一氧化氮与运动训练

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・综述与进展・

一氧化氮与运动训练

NITRIC OXIDE AND EXERCISE T RAINING

侯　丽*　HOU Li

摘要　一氧化碳(N O)对人体有广泛的生物学效应,在多个系统的病理生理过程发挥作用。本文

阐述了运动训练中NO的变化及其机制,N O对骨骼肌血流和氧代谢的调节,N O对运动训练中冠

脉血管的作用,与N O有关的体育锻炼对血管栓塞性疾病的影响及运动训练对血小板功能的影

响。

关键词　一氧化氮　运动训练　一氧化氮合酶

Abstract　T he present study demo nstr ates changes of nit ric o x ide(N O)and it s m echanism,co n-

tr ibutio n o f NO to ox yg en m etabolism,co ro nar y and skeletal muscles bloo d flow dur ing ex er cise.

T he a rticle also discusses effects of ex ercise tr aining r elat ed to N O on cardio vascular diseases and

pla telet functio n.

Key Words　N O　ex er cise training　N O sy nthase

中图分类号:G804.23　文献标识码:A　文章编号:1005-0000(1999)03-0013-04

1　运动训练中NO水平的变化、发生机制及对骨骼肌血管的效应

由于生物体中NO的量很少且极不稳定,以人体为测试对象由于受到采集血管、肌肉样本和使用抑制NO合成药物的限制,测试也有一定困难。生物体中NO释放后很快转变为亚硝酸根和硝酸根(NO-2和NO-3)后两者性质稳定,可通过测定NO-2/ NO-3来间接反映NO的生成量[1]。一次运动引起NO合成急性增多,国外学者报导,两名受试者连续8天低硝酸盐饮食,连续跑步和骑车6h后,尿硝酸盐水平显著提高。马拉松运动员血浆的硝酸盐水平在跑完马拉松后是安静对照组的两倍,运动训练中提高的血、尿硝酸盐水平在恢复过程中降低接近正常水平[2]。侯丽对青少年游泳运动员的测试结果表明,游泳运动后即刻血清NO水平显著高于安静时,在第二天早晨还未能完全恢复[3]。长期运动训练增加内皮和骨骼肌产生NO的能力,青少年足球、游泳运动员安静时血清NO-2/NO-3的含量高于普通中学生[3];运动员安静时血浆硝酸盐水平和尿硝酸盐排出量高于普通健康者,两个小时运动后,运动员和非运动员血浆硝酸盐与运动前比较分别提高18%

*　女,助研,广州市体育科学研究所,510620

Correspondence to:HOU Li,Guangzhou Research Ins titute of Sports Science,Guangzhou510620,Chin a

收稿:1999-04-30　修回:1999-05-25和16%[4],安静时,有训练者血浆硝酸盐水平高于无训练者,并有显著差异,运动后,这种情况仍然存在[15]。值得一提的是,有学者发现一种善跑的赛犬,其冠状微血管产生亚硝酸盐的能力高于普通犬,这种较高NO生成能力不是由于运动训练所致,而是由某种先天素质决定的。如果把这一结果外推至人,那么世界级水平运动员其NO生成能力可能均较高[1,6]。

业已证明,搏动性血流和血管切应力是刺激NO释放的主要生理因素[7]。运动过程中心输出量,骨骼肌、冠脉血管血流量增大,血管切应力增加,强烈刺激血管内皮细胞产生N O。血管切应力的刺激可能是运动中NO增加的主要原因。NO的药理学研究表明:去甲肾上腺素(NE)、Ach、缓激肽(BK)与位于内皮细胞膜上的 2肾上腺素能受体、胆硷能受体和BK受体结合诱导NO释放[8]。刺激NO释放的其它因素还有A TP、ADP、白细胞介素1(IL-1)等[7]。由于运动应激的影响,运动时交感-肾上腺素系统功能亢进,NE分泌增加[9],IL-1在运动中的分泌也增强[10],AT P为运动中能量的直接来源,在运动中AT P、ADP的含量发生改变,这些生化物质的变化也可能是提高运动中NO水平的原因。近年研究表明,低氧可调节cNOS的表达,可能也是运动中产生NO增多的原因[11]。

正常生理状态下释放的NO的主要作用是维持

天津体育学院学报J ournal of Tianjin Ins titute of Ph ysical Education 第14卷第3期　1999年9月　Vol.14　No.3　Sept,199913～16

血管张力[7]。运动过程中高水平的NO对骨骼肌血管产生的影响也已有报导,Shen.W等在一氧化氮合酶(NOS)及其抑制剂存在或缺失情况下,对做中等强度跑台运动的狗进行研究,发现运动中活动组织内血管阻力在NOS抑制剂存在时更大,说明运动中NO调节流经活动肌肉的血管,增加代谢性血管扩张的刺激[2]。已知交感神经系统通过提高血管收缩张力,使运动中来自非活动组织的血流向活动组织重新分布,对做跑台运动的狗注入NOS抑制剂,肾和内脏血管收缩加强,这间接表明NO通过抵制交感神经张力,保护非活动组织血管以免过度收缩[2]。有的学者提出推断:NO介导的血管扩张是运动介导的骨骼肌血流增加的放大器,最初的血管扩张机制在本质上可能是代谢性的,由活动肌肉释放的腺嘌呤核苷引起,内皮依赖性血管扩张继发于最初的血管扩张并确保提高血流量[12]。长期运动训练使血管的反应性也发生改变,导致血管结构或对血管张力控制的改变,提高扩散能力和血流量。有证据证明这种改变与内皮的适应反应有关[1,13]。也有结果不同的报导,Green等报道普通人经过4周抓握训练并没有改变前臂血流对内皮依赖的血管扩张剂氯化乙酰甲胆碱或内皮非依赖的血管扩张剂硝普钠(SNP)的反应[13],说明运动训练引起的血管反应性的适应性变化可能需要较长的时间才能建立。动物实验表明,长期运动训练可以减低去甲肾上腺素介导的血管收缩,李维根等在大鼠长期耐力训练模型上观察到,运动后大鼠主动脉血管环对去甲肾上腺素和血管紧张素Ⅱ收缩血管的反应性降低,而对乙酰胆碱的内皮依赖性舒张血管的反应性增强,对非内皮依赖的舒张血管物质SNP的反应性无改变[14]。由运动训练所致的内皮反应性可以通过几种途径改变对血管的控制: 提高各种刺激引起的NO的释放,直接舒张平滑肌; 通过内皮细胞 2肾上腺素受体降低对去甲肾上腺素缩血管效应的敏感性;抑制肾上腺素能神经释放去甲肾上腺素[1,13]。2　NO对运动时骨骼肌氧代谢的调节

NO调节组织氧消耗,动物实验表明,运动过程中氧摄取和消耗增加,NOS抑制后这种增加进一步加强,经NOS抑制剂处置的狗,运动中混合静脉血氧合Hb降低,静脉氧分压下降,混合静脉血血氧降低,血氧饱和度降低都大于对照组[6]。有研究证明巨噬细胞产生的NO(iNOS),通过与三羧酸循环中的乌头酸酶、线粒体电子传递链中的复合体I、复合体Ⅱ的铁中心反应形成硝酸基复合体而使之功能改变,影响线粒体的功能,降低血管平滑肌细胞或肝实质细胞的氧消耗[1,6]。cNOS产生的NO对骨骼肌氧消耗调节的研究,全身注射NOS抑制剂可显著提高安静清醒狗的组织氧消耗,且这种效应与NOS 抑制剂介导的血流的变化无关。因为等效的NO非依赖性血管收缩物没有影响氧消耗,这些结果表明内皮细胞产生的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挥抑制作用[2]。Shen等认为,NO在氧消耗和能量产生之间起协调作用,当NOS受抑制时,运动中可产生更大的氧消耗,降低肌肉的工作效率[6]。与这些研究结果存在矛盾的是, NO通过它的血管扩张作用增加了组织床的氧输送,却降低了骨骼肌细胞的氧消耗。我们对运动过程NO产生增多时,这种矛盾活动的平衡调节还不清楚。

3　运动训练过程中NO对冠脉血管的效应及与血管栓塞性疾病的关系

Wang等实验表明,急性运动扩张大的心外膜动脉,使冠状血管阻力降低及冠脉血流增加。实验动物运动前使用NOS抑制剂,运动中心外膜动脉出现剧烈收缩[6]。Berdeux等实验表明,运动中扩张的冠状动脉在去除内皮后转变成收缩,说明运动中扩张的冠状动脉是内皮依赖性的。运动过程中邻近的冠状动脉也是扩张的且受精氨酸类似物的阻止,说明邻近冠状动脉的扩张是NO介导的,去除内皮可消除邻近冠状动脉对运动的扩张反应,而出现血管收缩[6]。冠状血管的阻力主要由小阻力动脉和小动脉决定,虽然冠状动脉、输导冠状动脉(邻近冠状动脉)直径的变化对整个冠状血管阻力并不产生很大影响,但这些血管的异常收缩可产生心肌缺血、心绞痛和冠心病(CHD)。慢性心脏病患者对运动的应答是血管收缩加强,扩张减弱,内皮在这种异常血管扩张反应中起重要作用[15],内皮功能缺失是慢性心脏疾病的主要特征[16]。高血压、高胆固醇血症与释放到动脉壁的NO减少有关,也有减少N O合成或氧化分解反应过量的原因。NO生物活性降低促进血管炎症,导致脂蛋白氧化和泡沫细胞即粥样硬化斑块前体的形成;对冠状动脉疾病患者而言,NO生物活性降低能引起运动或心理紧张过程中冠状动脉收缩,诱发心肌缺血[17]。充血性心脏病患者急性心肌梗塞后尿中硝酸盐排出量减少且持续2个月以上,体育锻炼可逆转这种倾向[18]。有学者研究显示,冠心病患者经12周心脏康复方案训练后,尿中NO代谢物比其基础值高157%[19]。Hambreoht等对进行6个月体育锻炼的慢性心脏病患者研究表明,规律地体育锻炼促进内皮NO合成,也促进内皮依赖性

天津体育学院学报　1999年第14卷　14