運動疲勞是發(fā)生于多器官、多細胞和多分子水平上的一連串事件，其產(chǎn)生的內(nèi)在機制非常復(fù)雜。根據(jù)各種生理誘發(fā)因素的作用途徑、位點和方式可以將運動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)生所需動力或輸出所需能量的驅(qū)動力，指的是運動神經(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造成中樞疲勞?，F(xiàn)有研究成果認為，造成5-HT在神經(jīng)元細胞中的累積主要是通過血腦屏障氨基酸轉(zhuǎn)運體調(diào)節(jié)的，5-HT的合成前體色氨酸與支鏈氨基酸（BCAA）競爭性地通過血腦屏障氨基酸轉(zhuǎn)運體從血液進入神經(jīng)元，在長時間、高強度運動過程中，血液中的BCAA被大量消耗，造成更多的色氨酸進入神經(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較低時可以提升運動表現(xiàn)，而其比例較高時會降低機體的興奮度，降低運動的協(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，大腦產(chǎn)生的保護性抑制引發(fā)了運動疲勞。在高強度的腦力或體力運動時，大量沖動刺激大腦皮質(zhì)相應(yīng)的神經(jīng)元，產(chǎn)生長時間興奮，為避免糖原等能量物質(zhì)過多消耗，當達到一定程度時，大腦皮層會產(chǎn)生保護性抑制作用，產(chǎn)生疲勞感提醒身體停止運動，在長時間高強度的運動中，血漿支鏈氨基酸的含量會減小，使芳香族氨基酸(AAA)/支鏈氨基酸(BCAA)值增加，此外，疲勞時大腦中的γ-氨基丁酸含量增加，也會導致大腦皮層產(chǎn)生抑制。

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

       1、能量物質(zhì)耗竭

       三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)是人體各項生命活動中的直接能源物質(zhì)， 此外還有糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)為機體運動間接供能。運動時，磷酸原系統(tǒng)、乳酸能系統(tǒng)、有氧氧化系統(tǒng)為生命活動提供能量。當能量供應(yīng)充足時，肌肉組織工作正常，從而完成運動過程，隨著運動時間的延長或運動強度的提高，機體逐漸依賴肝臟和肌肉中的糖原分解供能。當糖原產(chǎn)生的能量無法維持需求且得不到及時補充時，機體就會出現(xiàn)外周疲勞。

       研究發(fā)現(xiàn)，機體運動的持續(xù)時間和強度是通過影響能源物質(zhì)消耗速率從而影響運動疲勞產(chǎn)生：在短時間、高強度的運動中，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，當疲勞產(chǎn)生時，肌肉中的磷酸肌酸含量降至運動前的20%，在長時間、低強度的運動中，有氧氧化系統(tǒng)提供主要能量，糖原作為儲能物質(zhì)被分解用以供給運動消耗和維持血糖平衡，長時間的運動會大量消耗糖原，產(chǎn)生運動性疲勞。動物實驗發(fā)現(xiàn)，當狗運動至疲勞時，血糖含量下降，注射腎上腺素，機體對肌組織的糖利用率提高，使血糖濃度升高，狗的運動能力明顯恢復(fù)。此外，脂肪水解會產(chǎn)生大量的自由脂肪酸，血漿游離脂肪酸的累積會促進游離色氨酸的增加，過多的色氨酸進入腦內(nèi)則會引起5-羥色胺水平上升，從而抑制大腦工作能力，加強中樞疲勞。

       2、代謝產(chǎn)物積累

       相對于靜息狀態(tài)下，運動員在高強度運動時消耗更多能源物質(zhì)，同時也產(chǎn)生更多的代謝產(chǎn)物(乳酸、NH4+、H+等)，如果這些代謝產(chǎn)物不能被及時清除，將會對正常的物質(zhì)代謝造成通道堵塞，導致肌肉組織運動功能下降，產(chǎn)生運動性疲勞。在高強度運動中，運動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，隨著運動強度的增加，體內(nèi)乳酸含量持續(xù)堆積，劇烈運動時，肌肉乳酸含量可達40 mmol/kg濕重， 血乳酸可達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，腦細胞對血液酸堿度的變化非常敏感， 血液pH值下降，可造成腦細胞工作能力下降。研究證實，乳酸含量越高，機體運動功能下降越明顯，疲勞恢復(fù)期增長。人體運動時肌肉收縮還可產(chǎn)生 NH4+(AMP經(jīng)脫氨酶催化)， 當體內(nèi)ATP被大量消耗時，體內(nèi)氨含量增高，氨含量增高可促進糖酵解反應(yīng)，產(chǎn)生乳酸和 H+，導致一些酶活性降低甚至失活，乳酸和氨共同作用使身體機能下降，產(chǎn)生疲勞。研究表明，體內(nèi)NH4+的生成與運動強度呈正相關(guān)，在運動過程中，由于氨基酸代謝增強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，影響機體能量代謝及運動平衡，甚至引起肌肉痙攣。研究證實，血氨含量升高后可進入腦組織，對大腦細胞有神經(jīng)毒性作用，破壞谷氨酸和 γ-氨基丁酸的平衡，導致中樞疲勞產(chǎn)生。

       3、氧化-抗氧化系統(tǒng)失衡

       長時間、高強度運動會導致機體氧化-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，最終導致運動疲勞。還原型谷胱甘肽(glutathione，GSH)是機體內(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，馬拉松跑和高強度自行車運動后，運動員血漿中的GSH濃度顯著下降30%。

       運動過程中自由基的生成與肌肉收縮強度有關(guān)。短暫或低強度的肌肉收縮誘導生成的活性氧（ROS）/NO水平具有增強骨骼肌收縮相關(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?；饔?，從而提高肌原纖維的鈣敏感性及增強骨骼肌收縮力量；而運動產(chǎn)生過量ROS/NO時可引起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血管舒張的作用，增強O2和營養(yǎng)物質(zhì)的流通；而過高的自由基水平卻會抑制血管擴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+在細胞內(nèi)神經(jīng)-肌肉信號傳導、有氧運動產(chǎn)生的運動性疲勞中為重要的調(diào)控因子。研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的Ca2+長時間存在于胞漿中可以誘發(fā)正常肌細胞的凋亡，肌細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)最終會導致肌肉疲勞及損傷。此外，運動引起胞漿Ca2+濃度增加，線粒體具有緩沖調(diào)節(jié)胞漿Ca2+濃度的功能，當疲勞發(fā)生時，引發(fā)細胞膜系統(tǒng)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)， 線粒體膜對Ca2+的通透性增加，大量 Ca2+進入線粒體，出現(xiàn)鈣反常，過量的鈣離子積累又會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，進而造成細胞鈣離子代謝紊亂， 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

       [1]趙靜.運動疲勞機制及食源性抗疲勞活性成分研究進展[J].食品安全質(zhì)量檢測學報，2021，12(09):3565-3571.

       [2]倪冰倩，李秀婷，張成楠等.天然物質(zhì)抗運動性疲勞活性分子機理的研究進展[J].食品研究與開發(fā)，2023，44(10):208-214.

       [3]陳慧，馬璇，曹麗行等.運動疲勞機制及食源性抗疲勞活性成分研究進展[J].食品科學，2020，41(11):247-258.

       作者簡介：小泥沙，食品科技工作者，食品科學碩士，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。