曹慶雷，羅明剛

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運(yùn)動(dòng)性疲勞生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

曹慶雷，羅明剛

北京科技大學(xué)體育部，北京，100083。

運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練和比賽的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷超出機(jī)體承受能力的狀況，使得機(jī)體的生理機(jī)能出現(xiàn)暫時(shí)減退的現(xiàn)象，是運(yùn)動(dòng)疲勞的特征之一。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)疲勞的現(xiàn)象，因而對(duì)運(yùn)動(dòng)性疲勞的生物標(biāo)志物進(jìn)行系統(tǒng)性研究具有重要意義。主要對(duì)運(yùn)動(dòng)疲勞的生物標(biāo)志物及運(yùn)動(dòng)疲勞標(biāo)志物在運(yùn)動(dòng)疲勞中的作用進(jìn)行綜述。研究表明，機(jī)體中的能源物質(zhì)、代謝產(chǎn)物、血液中的生化指標(biāo)、中樞神經(jīng)遞質(zhì)、自由基、尿液、唾液等都是與運(yùn)動(dòng)疲勞相關(guān)的生物標(biāo)志物。能源物質(zhì)是最早研究并公認(rèn)的運(yùn)動(dòng)疲勞生物標(biāo)志物，對(duì)于能量物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)疲勞之間關(guān)系已經(jīng)有了較全面的認(rèn)識(shí)；血液、尿液中的生物標(biāo)志物是目前常用的檢測(cè)指標(biāo)；代謝產(chǎn)物和自由基的累積對(duì)機(jī)體有害，是衡量運(yùn)動(dòng)疲勞損傷的重要生物標(biāo)志物；研究人員逐漸的關(guān)注到了中樞神經(jīng)遞質(zhì)在運(yùn)動(dòng)疲勞中的重要作用，是目前運(yùn)動(dòng)疲勞生物標(biāo)志物的研究熱點(diǎn)之一。唾液是剛剛興起的運(yùn)動(dòng)疲勞的生物標(biāo)志物檢測(cè)指標(biāo)，由于其檢測(cè)的方便性與快捷性，被認(rèn)為是很有潛力的運(yùn)動(dòng)疲勞生物標(biāo)志物。今后的研究應(yīng)該進(jìn)一步驗(yàn)證生物標(biāo)志物和運(yùn)動(dòng)疲勞之間的關(guān)系，同時(shí)進(jìn)一步發(fā)揮生物標(biāo)志物在運(yùn)動(dòng)疲勞評(píng)價(jià)以及運(yùn)動(dòng)疲勞恢復(fù)中的作用。

運(yùn)動(dòng)性疲勞；生物標(biāo)志物；研究進(jìn)展

運(yùn)動(dòng)疲勞可以由中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常即中樞疲勞，或者是外周神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)等引起。運(yùn)動(dòng)疲勞是由于運(yùn)動(dòng)引起的整個(gè)機(jī)體工作能力下降的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疲勞、免疫功能下降、神經(jīng)內(nèi)分泌功能抑制、造血系統(tǒng)功能受到抑制、機(jī)體抗過(guò)氧化下降等。目前對(duì)運(yùn)動(dòng)性疲勞產(chǎn)生的可能機(jī)制提出了很多學(xué)說(shuō)主要有能量耗竭學(xué)說(shuō)、代謝產(chǎn)物堆積學(xué)說(shuō)、自由基學(xué)說(shuō)、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失調(diào)學(xué)說(shuō)、疲勞鏈學(xué)說(shuō)、中樞神經(jīng)遞質(zhì)失衡學(xué)說(shuō)、保護(hù)性抑制學(xué)說(shuō)、突變理論等，但機(jī)制仍未完全闡明，因而運(yùn)動(dòng)性疲勞機(jī)制成為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。生物標(biāo)志物是指可以標(biāo)記從系統(tǒng)到細(xì)胞甚至亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)或者功能的改變的生化指標(biāo)。了解運(yùn)動(dòng)疲勞的生物標(biāo)志物可以有利于了解運(yùn)動(dòng)性疲勞的分級(jí)，同時(shí)對(duì)于后續(xù)的治療恢復(fù)也具有指導(dǎo)功能。本文主要對(duì)運(yùn)動(dòng)性疲勞相關(guān)的生物標(biāo)志物分類(lèi)進(jìn)行綜述。

1 能源物質(zhì)

運(yùn)動(dòng)首先消耗的就是能量，能量的供應(yīng)主要來(lái)自于體內(nèi)的儲(chǔ)能物質(zhì)如三磷酸腺苷（ATP）、磷酸肌酸（CP）和糖等。隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，儲(chǔ)能物質(zhì)會(huì)逐漸減少，機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力就會(huì)下降，從而身體就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)疲勞的現(xiàn)象。

1.1 高能磷酸化合物ATP和CP

與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的高能磷酸化合物主要包括ATP和CP，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中ATP分解供能，同時(shí)生成ADP（二磷酸腺苷），CP分解供能使ADP再合成ATP，兩分子ADP在肌激酶催化下生成l分子ATP和AMP（磷酸腺昔），同時(shí)生成Pi（磷離子）[1]。一般短時(shí)間內(nèi)能源消耗主要以CP為主，下降可以達(dá)到90%以上。有材料證明，當(dāng)進(jìn)行1h的步行時(shí)，體重為70kg的人每分鐘大約會(huì)消耗4卡路里（kcal），隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，消耗的卡路里逐漸增多[2]。故ATP和CP及其相關(guān)的代謝物質(zhì)AMP、ADP、Pi可作為運(yùn)動(dòng)疲勞的初步判斷的標(biāo)志物之一。

1.2 血糖和糖原

當(dāng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要以糖類(lèi)的消耗為主。糖類(lèi)在機(jī)體中儲(chǔ)存方式主要包括血糖和糖原，血糖是指血液中的葡萄糖，糖原在肝臟和肌肉中分別以肝糖原和肌糖原的形式存在。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后，血液中的葡萄糖會(huì)被消耗。當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)，肌糖原和肝糖原大量消耗殆盡，此時(shí)一般肌糖原可以消耗總量的75-90%，而肝糖原的消耗可以達(dá)到90%以上，此時(shí)糖原不能維持血糖正常水平，經(jīng)常此時(shí)會(huì)出現(xiàn)低血糖的現(xiàn)象[3-4]。

1.3 脂 肪

隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，脂肪也會(huì)開(kāi)始消耗，但是運(yùn)動(dòng)疲勞不會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)脂肪的大量減少，這也是短時(shí)間大量運(yùn)動(dòng)減肥效果不好的原因。雖然脂肪含量變化不大，但血液中脂肪酸和甘油三酯的含量會(huì)變大。李潔1998年的研究表面機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)血液中的血漿游離脂肪酸濃度可以從0.1mmol/L增大到2mmol/L。通常認(rèn)為，如果耐力訓(xùn)練可提高運(yùn)動(dòng)時(shí)脂肪的利用率，從而減少糖元的消耗和血糖水平的下降，進(jìn)而在一定水平上可以延緩疲勞的產(chǎn)生。

1.4 血液中的氨基酸（能量代謝相關(guān)）

運(yùn)動(dòng)時(shí)，血液中游離的氨基酸和細(xì)胞內(nèi)的氨基酸會(huì)被消耗利用，谷氨酰胺、亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸等是目前認(rèn)為與能量代謝相關(guān)的氨基酸。這些血液中的氨基酸會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)的的進(jìn)行而消耗，也可以作為衡量運(yùn)動(dòng)疲勞程度的生物標(biāo)志物[5]。

谷氨酰胺在體內(nèi)可由其他氨基酸轉(zhuǎn)變而成。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后會(huì)使谷氨酰胺消耗，使其在血液和肌肉中的含量下降。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后由于糖原和血糖的下降使其合成的酶活性減低[6]。

纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸都是支鏈氨基酸。支鏈氨基酸可以在肌肉組織中分解代謝，并具有被氧化供能的作用。對(duì)馬拉松運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)充支鏈氨基酸后，其厭跑情緒顯著減少并且成績(jī)得到提高。綜合研究文獻(xiàn)結(jié)果顯示，短時(shí)間極限強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)下支鏈氨基酸含量變化不大，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)使支鏈氨基酸含量呈較大幅度升高；超長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)疲勞后（>3h）支鏈氨基酸含量下降，這與運(yùn)動(dòng)疲勞程度有較高的相關(guān)性。

2 代謝產(chǎn)物堆積

運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能量代謝活動(dòng)旺盛，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生代謝物質(zhì)，隨著這些代謝產(chǎn)物的堆積會(huì)造成機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力的下降，從而造成運(yùn)動(dòng)疲勞的產(chǎn)生。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中常見(jiàn)的代謝產(chǎn)物有乳酸、氨、尿素、酮體等。這些都是常用的運(yùn)動(dòng)疲勞的標(biāo)志物。

圖1 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的供應(yīng)[1]

2.1 乳 酸

人體劇烈運(yùn)動(dòng)后會(huì)消耗大量ATP和CP，當(dāng)兩者在體內(nèi)含量不足時(shí)，短時(shí)間內(nèi)機(jī)體會(huì)利用乳酸系統(tǒng)（無(wú)氧糖酵解）進(jìn)行供能，此時(shí)ATP的糖類(lèi)是在無(wú)氧條件下產(chǎn)生的。由于無(wú)氧糖酵解產(chǎn)生ATP效率低，機(jī)體為了產(chǎn)生足夠的能量會(huì)進(jìn)行大量的無(wú)氧糖酵解，產(chǎn)生大量乳酸。Karlsson等專(zhuān)家學(xué)者在20世紀(jì)80年代通過(guò)腳踏車(chē)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)性疲勞的產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)后乳酸的升高有關(guān)。

乳酸本身并不能引起疲勞，導(dǎo)致疲勞的是肌乳酸解離出的H+。PH值的下降會(huì)影響很多過(guò)程，包括肌凝蛋白鈣離子結(jié)合能力，同時(shí)也會(huì)影響很多酶的活性。之前的研究已經(jīng)證實(shí)PH值下降，同時(shí)使肌酸激酶、ATP酶、磷酸果糖激酶（PFK）等激酶的活性下降，從而影響到乳酸系統(tǒng)的代謝[7]。乳酸及其導(dǎo)致的PH值降低是運(yùn)動(dòng)疲勞或者力竭運(yùn)動(dòng)中常用的生物標(biāo)志物之一。

2.2 氨

研究已經(jīng)證實(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，人體會(huì)消耗蛋白和氨基酸會(huì)參與供能。由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)中蛋白質(zhì)分解供能，則促成氨基酸分解產(chǎn)生氨。研究指出氨濃度的升高無(wú)論是中樞性疲勞或是外周性疲勞均具有重要作用[8]。通常，高濃度的氨會(huì)影響ATP的合成。同時(shí)氨濃度的升高必然導(dǎo)致滲透壓升高，從而使內(nèi)環(huán)境紊亂。另外氨能夠通過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦組織，對(duì)腦具有毒性作用，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。目前研究[9]認(rèn)為氨會(huì)阻礙抑制性GABA（γ-氨基丁酸）的合成。由于GABA缺乏，會(huì)使神經(jīng)控制能力下降，從而出現(xiàn)疲勞。

2.3 尿 素

尿素與人體內(nèi)的氨基酸代謝有關(guān)。通過(guò)尿素的含量可以了解機(jī)體內(nèi)氨基酸和蛋白質(zhì)的代謝情況，可以據(jù)此認(rèn)定運(yùn)動(dòng)員的身體機(jī)能跟疲勞程度有關(guān)。通常認(rèn)為，血尿素隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷量的增大而增大，同時(shí)恢復(fù)也較慢。通過(guò)衡量運(yùn)動(dòng)后的上升程度及其恢復(fù)程度來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)的疲勞程度。如果運(yùn)動(dòng)后血液中尿素的含量比運(yùn)動(dòng)前高出3mmol/L時(shí)，可判定為運(yùn)動(dòng)量大，此時(shí)運(yùn)動(dòng)員已達(dá)疲勞閾值。

3 血液中的生物標(biāo)志物

在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，血液起到了運(yùn)輸作用，其為肌肉等組織器官運(yùn)送氧氣、葡萄糖、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，當(dāng)血液流回心臟時(shí)，會(huì)帶走體內(nèi)產(chǎn)生的二氧化碳和其他廢物。而且由于血液常規(guī)檢查在檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員身體狀況和臨床中是常用的檢測(cè)技術(shù)，所以對(duì)于血液中生物標(biāo)志物和運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)疲勞的關(guān)系已經(jīng)有了較為全面的認(rèn)識(shí)，表1是血液中的生物標(biāo)志物與運(yùn)動(dòng)疲勞的關(guān)系。

表1 血液中與運(yùn)動(dòng)疲勞相關(guān)的生物標(biāo)志物

4 自由基相關(guān)的生物標(biāo)志物

自由基（Free radical）是帶有不成對(duì)電子的不穩(wěn)定物質(zhì)，由于其不穩(wěn)定則會(huì)從其他分子搶奪電子穩(wěn)定其自身結(jié)構(gòu)。研究表明，在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體氧化代謝加強(qiáng)，機(jī)體組織耗氧量增大，自由基會(huì)顯著性增加，引起脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，從而影響機(jī)體的功能[15-16]。體內(nèi)自由基增加時(shí)，體內(nèi)代謝自由基的酶主要包括氧化物歧化酶（SOD），過(guò)氧化氫酶（CAT），谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-PX）和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）等。

4.1 MDA丙二醛（malondialdehyde，MDA）

丙二醛是體內(nèi)過(guò)氧化反應(yīng)的降解產(chǎn)物，MDA的含量在一定程度上可以反映運(yùn)動(dòng)細(xì)胞受自由基攻擊和損傷的嚴(yán)重程度。力竭性運(yùn)動(dòng)后脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量增高，證明MDA可以用來(lái)判定力竭運(yùn)動(dòng)。Mitchell[17]對(duì)超長(zhǎng)馬拉松運(yùn)動(dòng)員跑后血漿分析證實(shí)，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后體內(nèi)的MDA含量明顯升高。

4.2 超氧化物歧化酶（super oxide dismutase，SOD）

SOD是機(jī)體清除自由基體系中重要的抗過(guò)氧化酶，SOD活性的高低可以代表體內(nèi)自由基的含量水平。當(dāng)運(yùn)動(dòng)疲勞時(shí)機(jī)體自由基含量較高，需要SOD酶的高活性。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后結(jié)果顯示血漿中的MDA含量顯著升高，同時(shí)SOD的活性也升高。通過(guò)分析SOD/MDA可以反映體內(nèi)自由基生成和消除速率，進(jìn)一步分析自由基代謝的實(shí)際變化，進(jìn)而反映出機(jī)體的運(yùn)動(dòng)疲勞程度。

4.3 過(guò)氧化氫酶（CAT）

CAT是細(xì)胞內(nèi)清除H2O2的酶中重要的一種。H2O2是O2的還原產(chǎn)物其具較強(qiáng)的氧化性，它可以直接氧化一些酶的疏基，可以使酶失去活性。CAT在體內(nèi)可以結(jié)合并清除過(guò)氧化酶。Quintanilha在1984年發(fā)現(xiàn)大鼠有氧耐力訓(xùn)練后骨骼肌和心肌中CAT活性升高，說(shuō)明隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行可以提高肌肉中CAT的活性。人體內(nèi)CAT的活性對(duì)運(yùn)動(dòng)刺激非常敏感，有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉能夠明顯促進(jìn)機(jī)體CAT活性的升高，若增大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度CAT活性會(huì)進(jìn)一步升高。

4.4 谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-PX）

GSH-PX是一種過(guò)氧化氫分解酶，其可以催化H2O2的還原反應(yīng)，從而可以保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性。谷胱甘肽（GSH）是GSH-PX還原反應(yīng)的另一個(gè)底物。多數(shù)研究認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)疲勞會(huì)引起GSH-PX活性升高。大量運(yùn)動(dòng)會(huì)引起肌肉組織中GPX活性明顯增高。Lew等報(bào)道大鼠跑臺(tái)跑至力竭時(shí)，肝臟、骨骼、GSH-PX、GST、GR活性升高，而血漿中GSH-PX、GST、GR活性下降[18]。

5 中樞神經(jīng)遞質(zhì)相關(guān)的生物標(biāo)志物

研究表明，中樞神經(jīng)遞質(zhì)在運(yùn)動(dòng)疲勞中起到了重要作用，尤其是中樞疲勞。研究已經(jīng)證實(shí)5-羥色胺、去甲腎上腺素、多巴胺、乙酰膽堿、氨基酸等在運(yùn)動(dòng)疲勞中起到了重要傳遞作用。

5.1 羥色胺（5-HT）

5-HT是色氨酸的代謝產(chǎn)物，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中是一種非常重要的神經(jīng)遞質(zhì)并且具有多種生理作用。色氨酸是5-HT合成的底物同時(shí)也是限速物質(zhì)，血漿中的游離性色氨酸可通過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)進(jìn)而影響5-HT。運(yùn)動(dòng)時(shí)脂肪分解使游離脂肪酸增加，進(jìn)而導(dǎo)致腦內(nèi)5-HT合成增加。有研究證明運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致中樞系統(tǒng)中的5-HT增高，而5-HT的增高與中樞疲勞的產(chǎn)生有關(guān)。Newsholme等在1987年首次提出了5-HT可能是中樞疲勞的調(diào)節(jié)物質(zhì)。5-HT作為一種抑制性遞質(zhì)可以降低從中樞向外周發(fā)放的沖動(dòng)因此降低了運(yùn)動(dòng)能力。研究也證實(shí)，隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)體中腦內(nèi)的5-HT、DA等的合成代謝都會(huì)下降[19]。

5.2 多巴胺（DA）

DA可以調(diào)節(jié)肌肉組織的緊張程度并且DA是最先被證實(shí)在運(yùn)動(dòng)疲勞中起到重要作用的神經(jīng)遞質(zhì)。通常，運(yùn)動(dòng)后整個(gè)腦內(nèi)DA代謝會(huì)增加。Sutoo[20]發(fā)現(xiàn)初期運(yùn)動(dòng)后腦中DA的的升高主要有兩方面的原因：（1）促進(jìn)了DA的合成，（2）促進(jìn)了DA的受體的結(jié)合。但是研究表明在中樞產(chǎn)生疲勞時(shí)大鼠中腦的DA合成會(huì)變?nèi)?，DA的高含量可以推遲疲勞的產(chǎn)生[21]。這些研究均表明，運(yùn)動(dòng)疲勞時(shí)，腦中DA含量會(huì)下降。

5.3 去甲腎上腺素（NE）

NE是由腎上腺素能神經(jīng)末梢合成并分泌的神經(jīng)遞質(zhì)，NE是DA由多巴胺β羥化酶催化生成的。研究證實(shí)，下丘腦中NE在力竭運(yùn)動(dòng)后下降，DA的含量會(huì)影響NE的代謝水平，兩者都可以抑制下丘腦的正常作用[4，22]，這是運(yùn)動(dòng)疲勞產(chǎn)生的原因之一。

5.4 乙酰膽堿（Ach）

Ach是膽堿類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)由膽堿能神經(jīng)末梢釋放。Ach的合成、釋放在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中起重要作用。Ach的合成速率受前體物質(zhì)膽堿影響。運(yùn)動(dòng)員跑完馬拉松后，血漿中的膽堿水平下降了40%，如補(bǔ)充適膽堿飲料來(lái)保持血漿膽堿水平，將會(huì)推遲疲勞的產(chǎn)生。

5.5 氨基酸（神經(jīng)遞質(zhì)相關(guān)）

目前認(rèn)為與中樞疲勞相關(guān)的氨基酸主要有γ-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸（Glu）和支鏈氨基酸（BCAA）等。BCAA主要包括異亮氨酸、亮氨酸和纈氨酸，是參與供能的重要氨基酸[23]。

GABA是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，引起中樞運(yùn)動(dòng)疲勞的原因之一就是GABA的升高，隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)體會(huì)出現(xiàn)缺氧狀況，使GABA氧化過(guò)程減弱，隨著GABA的濃度會(huì)高引起突觸后抑制[24]。腦中GABA含量升高會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)疲勞。

Glu是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中與興奮有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)，在腦內(nèi)含量很高，正常水平的Glu對(duì)保持神經(jīng)元興奮性具有重要的作用，Glu是多數(shù)興奮性突觸的遞質(zhì)。當(dāng)腦內(nèi)Glu含量發(fā)生異常變化時(shí)，導(dǎo)致中樞系統(tǒng)機(jī)能下降，是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)疲勞的原因之一。

5.6 NO和組織內(nèi)皮素（ET）

NO可以促進(jìn)血管舒張同樣也是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)。在運(yùn)動(dòng)中，他對(duì)運(yùn)動(dòng)尤其是心血管系統(tǒng)有著重要的生理作用。NO在組織細(xì)胞中主要表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)的信使分子，其可通過(guò)cGMP相互作用引起血管平滑肌松馳。研究證實(shí)，正常情況下NOS在腦組織中功能活躍，當(dāng)進(jìn)行大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后NOS的表達(dá)明顯減弱，說(shuō)明疲勞會(huì)使腦組織中的NOS表達(dá)量減弱[25]。

ET是一種促進(jìn)血管收縮的活性小分子多肽，其對(duì)血管的收縮作用是效果最好的物質(zhì)，與NO的作用相反。之前的研究證實(shí)，運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了ET的表達(dá)增強(qiáng)，引起血管收縮，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致機(jī)體缺氧。ET的表達(dá)與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度呈現(xiàn)高度相關(guān)性，當(dāng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷過(guò)大時(shí)會(huì)因?yàn)闄C(jī)體缺血缺氧導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)疲勞的發(fā)生[26]。

6 尿液中的生物標(biāo)志物

機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于大量出汗和機(jī)體的大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗會(huì)導(dǎo)致多種生化指標(biāo)的變化。通過(guò)測(cè)定尿液中的代謝產(chǎn)物濃度可以間接地反映體內(nèi)的代謝變化，從而推斷運(yùn)動(dòng)疲勞程度。而且尿常規(guī)檢測(cè)在臨床和運(yùn)動(dòng)中機(jī)體評(píng)價(jià)常用具有重要意義。通過(guò)尿液中的生物標(biāo)志物是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)疲勞的可靠指標(biāo)之一。

表2 尿常規(guī)檢測(cè)中與運(yùn)動(dòng)疲勞相關(guān)的生物標(biāo)志物

7 唾 液

唾液具有采集方便、安全及無(wú)創(chuàng)等特點(diǎn)，利用唾液衡量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。尤其對(duì)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，用唾液代替血液和尿液進(jìn)行機(jī)體運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀況的評(píng)估將是一種更為快速且便捷的方式。

7.1 唾液PH值：

由于長(zhǎng)時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)后，乳酸生成增多，血液中CO2含量增高，酮體和丙酮酸等酸性物質(zhì)堆積，導(dǎo)致血液PH值下降進(jìn)而使唾液PH值也下降。當(dāng)運(yùn)動(dòng)疲勞時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)酸中毒現(xiàn)象，酸中毒可以使機(jī)體肌肉運(yùn)動(dòng)能力下降同時(shí)也會(huì)引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞的癥狀。運(yùn)動(dòng)后應(yīng)該補(bǔ)充足夠的堿性物質(zhì)。

7.2 唾液免疫球蛋白（SIgA）

SIgA水平是人體免疫狀況的一個(gè)重要指標(biāo)之一，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后，運(yùn)動(dòng)造成的免疫抑制導(dǎo)致IgA水平下降。多數(shù)研究結(jié)果顯示，IgA水平可以作為一項(xiàng)運(yùn)功評(píng)價(jià)的指標(biāo)之一，短時(shí)間大強(qiáng)度力竭運(yùn)動(dòng)后，人體sIgA水平會(huì)出現(xiàn)下降。Fahlman等[27-28]對(duì)成年女性進(jìn)行3次間歇3min的30s全力無(wú)氧功測(cè)試，結(jié)果提示大強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)會(huì)造成女性sIgA水平的短暫下降。綜上來(lái)看，sIgA可以用來(lái)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)疲勞的生物標(biāo)志物。

7.3 唾液中其他成分作為生物標(biāo)志物

隨著高通量技術(shù)的發(fā)展及在體育學(xué)中的應(yīng)用，在唾液中鑒定到了更多的成分，它們可以代替血液中相應(yīng)的檢測(cè)。這些其它成分相應(yīng)的也是衡量運(yùn)動(dòng)程度的標(biāo)志物。郭菲[29]等運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)前后的血清和唾液為研究對(duì)象，找到了唾液中與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的生化指標(biāo)。Michael[30]等通過(guò)高通量蛋白質(zhì)組結(jié)合色譜和質(zhì)譜技術(shù)在運(yùn)動(dòng)后的唾液中鑒定到了一類(lèi)小分子蛋白（sMW），隨后對(duì)每一種多肽運(yùn)動(dòng)的疲勞程度進(jìn)行相關(guān)性分析，得到了一類(lèi)小分子蛋白與運(yùn)動(dòng)疲勞程度呈現(xiàn)正相關(guān)性。

8 結(jié)論與展望

運(yùn)動(dòng)疲勞是限制運(yùn)動(dòng)員提高成績(jī)的重要原因之一，運(yùn)動(dòng)疲勞相關(guān)的生物標(biāo)志物是衡量運(yùn)動(dòng)疲勞的重要依據(jù)，闡明生物標(biāo)志物在運(yùn)動(dòng)疲勞中作用對(duì)于運(yùn)動(dòng)疲勞的預(yù)防與恢復(fù)有重要意義。首先，概述了與能量相關(guān)的運(yùn)動(dòng)疲勞生物標(biāo)志物，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中消耗的血糖、氨基酸、脂肪酸、磷酸化合物等都可以作為運(yùn)動(dòng)疲勞的生物標(biāo)志物；運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)消耗大量物質(zhì)，從而產(chǎn)生大量代謝物，包括體內(nèi)的代謝物（乳酸、尿素、氨、MDA等），唾液中的分泌物（酸、抗體等）還有尿液中的代謝物質(zhì)（尿酸、蛋白、隱血、膽紅素、尿膽原、尿肌酐等），這些也作為運(yùn)動(dòng)疲勞的標(biāo)志物；同時(shí)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一些酶類(lèi)（HB、CK、NOS、SDH、SOD、CAT、GSH-PX等）、激素（T/C）以及神經(jīng)遞質(zhì)（5-HT、DA、NE、Ach、GABA、NO、ET等）在運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中也發(fā)揮了重要作用，也是常用的運(yùn)動(dòng)疲勞標(biāo)志物?？梢钥闯鲞\(yùn)動(dòng)疲勞的生物標(biāo)志物是非常多的，這為全面科學(xué)的對(duì)運(yùn)動(dòng)疲勞進(jìn)行衡量和對(duì)運(yùn)動(dòng)疲勞恢復(fù)的評(píng)價(jià)提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

生物標(biāo)志物的可靠性還需要進(jìn)一步研究，例如生物標(biāo)志物在不同的人群中（精英運(yùn)動(dòng)員、適度活躍的個(gè)人、久坐不動(dòng)的人）的指標(biāo)會(huì)因人而異。另外，對(duì)運(yùn)動(dòng)疲勞的生物機(jī)制還了解的不夠，不同的研究者提出了不同的機(jī)制，但是缺乏單一可靠的運(yùn)動(dòng)疲勞評(píng)價(jià)指標(biāo)。此外，定量描述疲勞的生物標(biāo)志物和運(yùn)動(dòng)疲勞之間的因果關(guān)系仍然進(jìn)一步證明。隨著生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是分子生物學(xué)和高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，更多、更可靠的運(yùn)動(dòng)疲勞的生物標(biāo)志物會(huì)被驗(yàn)證，同時(shí)運(yùn)動(dòng)疲勞生物標(biāo)志物會(huì)被更加充分利用到運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)疲勞和運(yùn)動(dòng)恢復(fù)研究中。

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Advances in Research on Biomarkers of Exercise Induced Fatigue

CAO Qinglei, LUO Minggang

PE. Dept. of University Science and Technology Beijing, Beijing, 100083, China.

Athletes were often appearing beyond the body's ability to withstand the situation in the process of training and competition; it will occur the phenomenon of temporary physiological function, which is the phenomenon of exercise fatigue. Exercise fatigue is a common phenomenon in the process of exercise, but there is no systematic research on the biomarkers of exercise fatigue. The aim of this review is to systematically explore the exercise fatigue biomarkers and the role of biomarkers in exercise fatigue. Research shows that the body's energy substances, metabolites, biological indicators in the blood, the central neurotransmitter, free radicals, urine, saliva and so on were associated with exercise fatigue related biomarkers. The energy material is the earliest studied biomarkers and recognized, we have a systematic view of relationship between exercise fatigue and energy substances; biological markers in the blood or urine is commonly used; metabolites and free radicals can produce damage caused by fatigue of the body, it is an important biological marker to measure the damage of fatigue; the central neurotransmitter present gradually increased, researchers gradually pay attention to the important role of neurotransmitters in exercise fatigue, fatigue is currently hot topic research of biomarkers. Saliva as a biomarker of exercise fatigue is rising, which is considered to be the most potential biomarker because of its convenience and rapidity. Future research should further validate biomarkers between matter and exercise fatigue, and fatigue should explore biomarkers of simple and quick, to further play the role of biomarkers in evaluation of exercise fatigue and recovery of exercise fatigue.

Exercise fatigue; Biomarkers; Research

1007―6891（2017）05―0047―06

10.13932/j.cnki.sctykx.2017.05.12

G804.22

A

2017-04-01

2017-04-06

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助，項(xiàng)目編號(hào)：FRF-BR-16-003B。