翟昕元　楊健科　劉　強

摘要：當(dāng)前對運動性中樞疲勞的研究取得了很大進展，現(xiàn)已提出了幾種解釋中樞疲勞的生物機制。本文主要對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞的某些生化指標(biāo)在中樞疲勞過程中的影響作一總結(jié)。

關(guān)鍵詞：運動疲勞；中樞疲勞；生化機制

運動疲勞是體育科學(xué)中長期的研究熱點。按照巴甫洛夫?qū)W派的觀點，無論是體力疲勞，還是腦力疲勞，都是大腦皮層保護性抑制的結(jié)果。血糖下降、缺氧、pH值下降、鹽丟失和滲透壓升高等，均會促使大腦皮質(zhì)神經(jīng)元工作能力下降，從而促進疲勞(保護性抑制)的發(fā)生和發(fā)展。

Gibson等[1]（2001）總結(jié)了20世紀(jì)90年代以來運動疲勞的神經(jīng)機理，提出了外周疲勞和中樞疲勞的區(qū)別，并且將中樞疲勞定義為：神經(jīng)驅(qū)動或神經(jīng)調(diào)控減弱導(dǎo)致力量生成或肌張力下降。以往對于運動疲勞的研究多集中于外周，而對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疲勞則研究較少。

近年來，利用運動生物化學(xué)的方法研究運動疲勞，總結(jié)運動疲勞產(chǎn)生、消除的機理，取得了不少成果。本文擬就運動性中樞疲勞的神經(jīng)生物化學(xué)機制的研究進展作一綜述。

一、5-羥色胺（5-HT）與中樞疲勞

5-羥色胺是一種神經(jīng)遞質(zhì)，它使機體乏力、困倦，腦中5-羥色胺濃度升高對喚醒、嗜眠、失眠和心境具有重要的調(diào)節(jié)作用。因此，過量的5-羥色胺有可能在中樞神經(jīng)系統(tǒng)引起人體疲勞。

血漿中5-羥色胺不能通過血腦屏障，因此中樞的5-羥色胺只能在腦內(nèi)合成。5-羥色胺生物合成的前體為色氨酸。因此，腦內(nèi)5-羥色胺的合成首先取決于色氨酸的有效利用率。

首先色氨酸必須轉(zhuǎn)運進入腦內(nèi)，但這種轉(zhuǎn)運有兩個競爭機制：①色氨酸與血漿游離脂肪酸競爭血漿白蛋白；② 色氨酸與某些支鏈氨基酸（纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸）競爭轉(zhuǎn)運載體。運動時由于游離脂肪酸濃度增加，從而血漿游離色氨酸相應(yīng)增加；耐力運動過程中支鏈氨基酸氧化增強，故支鏈氨基酸濃度降低。即在耐力運動過程中，血漿游離色氨酸與支鏈氨基酸的比值上升，人腦中的色氨酸也上升。

大量的研究表明，在運動中或運動后，腦內(nèi)的5-羥色胺含量升高。5-羥色胺能使神經(jīng)纖維在腦內(nèi)的投射比較廣泛，它的升高表明中樞的抑制過程加強。Bailey等[2](1993)對大鼠服用一些能引起腦5-羥色胺增高的藥物，結(jié)果顯示：隨著藥量的增加，大鼠運動的時間大大縮短，說明這些藥物引起腦內(nèi)5-羥色胺的水平提高，導(dǎo)致中樞抑制而引起疲勞出現(xiàn)。Wilson等[3]（1993）對受試者服用5-羥色胺的激動劑后，以70%VO2max 強度進行長時間跑步或騎自行車測試，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，服藥組堅持運動的時間縮短，疲勞程度較高。

以上這些資料指出5-羥色胺在運動性中樞疲勞中起重要的作用，主要是：①在長時間運動中，腦中的5-羥色胺濃度升高，而疲勞時濃度最高；②服用5-羥色胺激動劑或拮抗劑將縮短或延長運動時間；③長時間的運動訓(xùn)練可以降低5-羥色胺的水平，延緩疲勞的發(fā)生。

二、氨基酸類與中樞疲勞

神經(jīng)遞質(zhì)中氨基酸類有著重要的作用，它們大致可分為兩類：①興奮性氨基酸：谷氨酸（GLU）和天門冬氨酸（ASP）；②抑制性氨基酸：γ-氨基丁酸（GABA） 、甘氨酸（GLY）。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)含量的變化會影響中樞的興奮與抑制，而中樞的興奮與抑制機能的變化對運動能力有著重要的影響，適宜的興奮性是創(chuàng)造優(yōu)秀運動成績的保證，而過度的興奮與抑制分別會對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生損傷和機體疲勞。

以上幾類神經(jīng)遞質(zhì)中，γ-氨基丁酸的作用較強，有對抗興奮性氨基酸遞質(zhì)的作用。γ-氨基丁酸主要分布在腦內(nèi)，且含量很高。腦內(nèi)直接生成γ-氨基丁酸的物質(zhì)是谷氨酸。谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的催化下生成γ-氨基丁酸，兩者在正常生理情況下在代謝上處于相對平衡狀態(tài)，兩者都是腦組織的正常代謝產(chǎn)物，有神經(jīng)遞質(zhì)的作用。葡萄糖、丙酮酸及其它氨基酸如谷氨酰胺等都可作為γ-氨基丁酸的前體。γ-氨基丁酸含量的升高，表示大腦皮層抑制過程占優(yōu)勢。

我國李人等[4]（1985）的研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)過1、2、5小時游泳后，腦中有部分腦區(qū)γ-氨基丁酸低于安靜值，而谷氨酸高于安靜值，并有顯著性，意味腦中出現(xiàn)以興奮為主的效應(yīng)；而經(jīng)過9小時長時間的運動后，所測腦區(qū)中谷氨酸與γ-氨基丁酸都有十分顯著的增多，而谷氨酸與γ-氨基丁酸的比值明顯下降，說明腦中以γ-氨基丁酸抑制效應(yīng)占優(yōu)勢，這與中樞抑制過程有關(guān)。長時間運動時的γ-氨基丁酸含量升高，主要是由于ATP濃度下降，糖原含量顯著減少，氧化酶活性受到抑制，γ-氨基丁酸清除減弱。故長時間運動產(chǎn)生疲勞時的腦中γ-氨基丁酸濃度升高是正常過程減弱引起的。還有研究發(fā)現(xiàn)，力竭運動后即刻，大鼠腦皮質(zhì)運動區(qū)中的谷氨酸和天門冬氨酸兩種重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，含量低于安靜值，說明了中樞興奮性下降，原因可能是機體在過度疲勞下產(chǎn)生的抑制性保護。

三、多巴胺（DA）與中樞疲勞

多巴胺是腦內(nèi)分泌的一種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，主要負(fù)責(zé)大腦的感覺，傳遞興奮的信息。腦中多巴胺活性增加，可抑制5-羥色胺的合成與代謝，從而起到了延緩疲勞的作用，而當(dāng)大腦5-羥色胺/多巴胺的比率升高，會引發(fā)運動性疲勞，降低行為能力。多巴胺的代謝隨著運動強度增加而增加，多巴胺的含量下降，運動能力也隨之下降。Bhagat等[5]（1973）給大鼠注射可提高多巴胺水平的安非他明（10-20mg/kg）后，其運動的時間延長，耐力提高，疲勞延遲發(fā)生。

四、乙酰膽堿（Ach）與中樞疲勞

乙酰膽堿是中樞膽堿能系統(tǒng)中重要的神經(jīng)遞質(zhì)之一，其主要功能是維持意識的清醒，在學(xué)習(xí)記憶中起重要作用，參與溫度的調(diào)節(jié)。提高腦內(nèi)乙酰膽堿的含量，可以促進激活腦神經(jīng)傳導(dǎo)功能，提高信息傳遞速度，乙酰膽堿的合成、釋放以及再吸收對肌力的產(chǎn)生起著重要的作用，因此可能也與運動性疲勞有關(guān)。

Kurosawa等[6]（1993）對鍛煉后保持清醒狀態(tài)的受試者做了大腦皮層中乙酰膽堿變化的分析，顯示5分鐘的運動使乙酰膽堿升高得最明顯。當(dāng)中樞乙酰膽堿濃度下降時，中樞疲勞就會發(fā)生。Conlay等[7]（1992）對馬拉松運動員比賽中血漿膽堿水平調(diào)查顯示，比賽中其血漿膽堿水平下降約40%，運動能力下降，如及時補充適量膽堿飲料，疲勞會延遲發(fā)生。

五、氨與中樞疲勞

血氨的來源主要途徑有：①ATP大量消耗，導(dǎo)致ADP過多，使2分子ADP轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和AMP，以保證ATP再合成，AMP則脫氨生成次黃嘌呤核苷酸，氨會引起腦中毒癥狀，如運動平衡失調(diào)等；②骨骼肌中的各種氨基酸經(jīng)脫氨作用也可產(chǎn)生少量的氨。

氨能夠干擾腦細(xì)胞的能量代謝，使得腦細(xì)胞ATP生成減少，以抑制腦細(xì)胞。還可引起腦內(nèi)谷氨酸、Ach等興奮神經(jīng)遞質(zhì)的減少，又使谷氨酰胺、γ—氨基丁酸等抑制性神經(jīng)遞質(zhì)增多，從而造成對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制。氨在運動時由肌肉產(chǎn)生并釋放到血液，通過血腦屏障，引起氨中毒癥狀。所以運動時，時肌肉、血液中氨釋放過多，也是引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)運動性疲勞的因素之一。

總之，運動疲勞是進行運動訓(xùn)練時必然伴隨的生理現(xiàn)象，其產(chǎn)生受多種因素的影響。隨著活檢、核磁共振、超微量生化分析及分子生物學(xué)技術(shù)等先進手段在研究中的應(yīng)用，對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞產(chǎn)生的機制將會不斷深入。

參考文獻：

[1] Gibson ASC，Lambert ML，Noakes TD.Neural contor of force output during maximal and submaximal exercise.Sports Med，2001，31(9)：637-650.

[2] Bailey SP，Davis JM，Ahlbom EN. Serotonergic agonists and antagonists affect endurance performance in the rat.Int J Sports Med，1993，14(6): 330-333.

[3] Wilson WM，Manghan RJ. Evidence for a possible role of 5-hydroxytryptamine in the genesis of fatigue in man: administration of paroxetine，a 5-HT reuptake inhibitor，reduces the capacity to perform prolonged exercise.Exp Physiol，1992，77（6）: 921-924.

[4] 李人等.運動性疲勞與腦中γ-氨基丁酸.中國運動醫(yī)學(xué)雜志，1985，4（2）：81.

[5] Bhagat B，Wheleer N. Effect of amphetamine on the swimming endurance performance of rats.Neuropharmacology，1973，12（7）:711-713.

[6] Kurosawa M，Okada K，Sato A，Uchida S. Extracellular release of acetylcholine，noradrenaline and serotonin increases in the cerebral cortex during walking in conscious rats.Neuroscience Lett，1993，161（1）:73-76.

[7] Conlay LA，Sabounjian LA，Wurtman RJ. Exercise and neuromodulators :choline and acetylcholine in marathon runner.Int J Sports Med ,1992,10(13):141-142.