腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)與運動性中樞疲勞的研究進(jìn)展

摘要1880年Mosso在用測功計研究屈指肌的工作時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)手指拉重物至力竭時，改用電刺激屈指肌，手指仍能拉起重物；如再用電刺激屈指肌，再無法拉起重物。于是他首次提出疲勞可能發(fā)生在兩個部位：一是發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，為中樞疲勞；二是發(fā)生在外周（即脊髓運動神經(jīng)、神經(jīng)肌肉接點和骨骼肌），為外周疲勞[1]。在1982年第五屆國際運動生物化學(xué)會議上對運動性疲勞的概念取得了統(tǒng)一的認(rèn)識，即運動性疲勞是：“機(jī)體生理過程不能繼續(xù)機(jī)能在特定水平上進(jìn)行和/或不能維持預(yù)定的運動強(qiáng)度。”它是運動本身引起的機(jī)體工作能力的暫時降低，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r間休息和調(diào)整可以恢復(fù)的現(xiàn)象，是一個極其復(fù)雜的身體變化綜合反應(yīng)過程[2]。由于傳統(tǒng)觀念和測量方法的限制，對運動性疲勞的研究多集中于外周疲勞方面，近年來，隨著新技術(shù)的應(yīng)用和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，人們開始重視對運動過程中中樞疲勞的研究。其中，中樞氨基酸類、單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的研究倍受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，從而成為該領(lǐng)域的研究熱點。本文根據(jù)前人研究的成果，對氨基酸類、單胺類神經(jīng)遞質(zhì)在運動性中樞疲勞研究中的進(jìn)展進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)運動性中樞疲勞研究進(jìn)展

一、腦內(nèi)氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)與運動性中樞疲勞

（一）谷氨酸與運動性中樞疲勞

Glu是對所有中樞神經(jīng)元均具有興奮作用的氨基酸，Glu作用于突觸后受體，可直接與膜去極化的通路偶聯(lián)，將離子型受體激活，使Ca2+向細(xì)胞內(nèi)的流動增加，細(xì)胞的興奮性增強(qiáng)，從而產(chǎn)生興奮性反應(yīng)，而且是一種河豚毒素不能阻斷的快興奮作用。Glu廣泛分布于CNS中，以大腦皮層含量最高，其次為小腦、紋狀體、延髓和腦橋[3]。

正常水平的Glu對保持神經(jīng)元興奮性具有重要的作用，運動訓(xùn)練對Glu濃度產(chǎn)生的影響能夠直接改變中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性。當(dāng)運動時間和強(qiáng)度增加到一定程度時，腦內(nèi)Glu含量發(fā)生異常變化，導(dǎo)致腦機(jī)能改變，可能是產(chǎn)生運動疲勞的中樞原因之一[4]。

（二）γ-氨基丁酸與運動性中樞疲勞

γ-氨基丁酸（GABA）是腦內(nèi)主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。腦內(nèi)不同部位的GABA濃度有很大的差別，在黑質(zhì)和蒼白球含量最高，下丘腦次之，其余依次為中腦的上丘、下丘、小腦的齒狀核及中央灰質(zhì)，殼核、尾狀核及內(nèi)側(cè)丘腦，大腦和小腦皮層含量較低，而腦的白質(zhì)含量最低[3]。研究表明，GABA的升高是產(chǎn)生中樞疲勞的原因之一，在運動狀態(tài)下，隨著運動時間的延長和激烈程度的增加，機(jī)體往往隨著動脈血氧分壓下降出現(xiàn)缺氧，可使GABA氧化過程減弱，使琥珀酸脫氨酶活性下降，造成GABA降解受阻，GABA在腦中堆積，引起突觸后抑制，通過改變神經(jīng)細(xì)胞對Cl－和K+的通透性，造成Cl－內(nèi)流，K+外流，形成突觸超極化，實現(xiàn)抑制效應(yīng)[5][6]。

大量的研究表明，運動性中樞疲勞的產(chǎn)生可能是由于長時間運動后中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)總量的相對降低、抑制性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)總量相對升高或者是Glu/GABA比值降低造成的；運動訓(xùn)練可以改善神經(jīng)系統(tǒng)活動的穩(wěn)定性，從而推遲運動性中樞疲勞的發(fā)生[7]。

二、腦內(nèi)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)與運動性中樞疲勞

（一）多巴胺與運動性中樞疲勞

DA是第一個被驗證在中樞疲勞中起作用的神經(jīng)遞質(zhì)，多巴胺能系統(tǒng)的作用是調(diào)節(jié)肌緊張，使機(jī)體做好進(jìn)行運動的準(zhǔn)備，并在大腦皮層沖動的觸發(fā)下發(fā)動某一動作[8]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)多巴胺能神經(jīng)元主要分布在中腦黑質(zhì)中腦腳間核以及下丘腦弓狀核，尤其是黑質(zhì)最多。腦內(nèi)DA也主要由黑質(zhì)的神經(jīng)元合成，貯存在紋狀體，尾核的含量最高。

Bliss等(1971)首次報導(dǎo)了在跑步練習(xí)后整個腦內(nèi)DA代謝增加，其后在分析局部腦區(qū)的研究中，也發(fā)現(xiàn)運動過程中中腦、海馬、紋狀體和下丘腦的DA代謝增強(qiáng)。此外，他還指出大腦多巴胺能活性的適量增加是維持正常體育運動的必要條件[9]。之后很多人體和動物研究都得出相同的結(jié)果， Baily等研究表明在中樞產(chǎn)生疲勞時大鼠中腦的DA合成會變?nèi)酰绫３諨A的合成代謝則會推遲疲勞的產(chǎn)生[10]。Chaouloff等研究發(fā)現(xiàn)腦中DA能活性增加，可抑制5-HT的合成與代謝，而當(dāng)大腦5-HT/DA的比率升高，會引發(fā)運動性疲勞。可見，腦中DA能神經(jīng)活性增強(qiáng)在體力活動中是十分必要的，可能影響到耐力[11]。Blomstrand測定一次急性力竭運動后大鼠大部分腦區(qū)DA濃度升高[12]。Chaouloff等用跑臺訓(xùn)練大鼠1小時后，發(fā)現(xiàn)大鼠中腦，下丘腦，海馬中DA水平提高，紋狀體、前腦變化無顯著性，DOPAC在中腦增加，另一種DA在突觸間隙經(jīng)COMT代謝的產(chǎn)物高香草酸(NVA)在中腦、下丘腦、海馬、紋狀體、前腦都有增加，而兩種代謝產(chǎn)物總濃度只在中腦和下丘腦有顯著變化[13]。

（二）去甲腎上腺素與運動性中樞疲勞

去甲腎上腺素既是一種神經(jīng)遞質(zhì)，主要由交感節(jié)后神經(jīng)元和腦內(nèi)腎上腺素能神經(jīng)末梢合成和分泌，是后者釋放的主要遞質(zhì)，也是一種激素，由腎上腺髓質(zhì)合成和分泌，但含量較少。循環(huán)血液中的去甲腎上腺素主要來自腎上腺髓質(zhì)。近年來人們還發(fā)現(xiàn)腎上腺素能與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)系，它與膽堿能系統(tǒng)和5－羥色胺能系統(tǒng)交互作用，相互制約，共同影響學(xué)習(xí)記憶功能[14]。

王斌等實驗發(fā)現(xiàn)，大鼠下丘腦DA在力竭性跑臺運動后有逐漸下降趨勢，同時發(fā)現(xiàn)下丘腦NE持續(xù)下降趨勢與下丘腦DA持續(xù)下降趨勢相一致，NE是DA－B－羥化酶催化DA生成的，神經(jīng)中樞內(nèi)的DA代謝會影響NE代謝，NE和DA下降共同作用于下丘腦，抑制下丘腦活動，這是CNS疲勞產(chǎn)生的可能原因[15]。尤春英應(yīng)用跑臺訓(xùn)練大鼠發(fā)現(xiàn)給予不同負(fù)荷強(qiáng)度和不同訓(xùn)練時間的刺激，均引起腦內(nèi)NE濃度升高[16]。袁瓊嘉等用大鼠游泳至力竭，發(fā)現(xiàn)力竭后大鼠端腦中NE在24h后明顯升高，48h恢復(fù)正常[17]。腦內(nèi)去甲腎上腺素(NE)的代謝途徑為DA進(jìn)入NE儲備囊泡，經(jīng)DβH作用生成NE[18]。。腦內(nèi)5-HT代謝則主要通過線粒體表面的MAO氧化脫氨生成5-羥吲哚乙醛，再被醛脫氫酶氧化生成5-羥吲哚乙酸(5-HIAA)而滅活[19]。在體微透析的研究認(rèn)為，運動可顯著提高腦內(nèi)NE值，使細(xì)胞外NE值在運動期間達(dá)到最高，運動結(jié)束后逐漸返回到其線值[20]。

（三）5-羥色胺與運動性中樞疲勞

1948年Rapport等從血清中分離出5-HT。它在化學(xué)上屬吲哚胺類化合物，由吲哚和乙胺兩部分構(gòu)成。90%的5-HT存在于體內(nèi)消化道，8%～9%在血小板中，存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的5-HT只占全身總量的1%～2%。5-HT本身難于透過血腦屏障，但是其前體是色氨酸，血液中的色氨酸可以經(jīng)過血腦屏障進(jìn)入腦，再經(jīng)過細(xì)胞膜進(jìn)入5-HT能神經(jīng)元內(nèi)，合成5-HT。所以體內(nèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周的5-HT可算分屬兩個獨立的系統(tǒng)。由于5-HT能神經(jīng)元只存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，所以目前認(rèn)為5-HT主要是作為一種中樞神經(jīng)抑制性遞質(zhì)發(fā)揮作用[8]。

在與中樞疲勞發(fā)生關(guān)系的各種神經(jīng)遞質(zhì)中，研究得最多的就是5-HT。Newshelme等人首先提出了5-HT是中樞疲勞的潛在性調(diào)節(jié)物質(zhì)[21]。他們認(rèn)為長時間的運動使腦內(nèi)5－HT濃度升高，因為5－HT是一種抑制性遞質(zhì)，可以降低從中樞向外周發(fā)放的沖動而降低了運動能力。Barchas等最先報告大白鼠進(jìn)行了3h的低強(qiáng)度游泳，腦5-HT濃度少量但具有統(tǒng)計顯著性的增加[22]。Struder等發(fā)現(xiàn)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[23]。Bailey認(rèn)為5-HT濃度升高使機(jī)體乏力、困倦、食欲不振、睡眠紊亂，對大腦皮層抑制作用增強(qiáng)，過量的5-HT有可能在中樞系統(tǒng)引起人體疲勞[24]。Chaouloff等人用每分鐘20m跑臺訓(xùn)練大鼠1h后，結(jié)果顯示大鼠中腦、海馬、紋狀體中TP的濃度平行地升高，表明大鼠跑臺跑增加了5-HT的合成和轉(zhuǎn)換率[25]。Davis等以及Wilson等在人體上所作的試驗證明，以70％V02-強(qiáng)度進(jìn)行長時間跑步或騎自行車前，服用5-HT的激動劑，運動時間縮短，與對照組比較疲勞程度較高，但心血管系統(tǒng)、體溫調(diào)節(jié)和代謝功能上無差異。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性疲勞的重要因素[26][27]。Weicker通過實驗發(fā)現(xiàn)運動對神經(jīng)遞質(zhì)5-HT的影響與運動員的訓(xùn)練階段和強(qiáng)度有關(guān)，提示長時間運動中，中樞疲勞的產(chǎn)生受神經(jīng)遞質(zhì)5-HT的影響，其機(jī)制可能是長時間運動會引起5-HT受體數(shù)量增加[28]。

國內(nèi)也有相關(guān)的報道，尤春英研究了大鼠在不同負(fù)荷強(qiáng)度下時，跑臺訓(xùn)練不同時間后，腦中5-HT及其代謝產(chǎn)物的變化，結(jié)果顯示:訓(xùn)練時間的長短和腦內(nèi)5-HT的變化有一定關(guān)系，而與負(fù)荷強(qiáng)度的相關(guān)性不大[29]。袁瓊嘉，熊若虹等以大鼠力竭運動為模型，發(fā)現(xiàn)力竭運動后24h組端腦內(nèi)5-HT含量達(dá)到最高，48h組較24h組明顯下降，但是仍然明顯高于對照組[30]。

也有觀點認(rèn)為5-HT影響CNS疲勞的機(jī)制可能是通過抑制多巴胺(DA)系統(tǒng)，減少了覺醒和激動。研究表明，長時間運動導(dǎo)致的疲勞大鼠腦內(nèi)5-HT增高而DA減少，5-HT/DA比值升高。降低5-HT/DA比值有助于提高運動成績。

三、總結(jié)

氨基酸類、單胺類神經(jīng)遞質(zhì)是引發(fā)中樞疲勞的生化基礎(chǔ)，并且它們之間有著直接的聯(lián)系，從而使運動性中樞疲勞呈現(xiàn)出復(fù)雜化、實驗現(xiàn)象的多樣化。遞質(zhì)變化可能與遞質(zhì)的相互作用、遞質(zhì)受體濃度和活性變化、載體蛋白的改變、血腦屏障滲透性改變等諸多因素有關(guān)。

通過總結(jié)我們得出谷氨酸作為一種興奮性遞質(zhì)，γ-氨基丁酸作為一種抑制性遞質(zhì)，它們相互作用從而影響著運動性中樞疲勞的產(chǎn)生和發(fā)展；單胺類神經(jīng)遞質(zhì)也會起到興奮或者抑制的作用，只有各神經(jīng)遞質(zhì)之間相互保持一種動態(tài)平衡，才能維持機(jī)體一種很好的運動狀態(tài)。

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