運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的生物指標(biāo)研究

沈玲麗 陳義龍

摘 要：運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞一直是國(guó)內(nèi)外科研的熱點(diǎn)，就運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞相關(guān)的生物指標(biāo)進(jìn)行研究對(duì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的科學(xué)化具有重要意義。本文就目前國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者公認(rèn)的導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的關(guān)鍵神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺、γ- 氨基丁酸、多巴胺、乙酰膽堿進(jìn)行研究，旨在進(jìn)一步發(fā)揮相關(guān)生化指標(biāo)在運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞評(píng)價(jià)和運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞恢復(fù)中的作用。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng) 中樞疲勞 神經(jīng)遞質(zhì)

前 言

根據(jù)機(jī)體的運(yùn)動(dòng)方式、疲勞產(chǎn)生機(jī)制和產(chǎn)生部位的不同，運(yùn)動(dòng)性疲勞可以有不同的分類。其中最主要的分類包括了按照疲勞發(fā)生的部位分為腦力疲勞和體力疲勞；按照疲勞產(chǎn)生的范圍可分為整體疲勞和局部疲勞；按身體的器官劃分為心血管疲勞、呼吸系統(tǒng)疲勞、骨骼肌疲勞；按運(yùn)動(dòng)方式不同分為耐力性疲勞和快速性疲勞。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)是機(jī)體產(chǎn)生興奮、發(fā)放沖動(dòng)以及調(diào)節(jié)肌肉收縮的機(jī)能系統(tǒng)，中樞疲勞產(chǎn)生的可能部位為腦細(xì)胞和脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。生物指標(biāo)是指可以標(biāo)記從系統(tǒng)到細(xì)胞結(jié)構(gòu)或功能所發(fā)生改變的特性和參數(shù)。了解運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的生物指標(biāo)有助于了解中樞疲勞產(chǎn)生的原因，也有助于評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的等級(jí)，為后續(xù)疲勞的預(yù)防和恢復(fù)提供指導(dǎo)性意見。本文主要就運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的關(guān)鍵性生物標(biāo)志進(jìn)行綜述。

1、運(yùn)動(dòng)性疲勞和運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的概念

自1880年莫索Mosso開始研究疲勞以來，首次提出了疲勞發(fā)生的兩個(gè)部位：分別是發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的中樞疲勞和發(fā)生在外周（即脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、神經(jīng)肌肉節(jié)點(diǎn)和骨骼?。┑耐庵芷赱1]。1982年，第五屆國(guó)際運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)會(huì)議上，首次提出了運(yùn)動(dòng)性疲勞的定義，該定義為：“運(yùn)動(dòng)性疲勞是指人體生理狀況不能維持在特定的水平和（ 或 ）不能維持預(yù)定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷”[2]。運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞是指在疲勞的發(fā)展過程中，神經(jīng)細(xì)胞“能量消耗”過多，導(dǎo)致機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力下降的現(xiàn)象[3]。是機(jī)體為了防止發(fā)生過度的機(jī)能衰竭而促使中樞系統(tǒng)作出的一種保護(hù)性抑制，是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)起主導(dǎo)性作用的疲勞 [4]。

2、運(yùn)動(dòng)疲勞和運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞發(fā)生的機(jī)制

目前，關(guān)于運(yùn)動(dòng)性疲勞產(chǎn)生機(jī)制的學(xué)說很多，如能量耗竭學(xué)說、代謝產(chǎn)物堆積學(xué)說、離子代謝紊亂學(xué)說、內(nèi)分泌失調(diào)學(xué)說、氧自由基-脂質(zhì)過氧化學(xué)說、機(jī)能保護(hù)性抑制學(xué)說等[5]。但有關(guān)運(yùn)動(dòng)性疲勞產(chǎn)生的許多問題仍不夠清楚。

運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞被公認(rèn)為是機(jī)體在運(yùn)動(dòng)過程中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)作出的保護(hù)性抑制，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的一些特殊物質(zhì)-神經(jīng)遞質(zhì)的改變密切相關(guān)。機(jī)體的所有運(yùn)動(dòng)都是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控和指揮下進(jìn)行的，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)傳入的各類信息進(jìn)行分析、判斷、整合、加工并合成協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)性傳出，或存儲(chǔ)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)成為學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞是由運(yùn)動(dòng)所引起的，當(dāng)機(jī)體不能適應(yīng)訓(xùn)練負(fù)荷時(shí)表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)能力下降，運(yùn)動(dòng)效率低下、機(jī)體應(yīng)激因素與機(jī)體恢復(fù)不平衡等[6]。

3、運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的生化指標(biāo)

3.1中樞疲勞與5-羥色胺

Newsholme等人率先提出了5- 羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）是中樞疲勞的潛在介質(zhì)[7]。5- 羥色胺又稱血清緊張素 （ serotonin） ， 屬單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，是導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的關(guān)鍵腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)[8]。 由于血漿中的5-羥色胺不能通過血-腦脊液屏障，所以中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的5-羥色胺只能在腦內(nèi)通過神經(jīng)元來合成，其合成量的多少取決于血漿中游離色氨酸（ free tryptophan， f- TRP） 進(jìn)入到腦的含量[9]。但是大部分的5- 羥色胺存在于體內(nèi)消化道、血小板以及一些腸細(xì)胞中，人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中只有少量的5-羥色胺存在[8， 10]。

色氨酸（TRP）作為中樞系統(tǒng)中5-羥色胺（5-HT）的前體，并不都轉(zhuǎn)化為5-HT，TRP進(jìn)入中樞神經(jīng)后，在色氨酸羥化酶（TPH）的作用下，生成5-羥色氨酸（5-HTP），5-HTP在芳香族氨基酸脫羧酶，即5-羥色氨酸脫羧酶（5-HTPDC）的催化作用下發(fā)生脫羧反應(yīng)生成 5-HT， 5-HT進(jìn)一步在單胺氧化酶的催化作用下生成 5-羥吲哚酸（5-hydroxyindole acetic acid， 5-HIAA） ，5-HIAA作為代謝產(chǎn)物進(jìn)入到血液，并最終隨尿液排出體外[11， 12]。

Blomstrand[13]等通過大鼠跑臺(tái)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大鼠力竭時(shí)運(yùn)動(dòng)能力明顯下降，隨之產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)疲勞。檢測(cè)到此時(shí)腦中的 5- 羥色胺（5-HT）含量顯著增加，因此可以判定 5- 羥色胺（5-HT）是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，這種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)可以降低從中樞向外周發(fā)放的沖動(dòng)，因此導(dǎo)致了疲勞的產(chǎn)生。

3.2 中樞疲勞與γ- 氨基丁酸 （γ-GABA）

1974年，蘇聯(lián)生理學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)了γ-氨基丁酸（Gama-aminobutyric Acid，GABA）含量的升高與運(yùn)動(dòng)性疲勞相關(guān)，并提出了γ-氨基丁酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)保護(hù)性抑制的重要遞質(zhì)。γ-氨基丁酸由谷氨酸脫羧酶催化谷氨酸分解而成，可抑制皮層神經(jīng)原軸-樹突觸的聯(lián)系[12， 14]。γ-GABA的增加是中樞保護(hù)性抑制作用的結(jié)果，也是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生疲勞的主要原因[15]。

γ-GABA和谷氨酸在正常生理情況下會(huì)保持平衡，但是腦中γ-GABA含量在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后會(huì)顯著升高，其相關(guān)機(jī)制為谷氨酸脫羧酶活性增加[14]。谷氨酸脫羧酶活性增加時(shí)，生成γ-GABA，再經(jīng)過脫氨基生成琥珀酸，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化[7]。當(dāng)機(jī)體疲勞產(chǎn)生時(shí)，腦組織中的琥珀酸脫氫酶活性會(huì)明顯降低，而γ- 氨基丁酸 （γ-GABA）在腦中濃度會(huì)升高，從而對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用。其抑制作用主要是通過改變神經(jīng)細(xì)胞膜對(duì)Cl-，K+的通透性，使Cl-內(nèi)流，K+外流而形成的突軸后膜超級(jí)化，實(shí)現(xiàn)抑制效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生疲勞。

3.3中樞疲勞與多巴胺 DA

多巴胺（dopamine， DA） （C6H3（OH）2-CH2-CH2-NH2）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)，由酪氨酸催化生成。2000年，瑞典醫(yī)學(xué)家Arvid Carlsson因發(fā)現(xiàn)了多巴胺這一重要的神經(jīng)遞質(zhì)而榮獲諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

Gerald[16]通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大鼠在注射安非他明后進(jìn)行耐力跑，其耐力跑持續(xù)時(shí)間與未注射前相比增加了67%。該實(shí)驗(yàn)證明了大鼠的耐力之所以得到改善，是因?yàn)槭褂昧税卜撬鞔龠M(jìn)了腦內(nèi)多巴胺（DA）的合成和代謝。由此可知，多巴胺（DA）活性的增加是維持機(jī)體能夠運(yùn)動(dòng)的必要條件，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度或運(yùn)動(dòng)時(shí)間的不斷增加，多巴胺的濃度呈下降趨勢(shì)、活性減弱，肌肉活動(dòng)的協(xié)調(diào)性降低，最終導(dǎo)致疲勞的發(fā)生。

3.4中樞疲勞與乙酰膽堿ach

乙酰膽堿（ach）是神經(jīng)-肌肉節(jié)點(diǎn)興奮傳遞的神經(jīng)遞質(zhì)，也是第一個(gè)被認(rèn)為是神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)[17]，是在膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（ChAT）的催化作用下由膽堿（Ch）和乙酰輔酶A（CoA）合成。乙酰膽堿（ach）的合成速率由它的前體物質(zhì)膽堿的濃度決定。有研究表明，由于運(yùn)動(dòng)中膽堿利用的衰竭和膽堿能的神經(jīng)活性下降，從而引起運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的產(chǎn)生[18]。當(dāng)以高頻率的電流刺激機(jī)體時(shí)，神經(jīng)肌肉接點(diǎn)前膜乙酰膽堿（ach）的釋放量減少，不能引起接點(diǎn)后膜去極化，骨骼肌產(chǎn)生興奮和收縮的能力下降。成都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)疲勞研究室通過研究認(rèn)為：在短時(shí)間大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)過程中，如投擲、舉重項(xiàng)目，因乳酸、乙酸堆積導(dǎo)致疲勞時(shí)，接點(diǎn)前膜乙酰膽堿（ach）比正常興奮時(shí)更多，ach不能迅速水解導(dǎo)致接點(diǎn)間隙及后膜微環(huán)境PH值降低，使肌細(xì)胞處于長(zhǎng)時(shí)間不能復(fù)極化的持續(xù)興奮狀態(tài)，由于肌肉缺乏舒張和收縮的正常交替，從而導(dǎo)致機(jī)體疲勞[19]。

4、結(jié)論與展望

運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞嚴(yán)重影響運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。競(jìng)技體育難免會(huì)開展大強(qiáng)度大運(yùn)動(dòng)量的訓(xùn)練，若高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)負(fù)荷超過了運(yùn)動(dòng)員身體的承受范圍，就會(huì)導(dǎo)致不同程度的運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞。中樞疲勞的關(guān)鍵遞質(zhì)5-羥色胺、γ- 氨基丁酸、多巴胺、乙酰膽堿是中樞疲勞相關(guān)標(biāo)志物，為衡量中樞疲勞程度和如何有效消除疲勞提供科學(xué)依據(jù)。

由于運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的產(chǎn)生機(jī)制本身的復(fù)雜性和疲勞個(gè)體的差異性，關(guān)于運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的生物標(biāo)志物眾說紛紜，不同的研究者有不同評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。由于在評(píng)判過程中還需要綜合不同的評(píng)判指標(biāo)，由此，更多、更可靠運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的生物標(biāo)志物與疲勞之間的因果關(guān)系還需要進(jìn)一步研究和證實(shí)。

由于運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的產(chǎn)生是一個(gè)多因素、多層次的過程，因此我們需要明白以下兩點(diǎn) ：首先，運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的產(chǎn)生機(jī)制與軀體和認(rèn)知兩方面相關(guān)，而軀體和認(rèn)知兩者相輔相成，不可以獨(dú)立作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。其次，對(duì)運(yùn)動(dòng)疲勞或運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞并沒有一個(gè)規(guī)范化的統(tǒng)一診療標(biāo)準(zhǔn)，要做出一個(gè)全面、綜合、具有個(gè)體針對(duì)性的運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞評(píng)價(jià)需要一個(gè)廣泛而深刻的相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)。

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