[提要]运动会引起人体代谢发生一系列变化。代谢最主要的变化的目的是为运动提供能量。运动可能有益于防止冠心病,这至少是由于贮存脂肪的消耗。运动也有助于促进类鸦片活性肽类物质的释放,而这些物质可能在由运动引起的整体激素及代谢变化中起重要作用。

业余锻炼在发达国家越来越普遍。运动使人体组成和功能都发生了变化,如体重和脂肪含量下降,心跳速率和血压也会峰低。运动期间也发生许多生物化学变化,例如酶类和钾从骨骼肌肉中释放到血浆中,蛋白尿和内分泌也发生了变化。这些变化又导致了其它代谢物的变化。这里着重论及运动的生物化学的三个方面。1. 能量的产生和贮存,2. 运动与冠心病,3. 运动与“感觉舒服”。

能量的产生和贮存

ATP(三磷酸腺苷)是通用的自由能化学形式。虽然肌肉通常占人体重的40%,但它们只含有少量的ATP。因此,它们必须不断地再产生。按生产工作肌肉所消耗的ATP的代谢过程可将运动分成好气和嫌气两种主要过程。

嫌气代谢主要是ⅡB型骨骼肌纤维的功能。它发生在轻度到中度运动的最初几秒钟,也发生在需要强度的运动的整个过程中。ATP通过两个反应产生。

磷酸肌酸+ADP(二磷酸腺苷)→肌酸+ATP

糖原+ADP+Pi(无机磷)→乳酸+ATP

肌肉只含有少量的磷酸肌酸,糖原可以维持糖酵解过程3—4分钟。但嫌气代谢的程度通常会受到乳酸的阻碍,因为在肌肉中乳酸形成的速度比运走的速度快,即使增加血液流通也是如此。因此导致肌肉pH降伴,致使一些关键的酶类如磷酸果糖激酶活性受抑,并且减弱了钙同肌钙蛋白的结合。

好气运动主要是Ⅰ型肌纤维的作用。它主要在长时间需要韧性的运动中起作用。其反应如下:

2H+O+3ADP+3Pi—H2O+3ATP

其中的两个氢原子的来源很广,如脂肪酸、酮类、葡萄糖。高强度的好气运动(接近最大氧摄取量)如径赛需要最大限度的肌肉糖原的消耗,而诸如马拉松这样需要韧性的运动则需要贮存脂肪中脂肪酸的代谢。

ATP的产生及其运输以及代谢库的重新补充是很精细地得到控制的,其中涉及到肌肉、脂肪组织及肺的相互作用。激素在其中许多过程的调节中起关键作用。例如,去甲肾上腺素、肾上腺素、胰增血糖素的增加以及胰岛素的降低可以防止运动过程中出现低血糖症,其机理正在研究之中。据认为,胰岛素同胰增血糖素的比率能通过影响磷酸果糖激酶 - 果糖二磷酸酶酶点位而影响2,6 - 二磷酸果糖的酵解过程,从而可以短期控制肝部的糖酵解 - 糖原异生作用。

运动与冠心病

流行病学调查证明,经常的体育锻炼有益于防治冠心病和延年益寿。这可能通过几种机制而发生作用。例如,运动增加了心电稳定性,改变一些已知的危险信号(如血压和胆固醇含量升高)。已发现好气运动能降低轻度高血压病人的血压,至少其部分原因是运动改变了血浆中儿茶酚胺的含量。

通常大多数胆固醇是以低密度脂蛋白(LDL)形式运转的,少量以高密度脂蛋白(HBL)和极低密度脂蛋白(VLDL)及乳糜微粒运转。胆固醇总量及LDL胆固醇含量增加是冠心病的危险信号,另外降低是一个独立的危险信号。

对正常人和心肌梗塞幸存者的研究表明,运动后VLDL和LDL胆固醇降低,而同时HDL胆固醇含量增加。HDL增加主要是由于其中稍低密度的HDL3亚组分的增加而引起的,这一组分含量与发生冠心病的可能性的关系比HDL3组分与冠心病发生关系更为密切。

冠心病是导致运动员猝死最常见的病因。虽然运动有助于防治冠心病,但在剧烈的运动中,心脏停搏的危险是急剧增加的。可能的生物化学原因是,运动后游离脂肪酸类和儿茶酚胺含量增加,从而引起心律失常。电解质紊乱,特别是不适当的体液损失和补充,也将影响到心肌功能、

运动与“感觉舒服”

经常参加运动的人都感到锻炼使他们感到舒快。据认为这是由于内源类鸦片活性肽类物质的释放引起的。研究中将试验对象对锻炼的心理反应分成“感觉舒服”、“欣快症”和“上瘾”,进一步说明内源类鸦片的作用同对吗啡之类的鸦片物的反应的类似性。

内源类鸦片物是一组活性肽类物质,可分别由三种前体经不同途径在中枢神经系统或末梢神经中合成,这三种前体都有相同的N端(氨基末端),分别是蛋氨酸 - 脑啡呔(Tyr-Gly-Gly-Phe-Me+)或亮氨酸 - 脑啡呔(Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu)。通过同中枢神经和末梢神经上众多的专性类鸦片受体的相互作用使类鸦片物的功能有很大差异。药理学研究表明,μ受体(吗啡选择性),δ受体(脑啡呔选择性)以及к受体(强啡呔选择性)是最富特性的三种受体。

类鸦片物起一种发出抑制信号的作用。它们使人主观地改变脾气并导致痛觉缺失、它们影响到呼吸、血压和呕吐,也影响其它激素的分泌(如增加促乳素和生长激素,降低促黄体激素)。不过这种影响是间接的,如影响促性腺素的分泌是通过对释性腺素激素的作用而实现的。此外,对锻炼过度的人,类鸦片物却产生副作用。它们可能导致人对运动“上瘾”。在强度运动的运动员中出现下丘脑机能障碍,其原因可能有类鸦片物的作用。

[Analytical Proceedings,1987年3月]