氨基酸复合制剂对高强度间歇运动后中枢疲劳的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0858

摘要/Abstract

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文题释义：
高强度间歇运动：在短时间内进行全力、快速、爆发式的运动，练习者在极量的运动强度下全力持续运动数十秒，然后短暂休息，再重复短时间全力运动。
运动性疲劳：在1982年的第5届国际运动生物化学会议上，将运动性疲劳定义为：“机体的生理过程不能持续其机能在一特定水平或不能维持预定的运动强度。”这个疲劳定义的特点是：①把疲劳时体内组织、器官的机能水平和运动能力结合起来评定疲劳的发生和疲劳程度；②有助于选择客观指标评定疲劳。

摘要
背景：赛事紧密、竞争激烈是目前竞技体育运动的显著特征。尤其是球类项目，比赛通常连续多天进行，运动员需要持续多天的高强度对抗，中枢神经系统在机体疲劳的形成过程中起着至关重要的作用，运动员中枢疲劳状态直接影响着竞赛成绩。
目的：进一步研究支链氨基酸、精氨酸和瓜氨酸对运动员运动性中枢疲劳的影响及其机制。
方法：建立高强度间歇运动模型，选取自愿参加试验的职业男性篮球运动员12名，随机分为补剂添加组和安慰剂组，补剂添加组按0.17 g/kg剂量补充支链氨基酸、0.04 g/kg剂量补充精氨酸和0.04 g/kg剂量补充瓜氨酸；安慰剂组补充同样计量的葡萄糖淀粉胶囊安慰剂。运动方案为3组3次30 s的全力功率自行车蹬踏运动，组间休息3.0-4.0 min。于测试前后进行运动反应时、注意分配测定和静脉穿刺抽血样。
结果与结论：①相对安慰剂组，补剂添加组队员运动反应时明显快于安慰剂组，注意分配Q值优于安慰剂组；②补剂添加组队员血液色氨酸/支链氨基酸值显著降低，但NH3积累与安慰剂组相比无显著性差异；③研究认为补充支链氨基酸、精氨酸和瓜氨酸复合制剂能够缓解高强度间歇运动引起的枢神经疲劳(注意分配值降低，运动反应时增长)。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0003-0268-3506(吴宏江)

关键词: 支链氨基酸, 精氨酸, 瓜氨酸, 高强度间歇运动, 中枢疲劳, 组织构建

Abstract:

BACKGROUND: Intense competition and frequent competition schedule are the salient features of competitive sports. Especially the ball games usually continue for several days, meanwhile athletes need continuous high-intensity physical demands. Central nervous system plays an important role in the process of fatigue formation, and central fatigue status directly affects the competition results.
OBJECTIVE: To further investigate the effects of branched-chain amino acids (BCAA), arginine and citrulline on central fatigue during sports.
METHODS: The model of high-intensity intermittent sports was established, and 12 male basketball players were randomly divided into trial group (0.17 g/kg BCAA, 0.04 g/kg arginine and 0.04 g/kg citrulline), and control group (same volume of placebo). The sports program was 30-second high-intensity cycle, thrice for 3 cycles and resting for 3-4 minutes between cycles. The motion response time, attention distribution and blood samples were tested before and after exercise.
RESULTS AND CONCLUSION: The motion reaction time and the Q value of attention distribution in the trial group were superior to those in the control group. The blood tryptophan/BCAA ratio was significantly reduced in the trial group, but the NH3 accumulation showed no significant difference between groups. Our study shows that BCAA, arginine and citrulline supplementation can alleviate the central fatigue during high-intensity intermittent sports.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Amino Acids, Arginine, Citrulline, Sports Medicine, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

吴宏江1，张冬梅2. 氨基酸复合制剂对高强度间歇运动后中枢疲劳的影响[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(20): 3150-3154.

Wu Hong-jiang1, Zhang Dong-mei2. Amino acid complex preparation alleviates the central fatigue after high-intensity intermittent training[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(20): 3150-3154.

图/表（结果） 2

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引言

高强度间歇运动是指一种以超过无氧阈强度或是接近于或大于最大摄氧量强度进行重复多次的相对较短时间运动的方式^[1]。在篮球、足球、网球、羽毛球、曲棍球等诸多运动项目比赛中都表现出高强度间歇运动的项目特征^[2-5]。如何维持和提高运动员的高强度间歇运动能力对提高这些项目运动员的竞技水平来说具有重要意义，通过科学地添加运动补剂，延缓中枢疲劳，降低疲劳对机体的影响无疑是重要手段之一。

支链氨基酸(branched-chain amino acids，BCAA)作为运动营养补剂在运动训练和营养保健领域已经得到广泛应用^[6-7]。补充支链氨基酸可以降低血浆中色氨酸/支链氨基酸(Trp/BCAA)比值，抑制色氨酸(tryptophan，Trp)穿过血脑屏障，降低脑内血清5-羟色胺浓度，从而延迟中枢疲劳的产生，可改善和提高运动能力^[8-11]。但也有研究表明，在运动期间补充支链氨基酸可能存在一个不利条件是氨基酸代谢增强导致血氨增高，从而抵消了补充支链氨基酸使脑部能量代谢改善、神经传递和神经元信号的增强、神经中枢神经疲劳减缓等的益处^[12-14]。

精氨酸是一种α-氨基酸，在肝脏通过尿素循环合成，是重要的合成蛋白质前体，在人体内可促进一氧化氮的生物合成，降低运动引起的体内NH₃积累^[15-16]。瓜氨酸是一种高生物活性的一氧化氮前体^[17]、尿素循环中间媒介^[18]，在代谢过程中能够抑制运动引起的血氨升高^[19-21]。将3种氨基酸按一定比例配制复合补剂可能会取得更好的营养干预效果。已有动物实验证明支链氨基酸和精氨酸复合制剂具有抗疲劳作用^[22]。也有学者研究表明补充支链氨基酸和精氨酸复合制剂对改善运动员训练时的身体状况有一定效果^[23]。为了进一步验证支链氨基酸、精氨酸和瓜氨酸复合制剂的效用，作者设计高强度间歇运动模型，来探讨补充支链氨基酸、精氨酸和瓜氨酸复合制剂对运动员运动性中枢疲劳的影响。

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材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计随机、双盲、交叉试验。

1.2 时间及地点试验于2016年1至2月在吉林师范大学体育学院运动人体实验中心完成。

1.3 对象吉林省男篮队员12名，平均年龄(22.2±0.8)岁，平均身高(199.0±1.3) cm，平均体质量(89.9±11.8) kg，专业训练均在10年以上，详见表1。所有受试者都在获得实验员书面知情同意后开始，且事先对试验程序和潜在的风险进行了解释。

表1 受试队员基本情况 (n=12)

Table 1 Basic information of the subjects

指标	参数(x(_)±s)	范围
年龄(岁)	22.2±0.8	21-24
体质量(kg)	89.9±11.8	70-120
身高(cm)	199.0±1.3	186-206
训练时间(年)	12.1±1.5	10-15

1.4 方法

1.4.1 试验分组采用随机、双盲、交叉试验设计。试验分2次进行，每次为1 d。第1次试验采用随机数字表法将12名受试队员随机分为补剂添加组和安慰剂组；每一个受试者在一个随机的顺序下完成补剂添加组或者安慰剂组试验，并设置1至2周的洗脱期；洗脱期之后再进行第2次试验，第2次试验将12名受试队员重新随机分为补剂添加组和安慰剂组，每个试验每天采用同一运动模型。试验开始时间相同，且在这2个试验采用相同的方法以确保所有收集到的参数都在同一时间点。并在2 d的试验期和试验期前 1 d提供同样膳食。试验前1周内及试验期间禁用烟、酒、茶、咖啡及中枢兴奋或抑制性药物。试验日，受试者服用标准化早餐后按设计剂量服用补剂。补剂添加组队员补充0.17 g/kg的支链氨基酸(支链氨基酸比例为，亮氨酸∶异亮氨酸∶缬氨酸=2∶1∶1，样品为白色粉，购于陕西森弗生物技术有限公司)和0.04 g/kg的精氨酸和0.04 g/kg的瓜氨酸^[24-25](胶囊状，购于陕西森弗生物技术有限公司)，将支链氨基酸粉末溶于250 mL葡萄汁以掩盖气味。将与补剂添加组中等量的淀粉溶解于250 mL葡萄汁和含有淀粉无法分辨的胶囊作为安慰剂补充于安慰剂组队员。试验在受试者和实验人员双盲，研究人员清楚的情况下完成。研究方案详见图1。

1.4.2 运动模型试验前期，采用间歇递增负荷测验法获取受试者进行短时间高强度间歇训练时的最佳负荷值。试验日，进行常规热身活动10 min后，在功率自行车(Monark894E，瑞士)上进行测试，依据个人最佳负荷值进行全力蹬踏30 s，休息120 s，重复3次为1组，组间休息

3.0-4.0 min，共进行3组，休息阶段，进行无负荷60 r/min的蹬踏练习。测试过程中，研究人员口头鼓励受试者尽可能按要求完成任务。受试者心率通过心率监测仪(Polar S800，芬兰)监控。

1.4.3 血液采样与指标测定测试日早饭前和完成测试后即刻静脉穿刺抽血和指标测定。使用EDTA.K3真空采血管收集血液样本，使用Eppendorf 5810(德国)离心机 1 500×g档位提取血浆，-70 ℃冷藏备用。采用BioVision (美国)试剂盒测定血浆支链氨基酸浓度，操作方法严格按照试剂盒说明书进行；荧光分析法测定血浆游离精氨酸浓度；使用日立7020(日本)全自动生化分析仪测定血浆氨(NH₃)、甘油(Glycerol)、游离脂肪酸(NEFA^b)和乳酸(Lactate)等的浓度。

采用EP206-P(上海)反应时测定仪测定运动反应时(测定方法：设定N=20次，根据随机呈现的灯光刺激迅速脱离和按压运动键和反应键时所显示的平均反应时间和平均运动时间及应答正确与否作为测试指标，取各平均值作为评定时指标)。EP708A(上海)注意分配仪测定注意力分配能力(测定方法：对受试者分别进行声、光单独和联合刺激条件下的测试，每项测量时间均为1 min，记录Q值)。试验前对受试者集中培训，使其能够熟练按照仪器说明书进行。

1.5 主要观察指标认知能力指标包括：运动反应时、注意分配Q值；血液生化指标包括：支链氨基酸、色氨酸、氨、NOx、尿素、游离脂肪酸、甘油、乳酸等。

1.6 统计学分析统计分析采用SPSS 19.0软件包对试验所得数据进行统计处理，组内比较采用独立样本t 检验，组间数据差异比较采用单因素方差分析，P < 0.05为差异有显著性意义，P < 0.01为差异有非常显著性意义。

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讨论

当前，诸多运动项目呈现赛事密集、竞争日益激烈的局面，对运动员来说维持和提高其高强度状态下的运动能力显得十分重要，而减缓运动疲劳、促进恢复无疑是最重要的手段之一。本研究设计高强度间歇运动方案，通过补充氨基酸复合补剂来验证其对运动员的疲劳影响。结果表明，相对安慰剂组添加补剂组队员的反应时明显加快，色氨酸/支链氨基酸比率显著降低。此外，添加补剂组与安慰剂组相比，在高强度间歇运动后并没有额外的氨积累。先前一些研究表明，通过补充支链氨基酸能够起到延缓运动中疲劳的发生发展以及加快运动后疲劳的恢复。但体内支链氨基酸经脱氨基反应后可生成游离氨导致血液中氨浓度升高，进而引起中枢疲劳甚至氨中毒，因此一部分学者认为，补充支链氨基酸导致氨的额外增加抵消了支链氨基酸带来的益处。此次研究表明，补充支链氨基酸的同时补进精氨酸和瓜氨酸与安慰剂组的氨水平接近，可能是精氨酸和瓜氨酸增强了一氧化氮代谢导致。

人体控制机体进行体育运动，是大脑通过高级信号、感觉加工和皮层指令调控骨骼肌得以实现，随着运动时间和强度的增加，大脑皮质会分配更多资源以为维持肌肉的正常工作，从而导致更少的大脑资源可以分配给大脑的认知功能。在运动员的训练与比赛过程中，注意作为一种有限的心理资源，贯穿于整个认知过程之中，对运动员的竞技表现和效率有重大的影响。有相关的报道，不同类型的力竭性运动刺激导致反应时增长，力竭性运动后专业运动技能明显减弱^[26-28]。磁共振成像显示，运动疲劳后大脑参与运动部分区域如前额皮质和辅助运动区域有明显变化^[29-30]。

该研究也显示，在安慰剂组，运动测试后受试者注意分配Q值明显降低，运动反应时增长明显，表明积累的运动需求导致中枢疲劳，而添加补剂组相关表现则显著好于安慰剂组，这可能与添加补剂组血液中色氨酸/支链氨基酸比率降低，5-羟色胺减少有关。

视听觉反应时是人体对声、光刺激进行反应的迅速程度，反映人体运动系统的觉醒状态^[31]。此次研究采用声、光刺激来测定受试者的注意分配能力。注意分配是衡量人的注意能力的重要标准，也是完成复杂工作任务的重要条件^[32]。在有意识的情况下，任何认知加工都需要注意的参与和调节，被试者是否获得了足够的注意资源将直接影响到任务完成的成绩^[33]。对绝大多数体育运动而言，对相关信息进行选择性注意至关重要，大脑生化物质的正确分布，合理分配容量有限的资源，在必要时缩小和扩大注意范围的能力是优秀运动员区别于普通运动员的重要技能之一^[34-35]。在高水平的竞技比赛中运动员往往需要面对复杂的、多变的外部环境，接收到很繁杂的信息，此时，注意的广度和注意分配灵活性，对竞技水平发挥有着重要的作用^[36-37]。此次研究中，相对安慰剂组，添加补剂组在高强度间歇运动后反应时更短、准确率更高，注意分配成绩提高。这对许多运动项目来说都是十分有利的。

结论：通过运动反应时、注意分配能力测定，补充支链氨基酸、精氨酸和瓜氨酸复合补剂组队员在高强度间歇运动后表现明显优于安慰剂组。血液生化指标分析表明，补充支链氨基酸、精氨酸和瓜氨酸没有引起血氨升高。总之，研究认为补充支链氨基酸、精氨酸和瓜氨酸复合补剂能够缓解运动员高强度间歇运动引起的中枢疲劳。

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