一氧化氮与运动疲劳关系的研究进展

1、第 23年月期福建体育科技1231 1卷第 2VolNO 220044Fujian Sports Science and TechnologyApril 2004一氧化氮与运动疲劳关系的研究进展熊正英1 X , 曲洪刚2(11 陕西师范大学运动生物学研究所 , 陕西西安 710062)摘要 : 一氧化氮 (NO) 是一种自由基 , 也是一种重要的细胞内信使分子 , 其参与许多生理过程 , 具有广泛的生物学效应。本文主要从 NO 对肌肉的外周机制和大脑的中枢机制两方面对运动性疲劳进行阐述 ,探讨了 NO 与运动性中枢疲劳的关系 , 并展望了其在消除运动性疲劳的意义。关键词 : 一氧化氮 ; 自由

2、基 ; 运动性疲劳 ; 一氧化氮合酶文章编号 : 1004 - 8790(2004)02 - 0017 - 03中图分类号 : G80417文献标识码 : ADevelopment on The Relation Bet ween Nitric Oxideand Sports FatigueXiong Zheng - ying1 , Qu Hong - gang2(1.Institute of Exercise Biology , Shanxi Normal University , Xian 710062 China)Abstract : Nitric oxide (NO) is not o

3、nly a kind of free radial , Is an important kind of messengery molecule in cellalso. It takes part in a lot of physiological processes and has widely biological effects on exercise fatigue. The article summary t he mechanism of t he effects of NO on t he outside and central fatigue. It also probes t

4、 he relation between NO and central fatigue , prospects t he significance in remove t he central fatigue. Key words : Nitric Oxide ; Free Radial , Exercise Fatigue , Nitric Oxide Synt hase前言一氧化氮 (NO) 是由血管内皮细胞产生并释放的血管舒张因子 , 其作为人体中一种非常重要的神经递质 , 介导了许多生理过程。在运动中 , 它对运动系统、心血管系统、神经系统以及免疫系统等都具有非常重要的生理作用。近年来

5、 , NO 的理论也被引入到运动人体科学的领域 , 并已证实 : NO 在心血管功能、骨骼肌收缩功能中对运动的适应性变化起重要作用 1 - 2 。NO 对运动疲劳的影响目前并不十分清楚。本文将从外周和中枢两大机制探讨 NO 与运动疲劳的关系。1 NO 的生物学合成NO 是一种自由基 , 在一氧化氮合酶 ( nitric oxide syn2 t hase , NOS) 的催化作用下 , 以左旋精氨酸 (L - Arg) 与活性氧分子为底物 , 最终生成左旋瓜氨酸 (L - Cit ) 并同时生成 NO , NOS 是主要的限速因子。NOS 是一种二氧化酶 , 现以克隆出三种 NOS 基因。NO

6、SI 是结构型 NOS(eNOS) , 为 ca2 + / caM 依赖性 , 主要存在于神经原和某些上皮细胞。NOSII 是一种诱导型 NOS ( iNOS) , 不依赖ca2 + / caM , 诱导后可产生 nmol/ L 水平的 NO , 主要存在于巨噬细胞、中性粒细胞、合成纤维细胞、胶质细胞、平滑肌细胞和内皮细胞等。NOSIII 是 ca2 + / caM 依赖性的 (cNOS) , 多见于内皮细胞 , 但其表达可被某些因素增强 , 如在应激条件下 , cNOS 表达可产生 pmol/ L 水平的 NO 3 。2 运动对内皮细胞 NO 分泌的影响NO 是一种简单的小分子物质 , 是一

7、个重要的细胞内信使 , 可以介导许多生理过程。运动中 , 随着运动强度的增加 , 血浆儿茶酚胺的浓度逐渐增加 , 并与血管内皮细胞上的 a2 - 肾上腺素受体结合 , 可以刺激内皮细胞释放 NO ;同时在运动过程中 , 随着心输出量的增加和血液重新分配 , 导致骨骼肌和心肌血流量增加 , 血流速度加快 , 必然增加血流对内皮细胞的切压力 , 增加 NOS 活性 , 从而促进内皮细胞的切压力 , 增加 NOS 活性。运动中机体 NO 分泌的调节机制见图 1 4 。X 作者简介: 熊正英 (1952 - ) , 男 , 陕西商南人 , 陕西师范大学教授 , 主要从事运动生物化学与营养学研究。18

8、福建体育科技第 23 卷递链中复合体中的复合体 、复合体 的铁中心反应形成3 NO 与运动疲劳的关系硝酸基复合体而使之功能改变 , 影响线粒体的功能 , 降低大量研究报道 , 机体高强度运动时 , 存在着严重的缺血管平滑肌细胞或肝实质细胞的氧消耗 6 、7 。cNOS 产生的血和缺氧 , 同时作为一种应激 , 较大负荷的运动也会引起NO 对骨骼肌氧消耗的调节研究 , 全身注射 NOS 抑制剂可机体各部分组织血液供应的重新分配。而血液供应与细胞显著提高安静清醒狗的组织氧消耗 , 且这种效应与 NOS 抑中氧和营养物质的供给以及代谢产物的排除密切相关。因制剂介导的血流变化无关。因为等效的 NO 非

9、依赖性血管此 , 运动医学界也已将提高机体抗缺血缺氧的能力作为提收缩物没有影响氧消耗 , 这些结果表明 , 内皮细胞产生的高运动能力和抗疲劳的有效方法之一。NO 通过直接影响骨骼肌线粒体酶功能对骨骼肌组织代谢发3 11NO 对外周疲劳机制的影响挥抑制作用 8 。Shen 等的研究表明 , NOS 活性受抑制时 ,3111 NO 对骨骼肌摄氧量与耗氧量的影响运动中可产生更大的氧消耗 , 降低肌肉的工作效率 6 。这运动中 , 骨骼肌血管内皮释放 NO 增加 , NO 可松驰血说明 NO 有利于降低运动中的氧消耗 , 有利于提高肌肉的管平滑肌 , 使血流量增加 , 从而使氧运输量增加。Cuitis

10、 等工作效率。这可能是 NO 调节运动疲劳的产生的机制之一。报道 , 在麻醉犬 , 同时用 L - NAM E 和吲哚美辛阻断内皮但 NO 通过它的血管扩张作用增加了组织床的氧运送 , 却源性 NO 合成 , 可使犬后肢血管阻力上升 168 % , 氧摄取率降低了骨骼肌细胞的氧消耗。运动过程中 ,NO 产生增多亦有所下降 , 说明血管内皮释放舒血管因子对于维持较高时 , 对这种矛盾活动的平衡调节还不清楚。的氧摄取率是必要的 5 。31112 NO 与葡萄糖转运NO 调节组织氧消耗 , 动物实验表明 , 运动过程中氧摄运动中肌肉血流量增加 , 已被证明是由 NO 参与介导取和氧消耗增加 , NO

11、S 则会降低这种作用。Shen 等研究表的。肌肉活动中葡萄的利用主要是通过胰岛素和肌肉收缩明 , 经 NOS 抑制剂处理的狗 , 运动中混合静脉血氧合 Hb活动的调节 , 胰岛素和类胰岛素因子可提高内皮中 eNOS降低 , 静脉氧分压下降 , 混合静脉血血氧降低 , 血氧饱和和肌纤维中 iNOS 的活性 , 肌肉收缩也可以引起 NOS 活性度降低都大于对照组 6 。有研究证明 , 巨噬细胞产生的 NO升高 , 生成的 NO 促进葡萄糖转运入骨骼肌 , 如果在肌肉(iNOS) ,通过与三羧酸循环中的乌头酸酶、线粒体电子传收缩活动后注入NO生成抑制剂L - NMMA会使2 -脱氧1第 2 期一氧化

12、氮与运动疲劳关系的研究进展19 葡萄糖转运下降 9 。但 L - NMMA 不能抑制胰岛素引起的中 , 补充 L - Arginine 有助于提高有氧运动能力 20 。减少葡萄转运增加 10 。Balon 等研究表明 , NO 供体提高骨骼肌马拉松运动员的肌肉损伤 21 。国内王琳等人的研究报道:葡萄转运 , 抑制 NOS 活性 , 使骨骼肌收缩引起的葡萄转运大鼠运动前服用 L - Arg 达一定剂量后 , 可改善机体的运动受阻 , 并且 NO 还可以促进骨骼肌对葡萄糖的利用 , 有利能力 , 使力竭运动时间明显延长 22 。于 A TP 能量的产生 11 。在中枢神经系统中 , NO 能降低

13、较强运动负荷引起的脑此外 , 虽然 NO 是一种自由基分子 , 但大多数生物体组织 ET - 1mRNA 的表达 , 从而改善大脑局部缺血、缺氧中的 NO 有抗氧化性的特性 , NO 可抑制肌肉产生氧自由反应。有利于调节中枢疲劳的产生。但 NO 具有介导兴奋基 , 限制其合成 12 。日本学者 Nevin 对高原习服的研究中 ,性氨基酸以及其作为神经递质在运动中与中枢疲劳之间的氧化中间产物 ( MDA) 降低 , 这与 L ubee 报道的给予 L -关系目前尚不十分清楚。李峰等人利用中药制剂“体复康”Arg 可减少脂质过氧化产物 MDA 水平的结果一致 13 。NO来调节 NOS 的活性 ,

14、 有助于改善局部脑组织的供血、供的抗氧化性是否有利于消除运动时大量的自由基产生还需氧 , 有一定抗中枢疲劳的作用 19 。但由于 NO 的双重作进一步研究。用 , 所以在药物制剂抗疲劳方面还有待于进一步研究。312 NO 与中枢疲劳的关系4主要参考文献NO 在组织细胞中主要表现为细胞内的信使功能 , 如可通过 c GMP 过程引起与蛋白磷酸化有关的血管平滑肌松驰。 1 Weiqun Shen ,Xiaoping Zhang , Gong Zhao , et al.Nitric有研究表明: eNOS 主要分布于中枢和周围神经系统的神经2oxide production and NO synt h

15、ase gene expression con原细胞 , 这种酶以前多被称为脑型或神经型合成酶。它产生tribute to Vascular regulation during exercise.MedSci的 NO 具有介导兴奋性氨基酸以及其它与 c GMP 浓度升高有Sports Exerc , 1995 ,27 (8) : 1125 - 1134.关的神经递质传递信息作用 14 、15 。还参与神经发育、神经 2 Mcallister RM ,Hiral T ,Musch T I. Contribution of内分泌、调节导向轴突生长 , 参与突触可塑 , 尤其在长时成endot he

16、lium -12derived nitric oxide ( EDNO) to t he skele增强和长时抑制、学习与记忆、痛觉调制等过程发挥作tal muscle blood flow response to exercise. Med Sci Sports用 16 、17 。颜艳等 18 的研究表明 , NOSmRNA 在安静对照组Exerc , 1995 , 27(8) : 1145 - 1151.大鼠脑组织海马和丘脑等部位均有强烈的表达。说明在正常3 Carl Nat han OV ,Xue Qw.Regulation of biosynt hesis of情况下 , NOS 在脑

17、组织中功能活跃; 进行适当的运动训练与nitric oxide. J Bio Chem , 1994 , 269 : 13725 - 13728.安静对照组无明显差异 ,说明适量运动对大鼠脑组织中的4 金其贯 , 冯美云1运动与内皮细胞内皮素和一氧化氮NOS 活性影响; 进大负荷运动的强化训练组表达明显减弱 ,11112分泌的研究进展J 中国运动医学杂志 , 2002 ,21说明疲劳会使脑组织中的 NOS 活性减弱。另有研究表明 19 ,(3) : 292 - 296较强的运动应激会导致脑组织 ET - 1mRNA 表达增强 , 从而 5 Curtis S E.Role oft he Vasc

18、ular endot helium NO extrac引起局部血管持续收缩 , 导致相应部位缺血缺氧 , 这可能与tion during progressive ischemia in xanine sizeletal muscle强负荷运动训练时中枢疲劳的产生有关。而 ET 和 NO 是调J J Appl Physiol ,1995 ,79 : 1351 - 1360.节局部组织血液供应的拮抗因素。运动负荷过大会影响大脑 6 Shen W , ZhangX ,ZhaoGl. Nitric Oxide Production组织 NOS 和 ET mRNA 的表达 , 使这对关系到血和氧供应的and No synt hesis Gene Expression Contribute to Vascular拮抗因子的平衡关系发生改变 , 从而导致局部脑组织进一步Regulation during Exercise.Med Sci Sports Exer ,1995 ,缺血缺氧。这可能是导致运动疲劳的机制之一。但影响局部27 : 1125 - 1134.脑组织 NOS 和 ET mRN