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運動的好處數不勝數：改善心血管健康，降低患糖尿病的風險，提升情緒，甚至可能擁有更健美的體格。但是，除了這些宏觀聯絡以及關於與運動相關的心率、血氧水平和激素反應的知識之外，科學家們對身體在體力活動期間和之後發生的化學機制的理解相對粗淺。
一項於5月26日在科學轉化醫學線上發表的新研究，對運動對人體血漿中代謝物的影響進行了全面分析，並揭示了體能好和體能較差的個體之間存在的巨大生物學差異。這些發現還加強了運動與胰島素敏感性之間的聯絡，併為增強健康個體以及患有心血管或代謝疾病的個體的運動效果指出了新方法。
“我們長期以來都知道運動可以預防代謝和心血管疾病，”馬薩諸塞州總醫院心臟病科轉化研究主任、這項新研究的共同作者羅伯特·格爾斯滕說。“但是，這些影響是如何產生的尚不完全清楚。令人驚訝的是，人們對運動生理學的瞭解非常有限。”
預測模式
格爾斯滕和他的同事使用質譜分析法測量了運動前後個體體內200多種代謝物（參與人體代謝的小分子化學物質）。該團隊發現，體能好和體能較差的人在各種運動時長（從10分鐘的跑步機跑步到完成波士頓馬拉松）中，代謝物譜存在巨大差異。
甚至在那些只運動了10分鐘的人中，他們的代謝物譜在一小時後仍然受到影響，這表明運動會引發“長期訊號，而我們才剛剛開始揭開冰山一角，”格爾斯滕說。
在所有組別中，研究人員在運動後觀察到某些代謝物（例如甘油）的增加，這些代謝物參與脂肪組織的分解；以及與氧化應激相關的尿囊素的減少。但並非所有變化都是相同的。體能較好的人（以峰值攝氧量評估）的甘油水平增加得多。在較瘦的受試者（身體質量指數或BMI小於28）中，煙醯胺（一種增加胰島素敏感性的代謝物）的水平增加量是體型較大的人的兩倍多。
然而，並非所有這些變化都令人驚訝。“其中許多[變化]並不令人驚訝，並且之前已經在肌肉中顯示過，”東卡羅來納大學格林維爾分校生物能量學和運動科學博士專案主任羅伯特·希克納說，他沒有參與這項研究。“在體能好的人身上看到較高的甘油反應並不令人驚訝，”他指出，因為他們已被證明具有較高的脂肪分解率。
格爾斯滕和他的團隊還發現，一些因運動而改變的代謝物也可能適用於更廣泛的人群，與心血管健康相關。“急性運動中的一些代謝變化也證明可以預測大型流行病學佇列中的體能，”他說。在來自弗雷明漢心臟研究（1948年開始的長期研究，透過跟蹤大型受試者群體中的心血管疾病發展來確定其常見促成因素）佇列中測量的十幾種代謝物中，甘油水平與靜息心率（該研究中測量的另一種體能指標）“顯著相關”。
格爾斯滕說，下一個要回答的問題將是這些生物標誌物是否也能預測長期疾病和死亡風險。如果可以，他指出，它們可以幫助醫生更好地發現高危人群，並提出預防性健康干預措施的建議。
“當然，有必要進行一項好的測試來預測疾病，”希克納說。尋找新的生物標誌物仍在繼續：“問題是我們能否找到更好的生物標誌物，”他說。“我不認為他們在這項研究中發現了任何新的生物標誌物。”
更深層的機制
除了代謝物水平的波動外，這項新研究還發現它們可以協同作用以影響基因表達。透過將肌肉在體外暴露於多種代謝物的組合中，研究人員發現，最近與脂質代謝和葡萄糖利用相關的轉錄因子nur77被上調（但當僅暴露於單個代謝物時，該因子保持不變）。“這表明代謝物將以非常出乎意料的方式發揮作用，”格爾斯滕說。
但是他警告說，“這是一項早期研究，但它確實為我們提供了很多關於某些功能參與者可能是什麼的見解。”格爾斯滕和他的同事現在正在研究遺傳學在決定個體血漿代謝物譜中的作用。
增強運動
格爾斯滕說，這項新研究的發現對“最佳化訓練計劃以及開發增強效能的營養補充劑”具有重要意義。他指出，透過比較體能較差的人和體能較好的人的代謝物譜，研究人員可以找到健身飲料或營養補充劑可能補充的代謝物滯後。
他和他的同事已經在努力尋找哪些代謝物對於調節與提高整體效能相關的通路最重要。“隨著時間的推移，我們將觀察哪些代謝物在各種干預措施中發生變化，”格爾斯滕說。“這讓我們能夠更細緻地瞭解正在變化的通路。”
但效能增強研究不僅僅是為了幫助運動員或健身愛好者提高水平，格爾斯滕說。相反，它“最重要的是為了幫助患有代謝和心血管疾病的人”能夠更好地運動，並可能改善他們的病情。
格爾斯滕說，一種代謝物增強的飲料或補充劑是否能大幅提高效能仍有待觀察。“現在說還為時過早。”
但這不會像簡單地插入那些在需要額外運動幫助的人中似乎較低的代謝物那樣簡單。“除了水、葡萄糖、碳水化合物外，很難找到可以提高效能的補充劑，”希克納說。“從這項研究進入代謝譜並確定你應該服用什麼補充劑的領域可能有點牽強。”
希克納說，真正的挑戰不是找到提高效能的理想配方，而是篩選資料本身。“一次研究多種代謝物的能力正變得越來越有價值，”他說。但是“整理資料是我們未來10年的挑戰。”