超级马拉松运动中唾液α-淀粉酶活性和尿液糖皮质激素浓度的时程变化*

徐盛嘉， 邓国哲， 张鑫鹏， 李 晨， 谢 丽， 马继政△， 康学军△

(1. 陆军工程大学军事运动科学研究中心, 江苏 南京 211101; 2. 东南大学生物工程科学与医学工程学院， 江苏 南京 210096)

超级马拉松是一种超过标准马拉松的长跑运动竞赛，可分为固定时间或固定距离两种，参与者在长时间的跑步中需要经受许多挑战，包括身体、心理和外界环境[1]。长时间的剧烈耐力运动可诱导严重的肌肉损伤，液体和电解质水平的失衡、炎症的增加、免疫功能、凝血和纤溶系统的变化，以及增加中暑的风险[2]。

生物标志物可以标记系统、器官、组织、细胞及亚细胞结构或功能发生或可能发生的改变，广泛地应用于疾病诊断、药物及疗法的有效性和安全性评价等方面。目前，一些应激标志物已被用于评估运动员在训练和比赛期间的健康、运动水平、损伤和恢复状况，此类标志物是一些人体因应答压力而产生的内分泌因子及其代谢物，其中包括唾液α-淀粉酶(α-saliva amylase, sAA)和糖皮质激素(glucocorticoid, GCS)。sAA活性与人体应激成正相关，可作为交感神经系统激活的标志，响应生理和心理应激[3]。由于运动能引起交感神经系统(sympathetic nervous system，SNS)的激活，因此sAA也被认为是测量运动应激反应的有效指标[4]。GCS是人体内重要的激素，包括有生物活性的皮质醇(游离态)和无生物活性的可的松[5]。前期研究证实，GCS与人体应激之间存在相关关系，运动可以刺激下丘脑-垂体-肾上腺轴(the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA轴)，导致循环皮质醇水平显著增加[6]。尿液中的皮质醇是由血液中游离皮质醇经肾小球滤过而来，基量与血液中具有生物活性的游离皮质醇成正比，因此，测定尿液中的皮质醇浓度可有效反映人体循环皮质醇水平。

在超级马拉松运动过程中，大强度的身体活动会使人体产生不同程度的应激反应，导致损伤风险的增加、抑制运动表现和影响认知功能[7]。进行相关生物标志物的检测可了解个体的应激反应和当前的生理状态，预测个体的身体健康状况和运动中的表现，并且能为监护者提供重要的可操作信息。因此，本研究观察整个超级马拉松过程中sAA活性和GCS浓度的时程变化，以期为长持续性运动中个体身体状况的监控和运动表现的预测提供依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取长期规律参加有氧训练的20名男性健康青年，年龄(22.57±1.63)岁，身高(175.28±4.58)cm，体重(66.95±5.36)kg，体质指数(22.78±1.37)，平均训练年限3年。受试者经询问病史、查体、心电图及超声心动图等检查均未发现有器质性心脏病者，无吸烟史和酗酒史，有规律参加训练(每周有氧训练不少于4次)，排除超重或偏瘦的人员，排除标准为体质指数<18.5或>24.0。

1.2 测试方案

20名参与者在36 h内完成超级马拉松，0 h～12 h和24 h～36 h为运动时间，12 h～24 h为休息时间，夜间睡眠时间约为6 h(17 h～23 h)，累计跑步距离为(171.34±5.14)km。

1.3 样本采集

分别在运动开始前(T0)、12 h(首日结束后，T12)、24 h(次日开始前，T24)、36 h(次日结束后，T36)4个时间点采集测试对象的唾液和尿液样本。唾液采样：清水漱口两次，30 s后用5 ml 离心管收集唾液2 ml，离心处理，吸取上层液体， -20℃保存待用。尿液采样：用无菌离心管收集尿液中段约15 ml，离心处理后，吸取上层液体，-20℃保存待用。

1.4 检测方法

1.4.1 内部负荷检测 利用Polar team2团队心率仪(Polar，Finland)连续记录从运动开始到结束时的心率(heart rate, HR)(除夜间)，通过polar team软件导出数据，并利用Firstbeat SPORTS 系统 (version 4.4.0.2, Firstbeat Technologies Ltd., Finland) 进行分析和计算运动后的过氧消耗值(excess post-exercise oxygen consumption, EPOC)和运动冲量(training impulse, TRIMP)。EPOC计算公式为(VO2REC×TREC) - (VO2BL×TRECe)。TRIMP计算公式为T×[(HRex-HRrest)/(HRmax-HRrest)]×0.64e1.92[(HRex-HRrest)/(HRmax-HRrest)][8]。

1.4.2 sAA活性检测 用纯水分别配制0.04%(w/v)的可溶性淀粉溶液和20 mmol/L的碘化钾-碘溶液，离心后的唾液上清液用纯水稀释10倍备用。

唾液sAA活性采用分光光度法进行测试。分别向比两支比色管中加入1 ml淀粉溶液，向空白管中加入0.1 ml蒸馏水，向待测管中加入0.1 ml稀释100倍后的唾液，再分别加入0.5 ml碘-碘化钾溶液和6 ml蒸馏水，混匀。使用分光光度计(V-1600，上海美谱达，中国)连续在660 nm波长下分别测定空白管和测定管的吸光度值3次，取平均值作为最终数据。

1.4.3 尿液GCS浓度检测 用静电纺丝法[9]制备聚苯乙烯(polystyrene, PS)纳米纤维，在萃取柱底端压实，依次加入甲醇和蒸馏水并排空，活化萃取柱。取10 μl 的10 μg/ml皮质酮内标溶液和1 ml离心后的尿液样本，加入萃取柱加压排空。再向柱内加100 μl的甲醇进行洗脱，进样20 μl，使用高效液相色谱仪(SHIMADZU LC-20AD, Szrisun, Japan)进样检测(色谱柱：Inertsil ODS-3，流动相：甲醇，磷酸二氢钠水溶液)。采用工作曲线法计算得出尿液样本中GCS的含量。

1.5 统计学处理

2 结果

2.1 内部负荷的时程变化

结果见表1，运动中的HR、EPOC峰值和TRIMP值均显著高于安静值。T0-T12与T24-T36之间HR无显著差异(P> 0.05)，但T0-T12的EPOC峰值和TRIMP值均显著高于T24-T36(P<0.05)。显示第2日运动强度和量略小于第1日。

2.2 sAA活性的时程变化

结果见表2，在运动过程中，T12的sAA活性显著高于T0(P<0.05)，经夜间休息后，T24的sAA活性较T0和T12显著降低(P<0.05)，T36的 sAA活性较T24显著增加(P<0.05)，但显著低于T12(P<0.05)。表明运动会引起sAA活性的上升，休息后则会下降。此外， T0的sAA活性显著高于T36(P<0.05)，表明参与者运动前的sAA活性处于较高的水平。

Tab. 1 The average HR , EPOC, and TRIMP during n=20)

Tab. 2 The sAA activity in the process of ultramarathon(U/m, n=20)

2.3 尿液GCS浓度的时程变化

结果见表3，运动过程中，T12、T24、T36皮质醇的浓度均显著高于T0(P<0.05)。经夜间休息后，T24皮质醇浓度相较T12有显著下降(P<0.05)。T36皮质醇浓度较之T24有显著升高(P<0.05)，并且显著高于T12的浓度(P<0.05)。结果显示皮质醇浓度随运动和休息起伏变化，且呈递增趋势。尿液中可的松的浓度呈持续上升态势，各时段均与T0有显著差异(P<0.05)，且活动持续时间越长，差异越明显。

Tab. 3 The GCS concentration in the process of ultramarathon(ng/ml, n=20)

3 讨论

已有研究证明，sAA的活性能够作为SNS激活的标志，响应生理和心理应激，由于运动能引起SNS激活，因此它也被认为是测量运动应激反应的有效指标。Kivlighan等人[10]发现，有氧运动诱导的sAA活性较安静状态增加了三倍。在本研究中，由于运动引起交感神经活动，sAA活性显著增加，经过夜间睡眠后，由于交感神经活动减弱，sAA活性显著下降。此外，sAA的活性也受心理压力的影响。Balodis等[11]报道，主观应激感知(焦虑反应性)与压力测试后的sAA活性以及升高值之间存在显著的正相关关系。本研究中也发现了这一现象，超级马拉松运动前的sAA活性显著高于24 h，此外，超级马拉松运动结束后的sAA活性也显著低于12 h，表明sAA活性对心理应激的反应较为敏感。

GCS的主要成分为皮质醇，在生理、心理应激的作用下，肾上腺皮质分泌和释放皮质醇的量也会显著增加。皮质醇可被骨骼肌、脂肪和肝脏等人体组织吸收，促进代谢底物的可用性，介导了有助于运动和恢复的关键生理过程[12]。运动能极大地激活HPA轴，增加促肾上腺皮质激素释放激素和精氨酸加压素的分泌，促进垂体前叶促肾上腺皮质激素(adreno cortico tropic hormone , ACTH)的合成和分泌，进而激活肾上腺皮质的ACTH受体，增加皮质醇的分泌和释放。循环皮质醇水平提升的速率与运动强度成正比，对训练的不同反应取决于持续时间和运动强度，例如赛艇运动员赛前6周大强度训练中，皮质醇浓度呈上升趋势，在第6周升至较高水平[13]；而核心力量训练后，篮球专业大学生的皮质醇浓度增加并不显著[14]。本研究中的数据表明，测试对象尿液中的皮质醇浓度随着超级马拉松运动的进行而急剧上升，且36 h时的浓度高于24 h时的浓度，证明人体内皮质醇的表达水平与超级马拉松运动的持续时间呈正相关。

Bae等人[15]认为，鉴于11β-羟基类固醇脱氢酶的作用，可的松有望成为测量生理应激的更好标志物。由于皮质醇在人体内存在驻留效应，运动诱导的皮质醇浓度升高后，需要停止运动48 h才会回落到基线水平[16]。为避免皮质醇长期增加带来的不利影响，在夜间休息时，人体会将皮质醇失活为可的松，该机制可防止长时间高浓度皮质醇分泌对人体产生的有害影响[17]。在本研究中，超级马拉松过程中可的松浓度持续增加，而夜间休息后的皮质醇浓度出现回落，但仍高于运动前。

综上所述，sAA活性和尿液GCS浓度均可反映参与者在超级马拉松运动中的应激变化：sAA活性和尿液皮质醇浓度在运动后升高，睡眠后下降，反映出人体应激的变化；而尿液可的松浓度在运动过程中持续升高，反映出运动负荷的积累。因此，通过这种无创手段监测sAA活性与GCS浓度，监护者能够在类似的长时间身体活动中识别参与者的应激状态，并采取一定措施以防止过度疲劳或情绪紧张状态，从而优化运动表现，降低损伤。此外，在日常训练中，监护者也可通过监测sAA活性与GCS浓度评估负荷，调整训练策略以优化恢复，从而提高训练绩效。