運動中樞疲勞與營養之間的關系研究進展

于鵬，艾正文

乳業生物技術國家重點實驗室，上海乳業生物工程技術研究中心，光明乳業股份有限公司乳業研究院（上海 200436）

競技體育水平的不斷提高以及體育賽事日程安排的日趨緊密，導致多數運動員在大強度訓練和比賽后均出現不同程度的運動性疲勞現象。持續性的運動疲勞極易誘發運動損傷，從而給運動員的身體和運動表現埋下極大的隱患[1]。如何避免和緩解運動疲勞一直是運動訓練領域的一個重要的研究方向。目前影響神經中樞疲勞的機制還不完全清楚，大多數學者認為神經中樞疲勞與神經遞質[2]、能源物質耗竭、血液中色氨酸含量[2-3]有關。

根據疲勞發生的部位的不同，運動性疲勞可分為中樞疲勞（CNS）和外周疲勞。外周疲勞主要發生在骨骼肌、脊髓運動神經等部位，而中樞疲勞則發生在中樞神經系統[4]。越來越多的研究顯示，中樞神經系統在運動性疲勞過程中發揮著主導的作用[5]。包大鵬等[6]研究發現運動性疲勞后運動員腦組織中腦血流量和氧攝入分數會發生變化，因此中樞神經疲勞會導致運動員穩態失衡、注意力下降、心理應激增加等一系列問題。

通常情況下，當意志感覺到筋疲力盡或無法對內部或者外部刺激做出相應協調響應時則可以認為機體出現神經性肌肉疲勞[7]。其中最顯著的表現是運動員注意力無法集中、技術動作變形，從而導致動作乏力，失誤逐漸增多。目前根據狀態的不同，疲勞的測定可分為靜態和動態兩種方法。靜態疲勞分析是給肌肉一定的負荷，測定其最大耐受時間（MET），而動態疲勞分析則通過對機體代謝能量消耗速率的測定來評價機體的疲勞程度[8]。隨著信息技術的發展，可考慮運用Omega Wave系統對運動員中樞神經系統狀況進行評估[9]。目前，隨著競技體育的發展，運動成績的提高不僅僅依賴于科學的訓練，特別是專業競技性運動員的運動表現與膳食營養補充之間的關系十分密切[10]。運動疲勞受個體差異、運動強度和環境等諸多因素的影響，其中合理科學的營養補充對緩解疲勞、促進機體迅速恢復具有重要的意義[11-12]。

1 碳水化合物

碳水化合物是重要的供能物質之一。在體內，碳水化合物最終分解成葡萄糖，然后葡萄糖被機體迅速消化吸收從而達到供能的作用。糖是中等強度運動中肌肉的主要供能物質，同時葡萄糖的相對分子質量很小，可通過血腦屏障進入中樞神經系統，見圖1。運動疲勞的產生與機體肌肉和肝臟中有限的碳水化合物儲備耗竭緊密相關。運動開始前和運動后及時地補充碳水化合物有利于運動的發揮和運動后恢復體力。Burke等[13]研究表明，運動開始前24～48 h足夠的碳水化合物攝入（6～12 g/kg BM）能夠增加機體在運動過程中的耐力，從而提高運動成績。

當機體中血糖不足時則會引起中樞神經系統中5-HT水平的增加，而大量研究發現神經系統中5-HT水平與中樞神經疲勞存在密切的聯系[14]。運動后機體需要有一個恢復的階段，機體內糖原的合成和再儲備過程是加快疲勞恢復的重要環節。運動后4 h之內屬于糖原合成的第一階段，此時機體內糖原合成酶的活性較高[15]。在此階段碳水化合物的攝入量（0.8～1.0 g CHO/kg BM）決定糖原的合成速度，而碳水化合物的GI值對糖原儲備恢復作用有限[16]。在恢復的后期階段，機體需要通過攝入高升糖指數的碳水化合物來增強胰島素的應答效應，從而刺激糖原的合成[13]。但是最近新的研究表明胰島素效應過高對延緩中樞疲勞不利，目前補糖對中樞疲勞的影響機制還存在爭論，后續還需更深入地研究[17]。

隨著人們對天然成分的關注度逐漸增加，天然產物抗疲勞活性正成為越來越多的運動和營養學家研究的熱點[18]。一些植物性多糖在恢復體力、緩解疲勞等方面顯現出獨特的優勢。毛蕊花糖苷是一種來源于馬先蒿中的植物多糖。多項研究發現，毛蕊花糖苷能夠減少運動帶來的肌肉氧化應激反應[19]。Zhu等[20]通過動物試驗表明毛蕊花糖苷在顯著提高中樞神經系統中5-HT合成和TPH2蛋白表達時間的同時，能夠抑制5-HT1B蛋白的表達，從而有助于緩解中樞神經疲勞。Klosterhoff等[21]研究發現西印度櫻桃阿拉伯聚糖果膠能夠延長小鼠游泳力竭時間，同時能夠顯著提高小鼠大腦海馬體組織中谷胱甘肽（GSH）的水平，從而有利于降低大腦氧化應激反應。

圖1 體內葡萄糖轉運和利用模式[22]

2 蛋白質和氨基酸

長時間、高強度的訓練和比賽過后，肌肉中積累了大量乳酸，從而伴隨一定程度的酸痛。這是由于肌肉在長時間劇烈運動過程中出現了可逆性損傷，而這些損傷會直接影響中樞神經系統，從而增強機體對疲勞感覺的感知。大量研究表明運動后及時地恢復肌肉損傷有助于緩解運動性疲勞[23]。

蛋白質是肌肉合成的重要原料，適當的蛋白質攝入對運動后肌肉損傷的修復以及體能的恢復是十分必要的。不同運動項目推薦的蛋白質攝入量是不同的，一般排球運動員在日常飲食中推薦的碳水化合物、蛋白質和脂肪的比例為3∶1∶1[24]。Morifuji等[25]以小鼠作為研究對象，在運動前給予葡萄糖、水以及葡萄糖和乳清蛋白水解物，結果發現運動前攝入碳水化合物乳清蛋白水解物能夠顯著提高骨骼肌蛋白酶（Akt和PKC）活性，這兩種酶是調節機體在運動過程中葡萄糖攝入以及糖原合成的關鍵蛋白酶，從而有助于延緩由運動導致的糖原耗竭過程，推遲運動疲勞的發生。夏至等[26]也得到類似的研究結果，其研究表明有氧訓練輔助5%劑量的亮氨酸補充，可以顯著增加小鼠骨骼肌蛋白質的合成并抑制其降解。

與亮氨酸一樣，纈氨酸和異亮氨酸是蛋白質中常見的支鏈氨基酸。隨著人們對支鏈氨基酸研究的不斷深入，尤其是支鏈氨基酸在運動營養中的關注度越來越高。現有研究指出，支鏈氨基酸的攝入能夠減少肌肉中肌酸激酶和乳酸脫氫酶的活性，而這兩種酶常用于判斷機體在高強度運動之后肌肉損傷情況[27-28]。血液中色氨酸的含量與腦中5-HT的水平密切相關，而色氨酸進入神經系統需要通過血腦屏障上轉運載體。研究表明支鏈氨基酸與色氨酸轉運載體相同，兩者之間存在競爭機制。補充支鏈氨基酸可以降低血液中色氨酸與支鏈氨基酸的比值，從而達到延緩中樞疲勞的目的[29]。Lin等[30]對11名籃球運動員進行了為期2 d的研究，每天分別進行一次籃球訓練和2次籃球技能測試，試驗結果發現攝入支鏈氨基酸和精氨酸能夠有效緩解運動中樞疲勞的發生，但對提高運動技巧的效果并不是特別明顯。

3 其他營養物質

咖啡因是肌肉運動的調節劑，一方面咖啡因有助于提高肌肉的興奮性，另一方面它可以增加機體脂肪氧化速率，從而給機體提供更多的能量。因此，近幾年咖啡因被廣泛應用于運動產品中[31]。Mohr等[32]研究發現咖啡因可以減少肌肉中鉀的積累，具有提高高強度間歇性運動表現的作用。此外，Ataka等[33]對17名健康志愿者進行研究，試驗結果發現咖啡因可以顯著提高受試者中樞神經系統的興奮性，從而有助于延緩中樞神經疲勞的發生。但是需要注意的是，過量的咖啡因攝入，不但不能緩解疲勞、提高運動表現，反而會導致焦慮、心慌以及胃腸道不適等不良反應。因此，運動結束后的恢復階段，并不建議過多攝入含有咖啡因的飲料[34]。

肌酸是良好的肌肉合成和儲備補充劑。部分研究表明，肌酸有利于提高足球運動員肌肉力量，從而有助于運動員在賽場上短跑加速以及跳躍[35]。在整個賽季過程中，適當地維持肌酸的水平，有利于肌肉的修復和運動后疲勞的恢復[36]。然而，針對肌酸在運動中的效果還存在爭議，特別的是高劑量肌酸攝入對腎臟來說是一種負擔[37]，如何科學地補充肌酸還需要更深入的研究。

此外，適量的維生素，尤其是B族維生素的攝入以及在運動過程中電解質的補充對緩解運動疲勞的發生均有積極的意義。

4 結語

中樞神經疲勞是運動導致的疲勞重要的表現形式，運動中樞神經疲勞在高強度、長時間的訓練和比賽過程中無法避免。科學、合理的營養膳食補充對延緩中樞神經疲勞和加快機體恢復具有重要的作用。越來越多的研究證實，某些營養素的補充可以緩解運動疲勞，從而提高運動表現。然而，目前中樞神經疲勞發生機制還不十分明確，碳水化合物、蛋白質等營養素補充量以及補充時機對緩解中樞疲勞的作用還需要更深入地研究。