基于核磁共振的800 m跑训练前后尿液代谢组学特征

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.46.020

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (46): 7484-7491.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.46.020

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基于核磁共振的800 m跑训练前后尿液代谢组学特征

李植，马海峰，吴瑛，贾银浩

上海体育学院，上海市 200438

收稿日期:2015-08-23 出版日期:2015-11-12 发布日期:2015-11-12
通讯作者: 马海峰，博士，副教授，硕士生导师，上海体育学院运动训练理论教研室，上海市 200438
作者简介:李植，男，1990年生，山东省菏泽市人，汉族，上海体育学院在读硕士，主要从事运动训练与代谢方面的研究。
基金资助:
上海市科学技术委员会科研计划项目(13490503700)《运动员不同类型运动性疲劳代谢组学图谱的建立及针灸调控》

Nuclear magnetic resonance-based metabonomics features before and after 800 meters race

Li Zhi, Ma Hai-feng, Wu Ying, Jia Yin-hao

Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China

Received:2015-08-23 Online:2015-11-12 Published:2015-11-12
Contact: Ma Hai-feng, M.D., Associate professor, Master’s supervisor, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China
About author:Li Zhi, Studying for master’s degree, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China
Supported by:
the Scientific Research Project of Shanghai Science and Technology Commission, No. 13490503700

摘要/Abstract

摘要：

背景：目前研究发现800 m跑的代谢特征不是十分明晰，为800 m的运动训练造成了很大的阻碍。

目的：了解800 m跑项目的物质和能量代谢特征，提高800 m跑训练的科学化水平，验证基于核磁共振的尿液代谢组学技术在运动训练监测方面的可行性。

方法：对某高校运动训练专业7名中跑2级运动员进行一次极限强度800 m跑，结合人体代谢数据库(HMDB)等数据库，对运动前、后的尿液进行代谢组学相关分析。

结果与结论：OPLS-DA模型显示运动前和运动后样本的代谢模式呈现簇类分布。造成这一变化的特征性代谢物主要有亮氨酸、乳酸、肌酐、琥珀酸、次黄嘌呤、腺苷等代谢物。通过分析可以推断出800 m跑是以糖酵解供能为主、磷酸原供能和有氧氧化供能共同参与的运动项目，800 m跑后运动员氨基酸代谢、甲烷代谢等代谢过程较为旺盛，而且在800 m跑的过程中会出现一定程度的氧化应激。结果说明基于核磁共振的尿液代谢组学技术有无创性、灵敏度高、样品需求量少、处理简单等优势。
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

关键词: 组织构建, 组织工程, 核磁共振, 代谢组学, 尿液, 800 m跑, 代谢产物, 定量分析, 物质代谢, 能量代谢, 正交偏最小二乘法-判别分析

Abstract:

BACKGROUND: Metabolic characteristics of the 800 meters race is not very clear, which creates a lot of obstacles for the exercise training of 800 meters race.

OBJECTIVE: To investigate the characteristics of material and energy metabolism of 800 meters race, to improve the scientific training of the 800 meters race and to verify the feasibility of nuclear magnetic resonance-based urine metabonomics in sports training monitoring.

METHODS: Seven middle distance athletes were subject to an 800 meters race at ultimate intensity, and their urine metabonomics analysis was conducted in combination with the Human Metabolism Database and other databases before and after exercise.

RESULTS AND CONCLUSION: OPLS-DA model showed that the metabolic samples before and after movement presented the cluster-like distribution. The change was mainly caused by the following metabolites, including leucine, lactic acid, creatinine, succinic acid, hypoxanthine, and adenosine. Through the analysis we could infer that the 800 meters race is a sport event mainly dependent on glycolysis for energy supply, working together with raw phosphate and aerobic oxidation for energy supply. The amino acid metabolism and methane metabolism of the athletes were more vigorous after 800 meters running, and moreover, there were certain oxidative stress during the 800 meters race. These findings indicate that nuclear magnetic resonance-based urine metabonomics takes the advantages of invasive, high sensitivity, less sample requirement, simple processing.
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: Nuclear Magnetic Resonance, Biomolecular, Metabolome, Urine

李植，马海峰，吴瑛，贾银浩. 基于核磁共振的800 m跑训练前后尿液代谢组学特征[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(46): 7484-7491.

Li Zhi, Ma Hai-feng, Wu Ying, Jia Yin-hao. Nuclear magnetic resonance-based metabonomics features before and after 800 meters race[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(46): 7484-7491.

图/表（结果） 6

2.1 参与者数量分析纳入运动员7名，受试过程无脱失，全部进入结果分析。

2.2 运动员成绩所有实测成绩达到实验要求，即实测成绩≥[100+(100-98)]×个人最好成绩/100，符合实验效果。见表2。

2.3 运动员800 m跑前后尿液OPLS-DA分析结果代谢组学是高维的数据，单变量分析可以揭示变量之间的复杂的相互作用，在代谢组学数据分析的多元统计分析中起着重要的作用。本文中采用的是一种有监督的模式识别技术：正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)，它先采用正交信号校正技术将与分类无关的信息过滤掉，能够十分有效的减少模型的复杂性，并且还能够加强模型的解释能力。

2.3.1 去除水和尿素信号后的OPLS-DA分析结果在去除水和尿素信号的OPLS-DA得分图里可以看出(图1)，在以第一主成分和第二主成分构成的空间(t[l]/t[2])里, 运动前和运动后样本的代谢模式呈现簇类分布，P=4.152 77 e-007 < 0.05，得分图模型构建具有统计学意义。800 m跑前后的样品能很好的区分，这表明800 m跑前后运动员的代谢模式发生了明显的变化。通过载荷图中可以发现，800 m跑后乳酸等代谢物浓度增加，肌酐等代谢物浓度减少(图2)。

2.3.2 去除水、尿、乳酸和肌酐信号后的OPLS-DA分析结果在去除水、尿、乳酸和肌酐信号的OPLS-DA得分图里可以看出(图3)，在以第一主成分和第二主成分构成的空间(t[1]/t[2])里，运动前和运动后样本的代谢模式也是呈现簇类分布，P=1.507 59e-005 < 0.05，得分图模型构建具有统计意义。800 m跑前后的样品能很好的区分，这表明 800 m跑前后运动员的代谢模式发生了明显的变化。在去除水、尿、乳酸和肌酐信号的OPLS-DA载荷图中发现，800 m跑后次黄嘌呤、琥珀酸等代谢物浓度升高，柠檬酸、甘氨酸等代谢物浓度下降(图4)。

2.4 运动员800 m跑前后尿液代谢物的确认结果根据一维氢谱化学位移和二维TOCSY谱图共完成了对36种代谢物的谱峰指认。在OPLS-DA模型中获得的变量权重大于1的变量，根据各特征变量色谱峰的相对峰面积大小进行表示。然后，对这些代谢物进行单因素方差分析，得出运动前后有明显变化的代谢物，见表3。运动员800 m跑前后尿液中浓度具有较大变化(差异有显著性意义)的代谢物主要有乳酸、亮氨酸、琥珀酸、柠檬酸、肌酐、N-氧化-三甲胺、牛磺酸、次黄嘌呤、异亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、赖氨酸、乙酰胺、乙酰乙酸、酪氨酸等代谢物。另外两种未知代谢物浓度也显著降低。涉及的代谢通路主要有肌酸代谢、氨基酸代谢、糖代谢、TCA循环、嘌呤核苷酸代谢、酮体代谢等。

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引言

运动是人体新陈代谢强大的“调节器”，运动过程中人体内会发生许多相互影响的代谢途径，同时伴随着各种代谢物的变化^[1]。代谢物是机体各种生物学事件的终端和结果，它携带着人体在运动过程中发生的各种代谢通路调节的信息，所以研究运动过程中代谢物的变化对搞清某些项目代谢的规律具有很重要的意义。传统的生化研究多以某些关键代谢物为研究对象，并根据一些特殊的生化途径来检验他们的假说，但是，运动人体的代谢是一个整体性、具有动态变化性质的过程^[2]，人体在运动时各种代谢途径是相互作用的，传统的研究方法往往缺少对整体代谢状况的研究，更无法解释代谢产物之间的相互作用^[3]。

代谢组学提供了一种整体的、无需假设的方法来研究各种刺激产生的代谢反应^[1]。它通过强大的数据采集和先进的数据处理技术同时确定大量的代谢物，对体内相对分子质量小于1 000的代谢物进行定量分析，得出在某一时刻细胞或生物体内每一种代谢物的变化规律^[4]，从而研究生理病理变化中代谢物的相互性和动态规律。代谢组学不但能够获得运动员某一时刻几乎所有代谢物谱的信息，还能够对机体的生理状态进行观察，并且会解释运动为何会改变人体机能状态，而传统的生物生化方法则无法获取如此多的信息。有研究已经证明了，代谢组学这种分析技术和强大的数据处理能力^{[5- 6]}，能够很全面的对运动与人体的关系进行研究。

目前代谢组学常用的分析检测技术是核磁共振(NMR)和质谱(MS)，两者各有优势。核磁共振技术虽然敏感性稍弱，但其以稳壮性强，识别能力高，优越的可重复性和再现性等优势使许多研究者选用其对样本进行检测。近期，与运动相关的代谢组学研究主要选用血液和尿液作为研究对象，且主要集中在运动员的训练方法^[1^，^7]、急、慢性运动与代谢^[5^，⁶^，^8-11]、运动饮料补充效果以及时机^[12-13]、运动后的心理与生理应激等方面^[10^，^14-16]。另外，代谢组学在运动员选材^[3]、兴奋剂检测等方面也有涉及^[17]。虽然目前对运动人体的代谢组学研究还较少，但是它已经显示出了强大的生命力。

800 m跑是田径运动中难度特别大的项目，目前800 m的研究主要集中在项目归类及能量代谢方面^[18-20]，物质代谢方面^[21]，训练指导方面^[20-23]。虽然在800 m跑各方面都有一定的研究，但是这些研究只是根据传统的生物生化研究方法对800 m跑后的一些大分子指标进行研究，以此来推断运动后的人体内的变化，这存在着很大的局限性。代谢组学为研究800 m跑训练提供了一种新的方法，为深入研究800 m跑的代谢特征提供了可能性。

本研究运用基于核磁共振的代谢组学方法对7名中跑运动员一次极限800 m运动前后尿液的代谢物变化来探讨800 m跑的项目代谢特征，从而检验基于核磁共振的尿液代谢组学技术在监控运动训练方面的可行性。
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

材料方法

1 设计中跑运动员一次极限强度800 m跑后的尿液代谢组学分析实验。

1.2 时间及地点运动方案实施及尿液取样于2014年3月在上海体育学院完成，样品处理及代谢组学分析于2014年3至8月在中国科学院上海药物研究所分析化学研究室完成。

1.3 对象某高校运动训练专业中跑2级水平男运动员7名(表1)。运动员等级二级及以上，所有受试者均健康，没有慢性病史，没有任何不良的饮食偏好，在实验过程中均没有服用影响代谢的药物和运动营养品，也没有饮用酒或其他饮料。

1.4 材料

代谢组学实验的主要试剂及仪器：
试剂及仪器	来源
叠氮化钠(NaN₃)、固体NaH₂ PO₄和 Na₂HPO₄	国药集团化学试剂有限公司(中国，上海)
三甲基甲硅烷基丙酸重水溶液	默克公司(加拿大)
AvanceⅡ型600 MHz超导傅里叶变换核磁共振谱仪	Varian公司(美国)
Micro22RHettich离心机	Hettich公司(德国)
Matlab软件	第二军医大学药学院药物分析测试中心(上海，中国)
Simca-P 11.5	Umetrics AB(Umea, Sweden)

1.5 实验方法

1.5.1 运动方案 800 m跑，极限强度(以计时成绩为强度控制手段，以奖金激励的方式要求达到个人最好成绩的98%强度以上)。X=[100+(100-98)]×个人最好成绩/100。

1.5.2 NMR样品的收集、预处理运动前第1次取样(包括尿样、主观体力感觉量表、心率)；运动后35 min第2次取样，取中段尿，2次取样均为5mL，经13 000 r/min离心 10 min，取上清3 mL，分装，-80 ℃保存。从冰箱中将尿液样品取出并冻融，加入磷酸盐缓冲液(与尿液样本的体积比为1∶2)。放置10 min后，在同样条件下以13 000 r/min的速度离心10 min，提取上清液，加入含有50 μL的浓度为0.1%的三甲基甲硅烷基丙酸重水溶液的核磁样品管(直径为5 mm)中，然后使用AvanceⅡ型600 MHz超导傅里叶变换核磁共振谱仪进行测量。

1.5.3 NMR数据的采集采用超导傅里叶变换核磁共振谱仪对样本进行数据的采集，其中Cpmgpr1d脉冲序列(超导傅立叶变换核磁共振谱仪上调用)能够较好地去除尿液中大分子的干扰。将超导傅里叶核磁共振谱仪的参数调至如下：2 s (预饱和时间)，7 288.63 Hz(谱宽)，64 k(采样点数)，2.6 s(采样时间)，128次(叠加次数)，128次(循环次数)，298.2 K(温度)。经过32 k傅立叶变换，将自由感应衰减信号转为核磁共振谱图。将TSP化学位移参考峰的位置设为0后对化学位移进行校正，然后校正图谱的相位和基线，得到的图谱文件夹。将文件夹导入Matlab软件进行处理，一维氢谱按默认值，区间为10.0到0.2，将水峰等活性氢所在的区域(4.2-6.0)去除，从而去除溶剂峰对核磁共振谱图的影响，然后进行分段并积分，每段为0.04，共获得了200个化学位移的小段，另外还获得了各化学位移所对应的积分值。中心化和比例换算其积分值，以txt或者xls格式贮存，用于下一阶段的分析。

1.5.4 多元数据处理将预处理后的数据导入Simca-P 11.5软件，求出主成分后，建立正交偏最小二乘模型，获取正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)得分图和载荷图，通过得分图获得的尿液样本的分类，通过载荷图对分类变量贡献较大的代谢物进行标记，釆用置换检验和交叉有效性验证来检测模型的有效性和稳健程度，然后根据一维氢谱化学位移和二维TOCSY谱图对代谢物的谱峰指认，并对运动前后这些代谢物的浓度进行单因素方差分析，得出有明显变化的代谢物。通过对人体代谢数据库(human metabolome database，HMDB)、京都基因与基因组百科全书等数据库和一些文献进行检索，对有明显变化的代谢物所涉及的代谢通路进行分析。

1.6 主要观察指标 ①运动员成绩。②运动员800 m跑前后尿液OPLS-DA分析。③去除水和尿素信号后的OPLS-DA分析。④运动员800 m跑前后尿液代谢物的确认。

讨论

运动对代谢产生很大影响，尤其是在运动竞赛中，运动员体内的能量和物质代谢都会显著加强，许多代谢通路会参与其中。通过对中长跑运动员一次极限强度的800 m跑前后的尿液进行基于核磁共振的代谢组学分析，发现运动员的尿液中有许多代谢物发生了明显的变化，如乳酸、肌酐、一些氨基酸、嘌呤核苷酸代谢、酮体代谢、糖代谢的产物和中间物等。通过这些代谢物的变化及相应的代谢通路可以推断出800 m跑后运动员身体的代谢情况(本研究发现的明显变化的代谢物，以及所涉及的代谢通路见表3)。

3.1 运动员800 m跑后的代谢变化及项目的能量代谢类型

3.1.1 运动员800 m跑后的氨基酸代谢研究中发现到许多氨基酸在800跑后发生了明显的变化，其中甘氨酸、缬氨酸、赖氨酸、亮氨酸、酪氨酸、丙氨酸和谷氨酰胺等代谢物浓度下降，亮氨酸等代谢物浓度上升。

800 m跑后的亮氨酸浓度升高，缬氨酸浓度下降，而亮氨酸和缬氨酸均属于支链氨基酸。安静状态下，支链氨基酸氧化供能能为人体骨骼肌提供大约14%的能量，而运动时，尤其是长时间持续运动，所起的作用更大。支链氨基酸转氨酶主要存在于骨骼肌的线粒体里，运动过程中，骨骼肌支链氨基酸氧化脱羧升高，支链氨基酸是运动中主要的能量来源^[24]。这两种代谢物的浓度发生变化，可能是由于参与供能而导致的。另外，运动中氨基酸的代谢除了提供能量之外，可能还参与了其他重要的生理过程的调节。支链氨基酸还能够降低运动中血乳酸的积累，降低有乳酸导致的疲劳，800 m跑后产生大量乳酸，支链氨基酸很可能参与调解体内乳酸。另外它还可以刺激胰岛素的释放以促进肌肉蛋白质的合成^[25]。这些都可能是导致800 m跑后

氨基酸浓度的下降。

谷氨酰胺水平在800 m跑后下降，谷氨酰胺是肌肉肌肉组织中含量最多的一种氨基酸，由谷氨酸、缬氨酸、异亮氨酸合成^[26]。它是促进肌肉蛋白合成、增强机体免疫力的重要物质。在高强度运动下，机体对谷氨酰胺需求量增加，以致自身合成不能满足需要，从而导致谷氨酰胺浓度降低^[25]。

3.1.2 运动员800 m跑后的甲烷代谢通过对800 m跑后的尿液进行尿液代谢组学分析发现800 m跑后二甲胺、三甲胺以及N-氧化三甲胺(TMAO)均出现显著下降，尤其是N-氧化三甲胺。目前对运动人体的代谢组学研究中，许多研究运用代谢组学的方法也检测出运动后N-氧化三甲胺有明显的下降^[1^，^5-6^，^13]，但为何会出现这种情况，他们也没有做出合理的解释。也有研究发现它在人类疾病的病理过程中发挥特别重大的用处^[27]，但怎么发挥作用还很不明确。

下面作者对800 m跑运动后的N-氧化三甲胺变化可能作用机制进行分析。首先，N-氧化三甲胺也许会参加运动中渗透压调节^[28]。N-氧化三甲胺作为一种甲基胺类的渗透剂，能够调节机体的渗透压来影响某些代谢调节过程，从而保护机体的一些生物活动。其次，氧化三甲胺可以保护蛋白质的稳定性和活性^[29]，运动后氨通过尿素的形式大量排出体外，尿素能够破坏蛋白质的结构而N-氧化三甲胺则会保护蛋白质的稳定性和生物活性，运动后N-氧化三甲胺下降，可能是运动员长期训练产生的尿素对一些运动中关键酶(如谷氨酰胺脱氢酶、肌酸激、乳酸脱氧酶和丙酮酸脱氧酶等)的活性造成不利的影响^[30]，而N-氧化三甲胺能够对抗生物大分子不稳定，对蛋白质稳定性和活性进行保护，从而保证了机体运动应激状态下的运动关键酶的供应。另外，无氧条件下，乳酸脱氢酶作为糖酵解过程中的关键酶，能够催化丙酮酸生成乳酸，而在有氧条件下，它也在糖异生过程中作为一种关键酶参与其中。作者推测800 m比赛中乳酸被大量生成，而乳酸脱氧酶作为关键酶被大量地用于这一过程，N-氧化三甲胺可能通过这一途径发挥作用。

3.1.3 运动员800 m跑项目的能量代谢类型经过一次全速800 m跑后，运动员尿液中乳酸、琥珀酸、肌酐、甘氨酸、某些支链氨基酸等代谢物均发生明显的变化。这些代谢物与糖酵解、糖异生、柠檬酸循环、尿素循环和酮体合成和其他能量变化有很大的联系。

目前对800 m项目供能方式的研究提出800 m跑主要以糖酵解供能系统进行功能^[23]，然后是磷酸原供能系统，最后是有氧代谢系统，而且其所占比重很低，800 m跑中的无氧供能比例约为95%，而有氧供能比例约为5%。很多的研究表明800 m跑的有氧氧化供能比例已经十分稀少^[18^，^31]。

肌酸和磷酸肌酸是肌肉的重要化学成分^[32]，磷酸原供能系统中，磷酸肌酸脱去磷酸后生成肌酐，肌酐通过肾小球的滤过和肾小管的排泌作用，排出体外，随尿液排除即为尿肌酐。正常情况下，人体尿液中排出的尿肌酐日产量是十分稳定的，而不是由食物中的蛋白质含量和尿量的影响^[33]。800 m跑后肌酐浓度显著下降，使得肌酸代谢成肌酐的途径减弱，使得分泌到肾脏中的肌酐含量下降，尿肌酐浓度降低，这说明了磷酸肌酸供能系统参与了供能，而从其浓度变化幅度(表3)可以看出其贡献率较低，即磷酸原系统供能较少。

800 m比赛后乳酸浓度升高，说明了在800 m跑中糖的无氧氧化加强，这一结果支持了传统的理论，即800 m跑是属于糖酵解供能起主要作用的运动项目。糖酵解是葡萄糖转变为丙酮酸的一系列反应，其生物学意义在于它不需要氧供应来产生ATP参与供能。糖酵解过程可以分为两个方面，葡萄糖转变为乳酸的物质分解过程以及ADP和无机磷酸形成ATP的过程。乳酸浓度的急剧升高(表3)有力的证明了800 m的供能是以糖酵解系统供能较多。

800 m跑后有许多三羧酸循环循环的产物和中间物发生了变化，如柠檬酸和琥珀酸等代谢物的浓度上升，酮戊二酸、2-羟基异丁酸、3-羟基异戊酸、甲酸等代谢物的浓度下降。而三羧酸循环作为有氧氧化供能最重要的途径之一，这在一定程度上说明800 m跑过程中有有氧氧化供能参与，而贡献率方面，从这些代谢物浓度变化幅度(表3)来看，有氧氧化供能较少。

通过以上分析可以看出，800 m跑竞赛涉及多条代谢通路，其中对磷酸原供能、糖酵解供能和有氧氧化供能相关的代谢通路具有重要的影响，其中糖酵解系统供能较多，而磷酸原系统和有氧氧化系统供能较少。综上，本研究推测800 m项目是以糖酵解供能为主，磷酸原和有氧氧化供能为辅的竞赛项目，这也与传统的生化研究相符。

3.2 运动员800 m跑后的氧化应激氧化应激是人体在过度疲劳的过程中产生的氧自由基所造成的一种可以导致人体衰老和产生疾病的副作用，它能够破坏氧化剂和抗氧化剂之间的平衡。运动本身也是一种应激^[34]，剧烈运动后体内氧化与抗氧化作用失衡，氧化作用增强，产生一些活性氧类离子，体内的抗氧化作用减弱不能消除，从而出现氧化应激^[35]。

在次黄嘌呤及黄嘌呤氧化过程中会生成一种超氧阴离子O₂^-，一般情况下，脱氢酶是大部分的黄嘌呤氧化酶主要的存在形式。剧烈运动时，腺嘌呤和鸟嘌呤在其脱氢酶的催化下水解脱氨能够分别形成次黄嘌呤和黄嘌呤，然后在黄嘌呤氧化酶的催化下，生成大量的活性氧离子、过氧化剂和尿酸等物质。800 m跑后运动员尿液中次黄嘌呤显著降低，说明嘌呤核苷酸代谢增强。本结果与前期对急性运动的代谢组学研究结果一致，Pechlivanis等^[36]在其研究中也发现最大速度80 m跑后次黄嘌呤的浓度显著下降，短时间大强度的运动会加强嘌呤代谢，Enea等^[5]两种不同类型的运动后的尿液进行分析，也发现了次黄嘌呤浓度的降低，Lewis等^[37]同样也得出了相似的结果。不过在他们的研究中没有提及嘌呤核苷酸代谢和氧化应激的关系。在弱化运动后所产生的氧化应激方面，有些研究者也做出了很大的贡献，如Lee等^[10]运动一种运用毛细管电泳分析技术离子化质谱分析法进行的微分代谢组学策略来评估营养干预对减弱剧烈运动引起的氧化应激的效果，发现在大强度剧烈运动前大量口服NAC能够使运动后的细胞氧化性显著减弱，说明NAC预处理在整个新陈代谢中可逆的扰动对抑制氧化应激的急性发作是非常有效的，这也为消除运动中的氧化应激提供了依据。

牛磺酸是胆汁酸的重要组成部分，是体内丰度较高的游离脂肪酸，它能够有效的清除过氧化作用产物，是一种抗氧化剂，并作为一种神经调节剂，对肌肉快速增长有促进作用，能够抑制肌肉蛋白质的分解作用，使肌肉壮大^[25]。牛磺酸在体内参与免疫细胞的渗透压调节，维持细胞膜的稳定性，所以它能够起到有免疫调节和抗击炎症的作用。800 m跑后牛磺酸的浓度显著下降，牛磺酸可能参与到体内氧化物的清理，这也在一定程度上表明了运动员氧化应激增强。

3.3 运动员800 m跑中的神经调节酪氨酸在800 m跑后也被发现明显下降。酪氨酸作为合成甲状腺素的主要原材之一，是能够为多种单胺类神经递质提供合成前体，如多巴胺、儿茶胺和去甲肾上腺素等。酪氨酸通过羧化生成多巴胺，而多巴胺能够调节运动中的神经传导过程，它可以调节肌肉的神经性紧张，让人体为运动做好准备。在800 m跑过程中，为了较好的调节肌肉神经性紧张，酪氨酸可能由于生成多巴胺等神经递质的过程大大加强，从而导致酪氨酸在运动后有明显的下降。

3.4 基于NMR的尿液代谢组学技术尿液代谢组学为运动训练提供新的思路本文中，通过对中跑运动员800 m跑后的尿液进行分析，提取出了大量有用的信息，对800 m运动后的能量和物质代谢有了较深的了解。

有关身体运动的代谢组学研究方法为更好的了解运动生物化学提供了很多有价值的信息。核磁共振(NMR)检测技术作为代谢组学的有力工具，具有其他方法不可比拟的优点。首先，核磁共振检测技术是一种多参数动态分析，能够对小分子物质进行定性分析和定量分析，而且它对不加任何破坏。其次，核磁共振检测分析所需样品量少，测试手段多样，而且样品的预处理简单，或者不需要预处理。再次，它可以没有偏差的进行分析，通过单一的检测能够在动态变化的刺激周期内将所有小分子化合物和小分子化合物的NMR谱特征检测出来，而且灵敏度高。最后，核磁共振检测所需时间较短，对一个样品的分析它可以在很短的时间内完成，一般需要5-10 min，并且还拥有良好的客观性和可重复性，所以能够满足代谢组学方法对检测高通量样品要求，提供很直观的分析，以及完成一些其他方法无法完成的任务。

代谢组学研究所用的样品大部分为各种体液，包括尿液、血液、唾液、精液等，而尿液作为最常采用的样品之一有很多其他样品所不可比拟的优势。首先，尿液作为机体整体对内外环境的变化所产生的反应的终端，能反映出体内大多数的生物调节过程，因为许多代谢终产物会从尿中排出，而这些代谢终产物携带了许多生物体内的代谢信息，能够比较直观的反映生物体内这些代谢物所发生的变化以及与之相关的代谢通路的变化，通过对尿液的分析可以很好的了解运动对人体的影响，这对研究运动人体代谢情况有很大的用处。其次，尿液的收集具有无创性，而且采样方式十分便捷，并且样品处理也比较简单，能够对同一个研究对象不同阶段进行多次地获取样品，增强了研究的可行性。竞技运动训练中，对尿液样品的研究具有很大的实践意义，目前已经有许多代谢组学研究开始利用尿液作为样本对运动人体进行研究，并且，取得了很好的效果^[1^，⁵^，^38-39]。

结论：①800 m跑后运动员氨基酸代谢较为旺盛，尤其是支链氨基酸等必须氨基酸。②经过对800 m跑后的相关代谢物进行分析，可以推断800 m跑是以糖酵解供能为主、磷酸原供能和有氧氧化供能共同参与的运动项目，这与传统的生化研究相符合。③800 m跑的过程中会出现一定程度的氧化应激。④基于核磁共振的尿液代谢组学技术有灵敏度高、无创性、样品需求量少、处理简单等优势，虽然其价值较高，专业性强，但是它能够为运动训练提供新的研究思路，为运动训练提供指导。
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

基于核磁共振的800 m跑训练前后尿液代谢组学特征

Nuclear magnetic resonance-based metabonomics features before and after 800 meters race

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