封卓群，徐曉陽，郭培培

（華南師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631）

補充左旋肉堿影響運動疲勞的分子機制

封卓群，徐曉陽，郭培培

（華南師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631）

運動疲勞是一個復(fù)雜的生理過程.左旋肉堿是一種安全有效的運動補劑，補充左旋肉堿可以通過改善運動供能、加速乳酸清除、緩解氧化應(yīng)激等方面減緩運動疲勞的發(fā)生，提高運動能力.

左旋肉堿；運動疲勞；能量代謝；氧化應(yīng)激

左旋肉堿是一種內(nèi)源性物質(zhì)，成年男性的儲備量約為20-25克，其中95%存在于骨骼肌中，其主要作用是作為肉堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶I（CPT I）的輔酶.1985年，芝加哥國際營養(yǎng)學(xué)術(shù)會議將左旋肉堿定為特定條件的必需營養(yǎng)物質(zhì).大量研究表明，補充左旋肉堿可以延緩運動疲勞的發(fā)生，延長力竭運動時間[1].研究者們對補充左旋肉堿影響運動疲勞的分子機制進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為其主要是通過改善運動供能、減少血乳酸濃度、緩解運動氧化應(yīng)激三個方面來發(fā)揮作用.現(xiàn)就近年來國內(nèi)外有關(guān)補充左旋肉堿影響運動疲勞的基因調(diào)控、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等分子機制進(jìn)行綜述.

1 運動疲勞概述

1983 年，第五屆國際運動生化會議將運動疲勞定義為：機體不能將它的技能保持在某一特定水平，或者不能維持某一預(yù)定的運動強度.早在1935年，Simonson提出疲勞包括以下幾個過程：(1)代謝基質(zhì)疲勞產(chǎn)物的積累，(2)活動所需基質(zhì)耗竭；(3)機體的生理化學(xué)狀態(tài)改變；(4)調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)機能失調(diào).從19世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外學(xué)者對于運動性疲勞產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入研究，建立了許多學(xué)說，為科學(xué)訓(xùn)練提供了相關(guān)理論依據(jù)，現(xiàn)在較為認(rèn)可的有：衰竭學(xué)說、堵塞學(xué)說、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性失調(diào)學(xué)說、保護(hù)性抑制學(xué)說、自由基損傷學(xué)說等.

運動疲勞是超過正?；顒訖C能的衰竭現(xiàn)象，是提高運動成績所進(jìn)行的大運動量、大強度訓(xùn)練時不可避免的身體機能變化，沒有疲勞就沒有提高.但是運動疲勞產(chǎn)生后如果沒有通過合理的手段即時消除，就會造成過度訓(xùn)練，出現(xiàn)一系列生理指標(biāo)變化、肌力下降、主觀感覺消極、感覺不靈敏等癥狀，嚴(yán)重影響訓(xùn)練、比賽的效果，影響身體健康.因此，延緩疲勞的發(fā)生和促進(jìn)疲勞的恢復(fù)一直是運動醫(yī)學(xué)、保健醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、航天醫(yī)學(xué)等學(xué)科的研究重點.

2 左旋肉堿與運動時供能

長時間大強運運動后期，糖酵解速率增加，使得乙酰輔酶A產(chǎn)生增多，乙酰輔酶A可使CPT I活性下降，抑制長鏈脂肪酸向線粒體內(nèi)轉(zhuǎn)運，抑制脂肪酸β氧化；乙酰輔酶A濃度升高也會抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(PDHc)，抑制丙酮酸生成乙酰輔酶A進(jìn)入線粒體氧化，從而抑制了糖有氧代謝，使得運動時能量供應(yīng)速率下降，三磷酸腺苷和磷酸肌酸的儲備率低于使用率時，運動就不能持久，而出現(xiàn)疲勞.

研究表明，補充左旋肉堿可加速脂肪酸氧化，使ATP的生成速率增加[2].同時，補充左旋肉堿可抑制小強度運動時的糖氧化供能，節(jié)約肌糖原約55%[3]，這可能是由于脂肪氧化供能增加，使得機體不需要更多的糖原氧化供能.補充左旋肉堿影響運動時供能的可能機制有：

2.1 增加CPT I表達(dá)

脂肪酸的β氧化是長時間耐力運動的主要能量來源，也是運動后恢復(fù)期的主要能量來源.CPT I可轉(zhuǎn)運長鏈酯酰輔酶A進(jìn)入線粒體進(jìn)行β氧化，左旋肉堿作為CPT I的輔酶，可調(diào)節(jié)CPT I的活性及表達(dá).研究表明，補充左旋肉堿24周可增加大鼠肝臟和骨骼肌CPT I活性[4].而且左旋肉堿可通過增加血液中游離脂肪酸水平，調(diào)節(jié)CPT I基因表達(dá)[5].

2.2 上調(diào)PPARα表達(dá)

過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)包括三種亞型PPARα、β、γ.PPARα激活后可調(diào)節(jié)包括脂肪酸攝取、結(jié)合、氧化及脂質(zhì)運輸在內(nèi)的許多基因的表達(dá)，在脂肪生成、脂質(zhì)代謝、炎癥等調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用.Jin-Lian Li等認(rèn)為，補充左旋肉堿可使PPARα表達(dá)量在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上增加[6]，這可能使其加速脂肪動員.

2.3 增加有氧代謝關(guān)鍵酶活性

PDHc是是葡萄糖-脂肪酸循環(huán)的重要調(diào)節(jié)點，三羧酸循環(huán)是是能源物質(zhì)氧化供能的樞紐.左旋肉堿可以增加肌肉丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、三羧酸循環(huán)關(guān)鍵酶如檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶活性[3]，增加大強度運動時氧化供能的比例，增加能量供應(yīng).

3 左旋肉堿與氧化應(yīng)激

高強度運動時內(nèi)膜損傷和高溫可引起線粒體解偶聯(lián)，產(chǎn)生電子漏，漏出的電子會將氧單價還原，形成氧自由基.自由基可破壞大分子物質(zhì)，造成細(xì)胞供能和結(jié)構(gòu)的損傷.如使血漿脂質(zhì)過氧化(LPO)，這不僅影響Ca2+-ATP酶，造成胞漿中Ca2+的堆積，阻礙肌纖維的興奮-收縮偶聯(lián)，還抑制線粒體呼吸鏈ATP的釋放和氧化酶的活性，從而導(dǎo)致肌肉工作能力下降，產(chǎn)生疲勞.

研究表明，向離體血漿添加0.1mM左旋肉堿可保護(hù)血漿蛋白和脂質(zhì)，降低血漿羰基、蛋白硫醇水平，增加血漿蛋白-SH水平[7]，說明補充左旋肉堿可以緩解運動時氧化應(yīng)激.補充左旋肉堿緩解氧化應(yīng)激的可能機制有：

3.1 激活ERK1/2/PI3K/Nrf2通路

轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子（Nrf2）是細(xì)胞氧化后激反應(yīng)中的關(guān)鍵因子，Nrf2是細(xì)胞抗氧化反應(yīng)的中樞調(diào)節(jié)者，Nrf2通過與抗氧化反應(yīng)元件(ARE)相互作用調(diào)節(jié)抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶的表達(dá).實驗表明[8]，左旋肉堿可通過ERK1/ 2/PI3K/Nrf2途徑，促進(jìn)Nrf2核轉(zhuǎn)位，并與ARE相結(jié)合，促進(jìn)各抗氧化酶表達(dá).

3.2 提高抗氧化劑活性

機體自身體內(nèi)存在著維持氧化平衡的抗氧化系統(tǒng)，主要包括抗氧化酶和非酶抗氧化劑.研究表明[9]，補充L-肉堿可增強安靜時血清谷胱甘肽酶活性和供氫能力，減少游泳力竭大鼠MDA水平，增加其GSH和VE水平，增強抗氧化能力.

3.3 提高線粒體呼吸鏈酶活性

線粒體氧化磷酸化的電子傳遞鏈，又叫線粒體呼吸鏈，位于線粒體內(nèi)膜上，是細(xì)胞內(nèi)形成ATP和氧化磷酸化的關(guān)鍵酶，也是運動時產(chǎn)生自由基的關(guān)鍵部位.補充左旋肉堿可提高線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體Ⅳ即細(xì)胞色素C氧化酶的活性[10]，降低質(zhì)子漏，有效降低氧自由基的產(chǎn)生.

4 左旋肉堿與血乳酸

高強度運動糖酵解速率增加，其代謝產(chǎn)物乳酸堆積抑制果糖磷酸激酶活性，而抑制糖供能的速率，使得ATP合成速率減慢.而且血乳酸濃度過高，導(dǎo)致血液和肌組織pH值下降，從而阻礙神經(jīng)肌肉節(jié)點的興奮傳遞，影響肌肉收縮，引起疲勞.

如前所述，補充左旋肉堿可以增加運動時脂肪酸氧化供能的比例，抑制糖酵解供能，使乳酸生成減少.有報道稱[11]，補充左旋肉堿可使力竭運動后血乳酸濃度降低24%.而且，補充左旋肉堿也可以提高機體清除乳酸的能力[12].但其相關(guān)分子機制除前述的增加有氧代謝酶活性外，尚無其它相關(guān)研究.

5 總結(jié)

補充左旋肉堿可以加速運動時氧化供能的比例，抑制糖酵解，促進(jìn)乳酸清除，并緩解運動時氧化應(yīng)激，以延緩運動疲勞的發(fā)生，提高運動能力，是安全有效的運動補劑.目前，該領(lǐng)域雖然取得了很多成果，但仍有很多問題需要解決，比如在運動實踐中補充左旋肉堿的具體劑量和周期，提高線粒體呼吸鏈酶活性的具體分子機制，促進(jìn)血乳酸清除的分子機制等.今后的研究方向應(yīng)該在體內(nèi)外在進(jìn)行體內(nèi)外實驗研究補充左旋肉堿延緩運動疲勞作用的同時，從分子水平的抗疲勞機制研究，特別從信號傳導(dǎo)通路和抗疲勞作用靶點進(jìn)行深入地研究，為左旋肉堿應(yīng)用于運動競賽及大眾健身提供更多的理論基礎(chǔ)及實驗依據(jù).

〔1〕王秋靈.L-肉堿對耐力訓(xùn)練小鼠力竭運動后氧化應(yīng)激和能量代謝相關(guān)酶的影響[D].華東師范大學(xué)碩士研究生論文.2006.4.

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