力量訓(xùn)練對游泳運動員單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物的影響

周鈺杰 郭瑞平 于璦旗 文安 劉代駿 邵晶 方子龍 王啟榮

1 國家體育總局運動醫(yī)學(xué)研究所（北京100061）

2 北京體育大學(xué)研究生院 3 河南師范大學(xué)體育學(xué)院

4 西安工業(yè)大學(xué)體育系 5 武漢體育學(xué)院研究生部

單胺類神經(jīng)遞質(zhì)是含有芳乙胺結(jié)構(gòu)的神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)，包括多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素、5-羥色胺四類。它們廣泛存在于中樞神經(jīng)以及組織腺體內(nèi)，是神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)之間的重要紐帶。 此外，單胺類神經(jīng)遞質(zhì)在運動過程中起非常重要的調(diào)節(jié)作用，它與機(jī)體能量代謝、 肌肉協(xié)調(diào)性以及運動性中樞疲勞均有非常密切的聯(lián)系。隨著分析化學(xué)的不斷發(fā)展，目前臨床上普遍采用高效液相聯(lián)合電化學(xué)檢測器的技術(shù)來測定尿液中香草扁桃酸 （vanillylmandelic acid，VMA）、高香草酸（homovanillic acid，HVA）和5-羥吲哚乙酸（5-hydroxyindoleacetic acid，5-HIAA）的含量，并用于評價體內(nèi)兒茶酚胺（catecholamine，CA）的代謝水平，從而對與其相關(guān)的某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病做出診斷[1]。同時伴隨著單胺類神經(jīng)遞質(zhì)與運動能力的相互關(guān)系日益受到關(guān)注， 這也為進(jìn)一步探索尿液中單胺類神經(jīng)遞質(zhì)與運動訓(xùn)練的關(guān)系提供了可靠的檢測手段和科學(xué)的依據(jù)。 本研究旨在觀察不同類型的力量訓(xùn)練對上述三種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物的影響，并探討其作用機(jī)制，從而為訓(xùn)練中運動員生理機(jī)能狀態(tài)的監(jiān)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取北京市參加全運會的一線優(yōu)秀游泳男運動員6名，基本情況如表1：

表1 研究對象基本情況

1.2 研究方法

6名運動員進(jìn)行3個階段（最大力量期、專項力量期和爆發(fā)力量期）的力量訓(xùn)練。 取實驗開始前、一次力量訓(xùn)練（3個階段力量訓(xùn)練期內(nèi)第1次訓(xùn)練）課后以及長期力量訓(xùn)練（3個階段力量訓(xùn)練）后24小時全尿，測量其尿肌酐（Creatinine，Cr）及單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物水平。

1.2.1 訓(xùn)練方案

整個力量訓(xùn)練分為3個階段， 依次為最大力量期、專項力量期和爆發(fā)力量期。 每個階段為期3周，每周訓(xùn)練6天，其中力量訓(xùn)練課2節(jié)（分別安排在周三和周六），每節(jié)2小時，具體訓(xùn)練內(nèi)容如表2所示。

1.2.2 尿樣采集和處理

尿樣的采集時間： 實驗開始之前收集安靜狀態(tài)下的24小時全尿，作為安靜值樣本；收集3個階段力量訓(xùn)練期內(nèi)的第1次訓(xùn)練課后24小時全尿，作為一次力量訓(xùn)練課后的樣本；收集3個階段力量訓(xùn)練期結(jié)束后安靜狀態(tài)下的24小時全尿，作為長期力量訓(xùn)練后樣本。

尿樣品的前處理：樣品經(jīng)沉淀蛋白后，稀釋5倍，過0.22 μm尼龍濾膜和On Guard II H柱（1 cc， 事先以10 ml超純水活化30 min）， 棄掉初始3 ml流出液后接取樣品，待測。

1.2.3 檢測指標(biāo)及方法

1.2.3.1 檢測內(nèi)容

各尿液樣本采集時間收取并稱量24小時全尿體積；檢測尿液樣本所含Cr、VMA、HVA和5-HIAA總量水平，并計算上述三種代謝物與Cr的相對比值。

1.2.3.2 檢測儀器

BECKMAN COULTER UniCelRDxC 600 SynchronRClinical System，ISO-3100高效液相色譜儀 （美國ESA公司），B-S電子天平（梅特勒-托利多），CSY-03純水儀（美國Millipore公司），MD-150反相C18色譜柱（美國ESA公司），WAX-1陰離子交換色譜柱 （美國ESA公司），WTW inoLab pH計（德國WTW公司）。

1.2.4 離子色譜分析條件

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，離子色譜分析方法如下：

表2 力量訓(xùn)練方案

色譜系統(tǒng)：ISO 3100-BM鈦系統(tǒng)泵、WPS 3000自動進(jìn)樣器、Coulochem III電化學(xué)檢測器； 色譜柱：Acclaim Mix Mode WAX-1，3 μm，3×150 mm；流動相：20 mM 磷酸緩沖鹽（磷酸二氫鈉，氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH=5）:乙腈=80:20（v/v）；流速：0.4 ml/min；進(jìn)樣量：5 μL；檢測方式：5011A高靈敏度庫侖池。 電勢條件：E1=100 mV，E2=500 mV。

1.2.5 統(tǒng)計方法

2 研究結(jié)果

2.1 一次性力量訓(xùn)練后尿體積和尿肌酐的變化

從表3可見，與安靜值相比，3個階段力量訓(xùn)練的一次性訓(xùn)練后24 h尿體積均顯著降低；而24 h尿Cr水平均無明顯變化。

表3 一次性力量訓(xùn)練后24小時尿體積和尿肌酐水平

2.2 一次性力量訓(xùn)練后尿液單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物的變化

表4顯示，與安靜值相比，3種不同類型力量訓(xùn)練期的一次性力量訓(xùn)練后尿液VMA均有不同程度升高，其中最大力量訓(xùn)練期的水平升高最多，專項力量期次之，爆發(fā)力量期最低； 一次性力量訓(xùn)練后尿液HVA也顯著升高，其中最大力量期的水平升高最多，專項力量期次之， 爆發(fā)力量期最低； 而一次性力量訓(xùn)練后尿液5-HIAA均無顯著變化。

表4 一次力量訓(xùn)練后尿液單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物變化

2.3 長期力量訓(xùn)練后尿體積和尿肌酐的變化

表5顯示，長期力量訓(xùn)練后受試者安靜態(tài)24小時尿體積和尿肌酐水平均無顯著變化。

表5 長期力量訓(xùn)練后安靜態(tài)24小時尿體積和尿肌酐的變化

2.4 長期力量訓(xùn)練后尿液單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物的變化

表6顯示，與訓(xùn)練前安靜值相比，長期力量訓(xùn)練后安靜態(tài)24小時尿VMA、HVA和5-HIAA水平均無顯著性差異。

表6 三個階段的力量訓(xùn)練后單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物的變化

3 分析與討論

3.1 一次性力量訓(xùn)練對單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物的影響

運動強(qiáng)度被認(rèn)為是影響CA水平的最主要因素之一，CA的分泌水平與運動強(qiáng)度成正相關(guān)關(guān)系。 從本研究一次力量訓(xùn)練課后的檢測結(jié)果看， 尿液中VMA和HVA的水平均明顯升高， 并且力量訓(xùn)練的強(qiáng)度越大升高越為顯著。 由于VMA和HVA是多巴胺（dopamine，DA）、去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）和腎上腺素（adrenaline，Ad）（這3種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)統(tǒng)稱為兒茶酚胺，CA）的最主要的代謝產(chǎn)物，因此這也提示一次力量訓(xùn)練可促進(jìn)機(jī)體內(nèi)CA的代謝。 這與前述文獻(xiàn)的研究結(jié)果一致。 有學(xué)者[3]發(fā)現(xiàn)一次性力竭運動能顯著加強(qiáng)神經(jīng)—內(nèi)分泌系統(tǒng)興奮性， 使運動中CA的分泌能力加強(qiáng)。 此外，另有文獻(xiàn)[4]指出運動可促進(jìn)腎上腺髓質(zhì)和下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸的興奮性， 上調(diào)酪氨酸羥化酶、 多巴胺β-羥化酶和苯乙醇胺甲基轉(zhuǎn)移酶的基因表達(dá)，從而分泌更多的DA、NE和Ad。 由此說明一次性大強(qiáng)度運動可通過促進(jìn)DA合成代謝中相關(guān)酶的活性，從而使DA合成增加；同時也反映CA分泌水平的增加是機(jī)體適應(yīng)運動負(fù)荷時滿足自身代謝的需求。

5-HT是中樞系統(tǒng)中的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，其分泌的增多被認(rèn)為是導(dǎo)致運動性中樞疲勞的主要原因。 尤春英等[5]對采取不同運動時間和負(fù)荷強(qiáng)度的大鼠后腦DA、5-HT及其代謝產(chǎn)物5-HIAA的含量進(jìn)行觀察，結(jié)果顯示5-HIAA在短期訓(xùn)練3周后明顯上升，而5周、7周后無明顯反應(yīng)， 他們認(rèn)為這可能是由于長期的運動訓(xùn)練使大鼠對運動性疲勞有了適應(yīng)性，而這種適應(yīng)性使得5-HT的合成與降解趨于一種平衡。 因此，運動持續(xù)的時間才是促使5-HT分泌增加的關(guān)鍵因素，而非運動強(qiáng)度。 而本研究針對尿液中5-HIAA水平的變化進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)不同類型力量訓(xùn)練課后該值均沒有出現(xiàn)顯著升高，提示一次力量訓(xùn)練對5-HT的代謝沒有影響。 這可能是因為有限的訓(xùn)練時間并不能產(chǎn)生運動性的中樞神經(jīng)疲勞，因此5-HT的代謝也未受影響。 另有研究表明[6]在中樞產(chǎn)生疲勞時DA 合成會變?nèi)酰?而通過注射激動劑來加快DA的合成代謝則會推遲疲勞的產(chǎn)生，因此研究人員推斷DA活性的增加可能抑制5-HT的合成與代謝。然而引發(fā)這種關(guān)系的機(jī)制尚不明晰， 加上有關(guān)不同類型運動對尿液5-HT代謝產(chǎn)物水平的研究鮮見，因此有待今后進(jìn)一步的研究和探討。

3.2 長期力量訓(xùn)練對單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物的影響

單胺類神經(jīng)遞質(zhì)是神經(jīng)—內(nèi)分泌系統(tǒng)中最重要的調(diào)節(jié)信使，其調(diào)節(jié)特點是精確、迅速。因此，只有當(dāng)機(jī)體受到刺激后單胺類神經(jīng)遞質(zhì)才會產(chǎn)生應(yīng)激變化。 當(dāng)機(jī)體恢復(fù)到安靜狀態(tài)下時，其應(yīng)激變化也會迅速消失。從本次實驗的結(jié)果看， 長期力量訓(xùn)練后的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物水平?jīng)]有出現(xiàn)顯著性變化。 然而這并不表示長期運動訓(xùn)練對單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝沒有影響。Schmid等[7]通過研究認(rèn)為，安靜狀態(tài)下高水平運動員的血漿NE、Ad要高于未經(jīng)訓(xùn)練的普通人。 雖然這種觀點沒有被證實，但確有很多研究報道了這種差異性。有學(xué)者認(rèn)為運動員比常人有更強(qiáng)的適應(yīng)性， 因此在運動前運動員的興奮度也更高，從而引起CA分泌的增加。 這可能是由于長期的運動訓(xùn)練能使交感腎上腺系統(tǒng)的興奮性增強(qiáng)， 并促進(jìn)了酪氨酸羥化酶、DAβ-羥化酶和苯乙醇胺甲基轉(zhuǎn)移酶的基因表達(dá)增多，活性增強(qiáng)。 當(dāng)然這種適應(yīng)改變并不只體現(xiàn)在合成代謝上， 還有研究發(fā)現(xiàn)長期運動訓(xùn)練不僅促進(jìn)了CA的合成， 同時期分解率也顯著提高。 這可能與CA分解的限速酶-兒茶酚-0-甲基轉(zhuǎn)移酶（catechol-0-methyltransferase，COMT）有直接的關(guān)系[8]。 此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)5周游泳組大鼠紋狀體5-HT含量較正常對照組有下降趨勢， 單胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）活性下降5%，而5-HIAA含量則增長十分顯著[9]。 這提示長期訓(xùn)練可能抑制了5-HT代謝，并使得機(jī)體對5-HT升高的耐受作用提高， 從而延緩了運動性中樞神經(jīng)疲勞。 由此我們可以推斷，長期的運動訓(xùn)練對單胺類神經(jīng)遞質(zhì)合成以及分解代謝中相關(guān)的限速酶均有促進(jìn)作用。而這種適應(yīng)性變化也有助于機(jī)體在以后的訓(xùn)練和比賽中做出更快的反應(yīng)。

3.3 單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物對運動訓(xùn)練監(jiān)控的意義

早在上世紀(jì)80年代，Kendler等就通過人體實驗發(fā)現(xiàn)運動能引起血液中游離HVA升高的現(xiàn)象，但此后的10年間一直缺乏有關(guān)的研究和報道[1]。 直到1991年Rogers等[8]通過設(shè)計對照實驗，并測定運動前后24小時尿的CA及其代謝產(chǎn)物濃度，發(fā)現(xiàn)運動員比未經(jīng)訓(xùn)練的普通人尿CA水平高，但另一方面兩組受試者在運動前后的24小時尿CA沒有顯著性差異。 同期，徐曉陽發(fā)現(xiàn)[10]，運動后尿VMA排量均明顯高于運動前， 并且100 m和400 m跑后尿VMA的排量明顯高于3000 m跑。 這提示運動對于尿VMA和血NE、Ad影響具有一致性， 并且都與運動強(qiáng)度成正相關(guān)。

由于人體排出的尿量受攝入水分、體重、排汗以及溫度等諸多因素的影響， 因此直接測定某一時間段尿樣中指標(biāo)的濃度往往與其實際值存在顯著的偏差。 為了排除這種偏差的干擾， 學(xué)者們采用收集24小時全尿的方法來測定總量。這種方法的缺點是操作繁瑣且耗時耗力。之后，有學(xué)者采用尿比重法來矯正尿體積的偏差。但這種方法的誤差較大，因此尿比重法勝任低濃度指標(biāo)的校正。 而另一種尿肌酐比值法則得到多數(shù)學(xué)者的肯定，并在臨床醫(yī)學(xué)檢測上得到了廣泛的應(yīng)用。 肌酐的含量與機(jī)體內(nèi)肌肉的總量成正比， 其代謝過程不受飲食、運動等外部因素的影響。 因此在沒有腎臟疾病的情況下，尿肌酐的濃度可以作為腎臟排泄率的一個標(biāo)尺。

由于CA在體內(nèi)經(jīng)歷緩慢降解滅活等過程才能經(jīng)尿液排泄出，因此血液中CA的含量往往與尿液中CA代謝產(chǎn)物的含量不平行。為了消除代謝過程造成的“時間差”， 人們開始采用收集24小時全尿來研究CA代謝產(chǎn)物的變化。 而尿液中VMA、HVA和5-HIAA的排出量在1 天內(nèi)呈周期性變化， 經(jīng)尿肌酐的校正后這種周期性的變化消失。 這是因為尿液中單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物排泄的影響因素主要是體重、體表面積和年齡。 因此，在腎功能正常的情況下， 單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物濃度與尿肌酐的比值和24 小時尿VMA、HVA總量的相關(guān)性好，而這也與本次研究的結(jié)果基本一致。 因此，無論是測定24 h尿中的總量還是通過與尿肌酐進(jìn)行校正，單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物都與訓(xùn)練強(qiáng)度有著良好的相關(guān)性以及穩(wěn)定性。 此外，尿液型生化指標(biāo)還具備無創(chuàng)、便捷等優(yōu)勢， 這對于運動訓(xùn)練監(jiān)控和預(yù)防運動性中樞神經(jīng)疲勞來說都有著重要意義。

4 結(jié)論

4.1 不同類型的一次性力量訓(xùn)練可促進(jìn)尿液VMA和HVA濃度升高，提示機(jī)體CA的代謝水平增強(qiáng)，并且隨著力量訓(xùn)練的強(qiáng)度越大，其促進(jìn)效果越明顯；

4.2 不同類型的一次性力量訓(xùn)練對尿液5-HIAA濃度沒有影響，提示機(jī)體5-HT的代謝水平未受影響；

4.3 長期力量訓(xùn)練對尿液中單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代謝物的水平?jīng)]有影響。

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