2008年11月体育与科学Nov.2008第29卷第6期(总第175期)Journal of Sports an d S cien ce Vol.29No.6(T otal No.175)优秀游泳运动员冬训周期中的代谢组学研究* Metabonomics Techniques in Winter Training of Elite Swimming Athletes王磊1,武露凌1,盛蕾1WANG Lei1,WU Luling1,SH ENG Lei1摘要:目的:揭示运动员周期训练中代谢过程的特点,发现与训练密切相关的代谢化合物。
方法:选取优秀游泳运动员6周的冬训周期,于训练周期前、中、后采三次血清,进行代谢组学测试和内分泌、生化测试,自身前后对照进行统计分析。
结果:三次血样的代谢组信息呈现规则而明显的分离,甘氨酸、亮氨酸、丝氨酸等多种氨基酸和其他小分子化合物含量前后都有显著变化,内分泌检测显示了本周期内睾酮先下降再上升、皮质醇上升的变化趋势。
结论:前人多有报道运动后短时间内血中游离氨基酸含量下降或部分下降,与之不同的是,本研究显示,在一个完整的训练周期中,血清游离氨基酸遵循着先上升后下降的变化规律,而这与训练安排以及内分泌检测所反映的机体代谢特点相吻合。
关键词:游泳;运动员;训练;代谢组学;游离氨基酸中图分类号:G804.5文献标识码:A文章编号:1004-4590(2008)06-0043-04Abstract:A IM:T he aim of the study is t o reveal t he biochemical pro cess and t he metabo lic r egu-lar ity during cyclical tr aining.A nd to find met abo lit es which ar e r elative to tr aining.M etho ds:We analy sis the metabo lites in the blo od serum fro m17elite sw imming athlet es w hich wer e inthree different spots o f the tr aining cycle,by metabonom ics techniques and endo cr ine metho ds.Results:T hr ee gr oup of sample sho w a co nspicuous r eg ular div erg ence in metabonomics.L ot s ofmetabo lites co ntent present significant alteratio n.Conclusion:In an integr ity tr aining cy cle,thecontent o f metabo lites,such as fr ee am ino acid,in serum r aises fir st,then deg rades untill thetra ining completes,w hich acco rding to t raining co ntent and the met abo lic characterist ic co ncludedby endocr ine ex aminatio n.Key words:swimm ing;at hlete;tr aining;metabo no mics;aminoacid1前言代谢组学是一门新的系统生物学分支。
它是通过考察生物体系受刺激或扰动前后代谢产物图谱及其动态变化,来研究生物体系的代谢网络的一种技术[1,2]。
应用代谢组学可进行指导临床的病理生理研究、疾病诊断、对药物进行毒理研究和安全性评价等,随着研究的深入,代谢组学方法将逐渐应用于药物毒理筛选过程,对药物的研发和安全使用起到更大的作用,在重大疾病的早期诊断、个性化治疗、中医药现代化等科学领域中都有着极其广泛和重要的应用前景[2]。
由于运动过程中消耗营养、能量和生成代谢物,运动后体内的代谢产物和营养物质的含量会有一定的变化或波动,所以必然反映在运动员的体内小分子化合物(代谢组)浓度水平的变化上,进行代谢组学研究就可以区分运动前后、不同运动量、不同运动强度下代谢组的差异,这为研究运动训练相关的生化过程、代谢规律提供了强大支持。
现今运动训练监控中的很多检测指标只是作为某一代谢途径中的特征物质出现,其反映的是机体某一代谢反应或代谢过程的运行水平,缺乏机体整体代谢方面的参考,我们希望借助代谢组学这一新型的研究技术和研究思想,在运动训练监控方面做出有价值的、有实用性的探索。
本研究通过对17名优秀游泳运动员在冬训周期中不同阶段的清晨安静状态静脉血血清进行分析,探讨血清代谢组信息和运动训练、训练周期的关系,以期揭示运动训练中的生化过*收稿日期:2008-10-05作者单位:1.江苏省体育科学研究所,南京210014。
程和代谢规律。
2 研究对象和方法2.1 研究对象江苏省游泳队运动员17名,男子8名,女子9名,训练水平和训练年限近似,所有受试者身体健康,无慢性疾病史。
(见表1)表1 受试运动员基本情况性别人数年龄(岁)身高(cm)体重(kg)男818.24?2.13179.76?4.0871.61?6.93女917.96?1.82169.43?3.9357.87?5.442.2 训练方案本研究所选择的实验时段为冬训内的一个相对完整的训练周期(6周),该训练周期前是农历新年,运动员有一周左右的休息调整,训练周期后是年度比赛。
实验期间,运动员周一到周六统一训练,周日休息,作息时间一致,饮食起居一致,实验前1月至实验期间,受试者未服用任何干预代谢过程的药物。
训练量、训练强度、训练内容的安排因运动员性别、水平、主项不同有所差异,但训练周期内量和强度的上升下降趋势基本一致。
由于研究期间游泳训练可视为实验唯一施加因素,故17名运动员进行自身前后对照。
训练量和训练强度比例的大致安排见图1,其中高强度训练指最大摄氧量水平训练、耐乳酸训练等代谢过程激烈的类别,中低强度训练包括有氧训练、无氧阈训练等机体代谢过程相对较平和的训练方式。
图1 训练量和训练强度安排2.3 测试样品的采集研究过程中采集三次血样,分别为:训练周期开始的第一天早晨;训练中期强度和量达到高峰之后的周一早晨;训练周期后期临近赛前的周一早晨。
(后文均以/训练前期0、/训练中期0、/训练后期0描述三次采样时间)在运动员起床后,进餐之前,自肘正中静脉取血约2mL ,37e 温水浴1h,离心后收集血清,-80e 保存。
2.4 样品的检测2.4.1 代谢组学检测采用GC/M S(T R ACE DSQ )(T her moFinigan,U SA);石英毛细管色谱柱:DB-5(30m @0.25mm ID,0.25L m)(J&W sc-ientific,Fo lsom,CA,U SA);T M SFA 、三甲基氯硅烷、甲氧胺、硬脂酸甲酯、吡啶及[2H3]-水杨酸均购自Sig ma/A ldr ich Co.;庚烷(进口分装)购自上海国药集团。
精密吸取100L L 血浆于Eppendor f 管中,加入400L L 甲醇和2.5L g [2H3]-水杨酸涡旋10min,冰浴1h 后低温高速离心,取200L L 上清液于GC 小瓶,通N 2挥干,残渣加入l5L L 甲氧胺的吡啶溶液,室温反应16h,再加30L L 含1%三甲基氯硅烷的T M SF A,硅烷化反应1h,加入40L L 庚烷后进行G C/M S 测定。
氦气作为载气,流速1mL /min 。
进样口温度270e ,隔垫吹扫流速为20mL /min 。
程序升温:起始温度为70e ,保持2min,然后以30e /min 的速度从70e 升至320e ,保持2min 。
传输线温度为250e ,离子源温度为200e ,电离能为70eV ,采集m/z 50-650范围的T IC 图,采集时间为4-20min 。
2.4.2 内分泌和生化检测分别使用Access 免疫分析系统和日立7020全自动生化分析仪。
尿素试剂盒肌、酸激酶试剂盒由上海复星长征医学科学有限公司提供;睾酮皮质醇试剂盒由Beckman-Co ulter 提供。
2.5 统计学分析用SP SS 11.5统计软件分析血睾酮皮质醇数据,所有资料用均数?标准差表示,均数两两比较用t 检验,结果以P<0.05为差异有统计学意义,P <0.01为差异有显著统计学意义。
血清代谢组的数据采用SI M CA-P II 软件进行PL S-D A 分析。
3 结 果3.1 代谢组学检测结果代谢组学测试可以得到许多参与细胞水平生化途径的内源性代谢物的信息,利用GC/M S 所附的N IST 谱库,约鉴定出80个化合物,将三组样品的代谢组学数据经PL S-D A 模型分析,得出一个满意的模型。
(见图2)体育与科学 第6期图2 训练周期中血清代谢组信息二维散点图偏最小二乘-显著性分析联合法(PL S )DA :Part ial Least Squa res Discrim inant A naly sis)的实质是根据主成分提取的思想,将原始输入变量数据中相关程度最大的成分提取出来,投影到新的数据空间,然后用偏最小二乘法进行回归。
17名运动员3次样品共51个对应的投影点集中分布于椭圆形散点图(95%的置信区域内)的不同区域.本研究中,由于代谢过程中小分子化合物在3组血清中含量的差异,造成了代谢组信息在统计结果上的规则分离,这一点在三维散点图上更为明显。
(见图3)图3 训练周期中血清代谢组信息三维散点图通过对主成分及相对应代谢谱峰的进一步分析,可以找出对造成模型中3组样本差异提供较大贡献的化合物,即血清中含量在统计学上有显著差异的化合物:(1)从训练前期到训练中期,血清中含量显著升高的有:甘氨酸、亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、谷氨酰胺、鸟氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、丙酸、3-羟基-丁酸、血管紧张素Ò、3-甲基-半胱氨酸、苏丁糖酸、核糖、次黄嘌呤、葡萄糖、柠檬酸;(2)从训练前期到训练中期,血清中含量显著下降的有:肌酐。
(3)从训练中期到训练后期,血清中含量显著下降的有:甘氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、鸟氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、色氨酸、胱氨酸、丙酸、3-羟基-丁酸、血管紧张素Ò、3-甲基-半胱氨酸、苏丁糖酸、核糖、次黄嘌呤、柠檬酸。
3.2 内分泌和生化检测结果三次血清样品的内分泌检测包括睾酮(T )、皮质醇(C),生化检测包括尿素(BU N )、肌酸激酶(CK )。
