山東省女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員冬訓(xùn)前、后腸道菌群特征與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析

李婷婷,趙如珍,徐玉婷

(1.山東體育學(xué)院 研究生教育學(xué)院,山東 濟(jì)南 250102;2．哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 體育教學(xué)部,山東 威海 264200)

競(jìng)走是我國(guó)田徑項(xiàng)目中的一個(gè)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目,特別是女子20 km競(jìng)走。近年來(lái)中國(guó)女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員曾相繼獲得奧運(yùn)會(huì)冠軍、世錦賽冠軍和亞運(yùn)會(huì)冠軍[1-2]。因此,對(duì)女子競(jìng)走項(xiàng)目的科技助力要求也相應(yīng)提高[3]。競(jìng)走是一項(xiàng)有很高專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)要求的周期性體能類(lèi)項(xiàng)目,在訓(xùn)練、比賽過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員能量消耗很大。因此,一方面要注意強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)員的專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)練習(xí),另一方面需要及時(shí)追蹤監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練、比賽過(guò)程中身體機(jī)能狀態(tài)的變化規(guī)律及特點(diǎn)。

近年來(lái),運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與腸道菌群的相互作用和影響得到了廣泛的研究。研究者發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目[4]、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度[5]以及運(yùn)動(dòng)時(shí)間[6]等要素對(duì)運(yùn)動(dòng)員腸道菌群的改變均具有深刻的影響。已有學(xué)者綜合相關(guān)研究的結(jié)果與進(jìn)展,嘗試提出了“運(yùn)動(dòng)員微生物組”的概念。

由此可見(jiàn),專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員所承受的長(zhǎng)時(shí)間專(zhuān)項(xiàng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷很可能會(huì)使其腸道菌群產(chǎn)生一系列的適應(yīng)性改變,而此類(lèi)適應(yīng)性改變的發(fā)生,同樣可能影響到運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。例如,從一名女子舉重奧運(yùn)冠軍腸道菌群樣本中分離得到的一株長(zhǎng)雙歧桿菌OLP-01,在移植給無(wú)菌小鼠后,其肌肉力量與抗疲勞能力有顯著提升[7]。而從優(yōu)秀馬拉松運(yùn)動(dòng)員糞便中分離得到的非典型韋榮氏球菌(Veillonella atypica),在移植給無(wú)菌小鼠后,則可以將其運(yùn)動(dòng)期間產(chǎn)生的乳酸鹽轉(zhuǎn)化為丙酸鹽,使其奔跑至力竭的時(shí)間明顯延長(zhǎng)[8]。以上研究提示,運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力的改善,與其腸道菌群發(fā)生的適應(yīng)性改變很可能存在直接聯(lián)系。

然而,運(yùn)動(dòng)員腸道菌群的改變往往伴隨著代謝功能的變化,腸道菌群的代謝產(chǎn)物及其分泌物可能在提高運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)中發(fā)揮重要作用。耐力運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練已被證明可以通過(guò)修改丁酸調(diào)節(jié)基因BCoAT和丙酸調(diào)節(jié)基因mmDA來(lái)增加腸道微生物組短鏈脂肪酸(short chain fatty acid,SCFAs)的生產(chǎn)能力,微生物衍生的SCFAs水平升高對(duì)宿主免疫和炎癥有保護(hù)作用。由于運(yùn)動(dòng)員最容易因疾病或炎癥相關(guān)狀況而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)和訓(xùn)練能力下降,因此全身SCFAs的增加和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間可能存在直接聯(lián)系[9]。

本研究擬通過(guò)觀察、比較研究山東省競(jìng)走女子運(yùn)動(dòng)員冬訓(xùn)前、后專(zhuān)項(xiàng)比賽成績(jī)、專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)、身體機(jī)能指標(biāo)的變化趨勢(shì),探究其運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)改變與腸道菌群變化特征之間所存在的可能聯(lián)系。既往研究主要集中在運(yùn)動(dòng)員與普通人群之間的對(duì)比分析中,對(duì)于冬訓(xùn)這類(lèi)周期備賽訓(xùn)練的研究相對(duì)較少。因此,本研究假設(shè)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)冬訓(xùn)期間的合理訓(xùn)練,運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)顯著提高,并與腸道菌群及其代謝物的改變存在聯(lián)系。研究希望對(duì)進(jìn)一步探索提升競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)成績(jī)的可能手段提供參考。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

1.1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

招募參加2020—2021年冬訓(xùn)的山東省女子競(jìng)走隊(duì)運(yùn)動(dòng)員14名,實(shí)驗(yàn)前告知她們?nèi)繉?shí)驗(yàn)安排與采樣要求,并征得教練組與全體運(yùn)動(dòng)員的同意。參加本次測(cè)試的運(yùn)動(dòng)員基本情況見(jiàn)表1。

表1 參加本次冬訓(xùn)的山東省女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員基本情況

1.1.2 篩選標(biāo)準(zhǔn)

排除冬訓(xùn)期間因傷病無(wú)法系統(tǒng)訓(xùn)練及由于個(gè)人原因無(wú)法完成全程測(cè)試的受試者,運(yùn)動(dòng)等級(jí)均為國(guó)家二級(jí)運(yùn)動(dòng)員及以上,專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練年限均在3年以上。受試者均無(wú)嚴(yán)重胃腸道疾病史,3個(gè)月內(nèi)均未服用過(guò)抗生素及非甾體類(lèi)抗炎藥等藥物,在受試冬訓(xùn)期間運(yùn)動(dòng)員的日常生活規(guī)律,飲食結(jié)構(gòu)及種類(lèi)均保持穩(wěn)定。

1.2 研究方法

1.2.1 在中國(guó)田徑官方網(wǎng)站(http://www.athletics.org.cn/)收集、整理冬訓(xùn)前2020年山東泰安全國(guó)競(jìng)走錦標(biāo)賽以及冬訓(xùn)后2021年全國(guó)競(jìng)走錦標(biāo)賽暨奧運(yùn)會(huì)選拔賽山東隊(duì)14名女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的專(zhuān)項(xiàng)運(yùn)動(dòng)比賽成績(jī)。

1.2.2 分別測(cè)定受試者冬訓(xùn)前、后的專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)指標(biāo),測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)采用第十四屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)競(jìng)走項(xiàng)目體能測(cè)試項(xiàng)目及要求。共測(cè)試平板支撐(s)、60 s俯臥撐(次)、 60 s負(fù)重蹲起(次)等3項(xiàng)。

1.2.3 在冬訓(xùn)前、后預(yù)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn),于空腹8小時(shí)后的次日清晨,按操作規(guī)范采集女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員5 ml肘靜脈血,將其分別置于抗凝采血管中。然后,采用CIS F-820血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀測(cè)定其血紅蛋白(Hb)含量。同時(shí),將其余全血3 000 g離心5 min后,收集血漿,分別采用MD-100 型半自動(dòng)生化分析儀測(cè)試血尿素(BUN)濃度,采用WIZARD1470y計(jì)數(shù)儀測(cè)定血漿睪酮(T)濃度。

1.2.4 在冬訓(xùn)前、后預(yù)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn),按操作規(guī)范采集女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的糞便樣本,將采集到的樣本迅速置于-80℃超低溫冰箱內(nèi)凍存,送檢時(shí)添加足量干冰以保證低溫。

1.2.5 血液及糞便樣本的采集與部分指標(biāo)測(cè)試

時(shí)間:2020年12月2日(冬訓(xùn)前)、2021年3月11日(冬訓(xùn)后),地點(diǎn):山東省體育訓(xùn)練中心,操作者:趙如珍、李婷婷。

1.2.6 腸道菌群樣本DNA的提取及16S rDNA測(cè)序

(1)腸道菌群樣本DNA提取

使用糞便基因組DNA提取試劑盒(離心柱型 DP328)進(jìn)行提取,使用紫外分光光度計(jì)測(cè)定所提取DNA的OD260/OD280比值,將質(zhì)量檢測(cè)合格的DNA置于-80℃冰箱凍存待測(cè)。

(2)16S rDNA的擴(kuò)增

對(duì)腸道菌群16S rDNA的V4區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增,上游引物序列:5'-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3';下游引物序列:5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3';PCR擴(kuò)增結(jié)束后,從每個(gè)樣品中吸取100 ng(體積約5～10 μl)的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物,充分混勻后濃縮其體積至30 μl,2%濃度的瓊脂糖凝膠電泳對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行純化。

(3)建庫(kù)、上機(jī)測(cè)序及質(zhì)控

利用美國(guó)Illumina公司的TruSeq PE Cluster Kit v3-cBot-HS試劑盒完成建庫(kù)。使用熒光分光光度計(jì)對(duì)文庫(kù)定量并通過(guò)Agilent高敏度核酸定量?jī)x對(duì)PCR富集片段行質(zhì)量監(jiān)控并驗(yàn)證DNA文庫(kù);在Illumina MiSeq高通量測(cè)序平臺(tái)上采用雙末端測(cè)序法上機(jī)測(cè)序。

使用QIIME軟件(V1.6.0,http://qiime.org/index.html)對(duì)下機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,包括:①數(shù)據(jù)拆分;②Tags拼接;③Tags截取;④Tags長(zhǎng)度過(guò)濾;⑤Tags去嵌合體序列。最終得到高質(zhì)量的有效數(shù)據(jù)。所測(cè)得的每個(gè)OTUs的最長(zhǎng)16S rDNA序列片段根據(jù)已有Greenbank數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相似性比對(duì)(網(wǎng)址:http://greengenes.lbl.gov/cgi-bin/nph-index.cgi)。

1.2.7 測(cè)序結(jié)果數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

(1)Reads數(shù)篩選及質(zhì)控

對(duì)測(cè)序產(chǎn)生的序列采用FLASH軟件數(shù)據(jù)包行paired-end reads拼接,依據(jù)引物條形碼序列barcode定位于相應(yīng)樣本,對(duì)于測(cè)序質(zhì)量較低的數(shù)據(jù)予以去除。采用QIIME軟件數(shù)據(jù)包行reads質(zhì)控來(lái)挑選符合要求的高質(zhì)量reads,并去除低質(zhì)量reads。

(2)OTUs分析

采用QIIME質(zhì)控器的操作命令將相似度大于97%的序列挑選出來(lái)并聚類(lèi)為一個(gè)操作分類(lèi)單位(operational taxonomic unit,OTU),同時(shí)生成OTUs矩陣。

(3)物種注釋

采用Ribosomal Database Project(RDP)軟件數(shù)據(jù)包對(duì)OTUs的最長(zhǎng)16S rDNA序列片行相似同源性比對(duì)和種屬分類(lèi)學(xué)鑒定,數(shù)據(jù)庫(kù)參照Greenbank(網(wǎng)址:http://greengenes.lbl.gov/cgi-bin/nph-index.cgi)。統(tǒng)計(jì)各個(gè)樣品在細(xì)菌科(family)、屬(genus)、種(species)分類(lèi)水平上的組成。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS軟件26.0以及GraphPad Prism 9軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、繪圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(M土SD)表示,冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員專(zhuān)項(xiàng)成績(jī)的變化與專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)指標(biāo)的變化等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滿(mǎn)足正態(tài)分布,用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前后自身比較;冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員菌屬分類(lèi)水平上腸道菌群組成豐度的變化與菌種分類(lèi)水平上腸道菌群組成豐度的變化以及腸道菌群α多樣性的變化等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不滿(mǎn)足正態(tài)分布,則使用配對(duì)樣本W(wǎng)ilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,顯著性水平設(shè)為P<0.05。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員專(zhuān)項(xiàng)成績(jī)的變化

受試者在2021年全國(guó)競(jìng)走錦標(biāo)賽暨奧運(yùn)會(huì)選拔賽中的20 km耗時(shí),比冬訓(xùn)前的2020年山東泰安全國(guó)競(jìng)走錦標(biāo)賽成年專(zhuān)項(xiàng)比賽20 km耗時(shí)有明顯降低,且存在顯著性差異(t=3.156,P=0.012,P<0.05);結(jié)果提示參加本次測(cè)試的女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的專(zhuān)項(xiàng)運(yùn)動(dòng)能力在冬訓(xùn)過(guò)程中獲得不同程度的提升(如圖1)。

圖1 冬訓(xùn)前、后成年專(zhuān)項(xiàng)20 km比賽耗時(shí)趨勢(shì)圖

2.2 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)指標(biāo)的變化

如表2所示,冬訓(xùn)后受試者平板支撐(t=-3.144,P=0.008)、60 s俯臥撐(t=-8.542,P=0.000)和60 s負(fù)重蹲起(t=-10.481,P=0.000)的測(cè)試結(jié)果均顯著高于冬訓(xùn)前(P<0.01)。說(shuō)明通過(guò)冬訓(xùn)期間對(duì)上、下肢力量以及腰腹肌力量的專(zhuān)項(xiàng)練習(xí)及強(qiáng)化,運(yùn)動(dòng)員的專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)獲得顯著提升。這也是其運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)獲得提升的重要因素之一。

表2 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)的變化

2.3 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能指標(biāo)的變化

如表3所示,與冬訓(xùn)前相比,冬訓(xùn)后受試者Hb含量與冬訓(xùn)前相比有顯著升高(t=-4.297,P=0.001,P<0.05),提示經(jīng)過(guò)冬訓(xùn),其機(jī)體運(yùn)輸氧氣能力可能獲得較為明顯的提升。與冬訓(xùn)前相比,受試者冬訓(xùn)后的血漿BUN濃度有顯著降低(t=3.491,P=0.004,P<0.05),提示其機(jī)體對(duì)冬訓(xùn)期間上量、上強(qiáng)度的訓(xùn)練負(fù)荷產(chǎn)生了較為良好的適應(yīng)。與冬訓(xùn)前相比,受試者冬訓(xùn)后的血漿睪酮水平在冬訓(xùn)后有顯著升高(t=-5.599,P=0.000,P<0.05),同樣表明其機(jī)體可適應(yīng)增大的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷,其體能可能有明顯增強(qiáng)。

表3 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員Hb、BUN和T濃度變化

2.4 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群的變化

2.4.1 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群組成結(jié)構(gòu)的變化

本研究將分別從腸道菌群的屬、種分類(lèi)水平上探討冬訓(xùn)前、后競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群結(jié)構(gòu)組成的差異性變化。

2.4.1.1 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員菌屬分類(lèi)水平上腸道菌群組成豐度的變化

與冬訓(xùn)前相比,冬訓(xùn)后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群樣本中的糞桿菌屬(Faecalibacterium)(z=-6.022,P=0.000)、巨單胞菌屬(Megamonas)(z=-3.296,P=0.001)、韋榮氏球菌屬(Veillonella)(z=-2.621,P=0.009)、擬桿菌屬(Bacteroides)(z=-2.354,P=0.019)豐度均有顯著增加(P<0.05);而柯林斯菌屬(Collinsella)(z=3.045,P=0.002)、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)(z=2.229,P=0.026)、Holdemanella(z=2.103,P=0.035)的豐度則均呈顯著減少(P<0.05)(如圖2)。

圖2 冬訓(xùn)前、后菌屬水平上相對(duì)豐度變化趨勢(shì)圖注:*表示冬訓(xùn)后與冬訓(xùn)前相比顯著性增多,P<0.05;#表示顯著性減少,P<0.05。下同。

2.4.1.2 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員菌種分類(lèi)水平上腸道菌群組成豐度的變化

與冬訓(xùn)前相比,冬訓(xùn)后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群樣本中的普氏棲糞桿菌(Faecalibacterium_prausnitzii)(z=-4.138,P=0.001)、Collinsella_aerofaciens(z=-3.045,P=0.002)豐度有顯著增加(P<0.05);而大腸埃希氏桿菌(Escherichia_coil)(z=3.170,P=0.002)、嗜糞擬桿菌(Bacteroides_coprophilus)(z=3.170,P=0.002)、副流感嗜血桿菌(Haemophilus_parainfluenzae)(z=2.229,P=0.026)、瘤胃球菌屬sp_N15.MGS-57種(Ruminococcus_sp_N15.MGS-57)(z=2.856,P=0.004)豐度則有顯著減少(P<0.05)。如圖3所示。

圖3 冬訓(xùn)前、后菌種水平上相對(duì)豐度變化趨勢(shì)圖注:*表示冬訓(xùn)后與冬訓(xùn)前相比顯著性增多,P<0.05;#表示顯著性減少,P<0.05。下同。

2.4.2 冬訓(xùn)前、后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群α多樣性的變化

如表4所示,與冬訓(xùn)前相比,表征腸道菌群豐富度的Chao指數(shù)(z=-3.233,P=0.001)和Ace指數(shù)(z=-3.296,P=0.001)在冬訓(xùn)后有顯著上升(P<0.01);表征腸道菌群多樣性的Shannon指數(shù)(z=-0.847,P=0.397)與表征物種分布的多樣性和均勻度的Simpson指數(shù)(z=-0.408,P=0.683)在冬訓(xùn)前、后有上升,但未見(jiàn)有顯著差異(P>0.05)。

表4 冬訓(xùn)前、后競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群α多樣性分析結(jié)果

3 分析討論

3.1 山東省女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員冬訓(xùn)前、后專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)、身體機(jī)能、專(zhuān)項(xiàng)成績(jī)的結(jié)果變化分析

經(jīng)過(guò)冬訓(xùn)期間備戰(zhàn)與積累,參訓(xùn)的女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的身體機(jī)能與專(zhuān)項(xiàng)素質(zhì)均獲得有效的提高。

競(jìng)走作為以體能為主導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,對(duì)運(yùn)動(dòng)員的肌肉力量以及運(yùn)動(dòng)員自身耐力都有著很大的挑戰(zhàn),力量素質(zhì)是發(fā)展其他身體素質(zhì)的基礎(chǔ)。競(jìng)走的專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)練習(xí)主要包括上、下肢力量以及腰腹肌力量(俯臥兩頭起、杠桿推舉、持鐵球擺臂、仰臥起坐、球上臀橋、杠桿左右轉(zhuǎn)體等)訓(xùn)練。專(zhuān)項(xiàng)力量的發(fā)展對(duì)競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)走速度和專(zhuān)項(xiàng)水平的提高起到明顯的促進(jìn)作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,冬訓(xùn)后的平板支撐時(shí)間、60 s俯臥撐和60 s負(fù)重蹲起個(gè)數(shù)均顯著高于冬訓(xùn)前。這提示通過(guò)冬訓(xùn)期間通過(guò)對(duì)上、下肢力量以及腰腹肌力量的專(zhuān)項(xiàng)練習(xí)與強(qiáng)化,運(yùn)動(dòng)員的專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)得到大幅度提升。對(duì)王娜備戰(zhàn)第十四屆全運(yùn)會(huì)的賽前訓(xùn)練分析結(jié)果提示,爆發(fā)力與力量耐力的提升為其在20 km競(jìng)走比賽中專(zhuān)項(xiàng)能力的發(fā)揮提供了有效保證[10]。任子毅則觀察到有針對(duì)性地安排專(zhuān)項(xiàng)力量訓(xùn)練,有助于增強(qiáng)競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性,對(duì)于避免動(dòng)作犯規(guī)具有積極意義,在一定程度上增大了競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng),有效實(shí)現(xiàn)在訓(xùn)練、比賽過(guò)程中的機(jī)能節(jié)省化[11]。上述研究結(jié)果與本研究所觀察記錄的結(jié)果趨勢(shì)一致,均可證實(shí)競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)的提升是優(yōu)化專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)、減少能量消耗、預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷的關(guān)鍵所在。

運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能的監(jiān)測(cè)評(píng)估是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科學(xué)化的重要內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)途徑[12]。競(jìng)走屬于典型的耐力型項(xiàng)目,耐力項(xiàng)目中血液中Hb的含量與攜氧能力有關(guān),Hb的含量直接影響著運(yùn)動(dòng)員的機(jī)能狀態(tài)。Hb的含量既是有氧耐力的基礎(chǔ),也是促進(jìn)運(yùn)動(dòng)能力提高的關(guān)鍵因素[13]。本實(shí)驗(yàn)觀察到:盡管在整個(gè)冬訓(xùn)期間訓(xùn)練負(fù)荷的強(qiáng)度和量均有明顯提升,但隨著運(yùn)動(dòng)員對(duì)訓(xùn)練負(fù)荷的適應(yīng),運(yùn)動(dòng)員的Hb值有較為明顯升高,表明運(yùn)動(dòng)員機(jī)體攜氧能力以及對(duì)訓(xùn)練的適應(yīng)能力均獲得了明顯提升。睪酮是人體內(nèi)最強(qiáng)力的促合成代謝激素,對(duì)運(yùn)動(dòng)后消除疲勞有利,并且可以幫助機(jī)體恢復(fù)和提高運(yùn)動(dòng)能力,在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐中可以根據(jù)睪酮濃度來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)員機(jī)體的狀態(tài)[14]。一般情況下認(rèn)為,在正常生理范圍內(nèi),睪酮水平升高,是機(jī)體產(chǎn)生良性適應(yīng)的表現(xiàn)[15]。本研究觀察到冬訓(xùn)后運(yùn)動(dòng)員血漿睪酮濃度上升,同時(shí)其體能增強(qiáng)。另一方面,表征機(jī)體疲勞程度的BUN血尿素氮水平[15],在冬訓(xùn)后則呈顯著下降趨勢(shì),提示參與本次冬訓(xùn)的女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員可以較好的適應(yīng)冬訓(xùn)期間的負(fù)荷強(qiáng)度。本研究所觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與霍磊等人的測(cè)試結(jié)果與變化趨勢(shì)基本一致[16]。提示通過(guò)整個(gè)冬訓(xùn)期間科學(xué)合理的訓(xùn)練安排,運(yùn)動(dòng)員的身體機(jī)能得到提升,從而使其保持了良好的競(jìng)技狀態(tài)。

邊通達(dá)等的研究觀察到冬訓(xùn)能夠提高運(yùn)動(dòng)員有氧能力、力量素質(zhì)以及專(zhuān)項(xiàng)耐力,培養(yǎng)運(yùn)動(dòng)員的最佳競(jìng)技狀態(tài)[17]。董思羽等則證實(shí)競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提升與冬訓(xùn)期間體能的增強(qiáng)與技術(shù)動(dòng)作的完善有關(guān)[18]。綜合本研究的測(cè)試結(jié)果,參與本次冬訓(xùn)的女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員,在冬訓(xùn)后參加20 km比賽的成績(jī)得到有效提升,一方面與其與冬訓(xùn)期間身體機(jī)能改善有關(guān),另一方面與其專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)增強(qiáng),技術(shù)動(dòng)作得以?xún)?yōu)化有關(guān)。

3.2 山東省女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員冬訓(xùn)前、后腸道菌群變化特征結(jié)果分析

3.2.1 女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員冬訓(xùn)前、后腸道菌群結(jié)構(gòu)組成豐度變化分析

大量的研究已證實(shí),運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以改變腸道菌群的組成,增加有益菌的數(shù)量,豐富菌群多樣性[19-20]。本研究結(jié)果同樣表明,冬訓(xùn)后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的腸道菌群在菌屬以及菌種分類(lèi)水平上均發(fā)生顯著改變。

本研究觀察到與冬訓(xùn)前相比,冬訓(xùn)后女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群樣本中糞桿菌屬(Faecalibacterium)、巨單胞菌屬(Megamonas)、普氏棲糞桿菌(Faecalibacterium_prausnitzii)、Collinsella_aerofaciens等丁酸鹽產(chǎn)生菌豐度均有上調(diào)。Okamoto等人研究表明,SCFAs是耐力運(yùn)動(dòng)中骨骼肌的重要能量來(lái)源[21]。丁酸鹽已被證明在整體腸道穩(wěn)態(tài)和健康中具有十分關(guān)鍵的作用,丁酸鹽可以通過(guò)抑制促炎因子,在不同的免疫細(xì)胞中起著調(diào)節(jié)炎癥狀態(tài)的作用[22]。除此之外,丁酸鹽對(duì)上皮屏障具有保護(hù)作用,影響粘液的產(chǎn)生及其質(zhì)量,起到促進(jìn)腸黏膜屏障功能的作用[23]。普氏棲糞桿菌(Faecalibacterium_prausnitzii),可以利用乳酸鹽和乙酸鹽來(lái)合成丁酸鹽,從而可以防止乳酸鹽的積累,穩(wěn)定腸道環(huán)境[24]。潘鳳偉等人研究表明,運(yùn)動(dòng)員參加運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后腸道中的丁酸鹽產(chǎn)生菌豐度增加,與本研究結(jié)果相似[5]。在動(dòng)物研究中,也有多項(xiàng)研究表明了運(yùn)動(dòng)與丁酸鹽產(chǎn)生菌的增加有關(guān)[25-26]。

Estaki等人發(fā)現(xiàn),在年輕成人中,產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌類(lèi)群的微生物多樣性和豐度與心肺健康呈正相關(guān)[27]。競(jìng)走是一項(xiàng)體能主導(dǎo)類(lèi)的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性耐力運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,心肺功能的好壞直接關(guān)系到專(zhuān)項(xiàng)耐力素質(zhì)[28]。峰值攝氧量(VO2peak)是心肺健康(CRF)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。有研究表明,獨(dú)立于飲食的VO2max與健康參與者糞便丁酸鹽產(chǎn)量的呈正相關(guān),關(guān)鍵丁酸鹽產(chǎn)生菌的豐度被發(fā)現(xiàn)與VO2max呈顯著正相關(guān)[27,29]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中所觀察到的丁酸鹽產(chǎn)生菌豐度的增加,同樣提示競(jìng)走這一耐力性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員心肺功能的改善,也可能與丁酸鹽產(chǎn)生菌豐度增加之間存在密切聯(lián)系。有氧耐力項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員腸道內(nèi)有較高豐度產(chǎn)丁酸鹽的菌,一方面可能使運(yùn)動(dòng)員有氧代謝能力獲得有效提升,另一方面可能會(huì)促進(jìn)其腸道屏障完整性的保持,以減少因高強(qiáng)度訓(xùn)練所致胃腸道黏膜缺血所可能引發(fā)的炎癥發(fā)生與發(fā)展[30]。

3.2.2 女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員冬訓(xùn)前、后腸道菌群α多樣性變化結(jié)果分析

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,冬訓(xùn)后表征物種豐富度的Ace指數(shù)、Chao指數(shù)顯著增加,但表征群落多樣性和物種分布均勻度的Shannon指數(shù)以及表征物種個(gè)體屬于不同種概率的Simpson指數(shù)在冬訓(xùn)前、后未見(jiàn)有顯著差異。Carter等人研究表明,腸道菌群對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的反應(yīng)性質(zhì)以及與心肺健康存在密切聯(lián)系,腸道菌群多樣性與心肺健康呈正相關(guān)[31]。而運(yùn)動(dòng)員的腸道菌群具有更高的多樣性,菌群的多樣性和組成與各種健康參數(shù)相關(guān),包括炎癥細(xì)胞因子的水平[32]。因此,腸道菌群多樣性可以被視為一種新的生物標(biāo)志物或健康指標(biāo)[33]。腸道菌群豐富度較低的個(gè)體具有更顯著的總體肥胖、胰島素抵抗和血脂異常以及更顯著的炎癥表型[34]。上述研究表明,腸道菌群豐富度及多樣性的提高,可以通過(guò)減少炎癥、提高心肺功能和能量水平、改變身體成分以及增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)吸收,從而間接提升運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

本研究觀察到參與此次冬訓(xùn)的女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群組成發(fā)生了較為顯著的改變,其中丁酸鹽產(chǎn)生菌的豐度顯著增加與其心肺功能提升、能量代謝改善均存在較為密切的聯(lián)系,很可能進(jìn)一步影響到了運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技能力和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。提示經(jīng)過(guò)冬訓(xùn)期間運(yùn)動(dòng)員對(duì)于運(yùn)動(dòng)負(fù)荷所達(dá)成的良性適應(yīng),使運(yùn)動(dòng)員的腸道菌群微生態(tài)體系趨向于構(gòu)建新的動(dòng)態(tài)平衡,從而對(duì)運(yùn)動(dòng)員的身體機(jī)能與專(zhuān)項(xiàng)運(yùn)動(dòng)能力產(chǎn)生了積極影響。

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)冬訓(xùn)期間科學(xué)的訓(xùn)練,女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群中產(chǎn)生丁酸鹽的結(jié)構(gòu)成分豐度有顯著增加,腸道菌群微生態(tài)體系的豐富度有顯著提升;同時(shí),其專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)提高、身體機(jī)能指標(biāo)獲得不同程度改善及比賽成績(jī)的提升。腸道菌群的此類(lèi)改變既可為機(jī)體代謝補(bǔ)充能量,又可有效抑制因運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加而可能誘發(fā)的腸道炎癥反應(yīng),在冬訓(xùn)后競(jìng)走女子運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的提高中發(fā)揮了有效的促進(jìn)作用。上述結(jié)果提示,冬訓(xùn)后競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員腸道菌群結(jié)構(gòu)特征,可能是其潛在的較高水平競(jìng)技表現(xiàn)的一種重要的結(jié)構(gòu)要素,可以為腸道菌群作為潛在干預(yù)靶點(diǎn)對(duì)提高競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)提供參考價(jià)值。