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运动的好处数不胜数：改善心血管健康，降低患糖尿病的风险，提升情绪，甚至可能拥有更健美的体格。但是，除了这些宏观联系以及关于与运动相关的心率、血氧水平和激素反应的知识之外，科学家们对身体在体力活动期间和之后发生的化学机制的理解相对粗浅。
一项于5月26日在科学转化医学在线发表的新研究，对运动对人体血浆中代谢物的影响进行了全面分析，并揭示了体能好和体能较差的个体之间存在的巨大生物学差异。这些发现还加强了运动与胰岛素敏感性之间的联系，并为增强健康个体以及患有心血管或代谢疾病的个体的运动效果指出了新方法。
“我们长期以来都知道运动可以预防代谢和心血管疾病，”马萨诸塞州总医院心脏病科转化研究主任、这项新研究的共同作者罗伯特·格尔斯滕说。“但是，这些影响是如何产生的尚不完全清楚。令人惊讶的是，人们对运动生理学的了解非常有限。”
预测模式
格尔斯滕和他的同事使用质谱分析法测量了运动前后个体体内200多种代谢物（参与人体代谢的小分子化学物质）。该团队发现，体能好和体能较差的人在各种运动时长（从10分钟的跑步机跑步到完成波士顿马拉松）中，代谢物谱存在巨大差异。
甚至在那些只运动了10分钟的人中，他们的代谢物谱在一小时后仍然受到影响，这表明运动会引发“长期信号，而我们才刚刚开始揭开冰山一角，”格尔斯滕说。
在所有组别中，研究人员在运动后观察到某些代谢物（例如甘油）的增加，这些代谢物参与脂肪组织的分解；以及与氧化应激相关的尿囊素的减少。但并非所有变化都是相同的。体能较好的人（以峰值摄氧量评估）的甘油水平增加得多。在较瘦的受试者（身体质量指数或BMI小于28）中，烟酰胺（一种增加胰岛素敏感性的代谢物）的水平增加量是体型较大的人的两倍多。
然而，并非所有这些变化都令人惊讶。“其中许多[变化]并不令人惊讶，并且之前已经在肌肉中显示过，”东卡罗来纳大学格林维尔分校生物能量学和运动科学博士项目主任罗伯特·希克纳说，他没有参与这项研究。“在体能好的人身上看到较高的甘油反应并不令人惊讶，”他指出，因为他们已被证明具有较高的脂肪分解率。
格尔斯滕和他的团队还发现，一些因运动而改变的代谢物也可能适用于更广泛的人群，与心血管健康相关。“急性运动中的一些代谢变化也证明可以预测大型流行病学队列中的体能，”他说。在来自弗雷明汉心脏研究（1948年开始的长期研究，通过跟踪大型受试者群体中的心血管疾病发展来确定其常见促成因素）队列中测量的十几种代谢物中，甘油水平与静息心率（该研究中测量的另一种体能指标）“显著相关”。
格尔斯滕说，下一个要回答的问题将是这些生物标志物是否也能预测长期疾病和死亡风险。如果可以，他指出，它们可以帮助医生更好地发现高危人群，并提出预防性健康干预措施的建议。
“当然，有必要进行一项好的测试来预测疾病，”希克纳说。寻找新的生物标志物仍在继续：“问题是我们能否找到更好的生物标志物，”他说。“我不认为他们在这项研究中发现了任何新的生物标志物。”
更深层的机制
除了代谢物水平的波动外，这项新研究还发现它们可以协同作用以影响基因表达。通过将肌肉在体外暴露于多种代谢物的组合中，研究人员发现，最近与脂质代谢和葡萄糖利用相关的转录因子nur77被上调（但当仅暴露于单个代谢物时，该因子保持不变）。“这表明代谢物将以非常出乎意料的方式发挥作用，”格尔斯滕说。
但是他警告说，“这是一项早期研究，但它确实为我们提供了很多关于某些功能参与者可能是什么的见解。”格尔斯滕和他的同事现在正在研究遗传学在决定个体血浆代谢物谱中的作用。
增强运动
格尔斯滕说，这项新研究的发现对“优化训练计划以及开发增强性能的营养补充剂”具有重要意义。他指出，通过比较体能较差的人和体能较好的人的代谢物谱，研究人员可以找到健身饮料或营养补充剂可能补充的代谢物滞后。
他和他的同事已经在努力寻找哪些代谢物对于调节与提高整体性能相关的通路最重要。“随着时间的推移，我们将观察哪些代谢物在各种干预措施中发生变化，”格尔斯滕说。“这让我们能够更细致地了解正在变化的通路。”
但性能增强研究不仅仅是为了帮助运动员或健身爱好者提高水平，格尔斯滕说。相反，它“最重要的是为了帮助患有代谢和心血管疾病的人”能够更好地运动，并可能改善他们的病情。
格尔斯滕说，一种代谢物增强的饮料或补充剂是否能大幅提高性能仍有待观察。“现在说还为时过早。”
但这不会像简单地插入那些在需要额外运动帮助的人中似乎较低的代谢物那样简单。“除了水、葡萄糖、碳水化合物外，很难找到可以提高性能的补充剂，”希克纳说。“从这项研究进入代谢谱并确定你应该服用什么补充剂的领域可能有点牵强。”
希克纳说，真正的挑战不是找到提高性能的理想配方，而是筛选数据本身。“一次研究多种代谢物的能力正变得越来越有价值，”他说。但是“整理数据是我们未来10年的挑战。”