不同形式急性运动后的尿代谢产物分析

【作者】 王松涛； 张勇；

【机构】 华南师范大学体育科学学院；

【摘要】 研究目的:本研究基于核磁共振(NMR)的代谢组学技术对成年男性不同形式(持续、间歇、累积)急性运动后的尿代谢产物进行了分析,旨在了解不同形式的急性运动对机体物质代谢和能量代谢的影响,进而为进一步探索不同形式的运动的健康效应存在差异的可能机制提供线索。研究方法:募集8名健康成年男性(24.43±1.51岁,68.76±3.52 Kg),首先应用记录法结合称重法,并使用《运动员及大众膳食营养分析与管理系统》软件进行连续两日的膳食调查与营养分析,据此制定下阶段研究中每名受试者的控制餐方案,以控制饮食因素对尿代谢物浓度的影响。采用递增负荷跑台试验方案测得每名受试者的VO2max,据此确定下阶段研究中的运动负荷方案。全部受试者按照随机顺序进行4次实验:1次安静对照实验和3次不同形式运动实验(中等强度持续运动、大强度间歇运动、中等强度累积运动)。相邻两次实验间隔一周。三种形式运动实验的运动负荷总量(跑动距离)相等。中等强度持续运动以65%VO2max强度连续运动1h;大强度间歇运动以90%VO2max强度运动5min和40%VO2max运动5min交替进行,连续重复6次;中等强度累积运动以65%VO2max强度运动15min,休息1h后重复上述运动,共4次。分别采集受试者运动前和(末次)运动后3小时内的全部尿液,以及运动次日的晨尿,采用基于核磁共振(NMR)的代谢组学技术和SIMCA-P软件分析运动与安静状态间,以及不同形式运动间对应时段的尿液代谢物浓度差异,并确定差异性代谢物。研究结果:1)尿代谢组学的检测和分析结果本研究基于核磁共振(NMR)的代谢组学技术对运动后的尿液代谢产物进行了分析,共检测出代谢产物62种,其中氨基酸及其衍生物27种;胺和铵化合物7种;有机酸16种;糖类3种;核酸成分3种;其它6种。2)相比安静状态,三种不同形式运动的尿代谢组学分析呈现如下差异:持续运动:运动后尿液的差异性代谢物有甘氨酸、苏氨酸、乳酸、ADP和次黄嘌呤浓度(增多);次日晨尿液的差异性代谢物有尿素、天门冬酰胺、左旋肉碱、π-甲基组氨酸、乙醇胺、肌酸、焦谷氨酸、2-氨基丁酸、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、τ-甲基组氨酸、肌酐、二甲胺、α-酮戊二酸、3-羟基异丁酸、顺乌头酸、乙醇酸、丙酮酸、反乌头酸、阿拉伯糖、葡萄糖、IMP、丙酮和泛酸(增多)。大强度间歇运动:运动后尿液的差异性代谢物有马尿酸、丙氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、丝氨酸、三甲胺、三甲胺-N-氧化物、α-同戊二酸、顺乌头酸、丙酮酸、ADP、苏氨酸、乳酸和次黄嘌呤(增多);次日晨尿液的差异性代谢物有肌酸、甜菜碱、谷氨酰胺、组氨酸、丝氨酸、牛磺酸、π-甲基组氨酸、乙醇胺、3-羟基异戊酸、丙酮、泛酸、焦谷氨酸、2-氨基丁酸、左旋肉碱、τ-甲基组氨酸、肌酐、二甲胺、α-酮戊二酸、3-羟基异丁酸、顺乌头酸、丙酮酸、反乌头酸和IMP(增多)。累积运动:运动后尿液的差异性代谢物有异亮氨酸、二甲胺、三甲胺、3-羟基异丁酸、甲基丙二酸二乙酯、丙酮、τ-甲基组氨酸、肌酸、马尿酸、焦谷氨酸、尿素、2-氨基丁酸、谷氨酰胺、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、α-酮戊二酸、顺乌头酸、柠檬酸、乳酸、丙酮酸、ADP、次黄嘌呤、IMP和π-甲基组氨酸(增多);次日晨尿液的差异性代谢物有肌酸、左旋肉碱、α-酮戊二酸、3-羟基异戊酸和丙酮(增多),而乳酸(降低)。3)相比持续运动,间歇运动和累积运动的尿代谢组学分析呈现如下差异:大强度间歇运动:运动后尿液的差异性代谢物有3-硫酸吲哚酚、马尿酸、丙氨酸、甜菜碱、牛磺酸、酪氨酸、三甲胺-N-氧化物、2-羟基异丁酸、α-酮戊二酸、乳酸、胱氨酸和次黄嘌呤(增多),而肌酸(降低);次日晨尿液的差异性代谢物有牛磺酸和2-羟基异丁酸(增多),而肌酸、异亮氨酸、甲基胍和尿囊素(降低)。累积运动:运动后尿液的差异性代谢物有3-硫酸吲哚酚、马尿酸、组氨酸、N,N-二甲基甘氨酸、酪氨酸、π-甲基组氨酸、τ-甲基组氨酸、乙醇胺、2-羟基异丁酸、柠檬酸、乙醇酸、丙酮酸、琥珀酸、IMP、尿素、亮氨酸、二甲胺、α-酮戊二酸、3-羟基异丁酸和3-羟基异戊酸(增多),而泛酸(降低);次日晨尿液的差异性代谢物有肌酸、丙氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲基胍、乙醇酸、丙酮酸、岩藻糖、ADP、IMP、尿囊素、泛酸(降低)。4)相比间歇运动,累积运动的尿代谢组学分析呈现如下差异:运动后尿液的差异性代谢物有:肌酸、胱氨酸、柠檬酸、甲酸、尿素和3-羟基异丁酸(增多),而乳酸和次黄嘌呤(降低);次日晨尿液的差异性代谢物有:甲酸、丙酮酸、岩藻糖、IMP和牛磺酸(降低)。研究结论:1)对于运动后机体内环境的扰动,存在强度波动的运动(累积运动和大强度间歇运动)大于恒定运动强度的持续运动;对于次日晨尿液中代谢物种类和浓度的影响,具有较长持续时间和一定运动强度的运动(持续运动和大强度间歇运动)大于有较长时间间隔的多次短时运动(累积运动)。2)相对于安静状态,运动可以导致运动后尿液中的多数代谢物浓度增加。其中持续运动以糖和脂肪的有氧氧化相关的代谢物显著增加为特征,间歇运动以混氧代谢和氧化应激相关的代谢物显著增加为特征;累积运动以脂肪有氧氧化相关的代谢物显著增加为特征。3)相对于安静状态,运动可以导致次日晨尿液中的多种代谢物浓度增加,尤以与三羧酸循环相关的代谢物为显著,提示运动后的次日晨静息代谢水平提高。持续、间歇和累积运动均可以导致次日晨尿中与脂肪有氧氧化相关的代谢物浓度增加,尤以累积运动和间歇运动为显著。4)三种运动形式相比较,累积运动在运动后导致的内环境扰动最广泛,且以氨基酸及其衍生物类代谢物为主,提示一天中多次由静止到运动这种不同状态间的多次转换可以激活机体的代谢水平,使代谢更活跃。累积运动导致的内环境扰动在次日晨恢复最快,但与安静状态相比仍然表现出能量代谢水平提高和脂肪氧化供能的增强,这些变化可能有助于解释累积运动的控重减脂等健康效应的机制。更多还原