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对运动性疲劳的研究已有百余年的历史，但运动性疲劳的生化机制至今还没有完全阐明。运动医学界提出了多种假说对其进行解释，从20世纪30年代的衰竭学说发展到80年代的疲劳链和“突变”理论等。这些假说指出：在运动疲劳发生时，机体内离子代谢发生紊乱，自由基增多，氨大量生成，高能磷酸盐和脂肪酸的浓度改变，内分泌、神经、免疫系统的协调平衡被打破等诸多变化，从而导致疲劳的发生。许多学者认为运动性疲劳的发生机制与运动的类型有关，如短时间剧烈运动时出现的疲劳，往往与肌肉中能源物质的消耗及乳酸等代谢产物的堆积这些外周因素有关，而长时间中等强度的运动产生的疲劳，则以中枢神经系统出现保护性抑制的中枢因素为主。中枢神经系统中的神经递质和神经调质参与了这种疲劳的发生，它们大致可分为兴奋性和抑制性两种，前者包括谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)等；后者有γ-氨基丁酸(GABA)和5-羟色胺(5—HT)等。运动时这些递质的变化规律目前尚未完全阐明，对其深入研究不但可以加深对运动性疲劳的理论认识，而且可指导体育运动训练，延迟运动性疲劳的发生和发展。
1 运动与血浆游离氨基酸
许多学者对运动与血浆中氨基酸变化的关系进行了较为细致的研究。1985年Blomstrand〔1〕研究了马拉松运动员和持续1.5小时军训的军人运动前后血浆氨基酸和脂肪酸的变化，结果表明：疲劳性运动可使血浆中的支链氨基酸(BCAA)下降，游离脂肪酸(FFA)显著增加，马拉松运动员的血浆芳香族氨基酸(AAA)的浓度上升，游离色氨酸(F-Trp)的浓度升高了140%；军人血浆中Glu含量上升，AAA变化不明显。这两项运动都属力竭性运动，分析两组差别的原因，可能与机体代谢差异和运动类型、持续时间的不同有关。这两种运动可能使F-Trp／BCAA的比值上升，促使更多的F-Trp进入血脑屏障，脑中5-HT等由此升高，而5-HT在一定的脑区与这种持续性运动中体力和／或精神的改变有关。作者的再次研究〔12〕发现，力竭性运动可使大鼠血浆中BCAA升高，色氨酸总量(T-Trp)下降，尽管F-Trp的变化在训练组中更为明显，但两组的F-Trp／BCAA的比值均增大。长期训练不仅增加血浆中某些AAA的水平，还使力竭性运动对BCAA和氨基酸(AA)的影响更为明显。Struder〔3〕的研究表明：4小时的网球比赛明显降低了运动员血浆中BCAA的水平，增加了F-Trp、FFA的浓度，由此F-Trp／BCAA的比值升高了165%，再一次提示长时间的力竭运动导致血浆F-Trp／BCAA的比值上升，运动疲劳的发生可能与之有关。吴泽志〔4〕证明5000米长跑升高了非运动员血浆中游离氨基酸(AA)的水平。Tanka〔5〕却报道过度训练对运动员血浆中的Trp、BCAA以及Trp／BCAA的比值无多大影响。同年Struder〔6〕的研究发现持续5小时的自行车运动使运动员血浆中兴奋性递质Glu的浓度下降，铵和FFA的浓度升高。这些结果〔1、3、7〕表明：长时间的大强度运动可使血浆中BCAA下降，AAA上升，AAA／BCAA的比值增大，这将使更多的某些递质的前体如Phe、Tyr、Trp进入脑组织，引起大脑内的Trp和5-HT等递质升高，从而导致疲劳的出现。Francis〔8〕在他的研究中发现运动对外周和中枢影响的同步效应，大鼠进行中等强度的耐力运动后，外周和脑内的F-Trp分别增加显著。这种运动性疲劳时AA的变化在其它类型的疲劳研究中也有发现，Takanobu〔9〕检测了冠状动脉旁路移植术后病人和其它外科术后的年老病人的血浆，发现两组病人的白蛋白下降，BCAA几乎不变，F-Trp和F-Trp／BCAA的比值增加。分析其原因，可能是由于能够结合Trp的白蛋白的降低使得F-Trp浓度上升，进而引起F-Trp／BCAA的比值变化，导致更多的F-Trp进入脑内，促使5-HT的合成增强，而部分脑区5-HT的升高可能与病人术后的疲劳发生有关。Remo〔10〕的研究发现急性运动对训练过的大鼠血浆儿茶酚胺(CA)的影响十分显著。Palliar〔11〕的报道与Remo的结果较为一致。中等强度的两周跑台训练对血浆中CA的浓度影响不明显，训练时间的长短也未在两组间引起明显差异；急性运动则显著改变了A和NA的水平，相同长度的运动时间在不同的训练组间未引起显著性差异，在同一组动物中，运动时间的延长同样没有改变CA的最大值，只是推迟了它们的恢复时间。齐燕妮〔12〕的研究表明：长期的耐力训练降低了大鼠血浆中CA的水平，而一次性的力竭游泳使动物血浆中NA的含量增加，A则在限制活动组中下降了4倍，在训练组中呈上升趋势。其原因可能是因为运动训练使交感神经系统的兴奋性下降，抑制了A和NA的分泌，急性运动或许相反，增加了它们的分泌；限制活动组由于长期处于一种应激状态，因此其安静时的NA和A水平均高于训练组。这些结果说明：长期的运动训练可能使交感神经的适应性增强，使CA的分泌减弱(或不变)，急性运动则使CA的活动明显改变。
2 运动与脑内神经递质
脑内游离AA和单胺的含量显著高于血液，脑组织内的单胺的合成前体是AA，而脑组织内所需的AA必须通过血脑屏障才能从血液入脑。运动中，动物血液中的AA的改变会影响中枢递质的变化。由于脑内神经元和胶质细胞种类繁多，有明显的区域分布，故脑内递质的分布和代谢也有明显的区域性差异。
李人〔13〕报道，安静状态下训练和未训练过的大鼠脑中Glu／GABA的比值无明显差别，这意味着它们在安静时各脑区中Glu与GABA的代谢平衡水平是相似的。未训练组的大鼠经过短时间游泳后，部分脑区显著高于安静值，提示脑中出现以兴奋为主的效应，经过长时间(9小时)的运动后各脑区此值明显下降，这意味此时脑中出现以抑制效应占优势的状态。可是运动训练过的动物虽然经过长时间的游泳，中枢抑制过程并不显著。联系大鼠的运动状态与脑中Glu和GABA的含量变化，可以初步认为脑中GABA水平变化与长时间运动引起的运动性疲劳的中枢抑制过程有关，特别是当机体运动出现疲劳时各脑区中Glu与GABA的代谢平衡发生了改变，GABA含量升高幅度大于Glu升高幅度，使脑中以GABA的抑制效应占优势。然而脑中中枢递质甚多，运动性疲劳的产生可能不仅仅与GABA有关，也可能是各种中枢递质综合作用的结果。运动训练可以维持脑组织内环境的稳定性，保证了较长时间肌肉活动时脑的协调以及生理功能的调节。同时运动训练对动物脑中GABA代谢稳定性的影响也是一种适应性的变化。脑中GABA代谢的稳定对脑机能的维持和改善起到积极的作用。这有可能推迟中枢抑制，从而延长运动时间，增强耐力素质，推迟疲劳的发生。Priscilla