运动性疲劳机制及抗疲劳天然产物研究应用

运动性疲劳是指人体脑力和体力持续活动到一定阶段时出现的一种生理现象，表现为机体生理过程不能维续其机能在特定水平上或不能维持预定的运动强度。过度疲劳可能会导致内分泌紊乱、机体免疫力下降，严重者危及生命健康。机体产生疲劳的机制目前的解释主要为能量物质水平降低、代谢产物的累积、氧化应激、炎症因子的过度释放、Ca2+代谢紊乱等。

能量物质水平降低

正常生理状态下，为机体运动供能的物质包括 ATP、磷酸肌酸、糖原、血糖、脂肪等。随着运动时长与强度不断增加，这些能量物质逐渐消耗，从而引发机体一系列生理反应。不仅短时间低强度运动后 ATP、磷酸肌酸等高能磷酸化合物水平的降低可以引起疲劳，并且长时间高强度运动后，肌糖原水平的下降导致细胞肌质网 Ca2+释放减少从而引起肌肉收缩功能的下降，也会引起机体外周疲劳。

另外，运动会使脂肪产生游离脂肪酸，大量运动会使游离脂肪酸累积，促进游离的色氨酸含量上升，这些游离的色氨酸进入脑内，导致脑中的5-羟色胺含量上升。动物实验结果表明，5-羟色胺的持续释放会使其溢出到胞外，从而激活轴突起始片段的抑制性受体5-羟色胺 1A 受体，使运动神经元的兴奋性降低，并且血糖浓度下降也会导致大脑能量供应不足，这些均会导致中枢疲劳。

代谢产物累积

随着能量物质的不断消耗，乳酸、无机磷酸、H+、酮体、NH3等代谢产物不断生成，当这些代谢产物蓄积到一定水平时，将导致内环境稳态被破坏，肌肉的pH 降低，代谢相关酶的活性降低，限制了糖原的分解和以及糖酵解等反应，最终使能量水平降低而产生疲劳。

并且研究表明脑细胞的工作能力会随血液 pH 值的降低而下降。当能量耗尽后，肌肉中蛋白质分解产生的NH3含量增加，NH3的神经毒 性也会使机体产生疲劳感。此外，运动促进神经元 5-羟色胺的合成和释放，逐渐累积后也会导致中枢疲劳。

氧化应激

氧化应激（oxidative stress，OS）是指体内活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生与抗氧化能力之间失衡的状态。ROS 是一类由氧组成的高活性自由基，人体内常见的自由基包括超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基等。活性氧的产生和分解在正常状态下处于动态平衡中，当机体发生OS时该平衡被打破，产生的ROS 攻击大分子和细胞器，引起脂质过氧化，导致细胞的结构损伤和细胞器功能障碍。

此外，剧烈运动产生的过量ROS可降低肌原纤维钙敏感性，使骨骼肌的收缩功能下降，力量输出受到抑制。并且过量自由基会导致血管扩张受抑制和血液流量减少，从而使各个器官组织包括大脑和骨骼肌所需的O2和能量物质水平降低，产生疲劳。

Ca2+代谢紊乱

Ca2+在神经传导、机体运动等方面发挥着重要的作用。运动后胞浆中高浓度的 Ca2+使肌细胞的钙稳态失调，而钙稳态失调会诱发正常的肌细胞凋亡，从而引起肌肉的疲劳或损伤。运动使机体的Ca2+水平上升，机体正常时，线粒体能够对其进行适当调节。

然而当细胞膜系统由于运动疲劳而发生脂质过氧化而被破坏时，线粒体对Ca2+的通透性增加，从而使大量的 Ca2+进入线粒体不能及时清除而累积，抑制氧化磷酸化，从而使ATP 水平下降，这又将导致Ca2+ 代谢紊乱，产生恶性循环，最终加重机体疲劳。

炎症因子过度释放

疲劳按性质可以分为生理性疲劳和病理性疲劳。生理疲劳包括体力、脑力、心理、精神以及多因素复合引起的疲劳，病理性疲劳常见于急慢性炎症性疾病，如癌症、炎症性肠病、系统性自身免疫性疾病等。这些疾病引起的疲劳需疾病疗愈后方可缓解或者消失，一般不能由机体自行消除。研究表明，促炎因子含量升高会影响神经递质的释放，对大脑相应区域的功能产生负面影响。疲劳相关疾病和运动疲劳产生的炎症因子存在因果关系，因此炎症因子可以被认为是改善疲劳的靶标之一。

疲劳的产生伴随着能量水平降低和氧化应激，在上述几种疲劳产生机制中，存在着共同的信号调控分子靶点，分别是腺苷酸活化蛋白激酶（AMPactivated protein kinase，AMPK）和核因子E2相关因子2（nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2）。AMPK 是AMP依赖的蛋白激酶，以异源三聚体复合物形式存在。调节疲劳的过程中，AMPK发挥着至关重要的作用。它主要参与氧化应激、能量水平、底物代谢和炎症因子的调控。

Nrf2是机体重要的一种转录因子。正常情况下，在细胞质中Nrf2与 Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白-1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）和泛素连接酶 Cullin 3不断地结合并被降解；当机体发生ROS时，Nrf 2不再与Keap1 结合并且移至细胞核中。在细胞核内 Nrf2 与相关抗氧化基因启动子结合使其转录翻译，产生的抗氧化相关蛋白能够清除过量的自由基。Nrf2还可能参与脂肪酸氧化相关基因的表达，影响线粒体脂肪酸氧化速率。

天然物质的抗运动性疲劳活性

我国自古以来对具有抗疲劳活性的中草药就有明确记载，在《神农本草经》中标明的具有“轻身”功效的中草药就有几十种。随着现代中药研究的深入，中草药中的活性化学成分逐渐明晰。研究表明，黄芪（Astragalus membranaceus）、高丽人参（Panax ginseng C.A.Meyer）、铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）等均具有显著的抗运动性疲劳活性。此外，来源于食物的多种天然物质，如小麦低聚肽、玉米胚肽、杏鲍菇多糖等也被证明具有一定的抗运动性疲劳活性。

目前，天然物质抗运动性疲劳活性的研究主要应用大鼠、小鼠等动物实验，通过负重游泳实验、爬杆实验、前肢握力实验等耐力实验，结合血清中乳酸、BUN以及肝糖原含量等生理生化指标分析进行评价。在我国国家食品药品监督管理局颁布的《保健食品检验与评价技术规范实施手册》中明确了抗疲劳保健食品的判定标准为“负重游泳实验结果阳性，且血乳酸、血清尿素氮、肝糖原 3 项指标中任意两项阳性，可判定该受试样品具有缓解体力疲劳功能的作用。”这些实验或生理生化指标虽然可以在一定程度上反映天然物质的抗运动性疲劳活性，但是其结果对日常训练和参赛战术设计的参考价值仍然较低。针对不同的运动项目，在不同的训练方案下，开展这些天然活性物质的人体实验研究，评价其对运动性疲劳的延缓或恢复效果，才可能为提升运动员的运动表现提供切实可行的理论和数据参考。

天然产物在抗疲劳功能食品中应用

目前研究中有许多种类的具有抗疲劳效果的天然产物，也有部分种类已经被用于抗疲劳功能性食品中。但是无论是从研究深度还是开发程度来看，天然产物的应用是十分有限的。截止到 2024年，通过对国家市场监督管理总局特殊食品信息查询平台中的数据进行查询，以“缓解体力疲劳”为关键词共检索到该类保健食品 1090 个，其中国产 1048 个，进口 42个，研究主要原料发现，大多数由中药或其中的功效成分提取物组成。这些保健食品中大多数为胶囊剂型，这是因为胶囊相比于口服液、酒、茶等，具有可以掩盖原料异味、携带方便、服用容易的优点。

目前市面上具有抗疲劳功效的产品主要分为三类：

一类是市面上超市货架中常见的运动饮料、能量饮料等，主要包含一定含量的能量物质、维生素、氨基酸、电解质以及矿物质等，该产品的优点为价格亲民、口味较好、适合大众，例如红牛、东鹏特饮等，但该类产品的抗疲劳作用效果需要进一步研究。

另一类是以多种中药材为主要原料的具有缓解体力疲劳功能的保健食品，如由白酒和补益类中药材制作而成的中国劲酒，具有抗疲劳、免疫调节的保健功能。如研究显示，中国劲酒可显著降低小鼠游泳后血乳酸曲线下面积，升高小鼠肝糖原含量，显著延长小鼠负重游泳时间，表明中国劲酒具有抗疲劳作用。而该类产品由于原材料成本较高，因此普遍价格昂贵。

此外还有一类是以具有抗疲劳效果的生物活性肽为主要原料，再以其他有抗疲劳功能的中药材和某些营养物质为辅料制作而成的保健食品。目前市面上的甘蔚乐是一种以黄精多糖、玉米低聚肽、黑茶茶多酚、氨基酸、不饱和脂肪酸等为原料制作而成的营养剂，该产品能够提高小鼠的肝糖原、肌糖原的存储量，并降低 BLA、BUN含量从而提高负重小鼠游泳时间，具有较好的抗运动疲劳效果。

参考资料：

[1]刘明润,毛立科,袁芳,等.运动性疲劳机制及抗疲劳天然产物研究进展[J].中国食品添加剂,2025,36(05):148-157.

[2]倪冰倩,李秀婷,张成楠,等.天然物质抗运动性疲劳活性分子机理的研究进展[J].食品研究与开发,2023,44(10):208-214.

作者简介：

小米虫，药品质量研究工作者，长期致力于药品质量研究及药品分析方法验证工作，现就职于国内某大型药物研发公司，从事药品检验分析及分析方法验证。