关键词:
训练监控
代谢组学
生物标志物
唾液
赛艇
摘要:
科学化是运动训练有效性的基本保障,训练监控是保障科学训练的重要手段。然而,目前运动训练监控指标主要存在两个亟待解决的问题,一是训练中侵入式样品获取,对训练和竞赛造成障碍,并影响实际操作。二是训练监控指标特异性未受充分重视,亟待建立一套科学化运动训练监控生化指标筛选流程和方法。代谢组学技术是对样品进行代谢物进行系统分析的一门新兴学科,可以反映不同状态下整体代谢模式变化,并筛选生物标记物(Biomarker)。目前代谢组学研究已形成从样品采集到数据分析的完整流程,但是,将生物标记物用于竞技运动监控指标筛查的研究鲜见。第一部分目的旨在建立一套基于代谢组学技术的训练监控生物标志物筛选流程,为提高运动训练监控的科学性、特异性和便利性提供新思路和新方法;第二部分通过用不同强度训练与实战2公里训练相比,探究不同强度训练对唾液代谢的影响,以验证唾液生物标志物作为训练监控指标的有效性。第一部分建立生物标志物筛选流程。通过使用皮艇测功仪(Dan sprint Pro,丹麦),进行额定功率为260W负荷测试,以50 W负荷进行2min的热身。开始测试阶段以260W额定功率负荷划船,在测试结束前后采集运动员血液、尿液、唾液样品,采用基于1H-NMR的代谢组学技术,通过主成分分析、(正交)偏最小二乘法((O)PLS-DA)模型,分析运动引起的代谢模式变化,通过交叉置换检验模型的有效性。以OPLS-DA模型的变量重要性权重值(VIP)大于1为筛选标准,鉴定造成代谢模式变化的特征性代谢物。对指认的代谢物进行浓度定量,采用单变量分析(T检验、相关性分析等)比较代谢物在运动前后的变化,分析不同体液中代谢物变化之间的关系;最后,以两种方式验证特征性代谢物作为训练监控指标的可行性,即建立其与目前训练监控的常用指标血乳酸和血尿素的回归方程,以及通过可接收操作特征曲线(ROC)评价生物标志物灵敏性和特异性。第二部分探究不同强度训练对唾液生物标志物浓度的影响,以实战验证生物标志物的有效性。通过使用第一部分的运动方案采集运动员2公里实战、2公里测试、6公里测试、12公里测试前后的唾液样品,采用1H-NMR的代谢组学技术,通过主成分分析、(正交)偏最小二乘法((O)PLS-DA)模型,分析运动引起的唾液代谢模式变化,通过交叉置换检验模型的有效性。以OPLS-DA模型的变量重要性权重值(VIP)大于1为筛选标准,鉴定造成唾液代谢模式变化的特征性代谢物。对指认的代谢物进行浓度定量,采用单变量分析比较代谢物在运动前后的变化,分析对比唾液生物标志物变化之间的关系,探究不同强度训练对唾液代谢的影响,以验证唾液生物标志物作为训练监控指标的可行性,以及前述筛查得到的唾液生物标志物用于训练监控的有效性。在第一部分研究结果中发现:(1)代谢组学结果显示,训练前后血液、尿液和唾液代谢模式发生显著变化,血液中变化的特征性代谢物为丙酮酸、乳酸、乙酰半胱氨酸、琥珀酸、缬氨酸、亮氨酸、谷氨酰胺。尿液中变化的特征性代谢物为3-羟基异戊酸、DMA、肌酐、甘氨酸、马尿酸、丙氨酸、酪氨酸、尿素。唾液中变化的特征性代谢物为酪氨酸、甲酸、苯基丙氨酸、甲醇、乙酸、组氨酸、琥珀酸、尿素(2)T检验结果显示血液中的丙酮酸、乳酸、乙酰半胱氨酸、琥珀酸、丙酮皆通过T-test(P<0.05),缬氨酸、亮氨酸、谷氨酰胺未通过T-test。尿液经运算后的特征代谢物皆未通过T-test。唾液中的酪氨酸、甲酸、甲醇皆通过T-test(P<0.05),苯基丙氨酸、乙酸、组氨酸、琥珀酸、尿素皆未通过T-test。(3)相关性分析和回归分析结果显示,唾液中酪氨酸、甲酸与血乳酸的显著正相关(r=0.863,P=0.024),唾液中的甲酸与血尿素变化量呈显著负相关(r=-0.613,P=0.033)。(4)ROC分析结果显示唾液中的特征性代谢物酪氨酸的AUC为1(临界值0.0959;敏感性100%;特异性100%)和甲酸AUC为0.98(临界值0.071;敏感性90%;特异性100%)。唾液中酪氨酸、甲酸可作为核心代谢物用于运动监控。在第二部分研究中发现2公里实战特征代谢物有乙醇、5-羟基色氨、亮氨酸、羟基丁酮体、谷氨酸、酪氨酸、异亮氨酸。2公里训练特征代谢物有酪氨酸、甲醇、乳酸、牛磺酸、丙酮酸、甲酸。6公里训练特征代谢物有酪氨酸、甲酸、乙醇、醋酸、延胡索酸、组氨酸。12公里训练特征代谢物有尿素、谷氨酸、酪氨酸、乙醇。不难发现实战2公里和不同强度特征代谢物中共同的代谢物是酪氨酸。提示我们酪氨酸作为青少年赛艇测功仪训练监控指标的有效性,我们还可以推测与2公里实战疲劳程度相似的训练负荷是6公里,而不是2公里、12公里训练。综上我们结论:(1)基于代谢组学的生物标志物筛查方法,建立了运动训练监控指标筛选流程,通过与经典指标的相关性、ROC等方法验