精氨酸/一氧化氮在運動應激中的作用研究進展

摘要：文章通過分析近年來有關精氨酸（Arg）、一氧化氮（NO）及補充Arg對運動調節作用的研究報道，闡述了Arg/NO在機體運動應激和運動功效等方面的作用及可能的機制。NO與運動量、運動強度、運動調節等有一定關聯；運動狀態下，機體明顯增加對Arg的需求量，補充Arg有益于機體蛋白質合成，增加主動肌血流量，減少血氨防止氨中毒，提高肌肉力量，減少代謝物累積。因此，補充Arg可以提高肌肉工作效率，延緩疲勞。

關鍵詞：精氨酸 一氧化氮 運動應激

中圖分類號：G804 文獻標識碼：A 文章編號：1004-5643（2013）04-0075-04

機體內精氨酸（Arg）主要是通過左旋精氨酸（L-Arg）對生理的調控來發揮其生理作用的。健康機體內的Arg一部分來源于膳食索取，一部分是通過器官間的協同作用由鳥氨酸（ornithine）通過瓜氨酸（Cit）合成而來，其前體物質為谷氨酸（Glu）與谷氨酰胺（Gin）；Arg的代謝主要通過四個途徑：與氧結合生成一氧化氮（nitric oxide，NO）和瓜氨酸、與血氨在精氨酸酶（arginase）作用下生成尿素（urea）和鳥氨酸、生成肌酸（creatine）和蛋白質（protein）。Arg廣泛參與機體免疫功能、蛋白質代謝、組織代謝等生理過程；同時Arg參與尿素循環，促進血氨代謝，防止氨中毒。L-Arg還是NO唯一合成底物，參與機體多種生理合成代謝過程。近年來研究發現：NO可使運動過程中機體血流量增加，骨骼肌血管松弛，促進葡萄糖轉運至骨骼肌細胞等。作為NO前體物質的L-Arg在運動過程中的作用，特別是L-Arg是否可以提高運動能力、促進疲勞消退受到學者們的廣泛關注。本文應用計算機檢索Pubmed數據庫中與Arg相關的文獻，檢索詞為“Argnine，Nitric Oxide，Exercise，Exercise Capacity”，對其研究進展綜述如下。

1、L-Ar9和NO的代謝

精氨酸被認為是哺乳動物、成年動物或是有疾病、外傷等機體內的一種內源性合成補充物。L-Arg在很多代謝途徑中都具有很重要的作用：它是合成肌酸和胍基丁酸的必需品；以精氨酸酶為中介轉換成尿素和鳥氨酸；作為尿素的前體物質，L-Arg還在血氨的毒解作用中發揮著重要作用。另外，L-Arg在分子氧參與下共同合成NO，而NO是包括骨骼肌在內的許多不同組織的調控因子，又可以提高環鳥苷酸（cGMP）濃度進而引起平滑肌和血管舒張。肌肉力量、肌肉工作效率、血管舒張、蛋白質合成、神經膠質細胞的激活、葡萄糖穩態等很多骨骼肌功能都可以被NO調控。L-Arg是一種半必需氨基酸，被人們看作是增加力量、補充體能、加快運動后肌肉恢復等功能的能量補充物。

NO是以L-Arg、分子氧和還原性輔酶Ⅱ（NADPH）為底物，在一氧化氮合酶（Nitric Oxide Sythase，NOS）的催化作用下生成的。一直以來，在研究中NO作為血管擴張因子，起到擴張血管、降低血壓、抑制血管平滑肌細胞增殖、阻礙血小板的聚集與粘附、防止血栓等功效，并調控腦、胃等的血流量；同時還被視為一種神經遞質，調控神經、心血管、內分泌、免疫系統發揮生理功能，在運動中參與骨骼肌代謝過程。NO還被視為一把雙刃劍，低濃度的NO可保護細胞參與機體防御機制，高濃度的NO卻具有細胞毒性可導致周圍組織損傷。

L-Arg-NO信號在機體各系統的正常生理作用中起著重要作用。L-Arg在限速酶NOS和NADPH的作用下與活性氧分子共同合成NO與L一瓜氨酸。NO在體內沒有專一的貯存機制，合成后迅速在細胞間擴散，NO可直接透過細胞膜作用于胞漿中的可溶性鳥苷酸環化酶（SGC），使其活化，繼而產生大量的環鳥苷酸（cGMP），進而再激活eGMP依賴性蛋白激酶，使蛋白磷酸化，在神經、心血管、內分泌、免疫等系統中發揮作用。

2、運動與NO

有學者研究發現：適宜運動對大鼠腦組織中內皮型NOS（eNOS）活性影響不大而增大總NOS表達，大負荷運動會使腦組織中NOS活性減弱目，大負荷的運動訓練或過度訓練可以產生大量的NO，影響大腦發揮功能進而導致運動性疲勞的發生。運動中機體很多生理過程都與NO息息相關，NO可使血流量增加，松弛骨骼肌血管，促進葡萄糖轉運至骨骼肌細胞。

隨著研究的深入，大量研究表明NO的生成與機體運動量、運動強度、訓練水平等因素關系密切。Kasimay對年輕足球運動員進行跑臺后發現極限運動后血清中NO含量明顯降低，Fer-nandes則在經過10周游泳訓練的成年大鼠身上發現外周血管NO含量與對照組大鼠相比明顯增加。急性運動可以促進機體局部產生大量NO，NO活性自由基可間接發揮細胞毒性的作用，從而造成內環境紊亂，使機體產生疲勞；而長時間運動訓練可抑制NOS活性，促使機體局部NO濃度降低。Djordjevic比較了極限運動前后手球運動員與非運動員的超氧化岐酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性，NO含量，N02-和ONOO-等，發現運動前運動員有較高的SOD、CAT活性和NO含量；運動后非運動員N02-、ONOO-、NO含量升高，運動員N02-、ONOO-、NO含量則明顯降低。Leiter通過研究證明了3周自愿運動后小鼠四頭肌肌肉體積增加25%，刺激肌細胞增殖。而Bescos在對機體血漿中硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度明顯增加的運動員補充無機硝酸鹽，并對受試者進行40min跑臺極限測試，結果顯示補充無機硝酸鹽對運動員極限跑臺的平均測試距離沒有影響。本課題組先前研究發現，對大鼠進行為期4周的強迫游泳訓練后發現，大鼠腦部海馬CAl、CA2、CA3、伏隔核及下丘腦腹內側核（VMH）、背內側核（DMH）NOS的表達明顯升高，杏仁體NOS表達顯著下降；一次性游泳力竭實驗中，室旁核（PVN）和視上核（sON）N0表達較運動前顯著降低；大鼠側腦室微注射NOS抑制劑L-NAME后發現，下丘腦NO濃度顯著下降，在動物一次性跑臺力竭實驗中L-NAME組大鼠運動能力較對照組顯著下降，降低幅度為70.22%，提示腦部NO/NOS可能參與疲勞應激的形成，運動力竭應激可降低下丘腦NO含量，下丘腦NO含量下降可能是導致疲勞發生和運動能力降低的原因之一[6，13-151。

3、L-Arg與運動

3.1 L-Arg對運動能力的影響

運動過程中機體血氨生成增加，使尿素的合成也隨之增加，同時NO的生成也要增加，這就必然使L-Arg的消耗增加，從而避免氨對機體的毒性作用防止疲勞。Maxwell等對高血膽固醇小鼠飲用L-Arg（6%）后進行跑臺測試，并對運動后尿液中硝酸鹽含量及下肢血流量進行檢測，結果發現補充Arg可以明顯增加運動后尿液中硝酸鹽含量，提示補充Arg可以增加小鼠有氧運動能力。Bednarz等對中度充血性心力衰竭患者口服L-Arg（9g/d，7days）后進行運動能力測試，結果發現補充L-Arg可以延長充血性心力衰竭患者的鍛煉時間。

3.2 L-Arg與心血管功能

Dong等對口服L-Arg的人群進行分類研究，以口服9g/day，且持續一周以上者為研究對象，與安慰劑組相比控制組人群中心收縮壓下降5.39mm/Hg，心舒張壓降低2.66 mm/Hg。Willoughby對24位青年男性進行AAKG（精氨酸增強劑）補充（12g/day，7days）和安慰劑補充，補充藥物前后進行三組重復次數為15次的70%-75%的大臂抗阻力練習，研究發現兩組受試者心率、血壓、大臂血流量在抗阻力練習之后顯著增加，但兩組之間無差異；實驗組練習結束即刻與30rain之后血漿中L-Arg含量顯著增加。Ast對大眾人群進行為期4周的L-Arg補充并進行動態血壓測試發現6g/day、12g/day兩組與安慰劑組相比呈現出舒張壓與收縮壓的無意義降低，且晚上降低的幅度更大。但是也有學者通過研究得到了不同結論，Tang等通過對口服10gArg的普通男性進行單腿負重阻力練習，并對股動脈血流量及蛋白質合成進行動態監測，研究發現血漿中NO標記物并未改變，同時口服Arg后股動脈血流量與對照組無明顯差異，提示補充Arg沒有改變骨骼肌蛋白質合成及血流量。

3.3 L-Arg與肌肉工作效率

運動中L-Arg主要是通過在主動肌中增加NO產物來提升血管舒張起到力量增加、體能補充等來提高肌肉工作效率，通過增加基底物質利用率和促進乳酸或氨等代謝物的排泄等來恢復肌肉疲勞。關于NO與肌肉修復，Fihppin等的研究證明NO的激活在早期肌肉損傷的修復過程中起到重要作用，這表明NO在肌肉修復與肌肉再生中起到一個關鍵性的調節作用。有研究發現，健康人群飲用含6gArg的飲料后進行lh的中、大強度運動，運動后與對照組相比Arg組血漿中N02-濃度明顯減少，NO生物利用率明顯提高，Arg組中等強度運動后的氧消耗降低，力竭時間增加，提示補充Arg可以降低氧消耗提高肌肉工作效率。Alvares等對經常進行阻力訓練的健身愛好者運動后補充Arg（6g），發現Arg組血液中肌肉血容量明顯增高，表明補充Arg組可以幫助提高肌肉力量。但是也有研究得出不同的結論，Greer等對從事運動訓練的青少年力竭運動4h前、30rain前給予精氨酸增強劑AAKG（3700mg/次），并對運動間肌肉耐力（正反仰臥起坐、俯臥撐次數）及運動前后分段血壓（BP）分別進行測試，結果發現補充AAKG對肌肉耐力無影響，運動前后的血壓測量也無明顯變化，提示補充AAKG可能妨礙肌肉耐力。

3.4 L-Arg與物質代謝

運動訓練過程中，機體蛋白質分解代謝增加，血液中非蛋白氨增多；運動后，機體蛋白質合成增加，血液中合成蛋白質的氨基酸就會增多。補充Arg可以降低血氨等代謝物的濃度，增加肌肉力量及工作時間而提高肌肉工作效率。Huang等對大鼠補充L-Arg后進行了跑臺力竭運動實驗，對比了補充L-Arg和力竭運動對大鼠各項生化指標的影響，結果發現，與對照組相比力竭組、Arg組、補充Arg力竭組各組大鼠肌肉、腎、肝組織中黃嘌呤氧化酶（XO）、髓過氧物酶（MPO）活性和脂質過氧化物丙二醛（MDA）水平顯著增加；與補充Arg力竭組相比力竭組、精氨酸組中大鼠組織中XO、MPO活性和MDA水平顯著降低；力竭組與靜置組相比血漿中乳酸、尿酸等生化指標活性明顯增加；補充Arg后大鼠血漿中乳酸和尿酸水平明顯降低，表明補充精氨酸可以減少骨骼肌、肝臟與腎臟的氧化損傷和炎癥反應。對正常人群靜脈注射L-Arg鹽酸物或對照物后進行次大強度運動，Schaefer等發現L-Arg組的血漿氨、乳酸鹽含量較對照組顯著降低，L-Arg組中L-Cit濃度增加明顯，結果顯示服用L-Arg運動后可以促進蛋白質的分解及生成L-Cit、NO。Goncalves等通過對柔道運動員進行短周期、大強度運動及服用低碳化合物，造成受試者出現高血氨狀態后分別補充L-Arg（100mg/kg/d）與安慰劑，結果發現，大強度運動后，安慰劑組中的氨生成速率比精氨酸組快兩倍。但是，Liu等在對柔道運動員Arg補充（6g/d，3days）后進行間斷性的無氧踏車測力訓練，并在運動后不同時間點對受試者進行血液樣本采集，結果發現兩組血漿中乳酸鹽、氨、硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度無明顯差異，表明運動后補充精氨酸對機體代謝無影響。

4、小結

精氨酸/一氧化氮與運動應激的關系密切，機體運動量、運動強度、訓練水平等因素都會影響著機體N0的生成；運動狀態下補充Arg，有益于機體蛋白質合成，增加主動肌血流量，減少血氨防止氨中毒，提高肌肉力量，減少代謝物累積，提高肌肉工作效率，延緩疲勞。對于精氨酸/一氧化氮在運動應激中的作用機制有待進一步研究。