力量训练对游泳运动员单胺类神经递质代谢物的影响

周钰杰 郭瑞平 于瑷旗 文安 刘代骏 邵晶 方子龙 王启荣

1 国家体育总局运动医学研究所（北京100061）

2 北京体育大学研究生院 3 河南师范大学体育学院

4 西安工业大学体育系 5 武汉体育学院研究生部

单胺类神经递质是含有芳乙胺结构的神经递质和神经调质，包括多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素、5-羟色胺四类。它们广泛存在于中枢神经以及组织腺体内，是神经系统和内分泌系统之间的重要纽带。 此外，单胺类神经递质在运动过程中起非常重要的调节作用，它与机体能量代谢、 肌肉协调性以及运动性中枢疲劳均有非常密切的联系。随着分析化学的不断发展，目前临床上普遍采用高效液相联合电化学检测器的技术来测定尿液中香草扁桃酸 （vanillylmandelic acid，VMA）、高香草酸（homovanillic acid，HVA）和5-羟吲哚乙酸（5-hydroxyindoleacetic acid，5-HIAA）的含量，并用于评价体内儿茶酚胺（catecholamine，CA）的代谢水平，从而对与其相关的某些神经系统疾病做出诊断[1]。同时伴随着单胺类神经递质与运动能力的相互关系日益受到关注， 这也为进一步探索尿液中单胺类神经递质与运动训练的关系提供了可靠的检测手段和科学的依据。 本研究旨在观察不同类型的力量训练对上述三种单胺类神经递质代谢物的影响，并探讨其作用机制，从而为训练中运动员生理机能状态的监控提供科学依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取北京市参加全运会的一线优秀游泳男运动员6名，基本情况如表1：

表1 研究对象基本情况

1.2 研究方法

6名运动员进行3个阶段（最大力量期、专项力量期和爆发力量期）的力量训练。 取实验开始前、一次力量训练（3个阶段力量训练期内第1次训练）课后以及长期力量训练（3个阶段力量训练）后24小时全尿，测量其尿肌酐（Creatinine，Cr）及单胺类神经递质代谢物水平。

1.2.1 训练方案

整个力量训练分为3个阶段， 依次为最大力量期、专项力量期和爆发力量期。 每个阶段为期3周，每周训练6天，其中力量训练课2节（分别安排在周三和周六），每节2小时，具体训练内容如表2所示。

1.2.2 尿样采集和处理

尿样的采集时间： 实验开始之前收集安静状态下的24小时全尿，作为安静值样本；收集3个阶段力量训练期内的第1次训练课后24小时全尿，作为一次力量训练课后的样本；收集3个阶段力量训练期结束后安静状态下的24小时全尿，作为长期力量训练后样本。

尿样品的前处理：样品经沉淀蛋白后，稀释5倍，过0.22 μm尼龙滤膜和On Guard II H柱（1 cc， 事先以10 ml超纯水活化30 min）， 弃掉初始3 ml流出液后接取样品，待测。

1.2.3 检测指标及方法

1.2.3.1 检测内容

各尿液样本采集时间收取并称量24小时全尿体积；检测尿液样本所含Cr、VMA、HVA和5-HIAA总量水平，并计算上述三种代谢物与Cr的相对比值。

1.2.3.2 检测仪器

BECKMAN COULTER UniCelRDxC 600 SynchronRClinical System，ISO-3100高效液相色谱仪 （美国ESA公司），B-S电子天平（梅特勒-托利多），CSY-03纯水仪（美国Millipore公司），MD-150反相C18色谱柱（美国ESA公司），WAX-1阴离子交换色谱柱 （美国ESA公司），WTW inoLab pH计（德国WTW公司）。

1.2.4 离子色谱分析条件

根据文献[2]，离子色谱分析方法如下：

表2 力量训练方案

色谱系统：ISO 3100-BM钛系统泵、WPS 3000自动进样器、Coulochem III电化学检测器； 色谱柱：Acclaim Mix Mode WAX-1，3 μm，3×150 mm；流动相：20 mM 磷酸缓冲盐（磷酸二氢钠，氢氧化钠调节pH=5）:乙腈=80:20（v/v）；流速：0.4 ml/min；进样量：5 μL；检测方式：5011A高灵敏度库仑池。 电势条件：E1=100 mV，E2=500 mV。

1.2.5 统计方法

2 研究结果

2.1 一次性力量训练后尿体积和尿肌酐的变化

从表3可见，与安静值相比，3个阶段力量训练的一次性训练后24 h尿体积均显著降低；而24 h尿Cr水平均无明显变化。

表3 一次性力量训练后24小时尿体积和尿肌酐水平

2.2 一次性力量训练后尿液单胺类神经递质代谢物的变化

表4显示，与安静值相比，3种不同类型力量训练期的一次性力量训练后尿液VMA均有不同程度升高，其中最大力量训练期的水平升高最多，专项力量期次之，爆发力量期最低； 一次性力量训练后尿液HVA也显著升高，其中最大力量期的水平升高最多，专项力量期次之， 爆发力量期最低； 而一次性力量训练后尿液5-HIAA均无显著变化。

表4 一次力量训练后尿液单胺类神经递质代谢物变化

2.3 长期力量训练后尿体积和尿肌酐的变化

表5显示，长期力量训练后受试者安静态24小时尿体积和尿肌酐水平均无显著变化。

表5 长期力量训练后安静态24小时尿体积和尿肌酐的变化

2.4 长期力量训练后尿液单胺类神经递质代谢物的变化

表6显示，与训练前安静值相比，长期力量训练后安静态24小时尿VMA、HVA和5-HIAA水平均无显著性差异。

表6 三个阶段的力量训练后单胺类神经递质代谢物的变化

3 分析与讨论

3.1 一次性力量训练对单胺类神经递质代谢物的影响

运动强度被认为是影响CA水平的最主要因素之一，CA的分泌水平与运动强度成正相关关系。 从本研究一次力量训练课后的检测结果看， 尿液中VMA和HVA的水平均明显升高， 并且力量训练的强度越大升高越为显著。 由于VMA和HVA是多巴胺（dopamine，DA）、去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）和肾上腺素（adrenaline，Ad）（这3种单胺类神经递质统称为儿茶酚胺，CA）的最主要的代谢产物，因此这也提示一次力量训练可促进机体内CA的代谢。 这与前述文献的研究结果一致。 有学者[3]发现一次性力竭运动能显著加强神经—内分泌系统兴奋性， 使运动中CA的分泌能力加强。 此外，另有文献[4]指出运动可促进肾上腺髓质和下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴的兴奋性， 上调酪氨酸羟化酶、 多巴胺β-羟化酶和苯乙醇胺甲基转移酶的基因表达，从而分泌更多的DA、NE和Ad。 由此说明一次性大强度运动可通过促进DA合成代谢中相关酶的活性，从而使DA合成增加；同时也反映CA分泌水平的增加是机体适应运动负荷时满足自身代谢的需求。

5-HT是中枢系统中的抑制性神经递质，其分泌的增多被认为是导致运动性中枢疲劳的主要原因。 尤春英等[5]对采取不同运动时间和负荷强度的大鼠后脑DA、5-HT及其代谢产物5-HIAA的含量进行观察，结果显示5-HIAA在短期训练3周后明显上升，而5周、7周后无明显反应， 他们认为这可能是由于长期的运动训练使大鼠对运动性疲劳有了适应性，而这种适应性使得5-HT的合成与降解趋于一种平衡。 因此，运动持续的时间才是促使5-HT分泌增加的关键因素，而非运动强度。 而本研究针对尿液中5-HIAA水平的变化进行观察，发现不同类型力量训练课后该值均没有出现显著升高，提示一次力量训练对5-HT的代谢没有影响。 这可能是因为有限的训练时间并不能产生运动性的中枢神经疲劳，因此5-HT的代谢也未受影响。 另有研究表明[6]在中枢产生疲劳时DA 合成会变弱， 而通过注射激动剂来加快DA的合成代谢则会推迟疲劳的产生，因此研究人员推断DA活性的增加可能抑制5-HT的合成与代谢。然而引发这种关系的机制尚不明晰， 加上有关不同类型运动对尿液5-HT代谢产物水平的研究鲜见，因此有待今后进一步的研究和探讨。

3.2 长期力量训练对单胺类神经递质代谢物的影响

单胺类神经递质是神经—内分泌系统中最重要的调节信使，其调节特点是精确、迅速。因此，只有当机体受到刺激后单胺类神经递质才会产生应激变化。 当机体恢复到安静状态下时，其应激变化也会迅速消失。从本次实验的结果看， 长期力量训练后的单胺类神经递质代谢物水平没有出现显著性变化。 然而这并不表示长期运动训练对单胺类神经递质的代谢没有影响。Schmid等[7]通过研究认为，安静状态下高水平运动员的血浆NE、Ad要高于未经训练的普通人。 虽然这种观点没有被证实，但确有很多研究报道了这种差异性。有学者认为运动员比常人有更强的适应性， 因此在运动前运动员的兴奋度也更高，从而引起CA分泌的增加。 这可能是由于长期的运动训练能使交感肾上腺系统的兴奋性增强， 并促进了酪氨酸羟化酶、DAβ-羟化酶和苯乙醇胺甲基转移酶的基因表达增多，活性增强。 当然这种适应改变并不只体现在合成代谢上， 还有研究发现长期运动训练不仅促进了CA的合成， 同时期分解率也显著提高。 这可能与CA分解的限速酶-儿茶酚-0-甲基转移酶（catechol-0-methyltransferase，COMT）有直接的关系[8]。 此外，有学者发现5周游泳组大鼠纹状体5-HT含量较正常对照组有下降趋势， 单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）活性下降5%，而5-HIAA含量则增长十分显著[9]。 这提示长期训练可能抑制了5-HT代谢，并使得机体对5-HT升高的耐受作用提高， 从而延缓了运动性中枢神经疲劳。 由此我们可以推断，长期的运动训练对单胺类神经递质合成以及分解代谢中相关的限速酶均有促进作用。而这种适应性变化也有助于机体在以后的训练和比赛中做出更快的反应。

3.3 单胺类神经递质代谢物对运动训练监控的意义

早在上世纪80年代，Kendler等就通过人体实验发现运动能引起血液中游离HVA升高的现象，但此后的10年间一直缺乏有关的研究和报道[1]。 直到1991年Rogers等[8]通过设计对照实验，并测定运动前后24小时尿的CA及其代谢产物浓度，发现运动员比未经训练的普通人尿CA水平高，但另一方面两组受试者在运动前后的24小时尿CA没有显著性差异。 同期，徐晓阳发现[10]，运动后尿VMA排量均明显高于运动前， 并且100 m和400 m跑后尿VMA的排量明显高于3000 m跑。 这提示运动对于尿VMA和血NE、Ad影响具有一致性， 并且都与运动强度成正相关。

由于人体排出的尿量受摄入水分、体重、排汗以及温度等诸多因素的影响， 因此直接测定某一时间段尿样中指标的浓度往往与其实际值存在显著的偏差。 为了排除这种偏差的干扰， 学者们采用收集24小时全尿的方法来测定总量。这种方法的缺点是操作繁琐且耗时耗力。之后，有学者采用尿比重法来矫正尿体积的偏差。但这种方法的误差较大，因此尿比重法胜任低浓度指标的校正。 而另一种尿肌酐比值法则得到多数学者的肯定，并在临床医学检测上得到了广泛的应用。 肌酐的含量与机体内肌肉的总量成正比， 其代谢过程不受饮食、运动等外部因素的影响。 因此在没有肾脏疾病的情况下，尿肌酐的浓度可以作为肾脏排泄率的一个标尺。

由于CA在体内经历缓慢降解灭活等过程才能经尿液排泄出，因此血液中CA的含量往往与尿液中CA代谢产物的含量不平行。为了消除代谢过程造成的“时间差”， 人们开始采用收集24小时全尿来研究CA代谢产物的变化。 而尿液中VMA、HVA和5-HIAA的排出量在1 天内呈周期性变化， 经尿肌酐的校正后这种周期性的变化消失。 这是因为尿液中单胺类神经递质代谢物排泄的影响因素主要是体重、体表面积和年龄。 因此，在肾功能正常的情况下， 单胺类神经递质代谢物浓度与尿肌酐的比值和24 小时尿VMA、HVA总量的相关性好，而这也与本次研究的结果基本一致。 因此，无论是测定24 h尿中的总量还是通过与尿肌酐进行校正，单胺类神经递质代谢物都与训练强度有着良好的相关性以及稳定性。 此外，尿液型生化指标还具备无创、便捷等优势， 这对于运动训练监控和预防运动性中枢神经疲劳来说都有着重要意义。

4 结论

4.1 不同类型的一次性力量训练可促进尿液VMA和HVA浓度升高，提示机体CA的代谢水平增强，并且随着力量训练的强度越大，其促进效果越明显；

4.2 不同类型的一次性力量训练对尿液5-HIAA浓度没有影响，提示机体5-HT的代谢水平未受影响；

4.3 长期力量训练对尿液中单胺类神经递质代谢物的水平没有影响。

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