基于生物節(jié)律對運動訓(xùn)練影響的分子學(xué)機(jī)制及新視點研究

陳 梅（長安大學(xué) 陜西 西安 710064）

基于生物節(jié)律對運動訓(xùn)練影響的分子學(xué)機(jī)制及新視點研究

陳 梅（長安大學(xué) 陜西 西安 710064）

體內(nèi)的晝夜節(jié)律是由機(jī)體的內(nèi)源性生物鐘驅(qū)動的，該生物鐘與許多生理和行為的過程有關(guān)，如睡眠-覺醒周期、體溫波動、激素水平等。本文主要綜述了生物節(jié)律的概念、發(fā)生的機(jī)制以及對運動訓(xùn)練影響的分子生物學(xué)機(jī)制，以期為教練員運動中準(zhǔn)確把握和利用生物節(jié)律，科學(xué)地安排、控制和調(diào)整訓(xùn)練計劃提供理論依據(jù)。

生物節(jié)律 運動訓(xùn)練 分子生物學(xué) 基因表達(dá)

1、生物節(jié)律概述

1.1、概念與分類

節(jié)律性是生命活動的基本特征之一，是生物在漫長的進(jìn)化過程中適應(yīng)自然界周期變化的結(jié)果。在生物體內(nèi)，存在著一種類似時鐘的機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)著動物行為和生理變化的節(jié)律，生物學(xué)上把這種現(xiàn)象稱為生物節(jié)律。生物節(jié)律是存在于生物體內(nèi)各個層次，從微觀的脫氧核糖核酸的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄、酶的催化的生物化學(xué)反應(yīng)，到細(xì)胞、組織、器官的生長與恢復(fù)以及人體機(jī)能活動都呈現(xiàn)出周期性的變化規(guī)律。人體的生物節(jié)律可按頻率高低分為高頻節(jié)律、中頻節(jié)律及低頻節(jié)律三類。（1）高頻節(jié)律：指節(jié)律周期短于一天的節(jié)律，如心電圖的變化周期、呼吸的變化周期等；（2）低頻節(jié)律：指節(jié)律周期長于一天的節(jié)律，它包括日節(jié)律、月節(jié)律和年節(jié)律：①日節(jié)律又稱日周期。以24小時為周期的節(jié)律，通稱晝夜節(jié)律（如體溫、血壓、血細(xì)胞數(shù)、糖皮質(zhì)激素、代謝水平等均呈晝夜節(jié)律變動）。②月節(jié)律。約29．5天為一期，主要反映在動物動情和生殖周期上。③年節(jié)律。動物的冬眠、夏蟄、洄游，植物的發(fā)芽、開花、結(jié)實等現(xiàn)象均有明顯的年周期節(jié)律；（3）中頻節(jié)律：指節(jié)律周期為24小時的節(jié)律，即日周期，它是一種重要的生物節(jié)律。

1.2、生物節(jié)律的構(gòu)成

生物節(jié)律的構(gòu)成可包括兩方面：一是生物固有節(jié)律，即生物體本身具有的內(nèi)在節(jié)律。二是生物節(jié)律受到自然界、環(huán)境變化的影響而能與環(huán)境同步。我們可以利用這一特點，調(diào)整人體某些功能的周期位相，為運動訓(xùn)練服務(wù)。據(jù)研究，下丘腦存在有控制生物節(jié)律的中心。生物節(jié)律這一機(jī)體功能活動的特征，使機(jī)體對環(huán)境的變化能作出更好的前瞻性適應(yīng)。如日周期可使機(jī)體生理功能根據(jù)晝夜變化有序地進(jìn)行。了解生物節(jié)律知識的重要的生理意義在于使生物機(jī)體能更好地適應(yīng)外環(huán)境的變化。

1.3、生物節(jié)產(chǎn)生的分子機(jī)制

就目前最新研究表明，下丘腦中的視交叉上核是形成生物節(jié)律的主要結(jié)構(gòu)。關(guān)于生物節(jié)律分子機(jī)制的觀點。一種觀點認(rèn)為，生物鐘基因是一種正常的持家基因（house-keepinggene），在所有細(xì)胞中都能進(jìn)行常規(guī)表達(dá)，并為晝夜的生命活動提供基本功能。當(dāng)這部分基因被激活后，就形成產(chǎn)生晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。這種觀點的證據(jù)，是許多生物分子的周期性變化都與晝夜節(jié)律有關(guān)，而不僅僅是某一種生物分子或生物過程由生物鐘調(diào)節(jié)或啟動。另一種觀點認(rèn)為，晝夜節(jié)律由一種或幾種專一的、不同于持家基因的元件組成，這個元件的主要功能就是產(chǎn)生晝夜節(jié)律。這個觀點認(rèn)為，存在著啟動和維持生物鐘的特定的基因。雖然還沒有證據(jù)表明，晝夜節(jié)律不是持家基因的次級結(jié)果，但越來越多的研究提示可能存在一系列專門的晝夜節(jié)律基因。無論晝夜節(jié)律以何種形式存在，它在幾乎所有的動物中發(fā)揮著重要的生物學(xué)功能則是毫無疑義的。

2、生物節(jié)律對運動訓(xùn)練的影響及其機(jī)制

2.1、應(yīng)激軸與生物節(jié)律

下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA）在機(jī)體在運動過程中起著重要的作用，它是機(jī)體感知內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡威脅時的反應(yīng)部位，由下丘腦、垂體、腎上腺皮質(zhì)組成，其功能結(jié)構(gòu)是一個經(jīng)典的神經(jīng)內(nèi)分泌環(huán)。同時，它對免疫功能亦有很大影響，如糖皮質(zhì)激素具有免疫抑制的作用。HPA軸分泌的激素均呈現(xiàn)晝夜節(jié)律性，促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH）、促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）和糖皮質(zhì)激素的最高濃度出現(xiàn)在早上6點到8點，以后逐漸減少，最低濃度出現(xiàn)在夜間10點至凌晨2點，以后逐漸增加，這一節(jié)律與松果體褪黑素（MLT）恰恰相反，提示MLT和HPA軸之間可能存在一定的聯(lián)系，并且很多學(xué)者在研究中也證實了二者之間的了聯(lián)系，因此HPA軸很可能是松果體MLT調(diào)節(jié)免疫功能所經(jīng)由的一個重要途徑。這就提示在運動訓(xùn)練過程中，要盡量安排在HPA軸分泌的高峰期，這樣可以為運動訓(xùn)練過程中保持能量供應(yīng)和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定以及運動后的恢復(fù)提供保證。

2.2、交感-腎上腺系統(tǒng)與生物節(jié)律

交感—腎上腺系統(tǒng)的主要機(jī)能是動員機(jī)體的能量貯備和機(jī)能能力，而人體正是依靠能量供應(yīng)才能進(jìn)行肌肉活動，即交感—腎上腺系統(tǒng)興奮，可使肝糖元迅速動員分解，以滿足人體活動的能量需要，而腎上腺皮質(zhì)激素分泌量在24小時中是有節(jié)律的，在每天凌晨4時開始增多，上午8時達(dá)到高值，以后逐漸下降，到凌晨4時達(dá)到低值，這就提示，在進(jìn)行短時間較大強(qiáng)度負(fù)荷訓(xùn)練后，短時間休息比長時間休息效果好，比長時間的集中訓(xùn)練后，長時間休息效果更好。

不過從各種生物節(jié)律綜合看，一個人一天中會出現(xiàn)兩個機(jī)能高潮，一個是上午9-11時，9時活動性提高；10時注意力和記憶力達(dá)到高峰，精力充沛，處于最佳運動狀態(tài)，最宜工作訓(xùn)練；11時心臟依然努力工作，人體不易疲勞。另一次是在下午17-18時，17時工作效率更高，運動員的運動量可以增加，甚至可以加倍；18時體力和耐力達(dá)到最高峰。除了全天生理機(jī)能周期變化外，很多科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，人體最佳工作持續(xù)時間是90-100分鐘，工作這樣一段時間后就應(yīng)該進(jìn)行短時間休息，研究者將其稱為“工作—休息周期”。這樣既能使訓(xùn)練刺激對肌肉、循環(huán)和呼吸系統(tǒng)發(fā)生作用，也能根據(jù)節(jié)奏促進(jìn)人體的恢復(fù)過程，緩解疲勞，積蓄下一次訓(xùn)練時所需的體力。

2.3、受體酪氨酸激酶與生物節(jié)律

受體酪氨酸激酶（receptortyrosinekinase，RTKs） RTKs是最大的一類酶聯(lián)受體，它既是受體，又是酶，能夠同配體結(jié)合，并將靶蛋白的酪氨酸殘基磷酸化。酪氨酸激酶2（PYK2）是骨祖細(xì)胞和骨形成的一種關(guān)鍵性調(diào)節(jié)物。PYK2可以促進(jìn)破骨細(xì)胞功能和活動，降低破骨細(xì)胞活動，維持骨水平。但是，當(dāng)前的研究顯示破骨過程不需要PYK2，PYK2的抑制實際上促進(jìn)骨形成。目前發(fā)現(xiàn)受體酪氨酸激酶在生物節(jié)律中主要作用于兩方面：一是在細(xì)胞內(nèi)直接通過磷酸化作用調(diào)節(jié)Per等節(jié)律基因蛋白，影響其核定位和基因表達(dá)；另一方面就是與中樞核團(tuán)視交叉上核（SCN）的節(jié)律細(xì)胞活性的GABA、受體有時間節(jié)律地形成復(fù)合體，從整體影響機(jī)體的生物節(jié)律。因此，針對與青少年運動員，要充分利用受體酪氨酸激酶對生物節(jié)律的調(diào)節(jié)作用來促進(jìn)骨的分化和生長。

3、研究展望

生物節(jié)律是生物體最普遍的一種節(jié)律，它的失調(diào)必然導(dǎo)致疾病。隨著現(xiàn)代時間生物學(xué)在體育運動中的廣泛應(yīng)用，人們越來越注重用科學(xué)的生物節(jié)律理論與方法，但是人類對晝夜節(jié)律的完全認(rèn)識還有很長一段路程。目前，對晝夜節(jié)律的研究資料多來自動物，那么作為運動員，他的機(jī)制是否與動物完全一樣？運動員自身生物學(xué)改造過程的有效性，除取決于整個機(jī)體生活制度和訓(xùn)練安排，還取決于人體生理過程的自然節(jié)律。因此，研究生物節(jié)律是如何從整體上調(diào)節(jié)各組織器官的？有哪些基因參與晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)？調(diào)節(jié)的生物化學(xué)基礎(chǔ)是什么？另外，一些生理指標(biāo)如心率、呼吸功能和耗氧量、血壓大體同體溫的生理節(jié)律變化同步，但血糖、肝糖、紅細(xì)胞與白細(xì)胞的數(shù)量以及血中氨基酸含量等盡量都具有24小時的節(jié)律變化，但這些因素并非完全同步，所以在運動訓(xùn)練中怎樣運用這些因素的綜合效應(yīng)，更合理地安排訓(xùn)練計劃還有待于進(jìn)一步探討、研究。這些問題的解決，可使機(jī)體對外環(huán)境變化能作出前瞻性適應(yīng)，使人體的生理功能和運動能力能在特定的時間內(nèi)得到最好的表現(xiàn)。這將對運動訓(xùn)練過程實施科學(xué)監(jiān)控，減少和避免運動損傷，提高運動訓(xùn)練效果和成績提供更有力的保證。

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