文献解读 | 男女运动前后的代谢变化研究

一、背景介绍

在运动科学中，代谢组学可以用来理解运动对身体的影响，包括能量代谢、氧化应激、炎症反应等，基于代谢数据，识别出与运动表现、恢复适应相关的生物标志物，从而为个性化训练和营养干预提供科学依据。在代谢研究的采样技术中，干血斑是一种微采样技术，采集少量血液（通常为10-50微升）于滤纸上用于后续分析，具有采样简单，便于运输和存储，适用广泛，可以精确跟踪代谢变化等特点，故在研究运动引起的代谢变化方面相对适用。在本次研究中，避免了以往的数据大多集中于男性参与者的不足，增加了对于探讨性别差异的研究，纳入了更多女性运动员，填补了有关女性运动生理和代谢反应的研究相对不足的这一空白，通过提供更全面的性别特异性数据，可以更好解运动对不同性别的影响。

二、材料方法

研究共招募了136名健康参与者，包括64名女性和72名男性，年龄在18至35岁之间，均具有一定的训练背景，且在过去一年内没有重大疾病或受伤史，研究样本为干血斑样本，依次在静息状态下、运动至完全疲劳后1分钟内采集样本，样本在室温下密封保存，并加入干燥剂防止降解，干燥后的样本在-80°C下保存，直至分析。样本提取使用乙腈和水，过滤后通过亲水作用液相色谱（HILIC）和反相（RP）液相色谱（LC）系统进行分析，高分辨率质谱使用Q Exactive HF Hybrid Quadrupole-Orbitrap质谱仪，配备电喷雾离子源，使用同位素内标能绝对定量超过100种代谢物。数据分析表包括了使用Metabolites in Frozen Human Plasma (SRM 1950)进行代谢物注释，通过分析代谢物的变化，评估与运动相关的代谢通路，如三羧酸（TCA）循环、糖酵解、嘌呤代谢等；运动前后代谢物浓度的变化使用了配对t检验，通过Benjamini-Hochberg方法校正多重比较，P值小于0.05被认为是显著，相关性分析使用Pearson相关系数评估代谢物变化与健身相关元数据（如最大自愿氧气消耗量、表现等）之间的相关性，以热图形式展示。

三、结果讨论

研究证实了干血斑样本检测的有效性，基于数据分析发现共定量分析了116种化合物，参照梅奥诊所实验室和人类代谢数据库（HMDB）提供的数据范围，35种化合物的测量值在参考范围内，24种存在重叠，11种完全匹配，15种超出范围，14种低于检测限，另外17种没有参考值。

相关分析显示运动后三羧酸循环及相关有机酸显著增加，比如血液乳酸水平显著升高，其他有机酸如丙酮酸、琥珀酸和泛酸在所有参与者中均显著增加，而苹果酸仅在男性中显著增加；在运动后某些碳水化合物代谢产物会发生改变，其中果糖-1,6-二磷酸和6-磷酸葡糖酸减少，而二羟基丙酮磷酸和戊糖-6-磷酸增加；有关肌酸、嘌呤和嘧啶代谢物，其中黄嘌呤、AMP、假尿嘧啶、精氨酸、半胱氨酸、色氨酸等在运动后普遍上升，肉碱类如乙酰肉碱在个体水平上呈现增加。运动导致的代谢反应在男女运动员中表现出相似的趋势，但在特定代谢物的变化程度上存在差异，特别是苹果酸仅在男性中显著增加，表明性别特异性代谢路径的存在

四、研究结论

研究系统地评估了男女运动员在急性运动后的代谢变化，填补了之前研究女性运动员缺乏的空白，提供更全面的性别特异性数据，有助于更好地理解运动对不同性别的影响。研究验证了干血斑采样技术在运动代谢中的应用，揭示了性别特异性的代谢反应和与运动表现诊断参数的相关性，为个性化运动训练和健康管理提供了新的科学依据，推动了运动科学和健康管理领域的进步。

五、结果展开

图1.  显示实验数据的准确性评估结果。

A. 显示与国家标准与技术研究院（NIST）相关数据库相比较的结果，有十五种代谢物的测量值在认证参考值的95%置信区间内。

B. 显示与梅奥诊所或人类代谢组数据库中的参考范围相比较的结果，显示在参考范围内有35个代谢物，与参考范围有重叠的为24个。

图2. 显示三羧酸循环相关代谢物在运动前后的浓度变化，箱形图表示相关代谢物浓度值，浓度单位为µmol/L，按照不同性别与运动前后进行了分组。

图3. 显示碳水化合物代谢相关代谢物在运动前后的浓度变化，箱形图表示相关代谢物浓度值，按照不同性别与运动前后进行了分组。

图4. 显示肌酸和嘌呤代谢相关代谢物在运动前后的浓度变化，箱形图表示相关代谢物浓度值，按照不同性别与运动前后进行了分组。

图5. 显示嘧啶代谢相关代谢物在运动前后的浓度变化，箱形图表示相关代谢物浓度值，按照不同性别与运动前后进行了分组。

图6. 显示男性运动员（A）和女性（B）在运动前后，相关运动参数（如最大心率、最大摄氧量、乳酸阈值等）与代谢物变化之间的Pearson相关性热图。

参考文献：

Schoeny H, Stelzer B, Hofbauer T, Reisenbauer F, Abiead YE, Scharhag J, Koellensperger G. Metabolome trajectories in male and female athletes. J Sport Health Sci. 2025 Jun 11:101065. doi: 10.1016/j.jshs.2025.101065.