在认知评估期间评估的短期最大有氧运动期间和之后唾液和血浆标记物的变化

时间：2022-11-15　|　作者：admin

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摘要：

本研究评估了增量短期最大有氧运动前后的多种唾液和血浆标志物，以及与认知测试相结合的非运动控制。受试者：表面上健康的 18 - 30 岁低 CVD 风险女性参加（n = 19）。方法：受试者完成了两个条件：1) 运动：短时间的最大跑步机运动和运动前后的认知评估，以及 2) 非运动：认知评估的时间与运动条件下的测试相匹配。在运动前后和恢复后收集非刺激、定时的唾液样本和静脉血。结果：唾液：随着时间的推移， α-淀粉酶在运动和非运动条件下都会增加。运动增加了α-淀粉酶在时间匹配控制点上比非运动条件高出 36%。运动后和运动后恢复α-与基线相比，淀粉酶增加（范围从 47% 到 290%）。基线皮质醇比运动后高 33%，比恢复时高 59%，与运动无关。血浆：NEFA 在运动后和恢复时比没有运动时的基线高 50%，在运动后和恢复时比有运动时的基线高 36%。与基线和运动恢复相比，运动后葡萄糖和乳酸分别高出 18% 和 50%。运动后甘油比恢复高 11%。条件之间的差异：运动后葡萄糖和乳酸分别高出 20% 和 40%。运动后甘油降低了 11%。结论：我们证明急性运动加上认知任务增加了α- 淀粉酶水平，但不是皮质醇，可能是由于不同的压力反应，但最有可能是由于样本收集的时间。

关键词

α -淀粉酶, NEFA ,皮质醇,运动,唾液生物标志物

一、简介

有氧运动影响人体的每个系统。有氧运动会导致血流量、新陈代谢和多种化学水平发生急剧变化；一些变化的影响是短暂的，而另一些则是持久的。随着时间的推移重复有氧训练，许多系统也会发生慢性适应。作者已经证明，大脑中的基因表达被上调，并且认知任务的表现会因长期有氧运动而改变 [ 1 ]。然而，导致大脑发生这些变化的机制尚未确定。

外围发生的变化有时会直接影响大脑，有时会间接影响大脑。在不同的运动条件下评估体内激素、代谢物和其他化学物质的变化可能有助于我们确定参与改变大脑结构和功能的潜在化学机制。有氧运动有可能以多种方式影响大脑功能。随着时间的推移，有氧训练会增加血容量和增加心输出量的能力 [ 2 ][ 3] 。增加的心输出量允许增加燃料和氧气的输送以及大脑中底物的去除。如果在急性短期最大有氧运动期间和之后观察到的化学变化通过燃料可用性和输送的变化改变了大脑的工作方式，那么这些变化可能是导致运动期间和之后认知功能变化的机制的一部分因此需要进行评估。

唾液是一种易于收集的非侵入性生物样本，能够提供有关激素和代谢物急剧变化的宝贵信息，而不会产生其他生物样本（如静脉和动脉血液或组织活检）的一些潜在负面影响。唾液α-淀粉酶 [ 4 ] - [ 8 ] 和皮质醇 [ 9 ] - [ 11 ] 都在许多研究中进行了评估，这些研究评估了身体和心理压力源对这些激素水平的影响。运动期间和运动后葡萄糖、乳酸盐、甘油和 NEFA 水平的变化都是燃料来源可用性改变的潜在指标 [ 12 ] - [ 26 ]] 。燃料来源的变化可能在疲劳中发挥重要作用。本研究的目的是评估年轻健康女性在增量短期最大有氧运动前后的认知测试期间评估的多种唾液和血浆因子的变化。

2.方法

2.1. 科目

招募表面健康的 18-30 岁女性，目前正在使用药物节育来参与该实验（未成年人不得参与）。当确定受试者没有心血管和肺部疾病的体征和症状并且符合美国运动医学会 (ACSM) 冠状动脉疾病低风险分层的标准时，受试者被视为“明显健康”[ 27] 。其他排除标准包括：诊断为学习障碍、前六个月发生过脑震荡（因为学习障碍和脑震荡在评估认知功能时可能是一个混杂因素），最后，使用可能影响认知表现的药物，包括止痛药和抗抑郁药。十九名受试者完成了研究。

仅包括积极采取节育措施的女性，以避免基于月经周期阶段的潜在混杂结果，因为激素水平根据月经周期阶段而变化（即使月经周期阶段已被证明对认知表现没有显着影响） [ 28] 。测试是在避孕药或避孕贴片周期的前 3 天之后和避孕周期的最后三天之前进行的。在参与本研究（包括筛选）之前，必须签署布法罗大学机构审查委员会批准的知情同意书副本。受试者完成了三次实验室访问；所有访问都在一天中的同一时间完成，即在早上，以避免根据昼夜节律的变化而发生变化。每次实验室访问受试者的前一天：1) 避免剧烈运动，2) 一整天不喝酒精饮料，3) 午夜后不吃或喝任何东西。

2.2. 筛选实验室访问

在受试者阅读并签署批准的同意书后，完成了一份记录受试者的演示图、病史和其他相关信息的问卷。使用 Cholestech LDX（Hayward，CA）通过指尖血样测量空腹胆固醇（TC 和 HDL）和血糖。测量静息心率、血压、身高和体重。使用 Lange â皮肤卡尺（Beta Technology Inc., Santa Cruz, CA）通过 4 点皮肤卡尺测量评估身体成分，然后使用 Jackson 和 Pollock 推导的方程式计算 [ 29 ]] 。这些结果用于确定受试者是否符合 ACSM 冠状动脉疾病低风险分层。受试者还提供了在测试前立即收集的尿液样本，用于妊娠筛查，hCG ACON 实验室公司（加利福尼亚州圣地亚哥）以确保只有非孕妇参与。

在成功完成 ACSM 低 CVD 风险筛查后，每位受试者使用 Vacumed CPX Mini 系统（加利福尼亚州文图拉）在 Landice L7 跑步机上完成了不连续的改良 Bruce 跑步机 VO 2最大跑步机测试，该系统用于通过呼吸气体进行呼吸分析。这用于确定每个受试者的有氧健身水平，并获得每个受试者的运动至疲惫的客观测量。在整个测试过程中，使用 PolarÓ 心率监测器（Woodbury, NY）持续监测受试者的心率。使用 Borg 量表 6 - 20，在每个运动间隔结束时测量自觉用力率。

2.3. 第二次和第三次实验室访问

第二次和第三次访问以平衡顺序分配，以防止学习效果。“运动访问”涉及在短期有氧运动至精疲力竭之前和之后的计算机化神经心理学评估。“非运动访问”涉及在没有任何运动的情况下随时间推移进行的计算机化神经心理学评估，其中认知评估发生在反映运动方案中认知测试的时间点。

认知测试：在这两次访问的每一次访问期间，受试者都被指导如何采用自动神经心理学评估指标 (ANAM)，这是用于测试本研究认知变量的计算机化软件程序。ANAM 是一个基于 Windows/PC 的鼠标操作软件程序，旨在评估认知能力的各个方面；它与传统的神经心理学测试有很强的相关性，由美国国防部创建，作为一种快速、可靠、易于重复的神经心理学测试 [ 30 ] [ 31 ]。

完整的 ANAM 电池大约需要 12 到 15 分钟才能完成，并已用于评估简单反应时间以及其他认知功能的速度和准确性，包括信息处理、视觉空间记忆、持续处理（注意力）、代码替换（短期记忆）和工作记忆[ 30 ][ 31 ]。我们使用 2001 版的 ANAM，它由七个模块组成：1) 简单反应时间，2) 代码替换，3) 程序反应时间，4) 空间处理，5) 视觉空间记忆，6) 工作记忆，7)代码替换延迟 [ 30 ] [ 31] 。如需更深入地了解这些子测试，请参阅（Lo Bue-Estes 等人，2008 年）。每个模块之前都有写在屏幕上的说明，解释特定的子测试，除了延迟记忆测试之外，所有模块后面都有几个练习题。

2.4. 行使访问

一旦受试者被指示如何参加 ANAM，受试者就进行了一次练习测试以熟悉该测试。然后受试者在练习 ANAM 和她的基线 ANAM 之间休息五分钟。然后每个受试者都参加了跑步机 VO 2最大测试是根据她在第一次实验室访问时在改进的 Bruce 测试中的表现为她定制的。通过根据每个人的健康水平定制工作量，每个受试者在跑步机上花费的时间在受试者之间非常一致。非运动访问：一旦受试者被指示如何参加 ANAM，受试者就进行一次练习测试以熟悉该测试。在她的练习和基线 ANAM 测试之间，受试者有五分钟的休息时间。然后有一个休息时间，反映了受试者在“锻炼访问”期间锻炼的时间，然后是另一个 ANAM，在完成该 ANAM 之后有 30 分钟的休息时间，然后是最后一个完整的 ANAM。

2.5. 血液和唾液采集

在三个数据收集时间点、基线、最大运动后和恢复时，采集了非刺激的定时唾液样本和 15 mL 静脉血样本。通过一小段普通吸管收集的被动流口水，将唾液样本收集到 5 mL 聚丙烯冷冻管中（以避免激素结合）。使用 21G 3/4 Vacutainer Ò品牌 Safety-Lokä 血液采集装置采集静脉血样，将其置于 BD Vacutainer EDTA K 2无菌管和 BD Vacutainer 血清管中。（注：学习中途，完成第 1次后七名受试者，我们的真空采血管制造商 BD 将玻璃瓶换成了塑料瓶。）使用特拉华州威尔明顿的 Sorvall RT6000B 离心机（以 3000 转/分钟（快速拨号盘上的大约 6 1/3）旋转血液样本 30 分钟） ) 在 4 摄氏度。唾液样本被称重，然后在等分之前使用 Vortex-Genie 进行涡旋，同时仍在用于样本收集的冷冻管中。然后使用玻璃 Fisher Brand Pasteur 将唾液样品等分到 2 mL 聚丙烯冷冻管中。

2.6. 血清样品处理

使用 COBAS FARA II（瑞士巴塞尔）处理所有时间（1 = 基线，2 = 后，3 = 恢复）和条件（1 = 非运动访问，2 = 运动访问）的血清样本。来自 Wako Chemicals USA Inc. (Richmond, VA) 的化学品用于所有血清和血浆测试。在本轮分析之前，所有样品均未经过任何冻融循环。早上让样品在室温下解冻 60 分钟，然后放入冰箱过夜解冻其余部分。第二天早上，使用 Gilson Pipetman 移液器将 300 µL 样品移入 Fara 杯中，并装入编号的架子中。将架子放在冰箱中，直到第二天早上开始加工。样本在未被积极评估时被冷藏。二十九个板孔用于运行样品。

2.7. 唾液样品处理

将所有时间（1 = 基线，2 = 后和 3 = 恢复）和条件（1 = 非运动，2 = 运动）的唾液样本打包并发送至：Salimetrics, LLC (State College, PA) 进行分析。使用高灵敏度酶免疫测定法（目录号 1-3702/1-3712，Salimetrics LLC，宾夕法尼亚州立大学）一式两份评估唾液雌二醇。该试验每次测定使用 100 ul 唾液，灵敏度下限为 1.0 pg/mL，标准曲线范围为 1.0 pg/mL 至 32.0 pg/mL，平均批内变异系数为 7.1%，平均值为批间变异系数 7.5%。α-淀粉酶测定是在 Granger 等人之后使用市售的动力学反应测定（Salimetrics LLC，宾夕法尼亚州立大学）完成的。[ 32] 。为 30 次重复测试的平均值计算的批内变异 (CV) 小于 7.5%。针对 16 次独立运行的平均重复平均值计算的批间变异小于 6%。使用高度敏感的酶免疫测定法（Salimetrics，PA）一式两份地进行测定中的唾液皮质醇。该测试每次测定使用 25 ul 唾液，灵敏度下限为 0.003 ug/dl，标准曲线范围为 0.012 至 3.0 ug/dl，平均测定内和测定间变异系数分别为 3.5% 和 5.1% . 方法准确度（由加标和回收率决定）和线性（由连续稀释决定）分别为 100.8% 和 91.7%。

2.8. 统计数据

使用 Sigma Stat 3.5 (Jandel) 评估唾液和血浆变量的所有统计计算。运行双向重复测量方差分析以评估时间、条件和时间对条件的影响。所有受试者数据均以平均值±SD 表示，血浆和唾液样本以平均值±SEM 表示。

3. 结果

受试者年龄为 21.8 ± 2.7 岁，体脂率为 23.5 ± 4.9%，身高 176.3 ± 8.9 cm，体重 61.6 ± 8.7 kg，平均 VO 2 max 为 51.3 ± 6.8 ml/kg/min。

3.1. 唾液结果

仅在两种条件下的基线时间点评估雌二醇，以确定实验条件之间的激素水平是否存在差异。唾液雌二醇没有差异（非运动 = 2.4 ± 0.4 pg/mL，运动 = 2.5 ± 0.3 pg/mL），两种情况下的雌二醇水平最能反映卵泡期。α-淀粉酶在两种情况下都高于基线（范围从 47% 到 290%），并且在运动后评估中，与非运动条件相比，α-淀粉酶也高 35.5%（见图 1） . 基线皮质醇比运动后高 33%，比恢复时高 59%（见图 2），但在不同条件下的任何时间点都没有差异。

3.2. 血浆结果

非运动条件：葡萄糖（图 3）和甘油（图 4）水平在任何时间点都没有差异。与基线和恢复相比，后期乳酸水平高 61%（图 5 ）。与基线相比， NEFA（图 6）在后期和恢复时高出 50%。运动条件：葡萄糖和乳酸分别为18%和50%

图 1。值为平均值±SEM，非运动时间点不共享公共字母不同 P ≤ 0.05，运动时间点不共享公共符号不同 P ≤ 0.05，非运动和运动数据的符号时间点在条件 P 之间不同≤ 0.05。

图 2。值为平均值±SEM，非运动时间点不共享公共字母不同 P ≤ 0.05，运动时间点不共享公共符号不同 P ≤ 0.05，非运动和运动数据的符号时间点在条件 P 之间不同≤ 0.05。

图 3。值为平均值±SEM，非运动时间点不共享公共字母不同 P ≤ 0.05，运动时间点不共享公共符号不同 P ≤ 0.05，非运动和运动数据的符号时间点在条件之间不同 P ≤ 0.05。

图 4。值为平均值±SEM，非运动时间点不共享公共字母不同 P ≤ 0.05，运动时间点不共享公共符号不同 P ≤ 0.05，非运动和运动数据的符号时间点在条件之间不同 P ≤ 0.05。

图 5。值为平均值±SEM，非运动时间点不共享公共字母不同 P ≤ 0.05，运动时间点不共享公共符号不同 P ≤ 0.05，非运动和运动数据的符号时间点在条件之间不同 P ≤ 0.05。

图 6。值为平均值±SEM，非运动时间点不共享公共字母不同 P ≤ 0.05，运动时间点不共享公共符号不同 P ≤ 0.05，非运动和运动数据的符号时间点在条件之间不同 P ≤ 0.05。

与基线和恢复相比，运动后分别更高。运动后甘油比恢复时高 11%。与基线相比，NEFA 在后期和恢复时高出 36%。条件之间的差异：运动后葡萄糖和乳酸在运动条件下分别高出 20% 和 40%。NEFA 在非运动条件下运动后和恢复时均高出 15%。甘油在非运动条件下高出 11%。

4。讨论

仅使用在药物周期的某些阶段积极采取避孕措施的女性的方法学限制被证明是有用的，因为雌二醇水平在不同条件下没有变化，从而消除了该激素作为潜在协变量的影响。唾液 α-淀粉酶被认为是交感神经肾上腺髓质系统 [ 4 ] - [ 6 ] 应激诱导变化的指标，唾液皮质醇是下丘脑垂体肾上腺皮质系统的指标 [ 5] 。除了指示不同系统内的压力外，这些唾液标记物还表现出不同的出现/消失时间进程。唾液 α-淀粉酶出现和消失的时间过程大约为 10 分钟，而皮质醇的峰值大约需要 20 分钟，因为皮质醇从其他组织扩散到唾液中 [ 4 ]。了解这些标记物受昼夜节律变化的影响也很重要（这就是为什么控制一天中的时间并在解释结果时考虑一天中的时间以及具有准确的控制条件是关键）。

唾液 α-淀粉酶已被证明对身体和心理应激源都很敏感，并且由唾液腺直接分泌 [ 4 ] [ 5 ]。我们观察到在非运动条件下 α-淀粉酶水平随时间没有变化，表明心理压力水平在我们的控制（非运动）条件下没有变化。这一发现与目前出版的大部分内容不同 [ 5 ] [ 7] 然而，这可能是由于之前的许多研究使用的心理任务也涉及社会压力因素。我们的研究结果表明，与基线水平相比，运动干预显着增加了 α-淀粉酶水平，并且在运动条件高于非运动条件的情况下增加了 α-淀粉酶水平，这与媒体报道的大部分内容一致 [ 33 ][ 34 ]。

我们的唾液收集时间发生在检测 α 淀粉酶变化的最佳窗口期间，但不在检测皮质醇变化的最佳窗口内。一些研究表明 α-淀粉酶和皮质醇之间存在相关性，而其他研究则没有 [ 35 ]，这种差异可能是 2 倍，部分原因是这些标记物出现/消失的时间不同，或者因为它们指示压力反应在不同的系统中。一些干预措施可能会影响一个压力系统而不影响另一个压力系统，或者对系统产生不同程度的影响。Dickerson 等人最近的一项荟萃分析。[ 11] 回顾了 208 篇文章，发现虽然一般来说皮质醇会随着心理压力而增加，但压力的类型很重要，而且并非所有压力源都会引起皮质醇反应。涉及不可控方面的压力源，尤其是当与社会压力相结合时，比那些不受控制或与社会压力无关的压力源更能引起皮质醇反应。我们显示皮质醇水平的变化与整个早晨的昼夜节律变化一致，随着早晨的进行（中午之前），受试者的皮质醇水平会降低；但与许多其他作者的发现相反，我们没有显示出运动和非运动条件之间的差异。就像之前提到的，

与所有其他时间点相比，葡萄糖和乳酸在后时间点都更高，但在运动状态下明显高于非运动状态。因此，虽然这两种燃料来源的可用性在非运动条件下随时间变化，但在运动条件下它们的变化程度更大。运动条件下燃料可用性的这种变化可能会导致向代谢活跃的组织输送更多燃料的能力增强。如果有更多的燃料可用于驱动新陈代谢，那么与没有这种增加的燃料可用性相比，一个人可能能够“做更多的事情”。短期最大运动后葡萄糖的峰值与糖异生作用一致，糖异生作用是外周燃料需求增加的直接结果 [ 3 ]] 。运动后乳酸峰值也与最大有氧运动后乳酸的正常变化一致 [ 3 ]。同样就乳酸而言，由于从血浆中出现乳酸到它穿过血脑屏障之间存在大约 30 分钟的时间滞后 [ 36 ]，大脑功能/表现的变化可能会经历时间延迟，因为乳酸需要时间来输送。乳酸的可用性增加也被证明可以增加乳酸通过血脑屏障的转运 [ 36 ]。

非运动条件下 NEFA 水平的增加与健康禁食个体随时间的脂肪分解和 LPL 活性变化一致 [ 22 ]。与运动状态相比，非运动状态下恢复时间点的 NEFA 量增加很可能是由于运动后脂肪酸的摄取增加，以补充运动期间使用的能量储存。我们的 NEFA 发现与 Marion-Latard 等人一致。显示运动恢复期间 NEFA 的氧化增加 [ 24] 。甘油是脂肪和肌肉组织中甘油三酯分解和动员的量度，与 NEFA 类似，与运动条件相比，甘油在非运动状态下的恢复时间点水平升高。然而，与恢复相比，它在运动后的运动条件下也会增加。与 NEFA 类似，非运动条件和运动条件之间的这种差异很可能是运动后外周吸收增加以补充能量储存的结果。与恢复相比，运动后甘油水平的增加也很可能是两种现象的结果，1) 运动期间燃料动员增加以增加剧烈运动的需求，以及，2) 前面提到的运动后外周增加的燃料摄取，以补充运动期间使用的能量储存。威等人。[37 ] 表明在进行 20 分钟的次极量运动（以 VO 2最大值的 70% 循环）后甘油增加，随后在初始恢复阶段急剧下降，从运动恢复数小时后，他们观察到甘油水平进一步增加。他们观察到的增加幅度比我们的大得多，但这很可能是因为我们最初的运动后评估比他们的要晚得多。

5.结论

我们证明，在我们的协议中，急性运动加上认知任务会增加 α-淀粉酶水平，但不会增加皮质醇水平，这可能是由于不同的压力反应，但很可能是由于样本收集的时间。在时间点收集样本的额外研究将最大限度地提高检测唾液 α-淀粉酶和皮质醇变化的能力，以了解这种身体和心理压力的组合是否对两种代表性压力系统均等或以类似方式征税.

笔记

*通讯作者。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

参考

[ 1 ] 科尔科姆、SJ 等。(2004) 心血管健康、皮质可塑性和衰老。美国国家科学院院刊，101，3316-3321。

[ 2 ] Foss, ML 和 Keteyian, SJ (1998) Fox 的运动和运动生理学基础。第 6 版，McGraw-Hill，波士顿。

[ 3 ] Mougios, V. (2006) 运动生物化学。马茨。K., Ed., Human Kinetics, Champaign, Illinois, 332。

[ 4 ] 格兰杰，DA，等。(2007) 生物行为研究中的唾液α-淀粉酶：最新发展和应用。纽约科学院年鉴，1098，122-144。

[ 5 ] Takai, N., 等人。(2007) 唾液生物标志物对急性心理压力反应的性别差异。纽约科学院年鉴，1098，510-515。

[ 6 ] Nater, UM, 等人。(2006) 压力引起的人类唾液α-淀粉酶活性变化——与肾上腺素能活性的关联。心理神经内分泌学，31, 49-58。

[ 7 ] Nater, UM, 等人。(2005) 心理社会应激范式中的人类唾液α-淀粉酶反应性。国际心理生理学杂志，55， 333-342。