運動與兒茶酚胺研究進展

汪 喆

運動與兒茶酚胺研究進展

汪 喆

兒茶酚胺是一種含有兒茶酚和胺基的神經類物質，是人體內重要的神經遞質，在機體心血管活動和神經內分泌調節(jié)中起到重要作用。運動作為一種應激，可以增加兒茶酚胺的分泌，而兒茶酚胺的分泌又可以反應交感神經系統(tǒng)的興奮，體現(xiàn)運動應激對運動員心理的刺激強度。本文采用文獻資料法，對兒茶酚胺類物質的結構和生理生化功能進行了介紹，介紹了運動與兒茶酚胺的最新研究進展，探討了運動對兒茶酚胺分泌的影響機制，提出兒茶酚胺類物質可以作為反應運動員運動焦慮的特征性指標。

運動；兒茶酚胺；焦慮

兒茶酚胺在機體心血管活動和神經內分泌調節(jié)中起到重要作用[1]。運動員兒茶酚胺分泌的增加，可以使心肺功能迅速適應比賽，并調節(jié)其他激素的分泌和代謝[2]。兒茶酚胺的分泌量，是最能反映交感神經系統(tǒng)活動的指標，可直接體現(xiàn)運動應激對運動員心理的刺激強度[3]。本文綜述了運動與兒茶酚胺的最新研究進展，探討了運動對兒茶酚胺分泌的影響機制，提出運動應激可以改變兒茶酚胺的分泌，兒茶酚胺類物質可以作為反應運動員運動焦慮狀態(tài)的特征性指標。

1 兒茶酚胺類物質

1.1 兒茶酚胺類物質概述

兒茶酚胺(catecholamine,CA)包括腎上腺素（adrenaline, epinephrine,AD）、去甲腎上腺素(nor epinephrine,NE)和多巴胺(dopamine,DA)，是由腎上腺髓質和一些交感神經元嗜鉻細胞分泌的一類非常重要的神經遞質，也是重要的激素物質。兒茶酚胺在人體的心血管系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)、腎臟、平滑肌等系統(tǒng)和器官的生理活動中起著廣泛的調節(jié)作用。檢測血漿、尿液中的兒茶酚胺對于嗜鉻細胞瘤、神經母細胞瘤、高血壓、心衰、腎上腺髓質增生等疾病的臨床診斷具有重要意義，并且有助于甲亢、甲低、充血性心衰、糖尿病、腎功能不全、低血糖癥等疾病的診斷，對神經電生理等基礎醫(yī)學研究也具有重要意義[4]。

1.2 兒茶酚胺類物質的生理作用

1.2.1 腎上腺素的生理作用

腎上腺素是腎上腺髓質的主要激素，生理作用有：（1）使心肌收縮力加強，興奮性增高，傳導加速，心輸出量增多。（2）收縮血管作用。腎上腺素主要作用于小動脈及毛細血管前括約?。ㄈ缙つw、腎），對腦和肺血管收縮作用十分微弱，有時由于血壓升高而被動地舒張。（3）舒張血管作用。腎上腺素能直接作用于冠狀血管引起血管擴張，改善心臟供血。（4）代謝作用。腎上腺素能提高機體代謝率，使耗氧量升高，其升高血糖作用較去甲腎上腺素顯著。此外，腎上腺素還具有降低外周組織對葡萄糖攝取、激活甘油三酯酶加速脂肪分解，使血液中游離脂肪酸升高等作用[5,6]。

1.2.2 去甲腎上腺素的生理作用

去甲腎上腺素是從副腎髓質和腎上腺素一起被提取出來的激素，它能顯著地增強心肌收縮力，使心率增快，心輸出量增多；使除冠狀動脈以外的小動脈強烈收縮，引起外周阻力明顯增大而血壓升高。但當完整機體給予靜脈注射去甲腎上腺素后，由于外周阻力明顯增大而血壓顯著增高，機體能通過壓力感受器反射而使心率減慢[7,8]。

1.2.3 多巴胺的生理作用

多巴胺是一種中樞神經系統(tǒng)神經遞質，有以下功能：（1）軀體活動的調節(jié)。中樞多巴胺系統(tǒng)，在軀體運動中具有舉足輕重的地位。該系統(tǒng)興奮，可引起好奇、探究、運動增多等反應；而該系統(tǒng)抑制，則會導致運動減少甚至生命活動受阻；（2）精神情緒活動的調節(jié)。作為一種神經遞質，多巴胺能夠影響腦部的精神、情緒部位，中腦-大腦皮質、中腦-邊緣葉的多巴胺能通路積極參與精神和情緒活動。而一旦腦部多巴胺分泌異常，人的精神就會迅速異常；（3）內分泌調節(jié)。下丘腦-垂體的DA能通過D2受體的活動調節(jié)垂體內分泌功能。這種調節(jié)以促性腺激素和催乳素的調節(jié)為最顯著；（4）對心血管活動的調節(jié)。小劑量多巴胺主要有擴張血管作用，使外周阻力降低，對心臟前、后負荷均有降低。大劑量多巴胺以興奮α、β受體為主，使心率加快，心肌收縮力增強，血管外周阻力增高，心肌耗氧量增加[9,10]。

2 運動與兒茶酚胺

身體活動作為一種應激，可以刺激交感神經系統(tǒng)興奮。而不同身體活動的特性，也會造成交感神經系統(tǒng)興奮特性的不同。影響兒茶酚胺分泌的重要因素包括：體位、運動類型、運動持續(xù)時間、運動強度和心理應激。

2.1 體位對兒茶酚胺的影響

靜息狀態(tài)時，人體直立位兒茶酚胺的濃度高于坐位或臥位[11]。直立位血漿腎上腺素和去甲腎上腺素濃度比其他體位平均增加40%,從臥位到直立位時，血漿腎上腺素濃度從0.23 nmol/L上升至0.34 nmol/L；血漿去甲腎上腺素濃度從2.06 nmol/L上升到4.1 nmol/L[12]。體位也可影響運動時血漿兒茶酚胺的濃度，同等強度運動時，直立位的血漿去甲腎上腺素濃度顯著高于臥位[13]。

2.2 運動類型對兒茶酚胺的影響

在同等氧耗的運動狀態(tài)下，由于上肢肌肉質量小，較下肢更容易進入運動狀態(tài)，上肢腎上腺素和去甲腎上腺素血漿濃度高于下肢[14]。Clause的報告發(fā)現(xiàn)，通過測量心率和內臟血管阻力，小肌群的活動對交感神經系統(tǒng)的刺激高于大肌群的活動。Davies報告，在同等氧耗時，小肌群血漿腎上腺素和去甲腎上腺素血漿濃度的增加顯著高于大肌群的濃度。在同等攝氧量水平下，小肌肉群比大肌肉群的攝氧量峰值更高，更容易誘導兒茶酚胺濃度增高[15]。動力性運動（如跑步、自行車和游泳）會造成血漿兒茶酚胺濃度明顯上升，但如果短時間的動力性運動不能使心率的增加超過30次/min，則血漿兒茶酚胺濃度不會出現(xiàn)顯著增加[16]。而當心率顯著上升時，血漿兒茶酚胺濃度也會顯著上升，且去甲腎上腺素濃度的增高顯著高于腎上腺素，這表明血漿兒茶酚胺濃度與心率和最大攝氧量具有較強的相關性[17]。 靜力性運動伴隨著對肌肉內血管的持續(xù)壓縮，這導致肌肉血流量的減少，而誘導額外的缺氧壓力。在肌肉靜力性收縮時，血漿兒茶酚胺濃度也會出現(xiàn)顯著性的增高。股四頭肌中血漿去甲腎上腺素濃度可以從1.24 nmol/L上升至1.90 nmol/L；腎上腺素濃度則從0.55 nmol/L上升至1.32 nmol/L，且兒茶酚胺濃度的增加可以一直持續(xù)到力竭，其中腎上腺素的增加高于去甲腺素[18]。但也有研究發(fā)現(xiàn)在靜力性運動時，血漿兒茶酚胺濃度沒有顯著性變化，這可能是由于靜力性運動的強度較小，心率較低造成的[19,20]。

2.3 運動持續(xù)時間對兒茶酚胺的影響

在相同負荷的大強度動力性運動時，運動持續(xù)時間在交感腎上腺系統(tǒng)中發(fā)揮了相當大的作用。當最大攝氧量保持恒定時，無論運動強度的大小，血漿去甲腎上腺素濃度都會不斷增加，直至力竭[21,22]。在小強度運動時，腎上腺素和去甲腎上腺素的濃度依然增加，但去甲腎上腺素濃度的增速高于腎上腺素[23]。Moussa的研究發(fā)現(xiàn)，在遞增負荷運動時，30 s的短距離沖刺所引起的兒茶酚胺濃度增高明顯高于6 s的短距離沖刺[24]。說明小強度運動時，必要的運動持續(xù)時間，是刺激兒茶酚胺濃度增加的必須條件[24]。

2.4 運動強度對兒茶酚胺的影響

運動強度對交感腎上腺系統(tǒng)具有重要的影響作用。運動時間相同時，運動產生的應激與運動強度成正比；運動形式相同時，血漿兒茶酚胺濃度與運動強度呈很強的相關性[25]。目前的研究表明，血漿兒茶酚胺濃度與運動的輸出功率成正相關，當運動時間給定后，血漿兒茶酚胺的濃度隨運動強度的增加呈指數(shù)增長，當達到75%最大有氧活動能力時，這種增加的程度會更加顯著[26]。當達到最大有氧活動能力時，去甲腎上腺素濃度可從1.18 nmol/L上升至17.7 nmol/L。正常成年男性靜息狀態(tài)下血漿腎上腺素的濃度大約在0.55 nmol/L左右，當運動時間未超過20 min時，人體只能達到50%最大有氧活動能力，腎上腺素濃度也只能達到2.18 nmol/L[27]。Kjaer等報告，運動強度為35%VO2max時，60 min的運動時間就可使血漿去甲腎上腺濃度升高；而20 min，運動強度為40%～50%VO2max的運動即可使血漿腎上腺素濃度增加，這表明即使運動強度很低，只要運動持續(xù)時間超過一定程度，也能造成血漿兒茶酚胺濃度的增加[28]。而在50 min內的自行車運動中，當運動強度超過通氣閾15%時，血漿去甲腎上腺素濃度則發(fā)生顯著性的增高[29]。研究指出，體育專業(yè)類學生進行130%VO2max強度的運動時；經常運動的男女進行Wingate無氧試驗時；未經訓練過的個體在進行2 min自行車運動（強度為110%VO2max）時，血漿兒茶酚胺濃度均顯著升高[30,31]，表明當運動強度超過最大有氧活動能力時，兒茶酚胺濃度能顯著增高。而造成兒茶酚胺濃度增高程度不同的原因可能如下：（1）受體運動能力的不同。（2）運動持續(xù)時間的不同。（3）運動項目動員的肌群不同。（4）檢測指標的時段不同[21]。

2.5 運動焦慮對兒茶酚胺的影響

早期的大鼠研究提示，應激反應和焦慮可能與腦去甲腎上腺素能的功能增加有關，電刺激猴藍斑核可產生一系列與自然或實驗誘發(fā)的焦慮基本相似的行為反應。高強度的刺激藍斑對與焦慮相關的腦和植物神經區(qū)域都有影響，會產生明顯行為改變；中等強度的刺激會產生警戒行為；藍斑功能低下則出現(xiàn)注意力不集中等行為。正常人應激時血漿腎上腺素及代謝物濃度增高，其變化與焦慮程度相關。運動焦慮是運動員在訓練和比賽中，對當前的或預計到對自尊心有潛在威脅的情境表現(xiàn)的擔憂傾向。在心理上體現(xiàn)為不安、憂慮、焦急、緊張、恐懼的情緒狀態(tài)，在生理上則伴有喚醒水平的增高[32]。特點是具有不同的強度且隨時間的推移而不斷變化。運動時能引起血漿兒茶酚胺濃度大幅增加，這部分是由于運動焦慮造成交感腎上腺系統(tǒng)活動增強引起的，并和受試主體的心理特征密切相關[33,34]。這表明，尿中去甲腎上腺素和腎上腺素在運動期間的分泌與其焦慮狀態(tài)有關。體育比賽的不確定性是運動焦慮產生的根源。機體產生運動焦慮時（尤其是賽前焦慮時），腎上腺髓質和下丘腦—垂體—腎上腺皮質系統(tǒng)興奮性增加，從而引起一系列的全身變化。酪氨酸羥化酶、多巴胺β-羥化酶和苯乙醇胺甲基轉移酶的基因表達增多，活性增強，從而合成更多的兒茶酚胺[35]。目前的研究表明，中等強度的運動時，高焦慮狀態(tài)的個體其去甲腎上腺素的濃度明顯高于低焦慮狀態(tài)的個體[36]。因此，兒茶酚胺與情緒、應激密切有關，目前一般認為兒茶酚胺排出量的變化可作為情緒或應激強度的指標。運動員在比賽時不但體力活動增加, 而且情緒也處于較為緊張、興奮的狀態(tài)，體力活動和情緒緊張這兩種因素均可使去甲腎上腺素和腎上腺素的排出量增加[37]。根據(jù)Dimsdale的研究，在體力活動應激時，腎上腺素濃度增加了50%，而去甲腎上腺素濃度增加了近300%；而心理應激時, 去甲腎上腺素濃度增加了60%，腎上腺素濃度增加近200%[38]。因此認為體力負荷時主要是去甲腎上腺素增高, 而精神負荷時主要為腎上腺素增高，兒茶酚胺類物質可以作為反應運動焦慮狀態(tài)的特征性指標[39]。

2.6 運動對兒茶酚胺分泌和清除的影響

目前的研究表明，一定強度的身體活動是刺激交感腎上腺系統(tǒng)興奮的必須因素，不同的運動方式均能造成兒茶酚胺濃度的增高[2,21,22]。Kjaer的研究發(fā)現(xiàn)，大強度運動時，當腎上腺素濃度增高10倍以上時，血漿兒茶酚胺清除率顯著下降[28]。而中等強度運動時，由于機體血流量的增加，兒茶酚胺的清除率增高[40]。這提示兒茶酚胺濃度的變化可能是由于兒茶酚胺分泌/清除率改變所造成，兒茶酚胺濃度的增高是由于循環(huán)系統(tǒng)中兒茶酚胺物質清除率下降而影響[21,41]。但Hagberg關于去甲腎上腺素動力學的研究發(fā)現(xiàn)，機體恢復期兒茶酚胺的減少與清除率無關，且不同取血部位所測得兒茶酚胺的濃度和清除率均有所不同[42]。這表明運動時血漿兒茶酚胺濃度值的上升，主要是反映了兒茶酚胺類物質具有較高的分泌，而不能體現(xiàn)兒茶酚胺清除率的增高。短時間、大強度運動后，對兒茶酚胺濃度的觀察提示，血漿兒茶酚胺類物質數(shù)值上升的主要原因在于其分泌作用的增強[24,42,43]。

2.7 運動對腎上腺素受體的作用

兒茶酚胺在肝臟、骨骼肌等器官中扮演了重要的能量底物作用[44,45]。而運動可以改變肝臟、骨骼肌中腎上腺素受體的表達水平。經過耐力訓練后的大鼠骨骼肌氧化能力與β-腎上腺素受體含量成正比，且這種適應性改變可被β-受體阻斷劑所阻斷[46,47]。耐力訓練后，機體脂肪細胞中β-腎上腺素受體敏感性增強，但受體數(shù)目未發(fā)生改變，同時伴有α-腎上腺素受體敏感性的下降。運動和衰老均不能改變心肌β-腎上腺素受體的密度，訓練后，人體最大攝氧量增加了18%，安靜心率也明顯下降，但心臟β 1受體對激動劑的反應卻未受影響，說明運動不能改變心臟β 1受體的特性。通過平板試驗發(fā)現(xiàn)長期運動或短期急性運動均不能改變心血管β 2受體對激動劑的反應。

3 小結

運動的持續(xù)時間和強度是使兒茶酚胺濃度改變的主要因素，其中運動強度起到更為關鍵的作用。而短時間、大強度運動后兒茶酚胺濃度值的上升表明兒茶酚胺分泌水平的提高，而不是由于時間積累造成的。目前使用兒茶酚胺作為反應交感神經系統(tǒng)的興奮，體現(xiàn)運動應激對運動員心理的刺激強度的研究方興未艾，但究竟哪種物質更能作為特征性的生物指標仍無定論，使用何種手段能通過對兒茶酚胺類物質的調控，從而提高運動成績，將是今后研究的一個熱點和重點。

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(責任編輯：何聰)

Research on Exercise and Catecholamine

WANG Zhe
(Shanghai research institute of sports science, Shanghai 200030, China)

Catecholamine is an important neurotransmitter containing catechol and amine-type substances. It plays an important role in cardiovascular activity and neuroendocrine regulation. Exercise, as a stressor, may increase the secretion of catecholamine, which may reflect the excitement of the sympathetic nervous system and indicate the stimulation intensity of exercise stress on athlete's psychology. Based on literature study, the article introduces the structure and physiological/biochemical functions of catecholamine and the latest development of study on exercise and catecholamine. It discusses the affection mechanism of exercise on catecholamine and suggests that catecholamine be used as a characteristic index for exercise-induced anxiety.

exercise; catecholamine; anxiety

G804.5

A

1006-1207(2010)03-0085-04

2009-12-12

上海市體育局騰飛課題（09TF001）

汪喆，女，助理研究員.主要研究方向：運動醫(yī)學.

上海體育科學研究所，上海 200030