线粒体是细胞能量转化和发生氧化还原反应的重要场所。肌肉中线粒体的储备和功能对代谢健康至关重要，在胰岛素抵抗人群中常观察到线粒体功能下降。运动训练可在非药物治疗下有效刺激线粒体的生物合成，增加特定肌肉单位的呼吸能力，并通过增加组织的葡萄糖摄取预防和治疗多种代谢紊乱。但运动强度过高反而会带来副作用，有研究显示过多的短跑训练可导致体内线粒体呼吸显著减少、功能紊乱。目前，具有治疗效果的运动负荷上限尚未明确，过量运动如何影响人体内的葡萄糖代谢尚不清楚。瑞典体育与健康科学学院的Filip J. Larsen团队于2021年5月4日在Cell Metabolism杂志上发表了题为“Excessive exercise training causes mitochondrial functional impairment and decreases glucose tolerance in healthy volunteers” 的研究论文，论文表明：过度运动会导致健康人群的线粒体呼吸能力减弱，糖耐量受损。过度运动的耐力运动员更易发生血糖调节紊乱。 本研究共招募了6名女性及5名男性健康受试者进行为期4周的高强度间歇训练（HIIT）。前三周进行强度逐渐增加的运动训练，第四周进行强度降低的恢复期训练。干预过程中定时进行肌肉活检和口服糖耐量实验。
1. 过度的运动训练降低线粒体呼吸能力和葡萄糖耐量为了检测肌肉中线粒体有氧呼吸的能力，研究人员在11名受试者进行不同强度的运动训练后对其肌肉组织进行活检，实验结果发现低、中强度的运动训练提高肌肉组织中线粒体的呼吸能力，而过度训练反而抑制线粒体的呼吸能力并在恢复期得到缓解。受试者在不同强度的运动训练后的葡萄糖耐量以及血浆中的胰岛素含量与线粒体呼吸能力变化趋势相同，过度的运动训练会降低机体的葡萄糖耐量和胰岛素水平。由此可见，过度运动时线粒体呼吸能力减弱可能是损伤机体代谢功能的重要因素。
2. 过度的运动训练抑制糖酵解途径并降低血糖调节能力
高强度的运动训练可同时激活氧化和糖酵解两种能量代谢途径。糖酵解中间产物乳酸是机体内重要的循环燃料，可为三羧酸循环提供碳源。作者发现低强度的运动训练可增加受试者体内血糖和乳酸含量，但这种增加会随着训练负荷的增加而急剧减弱，而过度的运动训练后降至最低并在恢复阶段缓解。随后作者为了探究乳酸降低的原因，分别从影响乳酸的两种途径——肌肉中的糖原和血游离脂肪酸入手，结果发现肌肉中的糖原利用率并未在过度运动期减少；抑制糖酵解的血游离脂肪酸也并未升高。
结果提示过度运动训练时尽管肌肉糖原水平正常，血浆游离脂肪酸供应未改变，但糖酵解被抑制，血糖调节能力降低。
3. 过度运动导致的糖耐量受损与肌肉细胞线粒体融合分裂及氧化应激无关
以往研究表明，胰岛素抵抗的肌肉细胞内存在过多的线粒体分裂状态，与之相反，过表达线粒体融合相关蛋白具有增强胰岛素敏感性的作用。所以接下来研究人员检测了肌肉细胞内和线粒体融合及分裂相关的蛋白表达。意外的是，随着运动强度的增加，和线粒体融合相关的蛋白MFN2和OPA1均显著增加，线粒体的融合蛋白表达量对运动训练的反应呈剂量依赖性，在过度运动后并未调节。线粒体分裂蛋白表达量与运动强度改变趋势并不一致。因此线粒体的融合与分裂并不是过度运动葡萄糖耐量降低的原因。氧化应激也是损伤线粒体功能的关键因素。那么过度的运动训练是否是通过氧化应激损伤线粒体功能进而影响葡萄糖耐量呢？研究人员检测了肌肉组织内的抗氧化蛋白SOD2、过氧化氢酶等均未因运动强度的增加而改变，且过氧化的脂质和羰基化蛋白也均未受到影响。有趣的是，线粒体释放过氧化氢——氧化应激的关键成分，随着运动强度的增加而显著降低，和线粒体呼吸能力的变化趋势一致。结果表明虽然氧化应激并不是过度训练降低线粒体呼吸功能的原因，但过氧化氢的减少可抵消非线粒体氧化应激的增加，可能是机体对抗过度氧化应激的保护机制。
4. 过度的运动训练降低细胞内Nrf2蛋白水平
有研究表明，Nrf2是细胞内重要的抗氧化蛋白，敲除Nrf2会降低线粒体呼吸能力以及细胞内的ATP含量，且Nrf2蛋白下调导致胰岛素敏感性降低。基于此作者进一步假设运动会引起Nrf2蛋白表达量改变进而影响线粒体呼吸能力，检测受试者肌肉组织中Nrf2蛋白的表达量。结果显示，在不同运动训练强度下，Nrf2蛋白的表达量与线粒体呼吸能力的变化趋势一致，而抑制Nrf2蛋白的Keap1蛋白则呈现相反的变化趋势。因此，过度训练可能通过Nrf2蛋白调控线粒体的呼吸能力，最终影响机体的代谢。
以上结果发现过度的运动训练可损伤健康受试者的线粒体功能及葡萄糖耐量，那么长期进行高强度训练的耐力运动员的代谢功能是否与普通人之间存在差异？最后通过检测耐力运动员和与之体重等因素相匹配的对照人群血糖，发现耐力运动员的血糖调控受损，其维持正常血糖的时间显著降低。
总结
总的来说这项研究首次在人体内证明，过度的运动训练损伤健康人群的线粒体呼吸能力及葡萄糖耐量；线粒体功能障碍可能是损伤机体代谢功能的关键因素；Nrf2蛋白的改变是运动影响葡萄糖代谢的潜在机制。并提示在运动过程中关注自身的血糖变化可预判最佳运动量，避免过多锻炼带来的负面影响。
撰文：沈静，尹文
审校：袁海瑞，孟子愉