【运动与氨代谢】
拼译：exencise and ammonia metalolism
氨是人体内普遍存在的代谢产物，对生理和代谢产生多种作用。运动时人体内多个部位氨浓度升高，主要原因是工作肌的嘌呤核苷酸循环。运动时氨的生成量主要决定于运动强度和持续时间。工作肌中氨浓度升高还可以经过肌细胞膜弥散进入血液，再又进入其他器官中。氨还可以透过血脑屏障进入中枢神经系统，虽然运动时其弥散速率有多大还不太清楚，但人们相信激烈运动和氨的大量生成与弥散和疲劳的发生有重要的内在联系，可以表现为周围性疲劳(主要作用于运动器官)，也可以表现为中枢性疲劳(中枢神经系统的作用)或两者并存。近年来运动时氨的代谢受到学术界的普遍关注。
20世纪20年代末期帕尔纳斯等(Paznas)首先发现肌肉收缩时可以产生氨，主要由AMP脱氨酶作用使AMP降解生成IMP(次黄嘌呤核苷酸)和NH3。这一反应在生理条件下不可逆，因此当时就推测体内必然存在着使IMP返回AMP的代谢途径。直到1971年洛文斯坦(Lowenstein)提出了嘌呤核苷酸循环的完整概念，找到了使IMP重新生成AMP的代谢途径。之后逐渐对氨与运动性疲劳的发生及意义作了较深入的研究。氨是弱碱H+浓度0．5nmol／L，在生理H+条件时大多数氨以铵离子(
)状态存在，只有5%以非离子氨(NH3)的形式存在。NH3在水中的溶解度比CO2大1200倍，易于透过各种生物膜，但
就不易透过生物膜。细胞内外NH3及H+梯度是决定氨移动方向的重要因素，激烈运动时骨骼肌细胞中产生以乳酸为代表的大量酸性代谢产物，H+升高氨离子浓度升高，使NH3大量转变成为NH4+，既可防止工作肌过度酸化有利于保持其机能，又可以相对减少NH3进入血液及中枢神经系统所产生的毒性作用。骨骼肌中氨的生成来源于各种氨基酸的脱氨基作用相对较少，其中以丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和3种支链氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸)较重要些。在人体各种组织中谷氨酸脱氢酶活性较高，但骨骼和心肌中这种酶活性极低，对产生氨的作用很少，支链氨基酸分解代谢的关键酶(支链－α－酮酸脱氢酶)活性高，占全身总量的60%左右，即使在休息状态下骨骼肌能量代谢中支链氨基酸氧化仍占14%左右，是休息状态氨的来源之一，在肌肉收缩中对氨的生成也起一定的作用。肌肉血管供应丰富，其内皮细胞中含有高活性的谷氨酰胺酶和较高活性的谷氨酸脱氢酶，在运动时骨骼肌生成较多谷氨酰胺时血管内皮细胞也参与氨的生成和释放。人的骨骼肌静息状态极少释放氨入血。运动时腺苷酸在细胞能量代谢中起中心作用，氨的释放与腺苷酸代谢关系极其密切。大强度运动时ATP水解速率大于ADP再磷酸化连率，ADP浓度升高，再经过肌激酶作用又使AMP浓度升高。1977年埃斯特朗(Åstnand)报导细胞中ATP∶ADP∶AMP为5000∶100∶1，ATP浓度降低2%，ADP浓度升高2倍，AMP浓度升高4倍。ADP、AMP浓度升高可以激活ATP再合成过程，也可以激活AMP的分解代谢。AMP降解有两条途径，其中AMP经过AMP脱氨酶作用形成IMP和NH3，在骨骼肌中最为重要。快肌纤维中AMP脱氨酶活性大于慢肌纤维，慢肌纤维中又大于心肌。AMP脱氨酶具有骨骼肌型和心肌型的同工酶，快肌纤维中只含有骨骼肌型同工酶，慢肌纤维中含有两种同工酶。这两种同工酶的代谢调节特点有所不同，骨骼肌型同工酶对氢离子浓度变化及细胞能荷变化敏感，心肌型同工酶不敏感。嘌呤核酸循环的生理意义是调节细胞内ATP、ADP、AMP的相对浓度，维持较高的ATP／ADP比值，这对维持其肌肉正常的收缩功能十分重要。因为如果肌细胞内ADP浓度过高会使肌肉放松时间延长，横桥循环率变慢，表现为肌肉收缩速度变慢，收缩张力降低，并与氢离子，无机磷酸盐等一起使ATP水解的自由能减少，也影响肌质网钙泵，肌细胞膜钠泵的正常机能，引起离子代谢紊乱，这些都与肌肉发生疲劳有关。此外，嘌呤核苷酸循环产生的延胡索酸可以补偿运动进线粒体中三羧酸循环中间代谢产物的丢失对维持细胞的有代谢能力意义重大。它也是氨基酸产生氨的一条重要代谢途径。氨可以使氢离子中和生成
，防止细胞过度酸化，
可以激活糖酵解的主要限速酶(磷酸果糖激酶)，加速糖酵解供能使ADP转化ATP。IMP可以激活磷酸化酶b有利于糖酵解供能。运动时骨骼肌参加收缩的肌群成为体内产生氨的主要部位，可以由休息状态血液中摄取氨变成纯释放氨进入血液，非工作肌还可以继续摄取血氨，除经过嘌呤核苷酸循环外，长时间运动也可能刺激工作肌摄取及利用氨基酸尤其是支链氨基酸产生氨。低强度运动工作肌中IMP和氨的浓度不变，说明很少进行AMP脱氨基反应。大强度运动后工作肌中IMP和氨的浓度大幅度升高，腺苷酸总量(ATP+ADP+AMP)下降，研究发现进行100%VO2max强度运动至筋疲力竭后，工作肌腺苷酸总量下降15%左右。工作肌生成IMP和氨的量与无氧代谢关系密切，IMP常与肌乳酸同时升高，与磷酸肌酸浓度负相关。通过研究发现磷酸肌酸浓度降低到休息值60%时是引起AMP脱氨基反应的阈值。快肌纤维产生IMP的能力高于慢肌纤维。运动持续时间对骨骼肌释放氨也有一定的影响，以70%VO2max强度运动65min比以100%VO2max强度运动5．2min血氨浓度增加更显著。运动时工作肌中大量生成氨可以使血浆氨浓度从静息状态每升血20μmol增到100μmol右，但是值得庆幸的是工作肌生成的氨有90%～95%以
形式留在肌肉内，合成谷氨酰胺以无毒的形式进入血液，也可以合成氨酸，但是合成谷氨酸或谷氨酰胺都需消耗α－酮戊二酸，这也是为什么长时间进行运动时必需不断对三羧酸循环的中间代谢物进行回补才能保持线粒体氧化代谢机能的重要原因之一。运动时高血氨的产生原因主要是工作肌外还与其他器官的代谢变化有关。肾血流量降低减少了肾上管对氨的分泌和排泄，肝血流量降低对摄取血氨合成尿素和谷氨酰胺的作用暂时性减弱。脑组织本身胺类神经递质的脱氨基作用可以生成氨，运动时脑中嘌呤核苷酸循环也激活产生氨，由于脑组织不能把氨转变成尿素，主要以生成谷氨酰胺的方式解毒，但这一潜在能力有限。脑细胞对氨极度敏感，过高浓度的氨会产生毒性作用，引起中枢神经系统的机能紊乱，与中枢性疲劳的发生有直接的联系。氨可以透过血脑屏障，脑和血液之间氨的交换是双向的，即脑脊液中的氨可以以NH3或谷氨酰胺的形式进入血液，血液中的NH3也可以进入脑脊液中。运动时血液中儿茶酚胺的浓度升高，脱氨基作用后生成的氨也增加。肾上腺素还能促进肌肉中嘌呤核苷酸循环和氨基酸的脱氨基作用，都使氨的生成量增加，对血氨浓度升高也有一定的作用。运动时血氨浓度的变化取决于氨进入血液的速率与从血液中清除的速率之间的对比。静息状态肝脏每分钟可以清除血氨12～15μmol，运动时血氨浓度升高，肝动脉和肝静脉氨浓度差增大，但这时肝脏的血流量减少，清除血氨的能力未见增多。本尼斯坦等1990年(Banisten)提出，大强度运动时引起血氨浓度升高氨的主要器官是工作肌，氨清除的主要去路是肝脏合成尿素及谷氨酰胺和非工作肌、脑、肾脏的摄取作用。血氨通过血脑屏障时受血氨浓度及H+浓度的影响，脑组织中的灰质(脑细胞体)摄取氨最多。运动时周围性疲劳的发生可以因工作肌氨浓度升高对肌组织的原位刺激所引起，使糖酵解生成更多乳酸，H+浓度升高，钙离子结合能力降低及低物排出，最后导致肌肉收缩张力下降。高血氨症引起中枢性疲劳的症状往往比临床疾病(化学中毒，电休克，吸入高压氧等)引起血氨升高的症状要轻，因运动时高血氨的持续时间较短，除非在湿热、高原等不适应环境中进行长时间大强度运动，高血氨对中枢神经系统的毒性作用才变得显著，主要表现为对运动的控制能力减弱，思维连贯性变差，最后可以失去意识。【参考文献】：1 Banisten E W．Penirchnal and centnal ellects2 Lowenstein J M．J．Sponts．Med．，1990，11(2)：37～463 Tullson P C & Tenjung R L．J．Sponts．Med．，1990，11(2)：47～55(华东师范大学许豪文教授撰)