疲劳产生机理及支链氨基酸对脑内5-HT影响的实验研究

 　　Newsholm曾提出脑内5-羟色胺(5-HT)是中枢疲劳产生的重要介质。但其不易透过血脑屏障 ，故脑中5-HT主要依靠外周色氨酸做为前体进入人脑组织。已知色氨酸与某些中性氨基酸 ，尤其是支链氨基酸(BCAA)在经载体进入血脑屏障过程中存在竞争性抑制，因此外源性补充 支链氨基酸可能延缓运动性疲劳的产生。本文以小鼠定量或力竭运动为模型，研究补充支链 氨基酸对疲劳小鼠脑内5-HT水平的影响。

　　1　材料与方法

　　二级昆明种小鼠，雌雄各半，体重18～22 g。均衡随机法分为5组(n=12)：(1)正常对照组； (2)定量负荷运动对照组；(3)最大运动能力对照组；(4)定量负荷运动实验组；(5)最大运动 能力实验组。常规饲养，(4)、(5)两个试验组除常规饲养外，灌胃给予BCAA溶液0.5 ml/ (只．d)(内含亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸各10 mg)，连续10 d。定量负荷运动实验是在无训 练和自然光线下先测定单位时间小鼠活动量，然后尾部2 g负荷，在直径15 cm、高40 cm(内 壁光滑)、水深35 cm、(22±1)℃玻璃槽中，连续游泳15 min后再次记录单位时间内活动量 。最大运动能力实验则是另选择无训练小鼠，依上述条件任其连续游泳至力竭。全部动物眼 内眦取血，分离血清用于BCAA测定。脊髓离断法处死动物，分离脑组织置液氮储存用于测定 5-HT。血清BCAA(Leu、Val、ILe)、Trp和脑组织5-HT含量均采用日产岛津LC-BAHPLC仪测 定(AA测定条件：色谱柱为岛津C18150×4.6mm、流动相为NaAc pH6.39．乙腈、流 速1ml/mil、柱压120 kgf/cm、血样加2ml 0.1NHCl沉淀去蛋白后12 000 r/min离心10 min、 取上清液200 μl经衍生后进样。脑5-HT测定条件：仪器同上、色谱柱Irregular-H C 18 250×4.6mm、流动相为pH3.5的磷酸盐缓冲液，甲醇，B8、流速1 ml/min、柱压192 kgf/cm、样品经去蛋白12 000 r/min离心10 min、取上清液20μ l进样。全部数据经微 机处理，以均数±标准差(±S)表示。采用组间或配对t检验进行统计分析。

Tab.1 Changes of the general activity after quantitative exerc ise

　　in two groups of mice. (counts/5 min.±s,n=12)

　　Group The general activity Change

　　(%)
 
Pre-exercise Post-exercise
Quantitative exercise 111±38 　52±21** -53%
Quantitative exercise
treated by BCAA 126±21 109±12 -13%

　　*　*　P＜0.01, vs pre-exercise by the paired t test2　结果

　　(1)定量负荷运动实验　对照组和实验组小鼠定量负荷运动前后一般活动的比较见表1。HP LC分析结果见表2。

Tab. 2 Changes of the both serum-amino acids and

　　brain 5-HT in the different conditions of mice (μmol/L,±s,n=12)

　　Group Trp BCAA Trp/BCAA 5-HT
Normal control 28.90±5.89 282±31.40 0.10 ±0.02 18.10±4.39
Quantitative exercise
　　　　Control 31.40±8.65 266±19.91 0.12±0.02 22.00±1.61
　　　　BCAA 28.20±4.81 312±18.99*# 0.09±0.01# 19.20 ±3.33#
Maximum exercise
　　　　Control 37.40±5.34** 200±20.21**## 0.19±0.01**## 55.30±14.11**##
　　　　BCAA 35.30±3.86** 220±24.22** 0.17 ±0.03**## 45.40±9.02**##

　　*　P＜0.05, **　P＜0.01, vs no rmal； #　P＜0.05,##　P＜0.01,vs quant itative exercise control　　(2)最大运动能力实验　以小鼠连续游泳至力竭的时间为指标，对照组(28.76±2.66)min, 实验组(补充BCAA)(39.35±3.53)min,两组力竭时间比较，有明显统计学差异(P＜0.01 )。

　　HPLC分析表明：无论对照组还是试验组，脑中的5-HT水平都明显升高，血清Trp水平升高， 而BCAA下降，故Trp/BCAA比值升高(表2)。

　　3　讨论

　　本实验表明：小鼠定量负荷运动与正常状态相比较，血清Trp和脑5-HT均有所升高，血清支 链氨基酸水平亦有所减少，因此Trp/BCAA比值有升高趋势，但P＞0.05。外源性补充BCAA 可增强定量负荷运动后的小鼠活动量，同时降低Trp/BCAA比值。实验还进一步表明：外源性 补充BCAA能明显延长力竭出现的时间；而无论是否补充BCAA，力竭时血清Trp均明显升高，B CAA水平下降，导致Trp/BCAA比值显著高于正常或定量负荷运动组，同时脑组织中的5-HT水 平异常增高。

　　运动训练能促进营养物质代谢。特别是脂肪运动结果使游离脂肪酸(FFA)增多并与Trp争夺血 清蛋白的结合位点，进而导致游离Trp水平升高，促进Trp经血脑屏障进入脑组织中。另一方 面，Trp与 BCAA等其它氨基酸在透过血脑屏障时需要共同的载体携带，故彼此间存在竞争性 结合。Trp水平升高，使得Trp/BCAA比值增大，更有助于Trp与载体结合进入脑组织，使脑组 织中5-HT合成原料增多。曾有学者对安静状态和运动状态下大鼠不同脑区中5-HT和其主要 代谢产物5-羟吲哚乙酸(5-HIAA)进行测定，发现随运动时间的延长，5-HT和5-HIAA升高 ，至疲劳时达最高值；药理学研究也表明5-HT激动剂能明显缩短大鼠至力竭的时间。我们 的结果也发现定量负荷运动小鼠的脑5-HT水平与正常对照小鼠无明显差异，只有当力竭运 动后，脑5-HT水平才明显升高，外源性补充BCAA，虽能延缓力竭出现时间，但至力竭时脑5 -HT水平依然很高，由此提示5-HT在运动性疲劳的中枢机制中可能起重要的介导作用。

　　支链氨基酸包括Leu、ILe、Val三种必需氨基酸，是长时间持续运动时参与能量供应的重要 物质，肌肉是氧化BCAA的主要组织。本实验中，定量负荷运动时BCAA水平较正常有一定减少 ，力竭运动时BCAA明显降低，均说明在运动过程中，BCAA分解增多参与能量供应。因此外源 性补充BCAA是提高运动能力、延缓运动疲劳的营养学手段。通过补充适量BCAA，一方面可促 进运动的能量储备和利用，另一方面能通过竞争性抑制而减少Trp进入脑组织，从而减少5- HT的合成，有助于延缓疲劳的出现时间。