5-羟色胺及其相关代谢物与运动性中枢疲劳

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(1.浙江中医药大学第三临床医学院，浙江 杭州 310053；2.浙江中医药大学附属针灸推拿医院，浙江 杭州 310009)

运动性疲劳是运动医学疾病中的常见病，是一种非常复杂且涉及面极广的现象[1]。本文就5-羟色胺(5-HT)及其代谢产物与运动性中枢疲劳的相关研究，作一简述。

1 运动性中枢疲劳

就中枢疲劳而言，尽管中枢神经功能紊乱可作为最基本表现，同时受其他诸多因素的影响，是一个高度整合的过程。目前很难给出一个准确的定义。现在普遍认为中枢疲劳是一种中枢负性变力的结果，中枢疲劳(力量和功的输出无法维持在预期水平)是不能够仅用肌肉本身功能紊乱来解释，是与中枢神经系统特异性功能改变有关的疲劳。实际上，在日常生活中，疲劳产生的原因是由于中枢不能够对肌肉产生和维持正常的神经冲动。此外，甚至还伴随常见的感染和其他病愈后虚弱性疲劳、外伤及手术的恢复、慢性疲劳综合征和各种精神紊乱的产生，这些都与肌肉本身无关,而可能与中枢神经系统的功能有关。5-羟色胺作为脑内神经递质，是一种抑制性递质，并认为长时间运动时脑内5-HT升高导致中枢疲劳,从而降低从中枢向外周发放的冲动，因而降低运动能力。

2 5-羟色胺与运动性中枢疲劳

Brachas首先报道了长时间运动后大鼠大脑5-HT变化，发现3 h低强游泳导致5-HT明显升高[2]。Struder等发现5 h的踏车运动提高了9名男性被试者血浆游离色氨酸和游离色氨酸/BCAA的比值[3]。Chaouloff等发现,无论是超长低强度游泳还是剧烈的跑台运动员大脑5-HT均增加[4]。Bailey认为5-HT浓度升高使机体乏力、困倦、食欲不振、睡眠紊乱，对大脑皮层抑制作用增强,过量的5-HT有可能在中枢系统引起人体疲劳[5]。至于运动对其影响，如前所述,由于运动时间延长，骨骼肌利用脂肪和支链氨基酸供能增加，导致血液中支链氨基酸(branched-chain amino acids，BCAA)浓度下降，游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)浓度上升，FFA调节脑中5-HT的合成，BCAA与色氨酸竞争性进入脑中，色氨酸与BCAA的比值升高,色氨酸进入大脑增加5-HT的生成加快含量升高，引起中枢疲劳产生[6]。Weicker通过实验发现服用5-HT的耐力运动员以中等强度在功率自行车运动至力竭，其力竭时间和运动员的认知能力均比服用安慰剂或BCAA的训练组降低，3周耐力训练期间，凝血细胞膜上的5-HT载体和受体基础值增加，血浆催乳素基础水平下降；训练4周后，运动员的5-HT载体没有变化，但受体数量增加，血浆催乳素水平提高中枢疲劳加剧，实验结果证明,运动对神经递质5-HT的影响与运动员的训练阶段和强度有关，提示长时间运动中，中枢疲劳的产生受神经递质5-HT的影响,其机制可能是长时间运动会引起5-HT受体数量增加[7]。Davis以及Wilson在人体所作的实验证明,以70%VO2强度进行长时间跑步或骑车前服用5-HT的激动剂(Paroxetine或Fluoxetine),运动时间缩短，与对照组比较疲劳程度较高但心血管系统体温调节和代谢功能无差异，这些都提示，运动中大脑5-HT水平的提高是影响乃至决定运动疲劳的主要因素[8]。微透析技术可以在动物清醒状态下测定脑内各区细胞外的神经递质及其代谢产物的动态变化，更真实地反映神经递质在大脑活动中的瞬间变化。Bequet等[9]运用该项技术观察海马中5-HT含量的变化，发现5-HT含量逐渐升高，至恢复后30 min达到高峰。以上资料提示长时间运动能促进中枢系统中5-HT的合成和更新转化。

3 5-HT相关代谢物与运动性中枢疲劳

3.1 色氨酸(TRP)与运动性中枢疲劳 TRP以两种形式存在于循环血中,一是结合型，TRP松弛地与血中白蛋白结合，血浆中脂肪酸(fatty acid,FA)可竞争性地与白蛋白结合;二是游离型即未结合于白蛋白上，可通过血脑屏障。f-TRP要穿透血脑屏障必须借助特殊的载体，而这些载体又可以与其他中性氨基酸结合，尤其是支链氨基酸(BCAA)，包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，故脑内f-TRP浓度的高低取决于血浆中f-TRP浓度和BCAA浓度及其比值的高低，也就是说，脑内5-羟色胺合成增加与血中f-TRP含量的增加密切相关。长时间运动中f-TRP/BCAA比值升高原因有二：一是运动中骨骼肌收缩，血中BCAA被氧化吸收供能；二是运动使血浆中FA浓度增加，将白蛋白结合位点上松弛结合的TRP替换下来,从而导致血浆中f-TRP相应升高[10]。因此，长时间运动使血中f-TRP/BCAA比值升高,进而穿透血脑屏障的f-TRP增多,且色氨酸羟化酶对其底物是不饱和的[11],故中枢神经细胞合成的5-HT亦相应增多，中枢疲劳也相继出现。Chaouloff等[12]从动物实验中发现进行跑台运动(20 m/min)1～2 h后的大鼠血浆总TRP浓度无改变,但血浆f-TRP显著升高，并伴脑TRP和5-HIAA浓度的升高；同时也观察到在脑脊液中也存在相似的改变，运动后1 h恢复至基础值[13]。

在人体试验中进行中枢的5-HT含量测定并不可行,一般都通过检测血样中f-TRP含量以及f-TRP/BCAA来推测5-HT在人体运动性中枢疲劳的作用。Ohta等[14]观察人在连续跑步24 h后血清f-TRP和FA水平较运动前显著升高,但血清5-HT水平未出现明显改变，认为连续跑步24 h可诱导脑疲劳。

3.2 5-羟吲哚乙酸(5-HIAA)与运动性中枢疲劳 5-HIAA是5-HT分解代谢的最终产物，药物可影响5-HT的代谢(可由其代谢物5-HIAA水平反映出)。有些功能失调并非是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，而血清素代谢物5-HIAA水平通常下降。有研究表明，这些药在百分比含量多时能使5-HT升高而使5-HIAA下降。对安静状态和运动状态下大鼠不同脑区中5-HT和其主要代谢产物5-HIAA进行测定,发现随运动时间的延长,5-HT和5-HIAA升高，至疲劳时达最高值。Bailey等[5]观察了大鼠以60%～65%VO2max强度在跑台上运动1 h、3 h(力竭)后均使大鼠中脑、纹状体及下丘脑的5-HT和5-HIAA显著升高，海马仅有5-HT升高，升高幅度尤以运动后3 h为明显，说明长时间运动中大脑5-HT和5-HIAA含量显著升高，尤在疲劳时加剧。

4 小结

越来越多的研究表明，在运动情况下，不论是间歇性运动或持续性运动，都会使f-TRP更容易进入脑内，使脑中5-HT浓度升高，机体出现体力疲劳。特别是脂肪运动结果,使游离脂肪酸(FFA)增多并与TRP争夺血清蛋白的结合位点，进而导致f-TRP水平升高，促进f-TRP经血脑屏障进入脑组织中。此结果支持TRP有促进中枢疲劳的观点。另外，长时间运动脑内5-HT合成取决于血浆中f-TRP浓度和BCAA浓度及其比值的高低,脑内5-HT浓度升高均与运动性中枢疲劳发生密切相关。进一步印证了中枢疲劳假说。

5-HT作为脑内重要神经递质，参与机体情绪、食欲、睡眠等多项生理功能的调节,又与运动性中枢疲劳发生息息相关。康复理疗是运动疲劳恢复手段之一，对运动性疲劳的消除和运动员竞技状态的提高有良好效果。然而对于康复手段是否能通过中枢层面发挥抗运动性疲劳和促疲劳超量恢复,目前还不清楚。康复手段是否能通过干预5-羟色胺系统发挥抗疲劳效应，这些问题都有待于进一步深入研究。

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