基于生物节律对运动训练影响的分子学机制及新视点研究

陈 梅（长安大学 陕西 西安 710064）

基于生物节律对运动训练影响的分子学机制及新视点研究

陈 梅（长安大学 陕西 西安 710064）

体内的昼夜节律是由机体的内源性生物钟驱动的，该生物钟与许多生理和行为的过程有关，如睡眠-觉醒周期、体温波动、激素水平等。本文主要综述了生物节律的概念、发生的机制以及对运动训练影响的分子生物学机制，以期为教练员运动中准确把握和利用生物节律，科学地安排、控制和调整训练计划提供理论依据。

生物节律 运动训练 分子生物学 基因表达

1、生物节律概述

1.1、概念与分类

节律性是生命活动的基本特征之一，是生物在漫长的进化过程中适应自然界周期变化的结果。在生物体内，存在着一种类似时钟的机构，调节着动物行为和生理变化的节律，生物学上把这种现象称为生物节律。生物节律是存在于生物体内各个层次，从微观的脱氧核糖核酸的复制和转录、酶的催化的生物化学反应，到细胞、组织、器官的生长与恢复以及人体机能活动都呈现出周期性的变化规律。人体的生物节律可按频率高低分为高频节律、中频节律及低频节律三类。（1）高频节律：指节律周期短于一天的节律，如心电图的变化周期、呼吸的变化周期等；（2）低频节律：指节律周期长于一天的节律，它包括日节律、月节律和年节律：①日节律又称日周期。以24小时为周期的节律，通称昼夜节律（如体温、血压、血细胞数、糖皮质激素、代谢水平等均呈昼夜节律变动）。②月节律。约29．5天为一期，主要反映在动物动情和生殖周期上。③年节律。动物的冬眠、夏蛰、洄游，植物的发芽、开花、结实等现象均有明显的年周期节律；（3）中频节律：指节律周期为24小时的节律，即日周期，它是一种重要的生物节律。

1.2、生物节律的构成

生物节律的构成可包括两方面：一是生物固有节律，即生物体本身具有的内在节律。二是生物节律受到自然界、环境变化的影响而能与环境同步。我们可以利用这一特点，调整人体某些功能的周期位相，为运动训练服务。据研究，下丘脑存在有控制生物节律的中心。生物节律这一机体功能活动的特征，使机体对环境的变化能作出更好的前瞻性适应。如日周期可使机体生理功能根据昼夜变化有序地进行。了解生物节律知识的重要的生理意义在于使生物机体能更好地适应外环境的变化。

1.3、生物节产生的分子机制

就目前最新研究表明，下丘脑中的视交叉上核是形成生物节律的主要结构。关于生物节律分子机制的观点。一种观点认为，生物钟基因是一种正常的持家基因（house-keepinggene），在所有细胞中都能进行常规表达，并为昼夜的生命活动提供基本功能。当这部分基因被激活后，就形成产生昼夜节律的调节网络。这种观点的证据，是许多生物分子的周期性变化都与昼夜节律有关，而不仅仅是某一种生物分子或生物过程由生物钟调节或启动。另一种观点认为，昼夜节律由一种或几种专一的、不同于持家基因的元件组成，这个元件的主要功能就是产生昼夜节律。这个观点认为，存在着启动和维持生物钟的特定的基因。虽然还没有证据表明，昼夜节律不是持家基因的次级结果，但越来越多的研究提示可能存在一系列专门的昼夜节律基因。无论昼夜节律以何种形式存在，它在几乎所有的动物中发挥着重要的生物学功能则是毫无疑义的。

2、生物节律对运动训练的影响及其机制

2.1、应激轴与生物节律

下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA）在机体在运动过程中起着重要的作用，它是机体感知内稳态失衡威胁时的反应部位，由下丘脑、垂体、肾上腺皮质组成，其功能结构是一个经典的神经内分泌环。同时，它对免疫功能亦有很大影响，如糖皮质激素具有免疫抑制的作用。HPA轴分泌的激素均呈现昼夜节律性，促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）、促肾上腺皮质激素（ACTH）和糖皮质激素的最高浓度出现在早上6点到8点，以后逐渐减少，最低浓度出现在夜间10点至凌晨2点，以后逐渐增加，这一节律与松果体褪黑素（MLT）恰恰相反，提示MLT和HPA轴之间可能存在一定的联系，并且很多学者在研究中也证实了二者之间的了联系，因此HPA轴很可能是松果体MLT调节免疫功能所经由的一个重要途径。这就提示在运动训练过程中，要尽量安排在HPA轴分泌的高峰期，这样可以为运动训练过程中保持能量供应和内环境的稳定以及运动后的恢复提供保证。

2.2、交感-肾上腺系统与生物节律

交感—肾上腺系统的主要机能是动员机体的能量贮备和机能能力，而人体正是依靠能量供应才能进行肌肉活动，即交感—肾上腺系统兴奋，可使肝糖元迅速动员分解，以满足人体活动的能量需要，而肾上腺皮质激素分泌量在24小时中是有节律的，在每天凌晨4时开始增多，上午8时达到高值，以后逐渐下降，到凌晨4时达到低值，这就提示，在进行短时间较大强度负荷训练后，短时间休息比长时间休息效果好，比长时间的集中训练后，长时间休息效果更好。

不过从各种生物节律综合看，一个人一天中会出现两个机能高潮，一个是上午9-11时，9时活动性提高；10时注意力和记忆力达到高峰，精力充沛，处于最佳运动状态，最宜工作训练；11时心脏依然努力工作，人体不易疲劳。另一次是在下午17-18时，17时工作效率更高，运动员的运动量可以增加，甚至可以加倍；18时体力和耐力达到最高峰。除了全天生理机能周期变化外，很多科学家还发现，人体最佳工作持续时间是90-100分钟，工作这样一段时间后就应该进行短时间休息，研究者将其称为“工作—休息周期”。这样既能使训练刺激对肌肉、循环和呼吸系统发生作用，也能根据节奏促进人体的恢复过程，缓解疲劳，积蓄下一次训练时所需的体力。

2.3、受体酪氨酸激酶与生物节律

受体酪氨酸激酶（receptortyrosinekinase，RTKs） RTKs是最大的一类酶联受体，它既是受体，又是酶，能够同配体结合，并将靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化。酪氨酸激酶2（PYK2）是骨祖细胞和骨形成的一种关键性调节物。PYK2可以促进破骨细胞功能和活动，降低破骨细胞活动，维持骨水平。但是，当前的研究显示破骨过程不需要PYK2，PYK2的抑制实际上促进骨形成。目前发现受体酪氨酸激酶在生物节律中主要作用于两方面：一是在细胞内直接通过磷酸化作用调节Per等节律基因蛋白，影响其核定位和基因表达；另一方面就是与中枢核团视交叉上核（SCN）的节律细胞活性的GABA、受体有时间节律地形成复合体，从整体影响机体的生物节律。因此，针对与青少年运动员，要充分利用受体酪氨酸激酶对生物节律的调节作用来促进骨的分化和生长。

3、研究展望

生物节律是生物体最普遍的一种节律，它的失调必然导致疾病。随着现代时间生物学在体育运动中的广泛应用，人们越来越注重用科学的生物节律理论与方法，但是人类对昼夜节律的完全认识还有很长一段路程。目前，对昼夜节律的研究资料多来自动物，那么作为运动员，他的机制是否与动物完全一样？运动员自身生物学改造过程的有效性，除取决于整个机体生活制度和训练安排，还取决于人体生理过程的自然节律。因此，研究生物节律是如何从整体上调节各组织器官的？有哪些基因参与昼夜节律的调节？调节的生物化学基础是什么？另外，一些生理指标如心率、呼吸功能和耗氧量、血压大体同体温的生理节律变化同步，但血糖、肝糖、红细胞与白细胞的数量以及血中氨基酸含量等尽量都具有24小时的节律变化，但这些因素并非完全同步，所以在运动训练中怎样运用这些因素的综合效应，更合理地安排训练计划还有待于进一步探讨、研究。这些问题的解决，可使机体对外环境变化能作出前瞻性适应，使人体的生理功能和运动能力能在特定的时间内得到最好的表现。这将对运动训练过程实施科学监控，减少和避免运动损伤，提高运动训练效果和成绩提供更有力的保证。

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