支鏈氨基酸與運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞

張凱杰

(華東師范大學(xué)體育與健康學(xué)院 上海 200241)

1 運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的概述

1880年，莫索（Mosso）首次提出人體運(yùn)動(dòng)性疲勞可能發(fā)生在兩個(gè)部位：一是發(fā)生在外周(從神經(jīng)-肌肉接點(diǎn)至肌纖維內(nèi)部的線粒體等)，稱(chēng)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(duì)于運(yùn)動(dòng)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(yīng)用新技術(shù)和神經(jīng)生物學(xué)研究的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的研究取得了突破性進(jìn)展，現(xiàn)已從研究細(xì)胞的機(jī)構(gòu)與功能，深入到各種神經(jīng)遞質(zhì)以及酶促反應(yīng)相關(guān)分子方面的研究。運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞是指發(fā)生于大腦至脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元部位的疲勞[2]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)性疲勞的發(fā)生過(guò)程中起著主導(dǎo)作用，主要表現(xiàn)為中樞運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的功能紊亂可以使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的興奮性降低、神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)生頻率減少以及腦細(xì)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(dǎo)致運(yùn)動(dòng)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(jié)構(gòu)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(lèi)。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(jìn)入三羧酸循環(huán)，為機(jī)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(jìn)肌肉蛋白質(zhì)合成、延緩運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞三個(gè)方面。

支鏈氨基酸作為一類(lèi)參與供能的特殊氨基酸，安靜狀態(tài)和一般運(yùn)動(dòng)時(shí)，并不參與氧化供能，但在機(jī)體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(diǎn)。在運(yùn)動(dòng)時(shí)，支鏈氨基酸的分解相對(duì)于其他的氨基酸分解非常活躍，它能很快的轉(zhuǎn)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(jì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中支鏈氨基酸氧化供能約占氨基酸供能總量的60%。越來(lái)越多的證據(jù)表明，機(jī)體在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)主要是支鏈氨基酸參與供能[4]。因此對(duì)運(yùn)動(dòng)員及時(shí)補(bǔ)充支鏈氨基酸，不僅為長(zhǎng)時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的有氧代謝過(guò)程提供物質(zhì)基礎(chǔ)，還可以使運(yùn)動(dòng)員保持充沛的體力和良好的競(jìng)技狀態(tài)。

許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明支鏈氨基酸不僅在耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)的供能作用有一定的價(jià)值，在促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)的合成方面也有重要的作用。有研究表明，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)中會(huì)增加機(jī)體對(duì)蛋白質(zhì)的需求，因?yàn)樗鼤?huì)使骨骼肌中蛋白質(zhì)合成數(shù)量降低18%左右。而支鏈氨基酸對(duì)于促進(jìn)蛋白質(zhì)合成具有相當(dāng)重要的作用[5、6]。對(duì)于蛋白質(zhì)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(jìn)肌肉增長(zhǎng)，有利于蛋白質(zhì)合成，因此在骨骼肌和心肌細(xì)胞中，支鏈氨基酸能起到促進(jìn)蛋白合成和抵抗蛋白分解的作用[7]。通常情況下，組織細(xì)胞中的谷氨酸是啟動(dòng)一些不可或缺的細(xì)胞功能，如免疫應(yīng)答和細(xì)胞復(fù)制的基礎(chǔ)能量源泉。事實(shí)上機(jī)體對(duì)谷氨酸的需求是非常大的，肌肉中如果沒(méi)有持續(xù)地由支鏈氨基酸合成谷氨酸，那么機(jī)體內(nèi)的谷氨酸供給將在幾小時(shí)內(nèi)耗盡。因此補(bǔ)充支鏈氨基酸可以促進(jìn)運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期蛋白質(zhì)的合成代謝、加速肌肉合成、防止肌肉組織的分解,進(jìn)而提高運(yùn)動(dòng)能力。

支鏈氨基酸除了作用于氧化功能、促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)合成之外，還在運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)方面具有預(yù)防和延緩中樞疲勞產(chǎn)生的生物學(xué)功能。Blomstrand等人曾將支鏈氨基酸的補(bǔ)充作為長(zhǎng)時(shí)間、大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)如馬拉松、越野滑雪及足球比賽的營(yíng)養(yǎng)促進(jìn)手段，在比賽運(yùn)動(dòng)前及運(yùn)動(dòng)中補(bǔ)充適量的支鏈氨基酸，可顯著提高部分選手的運(yùn)動(dòng)成績(jī)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(duì)小鼠運(yùn)動(dòng)能力的影響后得出口服支鏈氨基酸或肌酸，可以使機(jī)體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)疲勞的時(shí)間延長(zhǎng)，力竭時(shí)血乳酸值降低，從而延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞的出現(xiàn)[9]。盡管?chē)?guó)內(nèi)外許多學(xué)者先后就支鏈氨基酸與運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的關(guān)系進(jìn)行了深入研究與探討，但由于支鏈氨基酸對(duì)運(yùn)動(dòng)性疲勞的影響機(jī)制極其復(fù)雜，所以到目前為止，對(duì)于支鏈氨基酸的補(bǔ)充是否能影響運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的發(fā)生，改變運(yùn)動(dòng)成績(jī)尚未有定論。

3 支鏈氨基酸延緩運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞的作用機(jī)制

中樞性疲勞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種內(nèi)在保護(hù)機(jī)制，主要由大腦皮層進(jìn)行保護(hù)性抑制作用時(shí)所產(chǎn)生的，它的發(fā)生與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中特殊物質(zhì)的改變有關(guān)。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：長(zhǎng)時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)將會(huì)導(dǎo)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(shí)促進(jìn)芳香族氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入腦，使作為單胺類(lèi)抑制性遞質(zhì)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(zhuǎn)變?yōu)?-羥色胺。5-羥色胺對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用相當(dāng)明顯，可以通過(guò)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(yùn)動(dòng)能力。

支鏈氨基酸影響中樞性疲勞的機(jī)制可能是通過(guò)影響芳香族氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：支鏈氨基酸與芳香族氨基酸要進(jìn)去大腦內(nèi)，就必須通過(guò)血腦屏障上的中性氨基酸載體轉(zhuǎn)運(yùn)，因?yàn)樗麄兌紝儆谥行园被帷Ｔ谘獫{中，支鏈氨基酸通過(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦時(shí)，與色氨酸之間存在著競(jìng)爭(zhēng)抑制，從而對(duì)香族氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)有影響。血漿游離氨基酸在長(zhǎng)時(shí)間打強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)下會(huì)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(shí)補(bǔ)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(bǔ)充的支鏈氨基酸能夠競(jìng)爭(zhēng)性減少色氨酸進(jìn)入大腦，防止大腦中5-羥色胺的升高，可能會(huì)改善和提高運(yùn)動(dòng)能力，延遲疲勞感和體力疲勞的產(chǎn)生[11]。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)動(dòng)員要降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中大腦5-羥色胺的積累可以補(bǔ)充適量的支鏈氨基酸在運(yùn)動(dòng)前或運(yùn)動(dòng)中，明顯延緩運(yùn)動(dòng)中樞性疲勞的產(chǎn)生。但由于機(jī)體不能合成支鏈氨基酸，必須從飲食中補(bǔ)充，所以支鏈氨基酸被人們作為一種運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑而廣泛使用。隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的滲入有關(guān)支鏈氨基酸的研究和應(yīng)用將進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期，在運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充品領(lǐng)域中支鏈氨基酸將有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著支鏈氨基酸對(duì)運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞影響的深入研究，可以使人們對(duì)支鏈氨基酸的生化、生理功能的認(rèn)識(shí)從分子水平入手，在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中，為科學(xué)補(bǔ)充支鏈氨基酸提供更好的科學(xué)基礎(chǔ)。

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