運(yùn)動(dòng)疲勞是發(fā)生于多器官、多細(xì)胞和多分子水平上的一連串事件，其產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)制非常復(fù)雜。根據(jù)各種生理誘發(fā)因素的作用途徑、位點(diǎn)和方式可以將運(yùn)動(dòng)疲勞分為外周疲勞和中樞疲勞。外周疲勞通常被定義為肌肉功能的受損，而中樞疲勞是指大腦無法維持產(chǎn)生所需動(dòng)力或輸出所需能量的驅(qū)動(dòng)力，指的是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部的過程。

       雖然中樞疲勞的產(chǎn)生機(jī)制仍不完全清楚，但研究表明，中樞疲勞可能與某些神經(jīng)遞質(zhì)的消耗或積累有關(guān)。5-羥色胺(5-HT)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要作為神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮生理功能，其以色氨酸作為原料在色氨酸羥化酶(TPH)等酶的催化作用下合成。研究認(rèn)為，5-HT在神經(jīng)元中的濃度變化與中樞疲勞密切相關(guān)，5-HT在腦組織中的累積會(huì)造成中樞疲勞。現(xiàn)有研究成果認(rèn)為，造成5-HT在神經(jīng)元細(xì)胞中的累積主要是通過血腦屏障氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體調(diào)節(jié)的，5-HT的合成前體色氨酸與支鏈氨基酸（BCAA）競(jìng)爭(zhēng)性地通過血腦屏障氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體從血液進(jìn)入神經(jīng)元，在長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過程中，血液中的BCAA被大量消耗，造成更多的色氨酸進(jìn)入神經(jīng)元，產(chǎn)生更多的5-HT以致過量累積，最終造成中樞疲勞。

       多巴胺(DA)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量最豐富的兒茶酚類神經(jīng)遞質(zhì)。研究表明，DA可以抑制5-HT合成途徑中的限速酶TPH的活性，進(jìn)而抑制5-HT的形成。研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中5-HT/DA較低時(shí)可以提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，而其比例較高時(shí)會(huì)降低機(jī)體的興奮度，降低運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性和積極性，造成中樞疲勞。另外，根據(jù)巴甫洛夫?qū)W派的觀點(diǎn)，大腦產(chǎn)生的保護(hù)性抑制引發(fā)了運(yùn)動(dòng)疲勞。在高強(qiáng)度的腦力或體力運(yùn)動(dòng)時(shí)，大量沖動(dòng)刺激大腦皮質(zhì)相應(yīng)的神經(jīng)元，產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間興奮，為避免糖原等能量物質(zhì)過多消耗，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，大腦皮層會(huì)產(chǎn)生保護(hù)性抑制作用，產(chǎn)生疲勞感提醒身體停止運(yùn)動(dòng)，在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中，血漿支鏈氨基酸的含量會(huì)減小，使芳香族氨基酸(AAA)/支鏈氨基酸(BCAA)值增加，此外，疲勞時(shí)大腦中的γ-氨基丁酸含量增加，也會(huì)導(dǎo)致大腦皮層產(chǎn)生抑制。

       能量耗竭、代謝產(chǎn)物蓄積、氧化應(yīng)激和Ca2+代謝紊亂是當(dāng)前疲勞產(chǎn)生機(jī)制的主流學(xué)說，它們對(duì)肌肉和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響可能直接導(dǎo)致了疲勞的產(chǎn)生。

       1、能量物質(zhì)耗竭

       三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)是人體各項(xiàng)生命活動(dòng)中的直接能源物質(zhì)， 此外還有糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為機(jī)體運(yùn)動(dòng)間接供能。運(yùn)動(dòng)時(shí)，磷酸原系統(tǒng)、乳酸能系統(tǒng)、有氧氧化系統(tǒng)為生命活動(dòng)提供能量。當(dāng)能量供應(yīng)充足時(shí)，肌肉組織工作正常，從而完成運(yùn)動(dòng)過程，隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)或運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的提高，機(jī)體逐漸依賴肝臟和肌肉中的糖原分解供能。當(dāng)糖原產(chǎn)生的能量無法維持需求且得不到及時(shí)補(bǔ)充時(shí)，機(jī)體就會(huì)出現(xiàn)外周疲勞。

       研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)體運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度是通過影響能源物質(zhì)消耗速率從而影響運(yùn)動(dòng)疲勞產(chǎn)生：在短時(shí)間、高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中，ATP-CP 系統(tǒng)提供主要能量，體內(nèi)ATP和磷酸肌酸等高能磷酸物含量下降，當(dāng)疲勞產(chǎn)生時(shí)，肌肉中的磷酸肌酸含量降至運(yùn)動(dòng)前的20%，在長(zhǎng)時(shí)間、低強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中，有氧氧化系統(tǒng)提供主要能量，糖原作為儲(chǔ)能物質(zhì)被分解用以供給運(yùn)動(dòng)消耗和維持血糖平衡，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)會(huì)大量消耗糖原，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)性疲勞。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)狗運(yùn)動(dòng)至疲勞時(shí)，血糖含量下降，注射腎上腺素，機(jī)體對(duì)肌組織的糖利用率提高，使血糖濃度升高，狗的運(yùn)動(dòng)能力明顯恢復(fù)。此外，脂肪水解會(huì)產(chǎn)生大量的自由脂肪酸，血漿游離脂肪酸的累積會(huì)促進(jìn)游離色氨酸的增加，過多的色氨酸進(jìn)入腦內(nèi)則會(huì)引起5-羥色胺水平上升，從而抑制大腦工作能力，加強(qiáng)中樞疲勞。

       2、代謝產(chǎn)物積累

       相對(duì)于靜息狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)員在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗更多能源物質(zhì)，同時(shí)也產(chǎn)生更多的代謝產(chǎn)物(乳酸、NH4+、H+等)，如果這些代謝產(chǎn)物不能被及時(shí)清除，將會(huì)對(duì)正常的物質(zhì)代謝造成通道堵塞，導(dǎo)致肌肉組織運(yùn)動(dòng)功能下降，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)性疲勞。在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員主要通過乳酸能系統(tǒng)供能，體內(nèi)糖原(葡糖糖)缺氧分解產(chǎn)生乳酸，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加，體內(nèi)乳酸含量持續(xù)堆積，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉乳酸含量可達(dá)40 mmol/kg濕重， 血乳酸可達(dá)18 mmol/L，乳酸解離產(chǎn)生H+降低內(nèi)環(huán)境pH 值，抑制磷酸化酶和磷酸果糖激酶活性，從而抑制乳酸能系統(tǒng)供能，造成ATP供應(yīng)不足，產(chǎn)生疲勞感。此外，腦細(xì)胞對(duì)血液酸堿度的變化非常敏感， 血液pH值下降，可造成腦細(xì)胞工作能力下降。研究證實(shí)，乳酸含量越高，機(jī)體運(yùn)動(dòng)功能下降越明顯，疲勞恢復(fù)期增長(zhǎng)。人體運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉收縮還可產(chǎn)生 NH4+(AMP經(jīng)脫氨酶催化)， 當(dāng)體內(nèi)ATP被大量消耗時(shí)，體內(nèi)氨含量增高，氨含量增高可促進(jìn)糖酵解反應(yīng)，產(chǎn)生乳酸和 H+，導(dǎo)致一些酶活性降低甚至失活，乳酸和氨共同作用使身體機(jī)能下降，產(chǎn)生疲勞。研究表明，體內(nèi)NH4+的生成與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度呈正相關(guān)，在運(yùn)動(dòng)過程中，由于氨基酸代謝增強(qiáng)及肌肉中二磷酸腺苷濃度升高，引起血氨濃度上升，抑制檸檬酸脫氫酶活性，影響機(jī)體能量代謝及運(yùn)動(dòng)平衡，甚至引起肌肉痙攣。研究證實(shí)，血氨含量升高后可進(jìn)入腦組織，對(duì)大腦細(xì)胞有神經(jīng)毒性作用，破壞谷氨酸和 γ-氨基丁酸的平衡，導(dǎo)致中樞疲勞產(chǎn)生。

       3、氧化-抗氧化系統(tǒng)失衡

       長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)體氧化-抗氧化系統(tǒng)的失衡，引發(fā)氧化應(yīng)激癥狀，造成細(xì)胞內(nèi)自由基的累積，誘發(fā)蛋白質(zhì)、脂類物質(zhì)的氧化損傷，最終導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)疲勞。還原型谷胱甘肽(glutathione，GSH)是機(jī)體內(nèi)一種重要的抗氧化物質(zhì)，其通過清除自由基維持氧化還原穩(wěn)態(tài)。研究表明，馬拉松跑和高強(qiáng)度自行車運(yùn)動(dòng)后，運(yùn)動(dòng)員血漿中的GSH濃度顯著下降30%。

       運(yùn)動(dòng)過程中自由基的生成與肌肉收縮強(qiáng)度有關(guān)。短暫或低強(qiáng)度的肌肉收縮誘導(dǎo)生成的活性氧（ROS）/NO水平具有增強(qiáng)骨骼肌收縮相關(guān)蛋白如Ca2＋釋放通道蛋白（RyR1）和肌鈣蛋白I（troponin I）的S-亞硝基化和S-谷胱甘肽酰化作用，從而提高肌原纖維的鈣敏感性及增強(qiáng)骨骼肌收縮力量；而運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生過量ROS/NO時(shí)可引起RyR1超S-亞硝基化致使其與亞基calstabin1分裂，肌原纖維的鈣敏感性受到抑制，導(dǎo)致骨骼肌收縮功能及力量輸出受損。此外，自由基與物質(zhì)輸送有關(guān)。在安靜狀態(tài)下，機(jī)體內(nèi)的氧化應(yīng)激處于較低水平，適量的自由基具有促進(jìn)血管舒張的作用，增強(qiáng)O2和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流通；而過高的自由基水平卻會(huì)抑制血管擴(kuò)張并且減少血液流量，引起身體各組織器官如骨骼肌、心臟、皮膚和大腦所需的O2和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)不足，加速疲勞的產(chǎn)生。

       4、Ca2+代謝紊亂

       Ca2+在細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)-肌肉信號(hào)傳導(dǎo)、有氧運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)性疲勞中為重要的調(diào)控因子。研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的Ca2+長(zhǎng)時(shí)間存在于胞漿中可以誘發(fā)正常肌細(xì)胞的凋亡，肌細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)最終會(huì)導(dǎo)致肌肉疲勞及損傷。此外，運(yùn)動(dòng)引起胞漿Ca2+濃度增加，線粒體具有緩沖調(diào)節(jié)胞漿Ca2+濃度的功能，當(dāng)疲勞發(fā)生時(shí)，引發(fā)細(xì)胞膜系統(tǒng)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)， 線粒體膜對(duì)Ca2+的通透性增加，大量 Ca2+進(jìn)入線粒體，出現(xiàn)鈣反常，過量的鈣離子積累又會(huì)抑制線粒體的氧化磷酸化過程，使氧化磷酸化脫耦聯(lián)，ATP 生成減少，進(jìn)而造成細(xì)胞鈣離子代謝紊亂， 形成惡性循環(huán)，引起不同程度的肌肉疲勞及損傷。

       參考資料

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       [3]陳慧，馬璇，曹麗行等.運(yùn)動(dòng)疲勞機(jī)制及食源性抗疲勞活性成分研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2020，41(11):247-258.

       作者簡(jiǎn)介：小泥沙，食品科技工作者，食品科學(xué)碩士，現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事營(yíng)養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。