昼夜节律对足球运动员运动能力和代谢反应的影响

王晨宇

WANG Chen-yu

昼夜节律对足球运动员运动能力和代谢反应的影响

王晨宇

WANG Chen-yu

目的：观察昼夜生物节律对青年男子足球运动员运动能力和代谢反应的影响，为科学安排训练计划提供理论依据。方法：20名青年男子足球运动员分别于清晨（8：00）和傍晚（17：00）进行一次Yo-Yo实验（间隔36 h），实验前、后测定口腔温度并取静脉血测定血浆生化指标（TC、HDL、TG、LDH、CK、Glu、UA和La），实验过程中采集心率（HR），实验后测定主观疲劳感觉（RPE），并记录Yo-Yo实验完成的总距离（运动能力）。结果：傍晚时Yo-Yo实验总距离和运动中的峰值心率（HRpeak）均高于清晨（P＜0.05），运动后RPE则无显著性差异（P＞0.05）。与清晨比较，傍晚Yo-Yo实验前口腔温度、TC、HDL-c、TG、LDH、CK、Glu和UA均升高（P＜0.05），Yo-Yo实验后TC、HDL-c、TG、LDH、CK和Glu升高（P＜0.05），口腔温度和UA则无显著性差异（P＞0.05）；与Yo-Yo实验前比较，Yo-Yo实验后口腔温度与各生化指标在清晨以及傍晚均显著性升高（P＜0.05）。结论：男子足球运动员专项运动能力在傍晚高于清晨，其机制可能与傍晚时体温升高，无氧代谢供能效率增加以及在相关代谢物质作用下形成的有利于调动机体生理机能的内环境有关。

生物节律；足球运动员；运动能力；代谢反应；激素

近年来的研究发现，人体生物钟的昼夜节律变异与运动能力密切相关。深入了解和掌握运动员运动能力的生物节律特性，对于科学安排训练计划具有重要的现实意义。已有的研究证实，短时高强度特别是无氧运动能力（如冲刺、力量等素质）存在昼夜节律性，即清晨4：00～8：00达到峰值，而傍晚18：00～22：00则降至最低［8，20］，然而，昼夜节律对于有氧运动能力的影响尚不能确定，研究指出，安静时、亚极量运动中以及乳酸阈训练时的摄氧量（oxygen uptakeO2）水平具有昼夜节律性，而最大摄氧量（maximal oxygen uptake，O2max）则不存在这种规律［19］。Carter等的研究发现，在中高强度持续运动的初始阶段，摄氧动力学亦无生物节律性［6］。

足球赛事的安排具有不确定性，从清晨到晚间均有可能。最近的一项研究显示，足球运动员的专项技能与一般体能（垂直纵跳、握力等）均在下午16：00～20：00时达到最佳状态［7］。此外，足球运动员的心理能力同样在傍晚时较高（此时间段警觉和反应时最高，疲劳指数最低）［22］。目前，大量实验室测试与场地测试已被广泛应用到足球运动员运动能力评价中，在多数评价方法中，运用测试方法的类型多是持续性运动。然而，足球属于体能技巧性运动项目，其特点不同于周期性项目（如田径、游泳等），比赛中运动员需要反复进行高强度跑、跳跃、转身、抢断、冲刺等多种运动形式的间歇性运动［3］。因此，对足球运动员体能的测试应包含两个因素，即反复高强度运动能力及高强度运动后的恢复能力。Yo-Yo间歇恢复实验（简称Yo-Yo实验）是评价足球运动员运动能力简单有效的方法［2］。研究发现［11］，傍晚运动时血乳酸的反应高于清晨，说明傍晚时无氧代谢供能效率显著提高。由于运动能力和生化反应的节律变异与体温的波动性有关联［17］，因此，探索Yo-Yo实验时生化反应的生物节律特点，有助于揭示足球专项运动能力昼夜变异的可能机制。多项研究以高水平足球运动员为受试对象，对安静状态下（at rest）［14］、重复冲刺运动（repeated sprints）［13］以及Wingate实验（Wingate test）［14］时多种生化标志物的昼夜节律变异特点进行了深入分析。然而，有关足球运动员专项运动能力以及代谢适应的生物节律特点鲜有关注。因此，本研究旨在探讨昼夜节律对足球运动员运动能力和代谢反应的影响，为科学合理的安排训练提供依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

20名男性足球运动员（国家二级水平）自愿参加本实验。受试者身体健康，无心血管疾病、代谢性疾病、运动系统疾病以及急慢性感染性疾病，近期无运动性伤病、未服用药物与营养补剂、无烟酒嗜好。实验前告知其实验目的、流程与潜在风险并签订知情同意书。受试者一般特征如表1所示。

表1 受试者一般特征Table 1 General Characteristics of the Subjects（X±S）

1.2 实验流程

所有受试者先熟悉实验室环境和测试流程（特别是Yo-Yo实验）并测定身体形态学参数（身高、体重和身体成分）。择日完成两次实验测试（间隔36 h），测试时间分别为清晨（7：00～8：30）和傍晚（17：00～18：30），测试顺序采用随机原则。实验前后利用口腔温度计测定口腔温度，分别于测试前和测试后3 min取静脉血进行生化指标（代谢反应）检测。清晨测试时，受试者6：00起床，除饮用300 mL纯净水外保持空腹状态以避免餐后生热作用。傍晚测试前4 h给与一份标准午餐，此后至实验结束前严禁进食。实验期间清淡饮食，禁止进行剧烈运动，每晚保证至少7 h睡眠。

1.3 人体形态学测定

采用标准电子身高体重计测定受试者身高、体重并计算体质量指数（body mass index，BMI）。利用体成分仪（Inbody 520，韩国）测定身体成分，于清晨空腹状态下并排空大小便后测定，测定参数包括脂肪重量、去脂体重和体脂百分比。

1.4 口腔温度测定

分别于Yo-Yo实验前后利用水银柱式口腔温度计（常规消毒，误差＜0.1℃）测定口腔温度。实验前安静坐位休息15 min后测量，实验后即刻测定，方法为：将温度甩至35.0℃以下，将温度计水银端斜放于受试者舌系带处，闭紧嘴唇，用鼻呼吸，测量时间为5 min。

1.5 Yo-Yo间歇恢复实验（The Yo-Yo intermittent recovery test）

根据Hammouda等推荐的方法进行Yo-Yo实验［13］。该方法具有较高的信度和效度，Yo-Yo实验完成的总距离与足球比赛时的总距离显著正相关（r＝0.65）。测试时要求受试者在直线距离为20 m的两个标志物间进行往返跑，每个往返跑间有一定的间歇时间，具体为：设置两个距离为20 m的标志物，受试者进行2×20 m递增速度折返跑，在每个2×20 m后有一个10 s休息时间。测试中的速度节奏由预先录制好的录音带控制，随着完成跑动距离的不断增加，音乐节奏逐渐加快，受试者完成难度也逐渐增加，直到受试者2次未能按照既定时间回到终点线，即终止实验。记录Yo-Yo实验过程中实际完成的总距离。测试前进行10 min准备活动（慢跑和拉伸）。整个实验持续时间约6～20 min。利用遥测心率表（Polar FT4，芬兰）对心率（heartrate，HR）进行实时监测并记录峰值心率（peak HR，HRpeak）值。测试后嘱受试者依照主观疲劳感觉（Rating of perceived exertion，RPE）量表（6～20级）读出RPE值。

1.6 膳食记录

为评估营养素摄入量，采用非连续3 d称重法（包括2个工作日和1个休息日）结合24 h回顾法（包括饮食习惯、食物和液体的数量与种类）进行膳食记录，计算受试者每种食物摄入量及相应能量和营养素摄入量，包括总能量和宏观营养素（碳水化合物、脂肪和蛋白质）。调查结果与中国运动员膳食营养素和食物适宜摄入量进行比较分析［1］。

1.7 血生化参数测定

分别于Yo-Yo实验前和实验后3 min取肘正中静脉血5 mL，肝素抗凝，3 000 rpm（4 ℃）离心15 min后取血浆。血糖（glucose，Glu）水平用葡萄糖氧化酶法、血乳酸（lactic acid，La）用乳酸氧化酶－过氧化物酶法测定。肌酸激酶（creatine kinase，CK）活性用酶偶联法（己糖激酶和6-磷酸-葡萄糖脱氢酶）测定，以NADPH的生成速率表示。乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDL）活性用比色法测定，以NAD的消耗速率表示。尿酸（uric acid，UA）用酶法测定。总胆固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酯（triglyceride，TG）、高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-c）用标准酶分析法测定。所有试剂盒均购自武汉博士德生物工程有限公司，测定仪器为全自动生化分析仪（贝克曼Synchron CX，美国）。

1.8 统计学处理

所有数据以“均数±标准差”表示，用SPSS 15.0统计软件进行数据处理与分析，先利用Shapiro-Wilk进行正态性检验。清晨与傍晚以及Yo-Yo实验前后各指标比较使用配对t检验。统计学差异定为P＜0.05。

2 结果

2.1 运动能力、HRpeak和RPE的变化

运动能力（即Yo-Yo实验完成的总距离）、运动中HRpeak和运动后RPE的变化见表2。傍晚时Yo-Yo实验总距离和HRpeak均高于清晨（P＜0.05），而RPE则无显著性差异（P＞0.05）。

表2 运动能力、HRpeak和RPE的变化Table 2 Changes of Exercise Capacity，HRpeakand RPE

2.2 口腔温度的变化

与Yo-Yo实验前比较，清晨和傍晚Yo-Yo实验后体温均升高（P＜0.05）；与清晨比较，傍晚Yo-Yo实验前体温升高（P＜0.05），Yo-Yo实验后无显著性差异（P＞0.05，图1）。

2.3 营养素摄入量

每日营养素摄入量见表3，其中总热量、宏观营养素和微量营养素摄入量均处于中国运动员适宜推荐摄入量的区间范围内［1］。

表3 每日营养素摄入量Table 3 Daily Nutrient Intake

2.4 生化指标的变化

各生化指标的变化见表4。与清晨比较，傍晚Yo-Yo实验前除La外，其他各指标（TC、HDL-c、TG、LDH、CK、Glu和UA）均显著性升高（P＜0.05），Yo-Yo实验后除UA外，其他指标（TC、HDL-c、TG、LDH、CK、Glu和La）均显著性升高（P＜0.05）。与Yo-Yo实验前比较，Yo-Yo实验后各指标在清晨以及傍晚均显著性升高（P＜0.05）。

3 讨论

图1 Yo-Yo实验前后口腔温度的变化Figure1 Change of Oral Temperature before and after Yo-Yo Test注：与清晨（7：00）比较，*P＜0.05；与Yo-Yo实验前比较，#P＜0.05，下同。

本研究旨在探讨昼夜节律对足球运动员间歇运动至力竭实验（即Yo-Yo实验）中运动能力和代谢反应的影响，结果发现，足球运动员的专项运动能力和代谢反应均具有显著的生物节律特征。

表4 生化指标的变化Table 4 Change of Biochemical Indicators

关于运动能力的昼夜节律变异，多项研究结果显示，短时高强度项目的运动能力存在日节律变异［8，20］，即下午至傍晚达到峰值，清晨则降至最低。有关足球运动员专项运动能力昼夜变异的研究少有关注。Yo-Yo实验是评价高强度间歇运动时运动能力的一种特殊运动实验，由于该测试结果与比赛时的运动表现高度相关，因此，已被科研人员和教练员广泛用于监测足球运动员的运动能力，特别是心肺适能［2］。在Yo-Yo实验接近结束时，机体有氧能量代谢转换达到最大值，同时，无氧代谢系统的供能效率充分被激活，这与足球比赛时的能量代谢特征基本一致，因此，该测试特别适用于足球运动员［2］。本研究结果显示，傍晚Yo-Yo实验时，完成的总距离明显高于清晨，说明足球运动员专项运动能力在傍晚时提高，同时提示，受试者傍晚时的O2max理应处于较高水平。然而研究证实，安静时以及亚极量运动时的O2在傍晚高于清晨，而O2max则无昼夜差异［19］。此外，Forsyth等［11］的研究发现，乳酸阈强度运动时的O2具有昼夜节律效应。多项研究试图解释生物节律对有氧代谢能力的影响，但均得到阴性结果，尤其是接近最大强度运动时，其原因可能与某些受试者在递增负荷运动时，未达到O2max的判断标准即终止实验有关［19］，因此，昼夜节律对于有氧代谢的效应尚不能确定。本研究中，Yo-Yo实验时HRpeak在傍晚高于清晨，这与Brito等［5］和Dunn等［9］以不同运动方式为实验模型的研究结果类似。已证实，HR的生物节律变异与体温的波动有关［17］。事实上，与运动能力相关的多项生理生化参数均存在昼夜节律特点，其峰值与谷值出现的相位与体温的变化基本一致［17］。

生物节律影响运动能力的机制尚未完全明确。研究证实，下丘脑视交叉上核作为昼夜节律起搏点，通过调节多种生命活动影响运动能力［10］，其中体温波动的作用最为肯定［17］。在本研究中，与清晨相比，傍晚时运动能力增强同时伴安静时体温升高，此外，清晨和傍晚Yo-Yo实验后体温虽均高于实验前，但并无显著性差异，提示体温对于急性运动的反应并无昼夜节律性。体温升高可上调代谢酶活性、降低肌肉粘滞性、有利于肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用、扩张血管、增加肌肉血供、增加动作电位的传导速度、促进糖原分解和糖酵解、加快ATP再合成，进而提高能量代谢系统的供能效率［17］，因此，运动能力在体温较高的傍晚时改善。Bergh等［4］的研究显示，体温每下降1℃，运动能力降低5%。

除体温因素外，多种物质代谢能够对运动能力产生深刻影响，其中Glu是运动（特别是高强度无氧运动）的主要能源物质，脂质则是有氧代谢的重要底物；La是糖酵解的主要产物，Glu和La可评价肌肉疲劳和糖酵解供能效率；CK和LDH反映运动性肌肉损伤的程度，有研究指出，肌肉损伤标志物浓度与自由基产物显著正相关，提示运动诱导的自由基改变了肌细胞膜通透性；UA则反映嘌呤代谢以及抗氧化活性。

本研究结果显示，血浆La和Glu对于运动的反应在傍晚高于清晨，说明此时间段葡萄糖无氧酵解的供能比例明显增加。Glu的变化与Piccione等［18］在递增负荷力竭运动实验后的结果类似。Rampinini等［21］利用Yo-Yo实验同样发现，血La在运动后显著增加，但并未观察La的生物节律变化。既往关于不同运动模型（中等强度有氧运动、递增负荷实验、无氧力竭运动）中血La的昼夜节律研究结果与本研究基本一致。Glu傍晚时升高与此时胰岛素水平下降以及生长激素、胰高血糖素等升糖激素升高有关［15］；而La昼夜变异现象可能与儿茶酚胺的活性有关联，这是由于儿茶酚胺特别是肾上腺素对于运动反应规律与La近似，即下午至傍晚时达到峰值水平，夜间降至最低［23］。此外，Machado等［17］认为，傍晚体温升高可增加多种酶的活性，如磷酸果糖激酶和LDH，进而升高血Glu并加速运动时La的生成，最终改善运动表现和运动能力。Hammouda等［14］对高水平足球运动员安静状态下多项生化标志物（CK、LDH、UA、Glu和总抗氧化水平）的昼夜节律变异进行了研究并发现，各指标均在傍晚高于清晨，这与本研究的结果一致，但作者并未观察其对于运动的反应与适应规律。本研究结果显示，Yo-Yo实验后LDH和CK升高的幅度在傍晚明显高于清晨，提示傍晚训练时更易造成运动性肌肉损伤，其实质在于傍晚时肌肉受到的机械牵张以及无氧代谢压力显著增加。本研究中，清晨和傍晚运动后血UA均显著性升高，与Piccione等［18］的研究一致。UA在运动后升高可能与嘌呤代谢增强有关。Krustrup等［16］发现，足球运动员比赛后半程以及赛后肌肉内的ATP含量明显下降，提示含有腺嘌呤的ATP降解增加。此外，UA作为一种抗氧化剂具有与维生素C和E相似的细胞保护作用。本研究还发现，虽然安静时的UA在傍晚高于清晨，但运动后这种生物节律却消失，推测高强度力竭运动可抑制抗氧化系统的昼夜变异，具体机制尚不清楚。本研究结果显示，TC、TG和HDL-c在运动后均显著性升高，提示运动时脂质动员增加，其原因与Yo-Yo实验过程中有氧代谢效率逐渐增强有关。此外，运动诱导的脂质代谢变化存在昼夜节律性，其原因可能是由于傍晚时参与脂质代谢分解的酶活性增加造成的［12］。总之，傍晚训练时机体在相关代谢物质作用下形成了有利于调动机体生理机能的内环境，这可能是傍晚时运动能力高于清晨的重要生理机制。

最后需要提及的是，由于多种生化指标如转氨酶、血尿素、总胆红素、同型半胱氨酸在安静时、高强度间歇运动以及Wingate测试后均存在昼夜节律变异，因此，傍晚运动能力改善尚可能与其他多种因素有关。本研究膳食调查显示，运动员总热量、宏观营养素、微量营养素摄入量均处于中国运动员适宜推荐摄入量的区间范围内，故可排除饮食因素对研究结果的影响，本研究中各生化指标的变化可较为真实的反映其对于运动的反应与适应。

4 结论与建议

本研究证实了足球运动员的运动能力和代谢反应存在昼夜节律变异，其中运动能力（Yo-Yo实验完成的总距离）以及Yo-Yo实验后各生化标志物（乳酸、脂质、葡萄糖和代谢酶）含量均在傍晚高于清晨，推测傍晚运动能力的改善与该时段体温升高，无氧代谢供能效率增加以及在相关代谢物质作用下形成的有利于调动机体生理机能的内环境有关。建议足球运动员测定专项运动能力以及进行机能监控时，应选择一日中相同时间进行，以减少生物节律的影响，同时，应按照运动能力的生物节律特征科学、合理的安排运动计划，以达到最佳训练效果。

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Effects of Circadian Rhythm on Exercise Performance and Biochemical Response in Football Players

Objective：To observe the effects of biorhythm on exercise performance and biochemical response in football players so as to provide theoretic evidence for scientific arrangement of training protocol. Methods：Twenty young male football players performed two Yo-Yo tests at morning（7：00） and evening （17：00） （36h interval）. Oral temperature was measured while venous blood samples were collected for the assessment of plasma biochemical indicators before and after each test. Rating of perceived exertion （RPE），total distance （exercise performance） after and heart rate（HR） during the Yo-Yo test were recorded. Results：Total distance and peak HR （HRpeak） （P＜0.05）during Yo-Yo test were higher in evening than morning while there was no significant difference of RPE （P＞0.05） after test. Compared with morning，in the evening，oral temperature，TC，HDL-c，TG，LDH，CK，Glu and UA increased （P＜0.05） before Yo-Yo test，TC，HDL-c，TG，LDH，CK and Glu raised （P＜0.05） while oral temperature and UA showed no significant difference （P＞0.05）after Yo-Yo test；compared with pre Yo-Yo test，oral temperature and all biochemical indicators were elevated （P＜0.05） in both morning and evening after Yo-Yo test. Conclusion：Specific exercise performance of male football players was improved in evening than morning and the possible mechanism was related with elevated body temperature，increased energy efficiency of anaerobic metabolism and the optimal internal environment created under relevant metabolic mass to transfer physiological functions.

biorhythm；football player；exercise performance；biochemical response；hormone

1002-9826（2017）04-0048-05

10. 16470/j. csst. 201704006

G804.2

A

2016-11-08；

2017-05-31

河南省科技攻关重点项目（152102310117）。

王晨宇，男， 副教授，博士，研究方向为运动训练与健康促进， E-mail：wchenyu@126.com。

郑州航空工业管理学院 体育教学部，河南 郑州 450015 Zhengzhou University of Aeronautics， Zhengzhou，450015，China.