǎn)運(yùn)有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制：①色氨酸與血漿游離脂肪酸競(jìng)爭(zhēng)血漿白蛋白；② 色氨酸與某些支鏈氨基酸（纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸）競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)運(yùn)載體。運(yùn)動(dòng)時(shí)由于游離脂肪酸濃度增加，從而血漿游離色氨酸相應(yīng)增加；耐力運(yùn)動(dòng)過(guò)程中支鏈氨基酸氧化增強(qiáng)，故支鏈氨基酸濃度降低。即在耐力運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，血漿游離色氨酸與支鏈氨基酸的比值上升，人腦中的色氨酸也上升。

大量的研究表明，在運(yùn)動(dòng)中或運(yùn)動(dòng)后，腦內(nèi)的5-羥色胺含量升高。5-羥色胺能使神經(jīng)纖維在腦內(nèi)的投射比較廣泛，它的升高表明中樞的抑制過(guò)程加強(qiáng)。Bailey等[2](1993)對(duì)大鼠服用一些能引起腦5-羥色胺增高的藥物，結(jié)果顯示：隨著藥量的增加，大鼠運(yùn)動(dòng)的時(shí)間大大縮短，說(shuō)明這些藥物引起腦內(nèi)5-羥色胺的水平提高，導(dǎo)致中樞抑制而引起疲勞出現(xiàn)。Wilson等[3]（1993）對(duì)受試者服用5-羥色胺的激動(dòng)劑后，以70%VO2max 強(qiáng)度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間跑步或騎自行車測(cè)試，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，服藥組堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)的時(shí)間縮短，疲勞程度較高。

以上這些資料指出5-羥色胺在運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞中起重要的作用，主要是：①在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)中，腦中的5-羥色胺濃度升高，而疲勞時(shí)濃度最高；②服用5-羥色胺激動(dòng)劑或拮抗劑將縮短或延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間；③長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以降低5-羥色胺的水平，延緩疲勞的發(fā)生。

二、氨基酸類與中樞疲勞

神經(jīng)遞質(zhì)中氨基酸類有著重要的作用，它們大致可分為兩類：①興奮性氨基酸：谷氨酸（GLU）和天門冬氨酸（ASP）；②抑制性氨基酸：γ-氨基丁酸（GABA） 、甘氨酸（GLY）。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)含量的變化會(huì)影響中樞的興奮與抑制，而中樞的興奮與抑制機(jī)能的變化對(duì)運(yùn)動(dòng)能力有著重要的影響，適宜的興奮性是創(chuàng)造優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)成績(jī)的保證，而過(guò)度的興奮與抑制分別會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生損傷和機(jī)體疲勞。

以上幾類神經(jīng)遞質(zhì)中，γ-氨基丁酸的作用較強(qiáng)，有對(duì)抗興奮性氨基酸遞質(zhì)的作用。γ-氨基丁酸主要分布在腦內(nèi)，且含量很高。腦內(nèi)直接生成γ-氨基丁酸的物質(zhì)是谷氨酸。谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的催化下生成γ-氨基丁酸，兩者在正常生理情況下在代謝上處于相對(duì)平衡狀態(tài)，兩者都是腦組織的正常代謝產(chǎn)物，有神經(jīng)遞質(zhì)的作用。葡萄糖、丙酮酸及其它氨基酸如谷氨酰胺等都可作為γ-氨基丁酸的前體。γ-氨基丁酸含量的升高，表示大腦皮層抑制過(guò)程占優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)李人等[4]（1985）的研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)過(guò)1、2、5小時(shí)游泳后，腦中有部分腦區(qū)γ-氨基丁酸低于安靜值，而谷氨酸高于安靜值，并有顯著性，意味腦中出現(xiàn)以興奮為主的效應(yīng)；而經(jīng)過(guò)9小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)后，所測(cè)腦區(qū)中谷氨酸與γ-氨基丁酸都有十分顯著的增多，而谷氨酸與γ-氨基丁酸的比值明顯下降，說(shuō)明腦中以γ-氨基丁酸抑制效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，這與中樞抑制過(guò)程有關(guān)。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí)的γ-氨基丁酸含量升高，主要是由于ATP濃度下降，糖原含量顯著減少，氧化酶活性受到抑制，γ-氨基丁酸清除減弱。故長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生疲勞時(shí)的腦中γ-氨基丁酸濃度升高是正常過(guò)程減弱引起的。還有研究發(fā)現(xiàn)，力竭運(yùn)動(dòng)后即刻，大鼠腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)中的谷氨酸和天門冬氨酸兩種重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，含量低于安靜值，說(shuō)明了中樞興奮性下降，原因可能是機(jī)體在過(guò)度疲勞下產(chǎn)生的抑制性保護(hù)。

三、多巴胺（DA）與中樞疲勞

多巴胺是腦內(nèi)分泌的一種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，主要負(fù)責(zé)大腦的感覺，傳遞興奮的信息。腦中多巴胺活性增加，可抑制5-羥色胺的合成與代謝，從而起到了延緩疲勞的作用，而當(dāng)大腦5-羥色胺/多巴胺的比率升高，會(huì)引發(fā)運(yùn)動(dòng)性疲勞，降低行為能力。多巴胺的代謝隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加而增加，多巴胺的含量下降，運(yùn)動(dòng)能力也隨之下降。Bhagat等[5]（1973）給大鼠注射可提高多巴胺水平的安非他明（10-20mg/kg）后，其運(yùn)動(dòng)的時(shí)間延長(zhǎng)，耐力提高，疲勞延遲發(fā)生。

四、乙酰膽堿（Ach）與中樞疲勞

乙酰膽堿是中樞膽堿能系統(tǒng)中重要的神經(jīng)遞質(zhì)之一，其主要功能是維持意識(shí)的清醒，在學(xué)習(xí)記憶中起重要作用，參與溫度的調(diào)節(jié)。提高腦內(nèi)乙酰膽堿的含量，可以促進(jìn)激活腦神經(jīng)傳導(dǎo)功能，提高信息傳遞速度，乙酰膽堿的合成、釋放以及再吸收對(duì)肌力的產(chǎn)生起著重要的作用，因此可能也與運(yùn)動(dòng)性疲勞有關(guān)。

Kurosawa等[6]（1993）對(duì)鍛煉后保持清醒狀態(tài)的受試者做了大腦皮層中乙酰膽堿變化的分析，顯示5分鐘的運(yùn)動(dòng)使乙酰膽堿升高得最明顯。當(dāng)中樞乙酰膽堿濃度下降時(shí)，中樞疲勞就會(huì)發(fā)生。Conlay等[7]（1992）對(duì)馬拉松運(yùn)動(dòng)員比賽中血漿膽堿水平調(diào)查顯示，比賽中其血漿膽堿水平下降約40%，運(yùn)動(dòng)能力下降，如及時(shí)補(bǔ)充適量膽堿飲料，疲勞會(huì)延遲發(fā)生。

五、氨與中樞疲勞

血氨的來(lái)源主要途徑有：①ATP大量消耗，導(dǎo)致ADP過(guò)多，使2分子ADP轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和AMP，以保證ATP再合成，AMP則脫氨生成次黃嘌呤核苷酸，氨會(huì)引起腦中毒癥狀，如運(yùn)動(dòng)平衡失調(diào)等；②骨骼肌中的各種氨基酸經(jīng)脫氨作用也可產(chǎn)生少量的氨。

氨能夠干擾腦細(xì)胞的能量代謝，使得腦細(xì)胞ATP生成減少，以抑制腦細(xì)胞。還可引起腦內(nèi)谷氨酸、Ach等興奮神經(jīng)遞質(zhì)的減少，又使谷氨酰胺、γ—氨基丁酸等抑制性神經(jīng)遞質(zhì)增多，從而造成對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制。氨在運(yùn)動(dòng)時(shí)由肌肉產(chǎn)生并釋放到血液，通過(guò)血腦屏障，引起氨中毒癥狀。所以運(yùn)動(dòng)時(shí)，時(shí)肌肉、血液中氨釋放過(guò)多，也是引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性疲勞的因素之一。

總之，運(yùn)動(dòng)疲勞是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)必然伴隨的生理現(xiàn)象，其產(chǎn)生受多種因素的影響。隨著活檢、核磁共振、超微量生化分析及分子生物學(xué)技術(shù)等先進(jìn)手段在研究中的應(yīng)用，對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞產(chǎn)生的機(jī)制將會(huì)不斷深入。

參考文獻(xiàn)：

[1] Gibson ASC，Lambert ML，Noakes TD.Neural contor of force output during maximal and submaximal exercise.Sports Med，2001，31(9)：637-650.

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[3] Wilson WM，Manghan RJ. Evidence for a possible role of 5-hydroxytryptamine in the genesis of fatigue in man: administration of paroxetine，a 5-HT reuptake inhibitor，reduces the capacity to perform prolonged exercise.Exp Physiol，1992，77（6）: 921-924.

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