5-羥色胺與中樞運(yùn)動(dòng)疲勞的分析研究

魯建清滿維祥羅榮保

（1.湘南學(xué)院，湖南 郴州 423000；2.湖南師范大學(xué) 體育學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081）

前言

自1880年莫索(Mosso)[1]研究人類的疲勞開始,距今已有100多年的歷史了。在1982年第五屆國(guó)際運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)會(huì)議上對(duì)疲勞的概念取得了統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),即運(yùn)動(dòng)性疲勞是:“機(jī)體生理過(guò)程不能繼續(xù)機(jī)能在特定水平上進(jìn)行和(或)不能維持預(yù)定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度?！彼沁\(yùn)動(dòng)本身引起的機(jī)體工作能力的暫時(shí)降低,經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間休息和調(diào)整可以恢復(fù)的生理現(xiàn)象,是一個(gè)極其復(fù)雜的身體變化綜合反應(yīng)過(guò)程[2]。自莫索首次提出疲勞可能發(fā)生在兩個(gè)部位:一是發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng),為中樞疲勞;二是發(fā)生在外周(即脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、神經(jīng)肌肉接點(diǎn)和骨骼肌),為外周疲勞以來(lái)，疲勞的外周機(jī)制已得到廣泛研究。近年來(lái),疲勞的中樞機(jī)制越來(lái)越受到重視，有許多研究發(fā)現(xiàn)了腦內(nèi)氨基酸、氧化自由基等物質(zhì)變化與中樞疲勞發(fā)生有關(guān)。但是,目前被學(xué)術(shù)界廣泛接受的還是中樞神經(jīng)遞質(zhì)5-HT導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞發(fā)生的假說(shuō)。

1.樞運(yùn)動(dòng)疲勞

中樞運(yùn)動(dòng)疲勞在疲勞的發(fā)展過(guò)程中,中樞神經(jīng)系統(tǒng)起主導(dǎo)作用,它是中樞的一種維護(hù)性抑制,以防止機(jī)體發(fā)生過(guò)度的機(jī)能衰竭[3]。就中樞疲勞而言，盡管中樞神經(jīng)功能紊亂可作為最基本表現(xiàn)，同時(shí)受其他諸多因素的影響，是一個(gè)高度整合的過(guò)程。目前很難給出一個(gè)準(zhǔn)確的定義，現(xiàn)在普遍認(rèn)為中樞疲勞是一種中樞負(fù)性變力的結(jié)果，CNS疲勞(力量和功的輸出無(wú)法維持在預(yù)期水平)是不能夠僅用肌肉本身功能紊亂來(lái)解釋，是與CNS特異性功能改變有關(guān)的疲勞，同時(shí)還包括了一些象動(dòng)機(jī)、感覺(jué)等重要的心理學(xué)指標(biāo)在疲勞中的作用。Green[4](1990)從生理學(xué)角度歸納得出，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞產(chǎn)生的原因有：(1)棘突衰減；(2)傳人抑制；(3)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性降低；(4)神經(jīng)分支點(diǎn)興奮性喪失；(5)神經(jīng)肌肉末觸問(wèn)傳達(dá)衰減。

25.羥色胺(5-HT)

1948年Rapport等從血清中分離出5-HT。它在化學(xué)上屬吲哚胺類化合物,由吲哚和乙胺兩部分構(gòu)成。90%的5-HT存在于體內(nèi)消化道,8%～9%在血小板中,存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的5-HT只占全身總量的1%～2%。5-HT本身難于透過(guò)血腦屏障,但是其前體是色氨酸,血液中的色氨酸可以經(jīng)過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦,再經(jīng)過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入5-HT能神經(jīng)原內(nèi),合成5-HT。所以體內(nèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周的5-HT可算分屬兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。由于5-HT能神經(jīng)元只存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng),所以目前認(rèn)為5-HT主要是作為一種中樞神經(jīng)抑制性遞質(zhì)發(fā)揮作用[5]。

在許多動(dòng)物中進(jìn)行的神經(jīng)生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)5-HT可以引起一系列特殊行為,在大鼠是搖頭,前肢踏步樣動(dòng)作,后肢僵硬外展,尾豎起,顫抖,肌肉震顫等,被稱為5-HT行為癥候群。另外發(fā)現(xiàn)5-HT可以抑制攝食。此外5-HT對(duì)體溫調(diào)節(jié)和性行為調(diào)節(jié)也有作用,但是都根據(jù)5-HT受體類型不同以及不同腦區(qū)而產(chǎn)生不同的抑制或促進(jìn)作用。多數(shù)的動(dòng)物研究認(rèn)為5-HT還與慢波睡眠有關(guān),也有研究發(fā)現(xiàn)它與快波睡眠有關(guān)。此外,5-HT與痛覺(jué)和精神活動(dòng)也有關(guān)系。對(duì)于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),腦內(nèi)5-HT的上行纖維主要投射到下丘腦視上核、基底神經(jīng)節(jié)和邊緣系統(tǒng)等古老結(jié)構(gòu),少部分纖維到達(dá)大腦皮層；5-HT能神經(jīng)元的下行纖維軸突沿脊髓外側(cè)索下行,在頸膨大和腰膨大出纖維比較密集,末梢分布于脊髓前角、側(cè)角和后角。其中基底神經(jīng)節(jié)的尾狀核、殼核與蒼白球統(tǒng)稱為紋狀體,紋狀體具有控制肌肉運(yùn)動(dòng)的功能,與丘腦,下丘腦聯(lián)合成為本能反射的調(diào)節(jié)中樞,基底神經(jīng)節(jié)有重要的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的功能,它與隨意運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定、肌緊張的控制、本體感覺(jué)傳入沖動(dòng)信息的處理都有關(guān)系[6]。

Newsholme等(1987)提出該物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)疲勞的中樞機(jī)制有關(guān),首次提出了5-HT可能是中樞疲勞的調(diào)節(jié)物質(zhì),他們的研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)對(duì)該遞質(zhì)的合成及轉(zhuǎn)換有明顯的影響。他們認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)使腦內(nèi)5-HT濃度升高,因?yàn)?-HT是一種抑制性遞質(zhì),所以可以降低從中樞向外周發(fā)放的沖動(dòng),從而導(dǎo)致中樞疲勞的產(chǎn)生,降低了運(yùn)動(dòng)能力。之后不斷有研究證明運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致中樞5-HT增高,而腦內(nèi)某些腦區(qū)5-HT的增高與中樞疲勞的產(chǎn)生有關(guān)。Chauloff[78]等研究表明這些腦區(qū)主要是海馬和紋狀體。

3.樞運(yùn)動(dòng)疲勞與5–HT的相關(guān)研究

5-HT是腦組織內(nèi)中樞抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。它通過(guò)神經(jīng)元的上行和下行纖維與脊髓的軀體反射以及錐體外系的運(yùn)動(dòng)功能有聯(lián)系,即通過(guò)降低神經(jīng)中樞向外周發(fā)放神經(jīng)沖動(dòng)來(lái)降低運(yùn)動(dòng)能力[9]。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),從而血漿游離色氨酸(f-Try)相應(yīng)增加,BCAAs濃度降低,f-Try/BCAAs值上升,進(jìn)入腦組織的Try濃度也上升[10],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[11]。Newsholme等(1987)認(rèn)為,隨著腦中Try濃度的增加,由于生理?xiàng)l件下與5-HT合成的有關(guān)的酶不能飽和,故5-HT的合成也隨之增加;而5-HT濃度上升時(shí),中樞功能被削弱,運(yùn)動(dòng)能力下降。。Bailey等[12]通過(guò)一系列藥物實(shí)驗(yàn)來(lái)研究5一HT與中樞疲勞之間的關(guān)系。服用引起腦內(nèi)5-HT升高的藥物，大鼠運(yùn)動(dòng)至力竭的時(shí)間大大縮短，而且出現(xiàn)明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明特定的藥物引起腦內(nèi)5一HT增加導(dǎo)致中樞抑制出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，而一些外周指標(biāo)如體溫、血糖、肌糖元、肝糖元以及各種應(yīng)激激素的變化支持這一假說(shuō)。Davis等[13]以及Wilson等[14]在人體上所作的試驗(yàn)證明，以70%V02一強(qiáng)度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間跑步或騎自行車前，服用5一HT的激動(dòng)劑(Paroxetine或Fluoxetine)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間縮短，與對(duì)照組比較疲勞程度較高，但心血管系統(tǒng)、體溫調(diào)節(jié)和代謝功能上無(wú)差異。這些都提示，運(yùn)動(dòng)中大腦5一HT水平的提高是影響乃至決定運(yùn)動(dòng)性疲勞的重要因素。

3.1.性耐力運(yùn)動(dòng)后5–HT在中樞神經(jīng)不同區(qū)域的表達(dá)

Chaouloff等[15]對(duì)運(yùn)動(dòng)后大腦不同部位5-HT水平的研究表明,90分鐘跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)(20m/min)后,大鼠中腦、海馬、紋狀體5-HT增加,其它腦區(qū)無(wú)明顯變化。然而有些研究證實(shí)[16],腦內(nèi)5-HT主要來(lái)自腦內(nèi)中縫核上部,其神經(jīng)纖維投射到紋狀體、丘腦、下丘腦、邊緣前腦和皮層。也有的研究發(fā)現(xiàn)[17],在2小時(shí)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)(平均17m/min)后,無(wú)訓(xùn)練大鼠下丘腦5-HT濃度顯著增高,海馬、紋狀體和腦干有增高趨勢(shì),而皮質(zhì)和小腦表現(xiàn)為輕微降低。宋亞軍,孫勤樞,王魯克,王寧,謝敏豪[18]等研究發(fā)現(xiàn),3小時(shí)游泳后即刻,大鼠間腦和腦干5-HT濃度增高;其中,間腦增高23.15%,而端腦則略有降低。表明各腦區(qū)5-HT對(duì)急性耐力運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)具有非均衡性;提示,在急性耐力運(yùn)動(dòng)中,“中樞疲勞”的可能性介質(zhì)—5-HT水平的提高可能發(fā)生或首先發(fā)生在某些腦區(qū),而非全腦。

3.2.動(dòng)時(shí)間對(duì)5-HT的影響

Chaouloff[15]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),1h跑臺(tái)跑(20m·min-1)可導(dǎo)致大鼠腦內(nèi)TRP和5-HIAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平行性增加,隨后對(duì)腦脊液的研究呈現(xiàn)相似的結(jié)果,說(shuō)明跑臺(tái)跑可增加運(yùn)動(dòng)鼠腦內(nèi)5-HT的合成與代謝。運(yùn)動(dòng)停止后1h,TRP和5-HI2AA恢復(fù)到正常值。Blomstrand等[19]對(duì)不同腦區(qū)運(yùn)動(dòng)鼠的研究亦表明,超長(zhǎng)適量運(yùn)動(dòng)和力竭性運(yùn)動(dòng)可增加腦內(nèi)各部位5-HT的合成與更新。采用微透析技術(shù)對(duì)大鼠海馬5-HT變化的研究顯示[20],從跑臺(tái)跑(25m·min-1)60min開始5-HT表現(xiàn)為增加,120min的運(yùn)動(dòng)結(jié)束達(dá)到最高,恢復(fù)期2h恢復(fù)至基線水平;5-HT變化表現(xiàn)出時(shí)間依賴性。大多學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn),盡管運(yùn)動(dòng)后間腦5-HT大幅度增加(23.15%),但5-HIAA卻變化不明顯。運(yùn)動(dòng)后20h,5-HT恢復(fù)至略低于基線水平,而5-HIAA則略高于基線,提示間腦5-HT的合成與代謝水平在一次性耐力運(yùn)動(dòng)過(guò)程中和恢復(fù)期存在差異;運(yùn)動(dòng)期間5-HT合成過(guò)程占優(yōu)勢(shì),而恢復(fù)期5-HT分解代謝過(guò)程占優(yōu)勢(shì)。袁瓊嘉,熊若虹,代毅,徐明,鄧偉明,蘇全生,楊品華[21]等以大鼠力竭運(yùn)動(dòng)為模型,發(fā)現(xiàn)力竭運(yùn)動(dòng)后24h組端腦內(nèi)5-HT含量達(dá)到最高,48h組較24h組明顯下降,但是仍然明顯高于對(duì)照組。

4.究新進(jìn)展

4.15.HT受體的研究

5-HT受體方面的研究是隨著神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展開始的。在很多研究中都驗(yàn)證了關(guān)于訓(xùn)練或進(jìn)行運(yùn)動(dòng)可以觸發(fā)5-HT受體改變的假說(shuō);但是既有陽(yáng)性的結(jié)果也有陰性的結(jié)果。這些數(shù)據(jù)綜合到一起說(shuō)明有必要進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)對(duì)5-HT的影響[22]。Dwyer D和Browning J的研究認(rèn)為,大鼠耐力訓(xùn)練減低了對(duì)5-HT促進(jìn)劑的受體敏感性,而5-HT受體敏感性似乎是決定中樞性運(yùn)動(dòng)疲勞的重要因素。在他們的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中大鼠經(jīng)過(guò)6周的耐力訓(xùn)練,每周跑臺(tái)訓(xùn)練4次,兩次力竭運(yùn)動(dòng),在給予5-HT(1A)促進(jìn)劑m-chlorophenylpiperazine(m-CPP)后觀察運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的變化,通過(guò)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的相應(yīng)縮短來(lái)確定受體的敏感性。他們發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練6周后的未給5-HT1A促進(jìn)劑的動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)明顯改善了47%。給藥動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)也有明顯改善,但是不如未給藥組顯著。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明5-HT促進(jìn)劑可以導(dǎo)致疲勞產(chǎn)生,但在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過(guò)耐力訓(xùn)練后耐力增加、發(fā)生疲勞的時(shí)間延遲說(shuō)明中樞5-HT受體脫敏,很可能是5-HT1A受體。耐力訓(xùn)練使中樞5-HT受體脫敏,對(duì)腦內(nèi)5-HT增加所導(dǎo)致的疲勞發(fā)生適應(yīng)反應(yīng),這可以提高耐力運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn),延遲疲勞產(chǎn)生的時(shí)間。最近Dwyer D,FlynnJ還發(fā)現(xiàn)短期有氧訓(xùn)練不改變年輕男性對(duì)中樞5-HT促進(jìn)劑的敏感性[23]總之在5-HT受體方面的研究目前還比較少,還不足以說(shuō)明不同5-HT受體的作用差異,還需要大量的研究工作來(lái)確定不同5-HT受體促進(jìn)劑和拮抗劑對(duì)不同受體的具體作用,從而說(shuō)明5-HT受體在中樞疲勞產(chǎn)生中的具體作用。

4.2.養(yǎng)干預(yù)對(duì)中樞疲勞和5-HT的影響

研究中樞運(yùn)動(dòng)疲勞真正目的在于應(yīng)用基本理論研究消除中樞運(yùn)動(dòng)疲勞的方法，現(xiàn)已有科學(xué)家開始研究營(yíng)養(yǎng)干預(yù)機(jī)制對(duì)中樞疲勞和5-HT的影響,從而,也進(jìn)一步闡明5-HT在中樞疲勞中的作用,并且得出相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充消除運(yùn)動(dòng)疲勞的方法。目前在營(yíng)養(yǎng)干預(yù)方面的研究比較注重補(bǔ)充葡萄糖、氨基酸對(duì)5-HT的影響。Blomstrand等人把補(bǔ)充支鏈氨基酸作為延遲中樞運(yùn)動(dòng)疲勞的手段之一,他們認(rèn)為在運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)中補(bǔ)充支鏈氨基酸可以延緩運(yùn)動(dòng)疲勞的發(fā)生,他們分別在馬拉松跑,越野滑雪,足球等運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的體力可以有小的改變,但是由于食物和水等干預(yù)因素控制的不理想,他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果尚不能充分肯定[24]Varnier等也提出了相似的看法[25],他們同樣認(rèn)為補(bǔ)充支鏈氨基酸可以降低游離色氨酸與支鏈氨基酸比值,減少腦內(nèi)5-HT形成,達(dá)到延遲中樞疲勞的目的；J Mark Davis等人研究認(rèn)為補(bǔ)充碳水化合物(CHO)和支鏈氨基酸(BCAA)可以緩解5-HT的積累并且改善運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。但是,很難區(qū)別CHO是作用于大腦還是肌肉本身的,而大多數(shù)有關(guān)BCAA的研究結(jié)果不能肯定地說(shuō)明補(bǔ)充BCAA對(duì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)有利。但是這些數(shù)據(jù)都支持了一個(gè)令人興奮的可能性,即在營(yíng)養(yǎng)、腦內(nèi)神經(jīng)生化和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間存在著聯(lián)系[26]。

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