5-羥色胺及其相關代謝物與運動性中樞疲勞

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(1.浙江中醫藥大學第三臨床醫學院，浙江 杭州 310053；2.浙江中醫藥大學附屬針灸推拿醫院，浙江 杭州 310009)

運動性疲勞是運動醫學疾病中的常見病，是一種非常復雜且涉及面極廣的現象[1]。本文就5-羥色胺(5-HT)及其代謝產物與運動性中樞疲勞的相關研究，作一簡述。

1 運動性中樞疲勞

就中樞疲勞而言，盡管中樞神經功能紊亂可作為最基本表現，同時受其他諸多因素的影響，是一個高度整合的過程。目前很難給出一個準確的定義。現在普遍認為中樞疲勞是一種中樞負性變力的結果，中樞疲勞(力量和功的輸出無法維持在預期水平)是不能夠僅用肌肉本身功能紊亂來解釋，是與中樞神經系統特異性功能改變有關的疲勞。實際上，在日常生活中，疲勞產生的原因是由于中樞不能夠對肌肉產生和維持正常的神經沖動。此外，甚至還伴隨常見的感染和其他病愈后虛弱性疲勞、外傷及手術的恢復、慢性疲勞綜合征和各種精神紊亂的產生，這些都與肌肉本身無關,而可能與中樞神經系統的功能有關。5-羥色胺作為腦內神經遞質，是一種抑制性遞質，并認為長時間運動時腦內5-HT升高導致中樞疲勞,從而降低從中樞向外周發放的沖動，因而降低運動能力。

2 5-羥色胺與運動性中樞疲勞

Brachas首先報道了長時間運動后大鼠大腦5-HT變化，發現3 h低強游泳導致5-HT明顯升高[2]。Struder等發現5 h的踏車運動提高了9名男性被試者血漿游離色氨酸和游離色氨酸/BCAA的比值[3]。Chaouloff等發現,無論是超長低強度游泳還是劇烈的跑臺運動員大腦5-HT均增加[4]。Bailey認為5-HT濃度升高使機體乏力、困倦、食欲不振、睡眠紊亂，對大腦皮層抑制作用增強,過量的5-HT有可能在中樞系統引起人體疲勞[5]。至于運動對其影響，如前所述,由于運動時間延長，骨骼肌利用脂肪和支鏈氨基酸供能增加，導致血液中支鏈氨基酸(branched-chain amino acids，BCAA)濃度下降，游離脂肪酸(free fatty acid，FFA)濃度上升，FFA調節腦中5-HT的合成，BCAA與色氨酸競爭性進入腦中，色氨酸與BCAA的比值升高,色氨酸進入大腦增加5-HT的生成加快含量升高，引起中樞疲勞產生[6]。Weicker通過實驗發現服用5-HT的耐力運動員以中等強度在功率自行車運動至力竭，其力竭時間和運動員的認知能力均比服用安慰劑或BCAA的訓練組降低，3周耐力訓練期間，凝血細胞膜上的5-HT載體和受體基礎值增加，血漿催乳素基礎水平下降；訓練4周后，運動員的5-HT載體沒有變化，但受體數量增加，血漿催乳素水平提高中樞疲勞加劇，實驗結果證明,運動對神經遞質5-HT的影響與運動員的訓練階段和強度有關，提示長時間運動中，中樞疲勞的產生受神經遞質5-HT的影響,其機制可能是長時間運動會引起5-HT受體數量增加[7]。Davis以及Wilson在人體所作的實驗證明,以70%VO2強度進行長時間跑步或騎車前服用5-HT的激動劑(Paroxetine或Fluoxetine),運動時間縮短，與對照組比較疲勞程度較高但心血管系統體溫調節和代謝功能無差異，這些都提示，運動中大腦5-HT水平的提高是影響乃至決定運動疲勞的主要因素[8]。微透析技術可以在動物清醒狀態下測定腦內各區細胞外的神經遞質及其代謝產物的動態變化，更真實地反映神經遞質在大腦活動中的瞬間變化。Bequet等[9]運用該項技術觀察海馬中5-HT含量的變化，發現5-HT含量逐漸升高，至恢復后30 min達到高峰。以上資料提示長時間運動能促進中樞系統中5-HT的合成和更新轉化。

3 5-HT相關代謝物與運動性中樞疲勞

3.1 色氨酸(TRP)與運動性中樞疲勞 TRP以兩種形式存在于循環血中,一是結合型，TRP松弛地與血中白蛋白結合，血漿中脂肪酸(fatty acid,FA)可競爭性地與白蛋白結合;二是游離型即未結合于白蛋白上，可通過血腦屏障。f-TRP要穿透血腦屏障必須借助特殊的載體，而這些載體又可以與其他中性氨基酸結合，尤其是支鏈氨基酸(BCAA)，包括亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸，故腦內f-TRP濃度的高低取決于血漿中f-TRP濃度和BCAA濃度及其比值的高低，也就是說，腦內5-羥色胺合成增加與血中f-TRP含量的增加密切相關。長時間運動中f-TRP/BCAA比值升高原因有二：一是運動中骨骼肌收縮，血中BCAA被氧化吸收供能；二是運動使血漿中FA濃度增加，將白蛋白結合位點上松弛結合的TRP替換下來,從而導致血漿中f-TRP相應升高[10]。因此，長時間運動使血中f-TRP/BCAA比值升高,進而穿透血腦屏障的f-TRP增多,且色氨酸羥化酶對其底物是不飽和的[11],故中樞神經細胞合成的5-HT亦相應增多，中樞疲勞也相繼出現。Chaouloff等[12]從動物實驗中發現進行跑臺運動(20 m/min)1～2 h后的大鼠血漿總TRP濃度無改變,但血漿f-TRP顯著升高，并伴腦TRP和5-HIAA濃度的升高；同時也觀察到在腦脊液中也存在相似的改變，運動后1 h恢復至基礎值[13]。

在人體試驗中進行中樞的5-HT含量測定并不可行,一般都通過檢測血樣中f-TRP含量以及f-TRP/BCAA來推測5-HT在人體運動性中樞疲勞的作用。Ohta等[14]觀察人在連續跑步24 h后血清f-TRP和FA水平較運動前顯著升高,但血清5-HT水平未出現明顯改變，認為連續跑步24 h可誘導腦疲勞。

3.2 5-羥吲哚乙酸(5-HIAA)與運動性中樞疲勞 5-HIAA是5-HT分解代謝的最終產物，藥物可影響5-HT的代謝(可由其代謝物5-HIAA水平反映出)。有些功能失調并非是5-HT水平低引起的，而是由于5-HIAA水平低造成的，并且往往是5-HT水平升高，而血清素代謝物5-HIAA水平通常下降。有研究表明，這些藥在百分比含量多時能使5-HT升高而使5-HIAA下降。對安靜狀態和運動狀態下大鼠不同腦區中5-HT和其主要代謝產物5-HIAA進行測定,發現隨運動時間的延長,5-HT和5-HIAA升高，至疲勞時達最高值。Bailey等[5]觀察了大鼠以60%～65%VO2max強度在跑臺上運動1 h、3 h(力竭)后均使大鼠中腦、紋狀體及下丘腦的5-HT和5-HIAA顯著升高，海馬僅有5-HT升高，升高幅度尤以運動后3 h為明顯，說明長時間運動中大腦5-HT和5-HIAA含量顯著升高，尤在疲勞時加劇。

4 小結

越來越多的研究表明，在運動情況下，不論是間歇性運動或持續性運動，都會使f-TRP更容易進入腦內，使腦中5-HT濃度升高，機體出現體力疲勞。特別是脂肪運動結果,使游離脂肪酸(FFA)增多并與TRP爭奪血清蛋白的結合位點，進而導致f-TRP水平升高，促進f-TRP經血腦屏障進入腦組織中。此結果支持TRP有促進中樞疲勞的觀點。另外，長時間運動腦內5-HT合成取決于血漿中f-TRP濃度和BCAA濃度及其比值的高低,腦內5-HT濃度升高均與運動性中樞疲勞發生密切相關。進一步印證了中樞疲勞假說。

5-HT作為腦內重要神經遞質，參與機體情緒、食欲、睡眠等多項生理功能的調節,又與運動性中樞疲勞發生息息相關。康復理療是運動疲勞恢復手段之一，對運動性疲勞的消除和運動員競技狀態的提高有良好效果。然而對于康復手段是否能通過中樞層面發揮抗運動性疲勞和促疲勞超量恢復,目前還不清楚。康復手段是否能通過干預5-羥色胺系統發揮抗疲勞效應，這些問題都有待于進一步深入研究。

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