运动与下丘脑_垂体_性腺轴_之二_运动对下丘脑_垂体_性腺轴的影响_

收稿日期 :2005208206 ;修回日期 :2005208230 基金项目 :辽宁省教育厅高等学校科学研究项目 ,项目编号为 202253281。 作者简介 :常　波 (19642) ,男 ,副教授 ,在读博士后 ,主要研究方向为运动生物化学。 ! 博士论坛 运动与下丘脑 - 垂体 - 性腺轴 (之二 :运动对下丘脑 - 垂体 - 性腺轴的影响) 常 　波 (沈阳体育学院 运动人体科学系 ,辽宁 沈阳 110032) 摘 　要 :有关运动性疲劳产生的的机理及对它如何进行有效预防和消除的研究 ,一直是令运动医学工作者瞩目的前沿 课题。运动性疲劳时出现的机体变化较为复杂 ,涉及物质代谢、神经、内分泌、免疫等各个方面。其中 ,神经递质、HPG 轴与机体的物质代谢、运动能力及运动后的恢复密切相关。为此 ,从睾酮的生理作用和调节、神经递质、细胞因子和睾 丸间质细胞的调控、反馈调节和运动对下丘脑 - 垂体 - 性腺轴的影响等层面 ,较系统地探讨运动与下丘脑 - 垂体 - 性 腺轴之间的关系 ,为加快机体恢复 ,提高运动能力 ,以及科学训练提供理论依据。 关键词 :运动 ;下丘脑 - 垂体 - 性腺轴 ;反馈调节 ;神经 ;内分泌 ;免疫 中图分类号 : G80417 　　文献标识码 :A 　　文章编号 :1004 - 0560 (2005) 06 - 0004 - 04 Exercise and Hypothalamus2Pituitary2Gonad ( HPG) Axis CHAN G Bo (Department of Human Exercise Science ,Shenyang Physical Education Institute ,Shenyang 110032 ,Lianoning ,China) Abstract :The studies of the mechanism of sports fatigue and the effective prevention and elimination from exercise fatigue have been a prospective question for the researchers in sports medicine. The physical changes are complicated when exercise fatigue appears ,which deals with some aspects of material metabolism ,nerves ,endocrine ,immunization and so on. Inpartic2 ular ,neurotransmitter ,hypothalamus2pituitary2gonad ( HPG) axis have a close relation with body material metabolism and exercise capacity as well as body recovery after exercise. The paper reviews testosterone function and its regulation ,nervous transmitters ,cytokine and testicle cell feedback regulation as well as effects of exercise on hypothalamus2pituitary 2gonad ( HPG) axis. Thus ,the author systematically investigated the effects of exercise on hypothalamus ,pituitary ,gonad regula2 tion. The further purpose is to accelerate body recovery and improve exercise capacity and to provide some theoretical proofs for scientific training. Key words :exercise ;hypothalamus2pituitary2gonad ( HPG) axis ;feedback regulation ;nerves ;endocrine ;immunization (续上期) 2 　运动对下丘脑 - 垂体 - 性腺轴的影响 211 　急性运动对血睾酮的影响及可能机制 研究表明 ,运动引起血睾酮变化主要受运动的密度、负荷 强度、持续时间等因素影响。一般认为 ,一次运动首先引起血 睾酮升高 ,随运动时间延长会升高到一个峰值 ,随后便下降。 如果运动继续 ,血睾酮会明显低于运动前的水平。运动后血 睾酮恢复也受上述因素影响。另外 ,适宜的训练或锻炼使安 静状态下血睾酮有所升高或不变。长时间大运动量训练或过 度训练 ,血睾酮常常下降。 Sutton 报道[ 27 ] ,14 名高水平男子划船运动员进行 60min 最大强度的跑步和健身操后 ,血液总的雄性激素平均增加了 22 % ;游泳运动员在一次 2h 训练课中 ,以最大强度游完 800m 后 ,雄性激素增加了 70 %。Hakkinen[ 28 ]和 Kraemer 等研究发 现[ 29 ,30 ] ,不同形式的高抗阻运动后睾酮 ( T) 水平均增加。 Krogulski 等[ 31 ]报道 ,柔道运动员进行 5min 最大强度的运动 后 T 增加。国内学者[ 32 ]研究发现 ,男子摔跤运动员一次大强 度训练课后血清睾酮增加 ( P < 0105) 。郭子渊研究发现 [ 33 ] , 小强度训练对摔跤运动员 T 影响不明显 ,而中偏大强度训练 后即刻 T 升高。庞海英[ 34 ]也观察到同样的结果 ,不同项目、 不同水平的男女运动员进行一次有氧和无氧运动后 ,男女运 动员血睾酮含量增加。Harro 报道 [ 35 ] ,18～26 岁男性自愿者 在功率自行车上进行递增负荷运动 ,达到最大运动能力后 ,多 数受试者血睾酮水平升高。 短时间大强度或次极限强度运动后 L H 水平没有变化 , 但也有一些研究认为运动后增加 [ 31 ] 。剧烈运动后血清 FSH 水平一般认为没有变化。短时间大强度一般不会影响到脑垂 体释放促性腺激素 ,因为有研究表明 L H 脉冲式释放引起 T 增加的间隔时间超过 45min ,因此剧烈运动引起血清 T 增加 不可能是由于下丘脑 - 垂体 - 性腺轴兴奋所致。运动时即使 第 24 卷 第 6 期 2005 年 12 月 沈 阳 体 育 学 院 学 报 Journal of Shenyang Physical Education Institute 　　Vol124 No16 　　 Dec. 2005 L H 释放增加 ,也与 T 的升高同时发生 ,可能是其他原因所引 起。L H 增高不可能立即作用到睾丸使之发生效应。剧烈运 动时并非能促进性腺激素激发 T 生成增加 ,目前原因还不清 楚 ,可能与运动时肝脏代谢清除率降低或血容量减少有关 ;也 可能由于交感肾上腺系统兴奋使肾上腺素分泌增加 ,与 L H 协同作用于睾丸间质细胞各自的受体 ,通过 cAMP 发挥生物 效应使睾丸生成 T 增加 ,致使血液中 T 浓度增加 [ 36 ] 。 212 　慢性运动对血睾酮的影响 在较长时间的运动过程中 ,多数人认为血液 T 水平开始 时增加或不变 ,然后下降且低于基础水平 [ 31 ] 。这种减少可持 续到运动后几小时甚至几天。而长时间运动时 T 的应答可 能与训练状态和运动强度有关 [ 58 ] 。 有学者报道 [ 37 ] ,每天进行 42km 长跑训练的运动员血睾 酮、游离睾酮和催乳素水平显著下降。Hackney 等[ 38 ]的研究 也证实了长时间耐力训练导致血睾酮降低。尤同建等 [ 39 ]在 动物实验中观察到 ,6 周递增负荷流动水游泳训练的大鼠血 睾酮水平较对照组大鼠显著下降。 Kinderman 等研究不同强度和时间运动对 T 的影响 ,表 明低于 3h 的运动时 , T 的升高幅度与运动时间呈反比 ;超过 3 h 后 T 降低 ,长时间 90 km 以上的越野滑雪 (490 min) 后 T 下降了 4819 %。这种长时间运动造成体内激素的平衡失调 会持续到运动后几天。DeSouza 等研究发现 ,高训练量受试 者中血睾酮水平下降 ,而在更低的负荷的训练中不出现 ,并提 出明显存在一种与训练负荷量相吻合的“负荷阈”效应 [ 40 ] 。 Roberts[ 41 ]等观察到过度训练可使血睾酮水平降低 ,血清 皮质醇水平升高 ,并且两者存在高度相关 (r = - 0192) 。 Schmid 等[ 42 ]报道 10 名越野滑雪运动员在 36km 的越野 赛中 ,运动至 9km 时血浆 T 浓度平均增加了 2814 %。随后连 续下降 ,到结束时较赛前降低了 1618 %。但是有 3 名滑得最 快的运动员在整个运动过程中 T 水平逐渐增加。Schmid[ 42 ] 等也发现训练水平中等程度的受试者一次马拉松跑后 T 减 少 18 % ,而训练水平高的受试者跑后平均增加了 11 %。由此 说明受试者的训练状态 (对运动的适应程度) 可能对 T 的变 化有一定影响。 武桂新等在动物实验中研究发现 [ 43 ] ,大鼠一次力竭性游 泳运动后明显抑制体内睾酮的合成 ,使睾丸内睾酮合成过程 中的酶活性皆明显降低。一次长时间力竭性运动后 ,睾酮合 成过程中的酶活性恢复较慢。 谢敏豪等报道 [ 44 ] ,大鼠经过 5 周训练 (一组每天训练 30 ～40min ,另一组训练量是前一组的两倍 ,每周训练 6 天) 后 , 两个训练组大鼠血睾酮均呈明显下降 ,L H 和 FSH 未出现反 馈性升高变化 ,表明垂体受到抑制 ,同时证明了睾丸间质细胞 分泌与合成睾酮的能力明显降低 ,认为脑垂体受到某种抑制 导致分泌促性腺激素相对不足是睾酮合成能力降低的重要原 因。杨声等也发现[ 45 ] ,大鼠在流动水中进行 6 周递增负荷游 泳训练后 ,血睾酮降低 ,并且进一步证实了 Leydig 细胞上 AR (雄性激素受体)的亚型有β2 亚型。同时 ,发现大鼠睾丸 Ley2 dig 细胞β2 - AR 的 mRNA 含量降低 ,认为其是β2 - AR 受体 数量减少的原因之一。而受体数量的减少与运动性血睾酮水 平下降相关 ,提示运动对 Leydig 细胞上β2 - AR 的基因表达 的影响是睾酮变化的原因之一 ,且与运动强度有关。詹晖也 证实[ 46 ] ,大鼠进行长期 (8 周) 力竭性游泳训练后血睾酮水平 升高 ,而皮质醇水平明显升高。 在一次长时间较大强度的运动、长期大运动量训练或过 度训练时引起血睾酮下降机制 ,一般认为 ,与训练引起了 HPG轴功能在多环节被抑制有关 [ 47 ,48 ,49 ] 。此时 ,不仅血睾 酮处于低水平 ,而且还会出现睾丸间质细胞对 L H/ CG受体 亲和力下降 ,L H 和 FSH 无反馈性上升 ,L H 释放脉冲的振幅 减小 , GnRH 刺激实验中 L H 反应迟钝等等。Blake 和 Gross2 man 等[ 50 ,51 ]学者认为这种 L H 无反馈作用是由于下丘脑的 内啡肽活性增加 ,导致 GnRH 释放受到抑制所致。由于 HPG 轴功能的抑制 ,它促进处于低水平的睾酮恢复作用必然减弱。 与安静状态下有所不同 ,在运动中的 HPG轴对血睾酮的变化 并没有起到明显的调节作用。 许多研究证实 ,长时间大强度运动在引起血睾酮降低的 同时 ,皮质醇升高[ 57 ,58 ] 。有的学者认为血液中皮质醇过分升 高可以反馈抑制 GnRH 的分泌 ,也有的学者 [ 52 ]认为运动引起 垂体分泌 ACTH及皮质醇分泌增加 ,皮质醇升高则对睾丸合 成睾酮有抑制作用 ,因为 Charpenet [ 53 ]在体外观察到 ,皮质醇 通过 GnRH 刺激 Leydig 细胞产生 cAMP 减少及 17α- 羟化酶 的活性降低而直接抑制 Leydig 细胞合成睾酮。或者因长时 间运动引起睾丸能源物质 ,尤其是 A TP 减少 ,导致 Leydig 细 胞产生 cAMP 受到损害 ,进而影响睾酮的合成 ;也可能通过睾 丸局部产生的细胞因子的变化影响睾酮的生物合成过程。临 床医学研究表明[ 54 ] ,睾丸中产生的细胞因子对睾酮的产生有 重要的调节作用。虽然 ,有些研究证明皮质醇的升高可以引 起血睾酮降低 ,但有关长时间大强度运动训练引起的低血睾 酮是否是由外周细胞因子的变化影响睾酮的合成 ,目前还没 有得到证实。这方面的研究对于进一步阐明长时间大强度训 练引起的低血睾酮的机理 ,可能具有重要的理论意义。 尽管长时间运动训练引起的低血睾酮的机理还未明了 , 但许多研究表明 ,机体运动能力与血睾酮呈较高度正相关 ,但 体能与血睾酮的变化有时也会出现分离现象。当出现了睾酮 与运动能力的分离现象 ,尤其是当血睾酮水平持续不高而竞 技状态还不算太差 ,甚至运动能力还处在比较高的水平时 ,更 应该引起高度重视。此时如不及时调整 ,反而继续加大运动 量 ,必将导致运动能力下降 ,甚至导致过度训练 ,因为睾酮是 体内重要的同化激素 ,调节着机体的代谢。从睾酮的升降到 引起合成代谢的改变 ,乃至出现体能的变化需要一段时间 ,此 时的机能状态如何并非完全取决于此刻睾酮水平的高低。可 见仅用血睾酮值预测运动能力是不够全面的。 当血睾酮持续出现明显下降时 ,应考虑有睾酮相对不足 , 消耗增大或 HPG轴功能下降。但如何判断运动员是否出现 了“运动性低血睾酮”,至今尚没有统一标准。有学者认为 ,在 正式比赛前应将血睾酮调整到较高水平 ,男运动员最低 20180nmol/ L ,女运动员最低 2108nmol/ L ;而也有学者提出 , 由运动引起的男子血睾酮低于 3147nmol/ L , 女子低于 0169nmol/ L ,均可出现典型的过度训练状态 ,并称之为内分泌 性疲劳。血睾酮值的个体差异较大 ,仅以某一次的测值与正 常人的参考范围作对比来判断高低是不够全面的 ,进行自身 ·5·第 6 期 常 　波 :运动与下丘脑 - 垂体 - 性腺轴 (之二 :运动对下丘脑 - 垂体 - 性腺轴的影响) 　　　　 的纵向比较更有意义。根据以往的经验 ,在不受任何药物干 扰的情况下 ,当运动员增加训练量后血睾酮值低于这个训练 周期开始时的 25 %持续不回升就应进行调整 [ 55 ] 。 Adlercreutz提出 ,血浆游离睾酮与皮质醇的比值是判断 运动员过度紧张出现的灵敏指标 ,认为此值下降超过 30 %或 小于 0135 ×10 - 3大多伴有过度训练症状出现。 长时间大负荷量运动导致的睾酮分泌过度与合成相对不 足 ,很可能是持续性低血睾酮的原因。对运动员进行科学的 训练、合理地安排运动负荷量与必要的调整 ,则是防治措施中 的首要环节 ,不可忽视。 许多实验证明 ,补肾中药能促进 HPG轴等的功能 ,因而 可有效地防治运动性低血睾酮。然而 ,运动引起机体的变化 是多种多样的 ,虽然补益中药能对机体有一定的补益与调理 作用 ,但作为药物它们是有适应症的 ,因此 ,不结合机体状态 , 盲目滥用补益中药 ,往往达不到预期的效果。 参考文献 : [ 1 ] Kalra PS , Fuentes M , Sahu A , et al. 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[ 2 ] 新华资料. 科学发展观[ EB/ OL ] . 新华网 ,2005 - 03 - 18. 责任编辑 :刘红霞 ·7·第 6 期 常 　波 :运动与下丘脑 - 垂体 - 性腺轴 (之二 :运动对下丘脑 - 垂体 - 性腺轴的影响)