唾液睾酮和皮质醇的生物节律变异对男子篮球运动员下肢肌肉力量和爆发力的影响*

谢志勇

(郑州大学体育学院,河南 郑州 450044)

随着现代篮球运动的快速发展，篮球比赛的对抗越来越激烈，逐渐演变为一项速度力量型、对抗体能型的技能类项目，力量对抗不仅该项运动的基本特征，也成为现代篮球运动高水平发展的主要源泉之一。篮球运动中，身体对抗是基础，技术比拼是手段，而力量对抗则是完成技战术、发挥训练水平的重要保证。力量素质决定了篮球运动攻防转换过程中的反应、跑动、提速、篮板拼抢及投篮攻击的有效性。运动员要想拥有突出的竞技能力，在掌握合理的篮球运动技术的基础上，还需拥有良好的身体素质条件，力量素质尤其是最大力量和爆发力是其中重要的组成部分[1]。

甾体类激素(类固醇)睾酮(testosterone，T)和皮质醇(cortisol，C)对于运动员竞技能力形成与发展以及取得优异竞赛成绩起着举足轻重的作用。T是体内主要的同化激素，可促进蛋白合成、增加肌肉体积和力量、增加糖原储备、促进红细胞生成、维持雄性进攻意识、提高神经肌肉工作效率和运动时的功率输出[2, 3]。C作为异化激素，能够触发应激反应，促进分解代谢，维持血压稳定，抑制炎症反应，提高血糖水平但C持续升高则可导致肌肉萎缩以及力量丢失[2, 3]。虽然运动中T和C反应规律的研究较多[4-6]，但是多静脉血进行血清学分析，而通过简单、无创伤的唾液采集分析运动状态较少。已经有证实唾液T和C含量与血清中含量高度相关、重测信度较高[3]，本研究试图采用无创手段收集样本分析T和C指标。

研究证实，运动员的运动能力特别是力量素质存在日节律变异，即清晨最低，下午至傍晚最高[7]；同时T和C浓度亦具有昼夜节律性特征，即均在清晨达峰值、傍晚降至谷值[8, 9]。有学者试图利用不同训练方式调控运动员T和C的生物节律，以期在某一特定时间段使机体处于良好的合成代谢环境，从而有利于运动员调动身体机能、优化训练效果、提高比赛成绩。但是，Del等[8]研究发现，清晨一次急性高强度力量训练并未改变唾液T含量的昼夜节律变异。Shariat等[9]的研究也发现，长期(10周)择时(清晨或傍晚)力量训练对T和C的生物节律未产生显著性影响。那么T和C分泌的日节律性对运动能力有何影响、与运动能力(如肌肉力量和爆发力)生物节律性间有何关系呢?此类研究甚少。因此，因此本研究旨在探讨唾液T和C的生物节律变异与青年男子篮球运动员下肢力量和爆发力的关系，为合理安排训练和竞赛提供依据。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

招募身体健康的20名青年男子篮球运动员(国家二级)参加本实验。排除标准：近半年发生运动系统疾病，近三个月发生急慢性感染者，长期服用药物与营养补剂以及烟酒嗜好者。实验前告知其实验目的、实验流程及可能存在的运动风险并签订知情同意书。受试者基线特征如表1所示。

表1 受试者基线特征

1.2 实验流程

整个实验分为3个步骤，2周内完成。第1步(1天时间)：受试者熟悉实验室环境和实验流程。第2步(1天时间)：测定身体形态学指标(身高、体重和身体组成，数据及变异系数见表1，利用问卷调查其睡眠类型，取1天中4个时间点(08:00、12:00、16:00和20:00)测定口腔温度(oral temperature，Toral)。第3步(每天每个时间点测试2名受试者，共需10天完成全部测试)：选择上述四个时间点进行下肢肌肉力量和爆发力测试，包括下蹲跳(countermovement jump，CMJ)、半蹲跳(squat jump，SJ)、股四头肌最大等长力量(isometric midthigh pull，IMTP)和股四头肌最大随意收缩(maximal voluntary contraction，MVC)，每个测试间隔10 min，每个时间点的测试间隔48 h以避免延迟性肌肉酸痛和疲劳对测试的影响。测试前5～10 min采集唾液标本进行T和C测定，测试后15～20 min嘱嘱受试者依照主观疲劳感觉(rating of perceived exertion，RPE)量表(0～10级)读出RPE值。每次测试前1～2 h饮用300～500 mL纯净水并给与一份标准膳食用餐(身体形态学指标测试保持空腹，其他测试餐后进行)。实验期间清淡饮食，只进行小负荷的恢复训练，每晚至少保证8 h睡眠，清晨06:30起床。

1.3 人体形态学指标测定

体质检测组件测定受试者身高、体重并计算体重指数(body mass index，BMI)。用体成分仪(Inbody 3.0，韩国)测定身体组成，指标包括脂肪重量、去脂体重和体脂百分比(注意事项：受试者测定前保持空腹状态并排空大小便)。

1.4 睡眠类型调查

利用Horne和Ostberg[10]编制、张斌等[11]翻译的清晨型-夜晚型评定量表(Morningness-Eveningness Questionnaire，MEQ)中文版调查其睡眠类型。MEQ包含19个条目，总分从16～86，依照中文版划分标准可分为5类：绝对清晨型(70～86分)、中度清晨型(63～69分)、中间型(50～62分)、中度夜晚型(43～49分)和绝对夜晚型(16～42分)，得分越高越倾向于清晨型。

1.5 口腔温度(Toral)测定

采用经常规消毒的水银柱式口腔温度计(误差<0.1℃)测定口腔温度。先安静坐位休息15 min，然后将温度甩至 35.0℃以下，将温度计水银端斜放于受试者舌系带处，闭紧嘴唇，用鼻呼吸，测量时间为10 min。

1.6 唾液T和C测定

收集1～2 mL唾液，迅速转入﹣80℃低温冰箱冻存待测。利用酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)测定T和C含量，试剂盒购自南京建成生物工程研究所，严格按照试剂盒说明进行操作，单位分别为pg/mL、μg/dL。该方法的重测信度和变异系数(CV)分别为：T(r=0.88，CV=4.1%)和C(r=0.91，CV=3.5%)。

1.7 力量测试

包括CMJ、SJ、IMTP和MVC，其中CMJ、SJ和MVC属于动力性力量，IMTP属于静力性力量。CMJ、SJ和IMTP测试仪器为三维测力平台(kistler，瑞士)和高速摄影机(SONY，日本)，采样频率为200 Hz；MVC测试仪器为等速肌力测试仪(Cybex 6000，德国)。先进行 5 min 的热身，之后每人测试3次，取最高值。CMJ测试程序[12]：双手叉腰站在测力平台上，起跳时从直立位开始向下反向预蹲，再向上用力跳起；SJ测试程序[13]：双手叉腰半蹲在三维测力台上，起始膝关节角度为90°，嘱其全力起动完成起跳；IMTP测试程序[14]：调节固定在训练器上的杠铃杆高度使受试者膝关节角度保持130°(直立时为180°)，受试者以最大力量垂直上拉杠铃杆并保持5 s。描绘力量-时间曲线以获取峰值力量(peak force，Fpeak)、峰值功率(peak power，Ppeak)和最大力量生成速率(peak rate-of-force development，RFDpeak)[15](注：RFD为力量-时间曲线中力量产生发展的变化率，而曲线爬升最陡、力量发展最快的变化率即为RFDpeak，是评价肌肉爆发力的重要指标之一)。MVC测试方法[16]：将等速肌力测试仪测试模式选择为等速向心模式，测试速度为120°/s，嘱受试者尽全力屈伸膝。各指标中CMJ(Fpeak)、SJ(Fpeak)和MVC反映动力性最大肌肉力量，IMTP(Fpeak)反映静力性最大肌肉力量，CMJ(Ppeak和RFDpeak)、SJ(Ppeak和RFDpeak)反映动力性肌肉爆发力，IMTP(RFDpeak)反映静力性肌肉爆发力。各测试方法重测信度和CV分别为：CMJ(r=0.96，CV=2.1%)、SJ(r=0.98，CV=1.8%)、IMTP(r=0.97，CV=2.0%)和MVC(r=0.99，CV=1.2%)。

1.8 统计学处理

所有数据以“均数±标准差”表示，用SPSS 15.0统计软件进行数据处理与分析，先利用Shapiro-Wilk进行正态性检验。各指标各时间点的时程变化使用重复测量的方差分析，多重比较使用LSD检验；唾液T、C以及Toral与各运动能力指标的关联使用简单相关分析并计算Pearson相关系数(r)。统计学差异定为P<0.05。

2 结果

2.1 受试者睡眠类型

通过MEQ量表，20名受试者中2名(10.0%)表现为中间型，11名(55.0%)表现为中度夜晚型，5名(25.0%)绝对夜晚型，绝对清晨型和中度清晨型各1名(2名，10%)。因此大多数(16名，80.0%)受试者均属于偏爱晚睡晚起的夜晚型。

2.2 肌肉力量与爆发力的变化

CMJ(Fpeak)、IMTP(Fpeak)和CMJ(Ppeak)在08:00、12:00和20:00时均低于16:00时(P<0.05)；CMJ(RFDpeak)和IMTP(RFDpeak)在08:00和20:00时均低于16:00时(P<0.05)；SJ(Fpeak)、SJ(Ppeak)、SJ(RFDpeak)和MVC只在08:00时低于16:00时(P<0.05)。见图1-4。

图1 Fpeak的变化注：*P<0.05，与16:00时比较

图2 Ppeak的变化注：*P<0.05，与16:00时比较

图3 RFD的变化注：*P<0.05，与16:00时比较

图4 MVC的变化注：*P<0.05，与16:00时比较

2.3 唾液T和C含量的变化

唾液T和C含量在08:00和12:00时均低于16:00时(P<0.05)，08:00时最高，20:00时达到最低值。见图5。

图5 唾液T和C含量的变化注：*P<0.05，与16:00时比较

2.4 Toral的变化

Toral在08:00、12:00和20:00时均低于16:00时(P<0.05)。见图6。

图6 Toral的变化注：*P<0.05，与16:00时比较

2.5 RPE的变化

RPE在08:00和20:00时均高于16:00时(P<0.05)。见图7。

图7 RPE的变化注：*P<0.05，与16:00时比较

2.6 相关分析

唾液T和C与各运动能力指标均无显著相关性(P>0.05)；Toral与CMJ(Fpeak)、CMJ(Ppeak)以及IMTP(Fpeak)均显著正相关(r=0.81，P<0.05；r=0.75，P<0.05；r=0.86，P<0.05)。

3 讨论

研究证实，机体的短时运动能力存在生物节律变异[17]。本研究结果发现，篮球运动员CMJ各参数(Fpeak、Ppeak和RFDpeak)存在显著的昼夜节律性变化，且下肢肌肉力量与爆发力在下午16:00达峰值，这与West等[17]的报道基本一致，即CMJ在清晨08:00时最低，下午16:00达峰值。然而本研究中SJ各变量除在08:00低于16:00时外，其他时间点均无显著性差异，而West等[17]针对橄榄球运动员的研究同样未发现SJ具有显著的昼夜节律性。MVC的变化规律与SJ基本一致(即08:00低于16:00时，其他时间点无显著性变化)。上述结果提示CMJ较SJ和MVC的生物节律效应更为明显。由于后两种测试模式的开始阶段肌肉未预先进行离心收缩，即未充分利用肌肉与肌腱的弹性成分，由此产生的肌力并不能体现其最大运动能力，因此推测肌肉与肌腱的弹性成分是构成肌肉力量和爆发力的主要因素[18]；然而CMJ测试时先将肌肉拉长，充分利用运动系统的弹性成分(即超等长收缩)。有研究证实[17]，肌肉与肌腱的弹性随生物节律而变化，因此肌肉力量亦呈现昼夜波动性，因此CMJ(而非SJ和MVC)呈现出显著的昼夜节律性。

最大等长力量(maximal isometric strength)对于篮球运动员训练和比赛时的运动表现具有重要作用[19]。实验证实[19]，IMTP与最大力量测试高度正相关，因此研究IMTP的日节律变异对于探索等长力量的生物节律特点以及为运动员合理安排训练和比赛均具有积极意义。既往研究多采用单关节(伸膝如MVC)运动方案测定等长力量[16]，本研究则采用多关节运动模式，结果发现，IMTP中Fpeak和RFDpeak均具有明显的昼夜节律特点，即16:00时达峰值，08:00时达谷值，这与前人利用单关节测试方法的结果基本一致[20]，提示IMTP是评价等长力量生物节律的有效方法。

研究发现，多种影响运动能力的激素(如C和T等)在安静时均具有昼夜生物节律特性，其中C水平在清晨时达到峰值，随后呈线性下降并于20:30达谷值[8]，T含量的变化与C基本一致，即在08:00最高、20:00最低。由于篮球训练和比赛时主要依赖于运动员在运动中维持高水平功率输出的能力[9]，因此各种激素的互相调节与作用可能对运动能力产生影响。本研究利用ELISA法测定唾液T和C的含量并发现，两者均具有显著的昼夜节律特点(即08:00时含量最高，20:00时最低)，与血清中T和C含量的变化特征相吻合。有学者发现长期力量训练后血清T和C含量与最大力量显著相关[8, 9]，然而本研究未发现唾液T和C与各运动能力参数存在关联，可能与实验对象的选取、标本采集、测试方法等因素有关，同时提示T和C含量的变异或许并不能反映肌肉力量和爆发力的节律性波动。本研究结果与Arazi等[21]的假设趋于一致，即激素水平的急性变化实际上反映了机体承受应激的程度，但并不必然预示运动能力的变异。

体温与机体的运动能力同步变化，且普遍认为体温的昼夜变异是运动能力存在生物节律的重要原因之一[22]。本研究中，Toral存在明显的昼夜节律，16:00时最高、08:00降至最低；相关分析显示，Toral与CMJ(Fpeak)、CMJ(Ppeak)以及IMTP(Fpeak)均显著正相关(r分别为0.81、0.75和0.86)。Chtourou等[7]指出，下午时肌肉力量升高与此时体温水平较高有关，与本研究结果基本一致。另一项研究发现[23]，环境温度亦可影响最大力量输出。Bergh等[24]的研究显示，体温每下降1℃，运动能力降低5%。体温升高可上调代谢酶活性、促进糖原分解和糖酵解、加快ATP再合成，进而提高能量代谢系统的供能效率，降低肌肉粘滞性、扩张血管、增加肌肉血供、有利于肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用、增加动作电位的传导速度[22]，因此可促使肌肉产生更大的张力，表现为力量素质增加。

此外，本研究还发现，运动后RPE的变化同样存在日节律性变异，即08:00和20:00时高于16:00，提示从运动皮层到感觉皮层的神经传导可能具有生物节律特征。运动后的感觉机能存在昼夜节律的原因可能与一日中不同时间段机体承受多种应激源有关。Willis等[25]观察了昼夜节律对应激作用下焦虑和心血管反应的影响并发现清晨时的焦虑水平以及心血管反应的程度较傍晚明显增加。与此类似，Kudielka等[26]报道，清晨时的心理和生理应激反应显著高于傍晚。因此可以推测，机体在清晨时承受的较高的心理和生理应激水平是造成该时段疲劳感觉增加的重要原因之一。由于体温可提高骨骼肌纤维中粗细肌丝的相互作用进而改善肌肉力量[22]，这在一定程度上也解释了RPE存在昼夜节律的现象。本研究中大多数受试者为晚睡型，从心理生理学角度分析，晚睡型个体倾向于推迟活动的时间。Rae等[27]的研究显示，晚睡型个体体温以及某些激素等生理指标的生物学周期明显晚于清晨型。清晨和夜晚肌肉温度较低将影响肌肉的机械效率以及肌肉和肌腱的弹性与伸展性，因此造成相应时间段力量素质下降，进而导致主观费力程度与疲劳感(RPE值)增加。

需要提及的是，本研究纳入受试者的睡眠类型大多数(80.0%)属于夜晚型，即作息时间上偏爱晚睡晚起。虽然在实验过程中受试者每天睡眠不少于8 h，清晨06:30起床，但这与受试者实验前的作息规律可能并不相符。睡眠习惯突然改变对身体机能和运动能力的作用尚不得而知，但有研究证实[28]，睡眠改变可影响某些激素如褪黑素的生物节律性。因此今后的研究应将受试者的日常行为模式作为影响变量加以考虑。此外，全面深入探索运动能力的生物节律特征与机制需要在实验设计上尽可能增加采样时间点，本研究设置4个时间点并证实了运动能力的日节律变异特性，多数研究设计2个采样点(清晨 vs. 傍晚)亦得到相似结论[7]。本研究的结果并不表示运动员运动能力的峰值必然出现在16:00时，而只是反映了机体的生物节律系统存在波动性。每名运动员均存在个性化的生物节律规律，因此最佳运动能力出现的时间往往难以精确限定。今后的研究应设置多个采样点以了解生物节律对运动能力的影响，同时教练员在掌握生物节律一般规律的同时还应探究每名运动员最佳运动能力出现的具体时间段，从而为运动员制定科学的个性化的训练方案。

4 结论与建议

青年男子篮球运动员唾液T含量、C含量、Toral、测试后RPE以及CMJ和IMTP各变量(Fpeak、Ppeak和RFDpeak)具有明显的生物节律特征；Toral与CMJ、IMTP显著正相关，但是唾液T和C含量与下肢肌肉力量和爆发力各指标均无相关性；提示口腔温度对于运动能力生物节律的预测作用较激素(T和C)更为敏感，RPE可能是运动员力量训练监控的参考指标，并建议下肢力量训练和测试应尽量安排在下午进行。