支鏈氨基酸與運動性中樞疲勞

張凱杰

(華東師范大學體育與健康學院 上海 200241)

1 運動性中樞疲勞的概述

1880年，莫索（Mosso）首次提出人體運動性疲勞可能發(fā)生在兩個部位：一是發(fā)生在外周(從神經(jīng)-肌肉接點至肌纖維內(nèi)部的線粒體等)，稱為外周疲勞；二是中樞疲勞，它發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)。對于運動性疲勞的研究在中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面很少，其主要集中在外周疲勞方面，這是受傳統(tǒng)觀念的影響。隨著應用新技術和神經(jīng)生物學研究的發(fā)展，運動性中樞疲勞的研究取得了突破性進展，現(xiàn)已從研究細胞的機構與功能，深入到各種神經(jīng)遞質以及酶促反應相關分子方面的研究。運動性中樞疲勞是指發(fā)生于大腦至脊髓運動神經(jīng)元部位的疲勞[2]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)在運動性疲勞的發(fā)生過程中起著主導作用，主要表現(xiàn)為中樞運動神經(jīng)系統(tǒng)的功能紊亂可以使運動神經(jīng)的興奮性降低、神經(jīng)沖動發(fā)生頻率減少以及腦細胞工作能力下降；另外，大腦中ATP和CP水平明顯降低、糖原含量減少、γ-氨基丁酸水平升高以及腦干和丘腦的5-羥色胺明顯升高，以上因素的變化均可以降低中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，是中樞因素導致運動性疲勞的主要原因[3]。

2 支鏈氨基酸的概述

2.1 支鏈氨基酸的定義

亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸因其在結構組成上有著相似的支鏈碳骨架從而被統(tǒng)一命名為支鏈氨基酸，但三者都不能在人體內(nèi)合成，必須由食物途徑獲得，所以屬于必需氨基酸類。在氨基酸代謝方面，三種支鏈氨基酸具有相似的分解與合成的途徑，它們分解代謝最終進入三羧酸循環(huán)，為機體提供能量。

2.2 支鏈氨基酸的主要生理功能

人體內(nèi)支鏈氨基酸的生理功能很多，主要體現(xiàn)在氧化功能、促進肌肉蛋白質合成、延緩運動性中樞疲勞三個方面。

支鏈氨基酸作為一類參與供能的特殊氨基酸，安靜狀態(tài)和一般運動時，并不參與氧化供能，但在機體進行長時間持續(xù)運動時卻是參與供能的重要氨基酸。支鏈氨基酸主要在肌肉中分解代謝，具有易被氧化的特點。在運動時，支鏈氨基酸的分解相對于其他的氨基酸分解非常活躍，它能很快的轉氨基和氧化，而且其氧化分解產(chǎn)生ATP的效率也高于其它氨基酸，據(jù)統(tǒng)計運動過程中支鏈氨基酸氧化供能約占氨基酸供能總量的60%。越來越多的證據(jù)表明，機體在進行長時間的耐力運動時主要是支鏈氨基酸參與供能[4]。因此對運動員及時補充支鏈氨基酸，不僅為長時間大強度運動的有氧代謝過程提供物質基礎，還可以使運動員保持充沛的體力和良好的競技狀態(tài)。

許多實驗結果表明支鏈氨基酸不僅在耐力運動時的供能作用有一定的價值，在促進機體蛋白質的合成方面也有重要的作用。有研究表明，在長時間的運動中會增加機體對蛋白質的需求，因為它會使骨骼肌中蛋白質合成數(shù)量降低18%左右。而支鏈氨基酸對于促進蛋白質合成具有相當重要的作用[5、6]。對于蛋白質合成而言，支鏈氨基酸中最重要的是亮氨酸，它可作為谷氨酰胺的底物；而谷氨酰胺能最大限度促進肌肉增長，有利于蛋白質合成，因此在骨骼肌和心肌細胞中，支鏈氨基酸能起到促進蛋白合成和抵抗蛋白分解的作用[7]。通常情況下，組織細胞中的谷氨酸是啟動一些不可或缺的細胞功能，如免疫應答和細胞復制的基礎能量源泉。事實上機體對谷氨酸的需求是非常大的，肌肉中如果沒有持續(xù)地由支鏈氨基酸合成谷氨酸，那么機體內(nèi)的谷氨酸供給將在幾小時內(nèi)耗盡。因此補充支鏈氨基酸可以促進運動后恢復期蛋白質的合成代謝、加速肌肉合成、防止肌肉組織的分解,進而提高運動能力。

支鏈氨基酸除了作用于氧化功能、促進肌肉蛋白質合成之外，還在運動營養(yǎng)方面具有預防和延緩中樞疲勞產(chǎn)生的生物學功能。Blomstrand等人曾將支鏈氨基酸的補充作為長時間、大強度運動如馬拉松、越野滑雪及足球比賽的營養(yǎng)促進手段，在比賽運動前及運動中補充適量的支鏈氨基酸，可顯著提高部分選手的運動成績和降低心理疲勞程度[8]。胡曉燕等研究支鏈氨基酸和肌酸對小鼠運動能力的影響后得出口服支鏈氨基酸或肌酸，可以使機體在運動過程中出現(xiàn)疲勞的時間延長，力竭時血乳酸值降低，從而延緩運動性疲勞的出現(xiàn)[9]。盡管國內(nèi)外許多學者先后就支鏈氨基酸與運動性中樞疲勞的關系進行了深入研究與探討，但由于支鏈氨基酸對運動性疲勞的影響機制極其復雜，所以到目前為止，對于支鏈氨基酸的補充是否能影響運動性中樞疲勞的發(fā)生，改變運動成績尚未有定論。

3 支鏈氨基酸延緩運動性中樞疲勞的作用機制

中樞性疲勞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種內(nèi)在保護機制，主要由大腦皮層進行保護性抑制作用時所產(chǎn)生的，它的發(fā)生與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中特殊物質的改變有關。國內(nèi)外的學者通過研究發(fā)現(xiàn)：長時間大強度運動將會導致血漿內(nèi)芳香族氨基酸含量升高以及支鏈氨基酸含量降低，同時促進芳香族氨基酸轉運進入腦，使作為單胺類抑制性遞質5-羥色胺的前體在腦內(nèi)含量升高[10]。色氨酸是一種芳香族氨基酸，存在于食物中，在人體內(nèi)可代謝轉變?yōu)?-羥色胺。5-羥色胺對運動時中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用相當明顯，可以通過抑制多巴能神經(jīng)系統(tǒng)而引起困倦，從而誘發(fā)疲勞，從而降低運動能力。

支鏈氨基酸影響中樞性疲勞的機制可能是通過影響芳香族氨基酸的轉運來實現(xiàn)的：支鏈氨基酸與芳香族氨基酸要進去大腦內(nèi)，就必須通過血腦屏障上的中性氨基酸載體轉運，因為他們都屬于中性氨基酸。在血漿中，支鏈氨基酸通過血腦屏障進入大腦時，與色氨酸之間存在著競爭抑制，從而對香族氨基酸轉運有影響。血漿游離氨基酸在長時間打強度運動下會發(fā)生變化，增加游離色氨酸/支鏈氨基酸比值,促使5-羥色胺的產(chǎn)生。如果及時補充支鏈氨基酸則可以使游離色氨酸/支鏈氨基酸比值下降，從理論上講，補充的支鏈氨基酸能夠競爭性減少色氨酸進入大腦，防止大腦中5-羥色胺的升高，可能會改善和提高運動能力，延遲疲勞感和體力疲勞的產(chǎn)生[11]。

4 結語

運動員要降低運動過程中大腦5-羥色胺的積累可以補充適量的支鏈氨基酸在運動前或運動中，明顯延緩運動中樞性疲勞的產(chǎn)生。但由于機體不能合成支鏈氨基酸，必須從飲食中補充，所以支鏈氨基酸被人們作為一種運動營養(yǎng)補劑而廣泛使用。隨現(xiàn)代科學技術的滲入有關支鏈氨基酸的研究和應用將進入一個新時期，在運動營養(yǎng)補充品領域中支鏈氨基酸將有重要的應用價值。隨著支鏈氨基酸對運動性中樞疲勞影響的深入研究，可以使人們對支鏈氨基酸的生化、生理功能的認識從分子水平入手，在運動實踐中，為科學補充支鏈氨基酸提供更好的科學基礎。

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