抗氧化剂、钠钾泵与运动疲劳
本文整理自参加在2015年10月底参加的ACSM（ 美国运动医学会）北区第四十次会议的内容，北区即明尼苏达州、爱荷华州和南/北达克达州区域。 该主题的发言人是明尼苏达州立大学的一位运动生理学教授（名字太长，当时就没记全）， 他做的不是Primary research的讲演， 而是类似review paper的性质。由于与会时，主办方并未提供任何讲座材料， 而该主题涉及到的内容也很多，讲座的内容都是我笔记下来的，速度较快，可能会记不全，但中心意思绝对不会偏离，这点基础功力应该还是有的。
运动疲劳，从骨骼肌层面上来讲， 就是在长时间的运动中，骨骼肌不能产生足够收缩作用。当然也许多机制都会导致运动疲劳的产生， 比如乳酸堆积等。 但现在的研究热门点逐渐放在了钠钾泵机制在运动疲劳的作用上。这其实和运动生理学愈来愈和生物学领域靠拢的趋势是分不开的。
一、什么是钠钾泵？
人体神经动作电位的传递往往伴随着钠钾离子Voltage Gated channel的开闭， 结果就是更多钠离子涌入细胞内，更多钾离子流到细胞外。人体细胞内外的纳钾离子是需要维持一定浓度的， 不然人体很多的功能都会受到影响。那么，钠钾泵就是维持平衡的重要机制。 这里具体不多说了， 学过细胞生物学的不用我多说。 没学过的，有兴趣请自查， 这个具体要讲几万字都讲不清楚。下图是钠钾泵的简单结构图：
二、 人体在运动疲劳状态时，细胞内外纳钾离子的浓度变化
正常状态： 细胞外纳离子140mM， 钾离子4mM；细胞内钠离子10mM, 钾离子140mM。
运动疲劳状态： 细胞外钠离子130mM, 钾离子15mM; 细胞内钠离子24mM, 钾离子120mM。
这样的钠钾离子浓度的不正常值，很显然是由于纳钾泵的问题导致。钠钾泵的功能不正常会导致不正常的细胞外钠钾离子浓度变化， 进而导致运动疲劳的发生。 下面我们就可以具体探索这种“不正常”的本质。
三、纳钾泵丢失？
现在的大量研究基本已经证实钠钾泵的含量在运动疲劳状态时并没有和安静状态时有多少比变化，有些还造成了钠钾泵数量的增高。也就是说，钠钾泵的数量多少并不是造成钠钾泵问题。 演讲人特别提到了澳洲几位教授做的一个研究，有兴趣的人可以去PUBMED找， 这篇应该是免费下载的：Murphy K. T, Petersen, A. C, 2006. Prolongedsubmaximal exercise induces isoform-specific Na+-K+-ATPase mRNA and proteinresponses in human skeletal muscle. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 290:R414 –R424, 2006. doi:10.1152/ajpregu.00172.2005.
这个研究的主要方向寻找钠钾泵的mRNA证据。钠钾泵其实就是一种酶，而酶的基础构建物质就是蛋白质，既然是蛋白质，就一定会经过transcription和translation的阶段。钠钾泵的内部结构是由2个alpha subunit （大概1000个amino acids）和2 个beta subunit（300个amino acids) 组成。 研究的发现，虽然决定transcription的RNA polymerase II 在运动疲劳阶段大幅度上升， 但决定translation的4E-BP1 mRNA在疲劳状态时并没有增加，反而有所减少。这从另一方面也说面，钠钾泵并不能随着运动强度的加大而增多，从而满足不了人体更大平衡钠钾离子的需要。
四、钠钾泵活降低（inactivity)
目前基本是认为钠钾泵活性降低才是造成钠钾泵功能失常的根本原因。比较直观的是这个人做的review paper: McKenna, M. J, Bangsbo, Jens and Renaud, Jean Marc.Muscle K+, Na+, and Cl- disturbances and Na+-K+ pump inactivation: Implicationsfor fatigue. J Appl Physiol 104: 288–295, 2008. (doi:10.1152/japplphysiol.01037.2007. )从下图中我们可以看到随着运动强度的逐渐加大，在疲劳状态是，钠钾泵的活性大大降低。
演讲者，还提到其他不少研究，比如把肌电图和钠钾泵活性一起进行研究的，也很好的说明了钠钾泵活性降低才是罪魁祸首。
五、自由基（reactive oxygen species ) 导致钠钾泵活性降低
自由基应该都知道，不好的东西，造成衰老 blablabal....我们很多人惯常的观念是，运动是有益身体健康的，那么运动就一定能抵抗自由基，至少不成为自由基的帮凶。而事实情况是，运动能够大量产生自由基，在运动疲劳状态时更是如此。这点很早就已经有很多研究证明了，不赘述。
自由基不仅能引起衰老，还能直接影响你的运动能力，通过降低纳钾泵的活性。具体影响的机制，请参看这篇研究： Juel, Carsten. Hostru, Morten. Bangsbo,Jens.2015. The effect of exercise and beta2-adrenergic stimulation onglutathionylation and function of the Na,K-ATPase in human skeletal muscle.Physiol Rep, 3 (8), 2015, e12515, doi: 10.14814/phy2.12515。 这篇研究文章另一个重要的成果在于，他发现通过注射一种药物来模仿epinephrine对beta adrenergic的作用，会使钠钾泵因为自由基而造成的结构变化（oxidation) 更大。
六、抗氧化剂能对抗自由基对于运动疲劳的影响么？
答：可以。研究者特意提到了一种抗氧化剂：N-acetylcysteine， 中文不清楚，有道没有这个的翻译。
研究者又提到了一个相关研究： McKenna, M.J, Medved, Ivan, 2006.N-acetylcysteine attenuates the decline in muscle Na+, K+-pump activity anddelays fatigue during prolonged exercise in humans. J Physiol 576.1 (2006) pp 279–288。 在这个研究里，发现这个N-acetylcysteine 的抗氧化剂虽然在运动疲劳状态时并没有显示钠钾泵的活性降低，确大大延缓其活动降低的趋势。如下图（NAC是实验组，CON是对照组）：
七、总结
钠钾泵活性降低确实能够造成运动疲劳的发生， 运动中大量产生的自由基reactive oxygen species是主要原因。而服用抗氧化剂如N-acetylcysteine等确实能够延缓运动疲劳的发生。
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