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中枢神经系统在运动性疲劳发生中作用及机制一直是运动医学和作业医学研究领域的热点课题之一。脊髓运动神经元作为中枢神经系统调控肌肉活动的最后信息通路,通过对高级中枢下传信息和外周传入信息的整合作用,调节运动单位的放电水平和肌肉的收缩状态。因此脊髓中枢在运动性疲劳调控作用及机制的研究越发引人关注。电生理学研究证实运动性疲劳发生后脊髓运动神经元的兴奋性受到了抑制,其放电频率下降,而运动神经元兴奋性的降低可能是导致运动性肌疲劳发生的重要因素,但引起运动神经元抑制的机制,目前仍不十分明了。所以探讨运动性疲劳后脊髓运动神经元兴奋性降低的机制是研究运动性疲劳发生中枢机制的重要环节。运动神经元的活动受到多种神经递质的调节,神经递质含量的变化直接影响神经元的兴奋性,但目前关于脊髓神经递质与运动性疲劳关系的研究很少。为此本课题以运动性疲劳后脊髓神经递质含量变化为研究切入点。在建立运动性疲劳模型的基础上,采用高效液相色谱法检测运动性疲劳后的不同时期脊髓内主要单胺类神经递质和氨基酸类神经递质的变化情况,发现5-HT的变化明显且持续时间最长。推测脊髓中5-HT可能与运动性疲劳的关系较为密切。进而通过微注射法改变局部脊髓5-HT浓度观察对运动性疲劳后脊髓运动神经元兴奋性的影响,证实了我们的推测。所以本研究进一步通过免疫组化、实时荧光定量PCR、原位杂交等技术对脊髓5-HT系统,包括:5-HT的合成、转运、代谢及其相关受体与运动性疲劳发生的关系进行深入研究,为阐明运动性疲劳发生的中枢机制提供了新思路和理论依据,并为寻找消除或延缓运动性中枢疲劳发生的关键作用点提供了实验基础。主要研究结果如下:一、运动性疲劳模型建立及运动性疲劳后不同时期脊髓内主要神经递质的变化本研究以Wistar大鼠为实验动物,采用连续10天力竭训练建立运动性疲劳模型。大鼠随机分为对照组(C组),运动性疲劳组(E组),根据大鼠的一般状况、体重增长情况及血生化指标(Hb、BUN、肌酸激酶及血乳酸)综合判断运动性疲劳发生。经过10的训练,大鼠精神倦怠,表情冷淡,反应迟钝,食欲减少,对捕捉的逃避反应能力明显降低,产生明显疲劳症状。大鼠的运动能力经历了一个先升后降的过程。训练后期大鼠每天完成的跑距与训练初期相比已经出现了降低趋势,表明每天的运动负荷已超过了机体的承受能力,每次训练后恢复不彻底,产生疲劳的积累导致运动能力下降。同时大鼠体重增长缓慢,Hb明显降低、BUN出现了增加趋势,血乳酸及反映肌肉承受负荷大小的指标肌酸激酶明显增高。综合以上结果判断运动性疲劳模型建立。脊髓5-HT在运动性疲劳后即刻出现降低趋势,3h后明显降低,由对照组(874.03±124.56)ng/g降至(546.18±160.89)ng/g(P＜0.05),24h后为(647.97±131.80)ng/g有恢复趋势但仍明显低于对照组(P＜0.05)。其它单胺类和氨基酸类神经递质的变化只出现在运动性疲劳后的即刻,运动后3h已基本恢复。进一步对脊髓中5-HT的变化情况进行了定位定量观察,表明运动性疲劳后脊髓前角5-HT含量明显降低,推测脊髓5-HT与运动性疲劳的累积及恢复关系密切。二、5-HT对运动性疲劳后脊髓运动神经元兴奋性的影响运动性疲劳后肌电图Hmax/Mmax的比值明显低于对照组水平(p＜0.05);通过微注射局部增加脊髓前角5-HT含量后使运动性疲劳后降低的肌电图Hmax/Mmax的比值基本恢复至对照组水平。表明脊髓5-HT可增加运动性疲劳后脊髓运动神经元兴奋性,有助于促进疲劳的恢复。三、运动性疲劳后脊髓5-HT系统的变化在此研究过程中我们有一重要发现:脊髓中存在TPH1mRNA的表达而无TPH2mRNA的表达,且运动性疲劳后脊髓TPH1mRNA的表达量明显降低,仅为对照组TPH1mRNA的表达量的5.48%;原位杂交结果显示运动性疲劳后脊髓前角及延髓NRP/NRO(主要投射至脊髓前角的5-HT能神经元区域)TPH1mRNA杂交信号明显降低(P＜0.05),同时脊髓前角TPH蛋白表达量也明显降低。提示脊髓中存在独立的5-HT能神经元,而且NRP/NRO及脊髓TPH1可能是运动性疲劳发生发展过程中调控脊髓5-HT合成的关键因素,TPH1基因可作为运动性疲劳调控相关靶点值得进一步研究。5-HT转运体及与运动功能研究较多的5-HT1A、5-HT2A、5-HT3受体mRNA表达在运动性疲劳后变化不明显。总之,运动性疲劳后脊髓尤其是前角5-HT含量明显降低,可能是引起运动神经元兴奋性下降,导致运动性疲劳发生及影响运动性疲劳恢复的重要因素之一。运动性疲劳后脊髓5-HT含量降低的机制主要是脊髓本身和延髓NRO/NRP的5-HT能神经元TPH1mRNA表达下调,脊髓前角TPH蛋白表达降低,导致5-HT合成减少,因此TPH1可作为调控运动性疲劳发生的关键靶点有待深入研究。