杨 瑾

1.College of Life Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China；2.Physical Education Department of Xi＇an University of Post and Telecommunications，Xi＇an 710061，China.

由于传统观念和测量方法的限制，对运动性疲劳的研究多集中于外周疲劳方面，而中枢神经系统在运动性疲劳中的作用却少受重视。随着新技术的应用和神经生物学研究的发展，运动性中枢疲劳愈来愈受到广泛关注和研究。中枢疲劳发生部位起于大脑，止于脊髓运动神经元。大脑皮层及皮层下中枢脑细胞工作强度下降可能是疲劳产生部位之一。脑细胞工作强度下降是大脑皮层保护性抑制发展的结果。运动时，大量冲动传至皮层相应神经细胞，使之长期兴奋，导致了消耗的增多，为避免过度消耗，当达到一定程度时就产生了保护性抑制。中枢神经系统中的神经递质参与了这种疲劳的产生，也可以说是中枢疲劳产生的物质基础。5-HT作为一种中枢神经系统内单胺类神经递质，参与多种脑功能如情绪、疼痛、睡眠、体温、内 分 泌 等 的 调 节［19，21，25，31］。 近 年 来 ，5-HT 成 为 研 究 运 动性疲劳领域的热点之一。诸多研究表明，长时间运动可使机体脑中5-HT水平增加，从而损伤中枢神经系统功能，降低中枢向外周发放神经冲动，引起运动能力降低。运动性中枢疲劳对运动员正常训练、比赛产生一定影响，如何推迟或消除疲劳显得尤为重要。

运动性疲劳属中医“劳倦”范畴，中医经典著作中有许多对“疲劳”与“虚劳症”的论述。《素问举痛论》曰：“劳则气耗”，《杂病广要劳篇》曰：“劳动不息则形虚”，《景岳全书》曰：“凡虚损之由，无非劳倦七情饮食所致，或先伤其气，气伤必其精”，《金匮玉函要略辑文》曰：“劳则必劳其精血也”。中医理论认为精（津）血为侧力产生的物质基础，它的化生与运行与中医脾、肾、肝、心有密切联系，人的耐力亦由此而生。目前，应用中药运动补剂增强运动能力和消除疲劳的研究十分活跃，许多学者研究表明，中药运动补剂对运动能力的提高和疲劳的消除有一定的作用。沙苑子（semen astragali complanati），为豆科植物扁茎黄芪（Astragalus complanatus R Br）干燥成熟的种子，在历代本草中曾以白蒺藜、蒺藜子、潼蒺藜、沙苑蒺藜、大沙苑、沙蒺藜等名称入药，它是陕西特产中药材之一［2，17］。医学研究发现，沙苑子富含多种氨基酸、多肽、黄酮类、蛋白质，微量元素等成分，能够温补肝肾、固精、缩尿、益肝明目，具有一定的抗疲劳作用。本实验试图通过研究沙苑子对运动性疲劳大鼠海马、间脑5-HT及其相关代谢物的影响，为沙苑子作为运动保健品的开发利用提供实验依据。

1 材料和方法

1.1 实验动物

Sprague-Dawley（SD）雄性健康大鼠24只，3月龄，体重190～230g，由陕西中医研究所实验动物饲养中心提供，大鼠置于室温22℃±5℃，相对湿度40%～65%清洁动物室中，分笼饲养，自由摄食饮水。

1.2 实验模型的建立

1.2.1 动物分组及造模方法［10］

采用递增强度的方式在国产电动鼠类跑台（购自杭州）上跑台运动，坡度为0。从训练第1周起，每周递增速度，分别为：15m／min，22m／min，27m／min，30m／min，35 m／min，每天训练20min。第5周后按以下方案进行训练：

一般训练：于第6、7周每只大鼠每日按35m／min的速度，在跑台上跑20min。

强化训练：于第6、7周每只大鼠每日按35m／min的速度，在跑台上跑30min。

造模期间于每周星期日测大鼠体重，造模周期共计7周，于第8周始取材，末次运动速度仍为35m／min，时间为30min。

实验分组：

安静对照组（6只）：自实验开始第1～7周直至第8周取材日不进行任何运动训练。

训练对照组（6只）：进行5周的适应训练后，再进行2周的一般训练，于第8周取材日运动后即刻取材。

强化训练组（6只）：进行5周的适应训练后，再进行2周的强化训练，于第8周取材日运动后即刻取材。

强化加药组（6只）：进行5周的适应训练后，再进行2周的强化训练，于第8周取材日运动后即刻取材。

1.2.2 给药方法

强化训练组大鼠每日于训练后1h灌胃中药（将沙苑子冲剂按比例溶解，按1.8g／kg的给药剂量），沙苑子冲剂由陕西省恒心堂制药有限公司生产，其余各组大鼠等体积的生理盐水灌胃。

1.2.3 取样

于取材日将大鼠乙醚麻醉，立即断头处死，切除延髓以下的脊髓部分，去除小脑和大脑皮层。前方以僵三角的前缘和视交叉为界，后方以四叠体前缘和乳头体后缘为界离断，分离出间脑和海马。

1.2.4 样品的制备

分别将称重后的海马、间脑组织于研钵中，加少许石英砂及80%乙醇3ml，研磨成浆，再加80%乙醇提取1h，过滤于蒸发皿中，将研钵和滤纸用80%乙醇（约5ml）洗2次。之后将滤液于75℃水浴上蒸干，并用pH2.20的柠檬酸缓冲液和10%偏磷酸按1∶1的比例溶解，高速离心，取上清液，低温保存待用，测试Trp。

分别将称重后的海马、间脑组织于研钵中充分研磨，加0.4mmol／L高氯酸溶液1ml，之后将组织匀浆液转入离心管，置冷冻离心机，4℃以10 000rpm离心15min；取上清，再转入离心管，置冷冻离心机，4℃以10 000rpm离心10min；取上清并用0.4mmol／L高氯酸溶液定容至1 ml，混匀，低温保存待用测试5-HTP、5-HT、5-HIAA含量。

1.3 主要试剂及仪器

5-HTP购自上海化学试剂采购供应站；5-HT、5-HIAA购自 Sigma公司；Trp、甲醇、HCl、Hac、NaAc、高氯酸均为色谱纯，以及偏磷酸、柠檬酸缓冲液、石英砂、乙醇、茚三酮均购自西安化学试剂厂及上海化学试剂厂。

Beckman 121MB氨基酸自动分析仪（美国）；HH系列恒温浴锅（深圳市沙头角国华仪器厂）；TN-100托盘扭力天平（武汉自动化仪表厂）；Agilent 1100高效液相色谱（四元梯度泵，荧光检测器，化学工作站）、电子天平（德国Sartorius）；冷冻离心机（美国Bechman）

1.4 测定分析条件

Trp测定：

树脂：离子交换树脂；缓冲液流速：10ml／h；茚三酮流速：5ml／h；进样量：50μl；柱温：54℃；层析柱：2.8mm×300mm；分析时间：65min；反应水浴温度：100℃；层析柱温度：53℃；缓冲液压力：4826～5515kPa；缓冲液pH：pH3.28；pH3.90；pH5.20。

5-HTP、5-HT、5-HIAA测定：

色谱条件：

色谱柱：Lichorsorb RP-C18（4.6×200mm，5μm）；流动相：0.1mmol／L NaAc（用 HAc调整pH 为5.10，内含0.1 mmol／L EDTA –2Na）∶甲醇＝90∶10（V／V），流量为1.0 ml／min；柱温：25℃；检测波长：λex／λem＝290nm／330nm。

标准曲线：精密称取5-HTP 2.30mg，5-HIAA 2.20mg，5-HT 1.93mg，分别置于10ml容量瓶，以0.1 mmol／L HCl溶解并调整至刻度，充分混匀。取此溶液1.25，2.50，5.00，7.50，10.0ml分别进样测定，以含量（ng）对峰积作线性回归。

回归方程：

计算方法：含量（μg／g）＝ 测得值（ng）／ 进样量（μl）×样品总体积（ml）÷ 组织重量（g）。

2 结果

2.1 沙苑子及跑台训练对大鼠海马5-HT及其相关代谢物质的影响

表1结果显示，一般训练组大鼠海马Trp、5-HTP、5-HT、5-HIAA含量均较安静组高，但Trp、5-HTP、5-HIAA未显示显著性差异（P＞0.05），而5-HT含量极显著高于安静组（P＜0.01）；强化训练组 Trp、5-HTP、5-HT、5-HIAA含量均高于安静组和一般训练组，且Trp含量较一般训练组有极显著性差异（P＜0.01）；5-HTP、5-HT含量较安静组和一般训练组均有极显著性差异（P＜0.01），而5-HIAA未显现显著性差异（P＞0.05）；沙苑子可抑制 Trp、5-HTP、5-HT的升高，使强化加药组大鼠海马Trp、5-HTP、5-HT含量显著低于强化训练组，但5-HIAA含量显著高于强化训练组，几种物质均显示出显著性差异（P＜0.05）。

表1 本研究沙苑子及跑台训练对大鼠海马5-HT及其代谢物的影响一览表Table 1 Effects of Semen Astragali Complanati on 5-HT and Relevant Substances Levels of Hippocampus in Exercise-Induced Fatigue Rats

2.2 沙苑子及跑台训练对大鼠间脑5-HT及其相关代谢物质的影响

表2结果显示，一般训练组大鼠间脑Trp、5-HTP、5-HT、5-HIAA含量均较安静组高，其中5-HT含量较安静组有显著性差异（P＜0.05），其他并无显著性差异（P＞0.05）；强化 训练组 Trp、5-HTP、5-HT、5-HIAA 含量均高于安静组和一般训练组，且其中Trp含量显著高于安静组和一般训练组，差异具有显著性（P＜0.05），5-HT含量显著高于安静组和一般训练组，差异具有极显著性（P＜0.01），5-HTP含量与安静组和一般训练组相比，分别具有极显著性和显著性差异（P＜0.01，P＜0.05）；沙苑子可抑制Trp、5-HTP、5-HT含量升高，且均具有显著性差异（P＜0.05），而使5-HIAA含量高于强化训练组，差异具有显著性（P＜0.05）。

表2 本研究沙苑子及跑台训练对大鼠间脑5-HT及其代谢物的影响一览表Table 2 Effects of Semen Astragali Complanati on 5-HT and Relevant Substances Levels of Diencephalon in Exercise-Induced Fatigue Rats

3 分析与讨论

Newsholme于1986年首先提出，血浆中氨基酸含量的变化可影响脑内神经递质，尤其是5-HT的合成、堆积、释放，从而在中枢疲劳中发挥作用［28］。5-HT是脑内抑制性神经递质，脑内5-HT代谢变化与运动性中枢疲劳有关［18，22］。研究显示，急性和持续性刺激可使脑区特定区域5-HT 含 量 发 生 改 变［23，26，30］，运 动 可 刺 激 脑 内 某 些 区域神经细胞释放5-HT［24，27］。

血浆中5-HT并不能通过血脑屏障，因此，中枢5-HT只能在脑内合成。正常情况下，中枢神经系统中，单胺类递质的代谢变化总处于相对平衡状态，运动打破了这种平衡。f-Trp／BCAA的比值又会影响Trp入脑速度，运动使f-Trp／BCAA升高，通过血脑屏障的Trp增加，故脑合成5-HT增多，笔者前期研究结果也证实了这点［13］。运动时，脑组织能量消耗导致Na＋-K＋-ATP酶活性降低，于是神经元去极化，促使神经递质释放增加，从而引起大量的5-HT释放至细胞间隙。因此，脑组织细胞外5-HT蓄积，运动时间持续使这种蓄积持续，并使5-HT向周围脑实质、血管周围弥散，5-HT与受体结合，发挥各种生理作用。

脑中Trp含量的多少直接关系着脑内5-HT的生成。本实验中长时间耐力训练导致机体脑组织Trp水平的改变，随着强度增大和时间的延长，Trp升高的幅度明显加大。大量研究发现，血中游离Trp水平与脑内Trp水平有高度一致性，本实验结果支持这一观点。进入脑组织中的Trp在TPH的作用下生成5-HTP后，很快便被5-羟色氨酸脱羧酶作用生成5-HT，对机体产生一定生理作用。实验中Trp、5-HTP含量变化显示，运动可使机体处于应激状态，Trp代谢显著加强，尤其是在长时间大强度运动刺激后。脑组织中Trp的增多是由于运动使血中游离色氨酸增多的原因，5-HTP的增多可能是由于运动造成Trp生成5-HTP相关酶活性增加的缘故。

运动对脑组织单胺类神经递质的影响已有不少报道。Fujino等［20］用微透析技术在体检测到游泳后大鼠前脑、海马神经细胞外5-HT水平提高。Pitsiladis等［29］检测了人骑自行车疲劳后5-HT代谢加快，认为5-HT参与了运动性中枢疲劳的发生。实验中慢性运动应激可使海马、间脑组织5-HT含量增加，导致运动疲劳的发生；大强度长时间运动使5-HT含量增加更为明显，进而加重疲劳程度，支持以往观点，5-HT活性增强可能通过多巴胺系统使觉醒和激动受抑，从而引起疲劳。学者研究表明，脑内5-HT通过作用于各自的受体而发挥作用［11］。笔者发现，比较长时间较大强度运动应激对大鼠脑组织5-HT生成作用更为明显，可能通过以上途径使疲劳程度更为加剧。5-HIAA作为5-HT的代谢产物，其脑内水平的变化反映5-HT分解代谢的状况。实验大鼠海马和间脑一般训练组5-HIAA含量较安静组高，但无显著性差异；强化训练组其含量高于安静组和一般训练组，未显现显著性差异，推测是由于多次重复运动刺激使大鼠对疲劳有了适应性，同时运动作为一种应激加速了5-HT的合成与降解。

依据中医理论，应用中药对机体进行整体调节均能提高实验动物的运动能力，对推迟和消除运动性疲劳起到积极作用［1，6，16］。医学研究表明，依据不同症候，运用中 药 可使模型动物脑内单胺类神经递质及其代谢产物发生变化。中医理论认为，“脑为髓海”，脑的正常结构依赖于心主神明，气血流通，依赖于肾藏精生髓濡脑。研究表明，复方中药“健忆液”［8］，“开 心 散”［3］可 使 模 型 大 鼠 脑 内 5-HT 水平降低、5-HIAA水平增高。复方中药“强身丹”［12］、“解百忧口服液”［14］，及温肾阳中药［4］均可对模型鼠脑内5-HT、5-HIAA含量产生调节作用。

中医认为，肝与运动性疲劳的发生有密切的关系。运动可以不同程度地影响肝脏组织细胞的结构、功能及抗氧化能力。研究表明，力竭性运动训练可导致血清谷丙转氨酶、谷草转氨酶活性显著升高，对肝脏产生不良影响［15］。肝脏的功能主要为疏泄与藏血，尤以其疏泄功能为重要。运动性疲劳发生时，肝细胞结构和功能会随之发生改变。肝在运动中调节血糖水平，若肝失疏泄，运动时血糖的调节和丙酮酸循环代谢不足，容易导致疲劳过早出现。现代医学表明，肝脏功能与大脑皮层的兴奋和抑制、植物神经功能等多种因素关系密切。

本实验中，强化加药组大鼠海马和间脑组织中Trp、5-HTP、5-HT均较强化训练组有所下降，提示中药沙苑子可通过抑制5-HT的合成前体，减少脑组织中5-HT的含量，而且沙苑子可使5-HIAA含量有所升高，说明其有效加速5-HT的分解，减少5-HT的积聚，使大鼠海马和间脑5-HT水平对耐力运动反应的敏感性降低，对其代谢过程、递质更新率及神经元活性产生积极性影响，即可推迟运动疲劳的发生，又可及时消除疲劳。

究其原因，主要是由于沙苑子具有保肝作用［5，7］，肝脏的生理特性是主升发，喜调达而恶抑郁，通过调畅周身气机，使气机的升降出入运动协调平衡，从而维持各脏腑器官功能活动的正常。肝在调畅气机的基础上，还有疏通血脉、通调水道、疏泄胆汁、助脾胃运化、协调呼吸等功能。如果肝主疏泄的功能发生异常，还可进一步导致多种病理变化。所以古人有“百病生于气”、“百病皆生于郁”之说。肝能协助及调节脾主运化的功能。加药组补充沙苑子，减轻了大强度运动对肝脏所造成的不良影响，调节物质代谢，使大鼠海马和间脑组织5-HT基础水平降低，发挥推迟疲劳的作用。

笔者前期的研究结果显示［13］，长时间耐力跑台运动应激使大鼠血清BCAA含量有所下降，AAA尤其是f-Trp含量上升，沙苑子可抑制BCAA下降、AAA上升趋势；同时，长时间耐力跑台运动使实验大鼠血清f-Trp／BCAA、AAA／BCAA显著增加，沙苑子对运动训练引起的f-Trp／BCAA、AAA／BCAA升高有明显的降低作用。由于沙苑子中含谷氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等多种氨基酸，可以减少AAA进入大脑的量，利于脑中AAA与BCAA间的平衡，进而影响进入机体中枢神经Trp量，减少5-HT生成，延缓中枢神经疲劳的发生程度。另外，沙苑子中含有的抗氧化成分对大脑的结构有一定的保护作用［9］，可以使其对神经递质含量引起变化的相关酶的活性及其基因发挥调节功能，使5-HT的含量在补充沙苑子后有所下降，从而延缓中枢疲劳的发生。

4 结论

综上所述，运动可使机体处于应激状态，Trp代谢显著加强，5-HT含量显著升高，尤其是在长时间大强度运动刺激后，中药沙苑子可通过抑制5-HT的合成前体，减少脑组织中5-HT的含量，而且可以有效加速5-HT的分解，减少5-HT的积聚，既可推迟运动疲劳的发生，又可及时消除疲劳。

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