支链氨基酸与运动性中枢疲劳

张凯杰

(华东师范大学体育与健康学院 上海 200241)

1 运动性中枢疲劳的概述

1880年，莫索（Mosso）首次提出人体运动性疲劳可能发生在两个部位：一是发生在外周(从神经-肌肉接点至肌纤维内部的线粒体等)，称为外周疲劳；二是中枢疲劳，它发生在中枢神经系统。对于运动性疲劳的研究在中枢神经系统方面很少，其主要集中在外周疲劳方面，这是受传统观念的影响。随着应用新技术和神经生物学研究的发展，运动性中枢疲劳的研究取得了突破性进展，现已从研究细胞的机构与功能，深入到各种神经递质以及酶促反应相关分子方面的研究。运动性中枢疲劳是指发生于大脑至脊髓运动神经元部位的疲劳[2]。中枢神经系统在运动性疲劳的发生过程中起着主导作用，主要表现为中枢运动神经系统的功能紊乱可以使运动神经的兴奋性降低、神经冲动发生频率减少以及脑细胞工作能力下降；另外，大脑中ATP和CP水平明显降低、糖原含量减少、γ-氨基丁酸水平升高以及脑干和丘脑的5-羟色胺明显升高，以上因素的变化均可以降低中枢神经系统的调节能力，是中枢因素导致运动性疲劳的主要原因[3]。

2 支链氨基酸的概述

2.1 支链氨基酸的定义

亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸因其在结构组成上有着相似的支链碳骨架从而被统一命名为支链氨基酸，但三者都不能在人体内合成，必须由食物途径获得，所以属于必需氨基酸类。在氨基酸代谢方面，三种支链氨基酸具有相似的分解与合成的途径，它们分解代谢最终进入三羧酸循环，为机体提供能量。

2.2 支链氨基酸的主要生理功能

人体内支链氨基酸的生理功能很多，主要体现在氧化功能、促进肌肉蛋白质合成、延缓运动性中枢疲劳三个方面。

支链氨基酸作为一类参与供能的特殊氨基酸，安静状态和一般运动时，并不参与氧化供能，但在机体进行长时间持续运动时却是参与供能的重要氨基酸。支链氨基酸主要在肌肉中分解代谢，具有易被氧化的特点。在运动时，支链氨基酸的分解相对于其他的氨基酸分解非常活跃，它能很快的转氨基和氧化，而且其氧化分解产生ATP的效率也高于其它氨基酸，据统计运动过程中支链氨基酸氧化供能约占氨基酸供能总量的60%。越来越多的证据表明，机体在进行长时间的耐力运动时主要是支链氨基酸参与供能[4]。因此对运动员及时补充支链氨基酸，不仅为长时间大强度运动的有氧代谢过程提供物质基础，还可以使运动员保持充沛的体力和良好的竞技状态。

许多实验结果表明支链氨基酸不仅在耐力运动时的供能作用有一定的价值，在促进机体蛋白质的合成方面也有重要的作用。有研究表明，在长时间的运动中会增加机体对蛋白质的需求，因为它会使骨骼肌中蛋白质合成数量降低18%左右。而支链氨基酸对于促进蛋白质合成具有相当重要的作用[5、6]。对于蛋白质合成而言，支链氨基酸中最重要的是亮氨酸，它可作为谷氨酰胺的底物；而谷氨酰胺能最大限度促进肌肉增长，有利于蛋白质合成，因此在骨骼肌和心肌细胞中，支链氨基酸能起到促进蛋白合成和抵抗蛋白分解的作用[7]。通常情况下，组织细胞中的谷氨酸是启动一些不可或缺的细胞功能，如免疫应答和细胞复制的基础能量源泉。事实上机体对谷氨酸的需求是非常大的，肌肉中如果没有持续地由支链氨基酸合成谷氨酸，那么机体内的谷氨酸供给将在几小时内耗尽。因此补充支链氨基酸可以促进运动后恢复期蛋白质的合成代谢、加速肌肉合成、防止肌肉组织的分解,进而提高运动能力。

支链氨基酸除了作用于氧化功能、促进肌肉蛋白质合成之外，还在运动营养方面具有预防和延缓中枢疲劳产生的生物学功能。Blomstrand等人曾将支链氨基酸的补充作为长时间、大强度运动如马拉松、越野滑雪及足球比赛的营养促进手段，在比赛运动前及运动中补充适量的支链氨基酸，可显著提高部分选手的运动成绩和降低心理疲劳程度[8]。胡晓燕等研究支链氨基酸和肌酸对小鼠运动能力的影响后得出口服支链氨基酸或肌酸，可以使机体在运动过程中出现疲劳的时间延长，力竭时血乳酸值降低，从而延缓运动性疲劳的出现[9]。尽管国内外许多学者先后就支链氨基酸与运动性中枢疲劳的关系进行了深入研究与探讨，但由于支链氨基酸对运动性疲劳的影响机制极其复杂，所以到目前为止，对于支链氨基酸的补充是否能影响运动性中枢疲劳的发生，改变运动成绩尚未有定论。

3 支链氨基酸延缓运动性中枢疲劳的作用机制

中枢性疲劳是中枢神经系统的一种内在保护机制，主要由大脑皮层进行保护性抑制作用时所产生的，它的发生与中枢神经系统中特殊物质的改变有关。国内外的学者通过研究发现：长时间大强度运动将会导致血浆内芳香族氨基酸含量升高以及支链氨基酸含量降低，同时促进芳香族氨基酸转运进入脑，使作为单胺类抑制性递质5-羟色胺的前体在脑内含量升高[10]。色氨酸是一种芳香族氨基酸，存在于食物中，在人体内可代谢转变为5-羟色胺。5-羟色胺对运动时中枢神经系统的调节作用相当明显，可以通过抑制多巴能神经系统而引起困倦，从而诱发疲劳，从而降低运动能力。

支链氨基酸影响中枢性疲劳的机制可能是通过影响芳香族氨基酸的转运来实现的：支链氨基酸与芳香族氨基酸要进去大脑内，就必须通过血脑屏障上的中性氨基酸载体转运，因为他们都属于中性氨基酸。在血浆中，支链氨基酸通过血脑屏障进入大脑时，与色氨酸之间存在着竞争抑制，从而对香族氨基酸转运有影响。血浆游离氨基酸在长时间打强度运动下会发生变化，增加游离色氨酸/支链氨基酸比值,促使5-羟色胺的产生。如果及时补充支链氨基酸则可以使游离色氨酸/支链氨基酸比值下降，从理论上讲，补充的支链氨基酸能够竞争性减少色氨酸进入大脑，防止大脑中5-羟色胺的升高，可能会改善和提高运动能力，延迟疲劳感和体力疲劳的产生[11]。

4 结语

运动员要降低运动过程中大脑5-羟色胺的积累可以补充适量的支链氨基酸在运动前或运动中，明显延缓运动中枢性疲劳的产生。但由于机体不能合成支链氨基酸，必须从饮食中补充，所以支链氨基酸被人们作为一种运动营养补剂而广泛使用。随现代科学技术的渗入有关支链氨基酸的研究和应用将进入一个新时期，在运动营养补充品领域中支链氨基酸将有重要的应用价值。随着支链氨基酸对运动性中枢疲劳影响的深入研究，可以使人们对支链氨基酸的生化、生理功能的认识从分子水平入手，在运动实践中，为科学补充支链氨基酸提供更好的科学基础。

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