### 乳酸酸中毒对人类运动表现的影响
在高强度运动时，人体会发生乳酸酸中毒，表现为肌浆和血浆中乳酸阴离子（
lactate?）与质子（
H+，常用 pH 衡量）浓度升高。长期以来，人们认为乳酸是导致运动疲劳的有害化学物质，即 “乳酸疲劳假说”，但实际上运动时体内几乎不存在乳酸，而是以
lactate?和
H+的形式存在。尽管如此，运动和运动生理学家、运动员及教练们仍普遍认为乳酸酸中毒是疲劳的主要原因。
在 20 世纪末，人们发现肌肉收缩时，为了维持三磷酸腺苷（ATP）的产生，会激活糖原分解和糖酵解过程，在此过程中会产生lactate?和H+ 。随着肌肉收缩，这些离子浓度增加，并通过单羧酸转运体（MCT）等机制转运到细胞外。当时对于H+/lactate?是否是疲劳的基础因素存在争议，支持的观点包括它们在疲劳肌肉中增加且与肌肉力量下降相关，诱导酸中毒可降低动物肌肉力量等；反对的观点则有力量变化与pHi?变化在时间上不一致，诱导酸中毒可保护肌肉在高细胞外钾离子（[K+]o?）浓度下的等长力量等。
本综述旨在综合过去 20 年及以往的研究，评估H+/lactate?在人类运动表现中的作用，具体回答四个问题：不同高强度运动时肌浆和血浆中[lactate?]和 pH（或[H+]）的值，以及伴随的其他相关因素；H+/lactate?对肌肉或运动表现的影响；是否存在解释其对运动表现影响的机制；对H+/lactate?调节过程的操控是否影响疲劳。
在研究过程中，采用了多种实验方法，包括对人体运动（或疲劳模型）、完整肌肉的电刺激模型、离体肌肉纤维等的研究。研究时关注的指标有肌肉力量（如峰值最大自愿等长收缩（MVIC）力、峰值强直和单收缩力等）、缩短速度（如最大缩短速度Vmax?等）、功率（力量 × 速度）和运动表现时间等。
高强度运动时细胞内外lactate?和 pH 的变化
通过对人体肌肉在休息、运动期间及运动后的检测发现，高强度运动后，血浆[lactate?]在极端情况下可增加到 20 - 25 mM，pH0?降至 7.0 - 6.9，肌浆[lactate?]上升到 25 - 50 mM。不同运动项目和肌肉群的[lactate?]和 pH 变化存在差异，例如，腿部肌肉在不同运动中的[lactate?]和 pH 变化与手臂肌肉有所不同。
此外，不同人群（如老年人、不同种族、精英运动员、不同性别）在运动后的pHi?和[lactate?]数据也有所不同。而且，肌肉纤维类型与运动诱导的酸中毒程度相关，快肌纤维比慢肌纤维更容易发生更大程度的酸中毒，最大现实酸中毒可达pHi? 6.0 。
在时间进程研究中，以腿部伸肌为例，在重复间歇性 MVIC 过程中，运动初期由于磷酸肌酸（PCr）水解消耗H+ ，pHi?会出现短暂碱化，随后随着运动进行，pHi?逐渐下降，运动结束后，由于 PCr 再合成释放H+ ，pHi?会进一步下降。这表明细胞内酸中毒的发展具有时间依赖性，通常在 2 - 5 分钟运动时达到最大。
疲劳收缩过程中峰值力量 / 功率与pHi?（或[H+]i?）的关系
许多研究在测量人体不同运动过程中峰值力量 / 功率的同时测量pHi? ，结果发现不同研究中两者关系并不一致。例如，在一些疲劳模型中，初始峰值力量 / 功率下降时，细胞内处于碱化状态，并非由升高的[H+]i?引起。而且，给定酸中毒程度下，疲劳时的力量 / 功率水平存在差异，这可能是由于除降低的pHi?外，还有其他疲劳机制参与，如中央疲劳、无机磷酸盐（Pi?）或[H2?PO4??]升高、缩短速度降低等，同时不同肌肉的纤维类型组成差异也会影响这种关系。
其他潜在疲劳因素
除了[H+]i?，还有其他因素可能导致运动疲劳。无机磷酸盐方面，当 PCr 在运动中消耗时，肌浆[Pi?]会从休息时的 1 - 6 mM 上升到 20 - 40 mM ，升高的[Pi?]可能通过损害肌丝功能和 / 或减少肌浆网（SR）Ca2+释放导致疲劳。Pi?存在多种分子形式，在严重酸中毒（pH 6.6 - 6.2）时，[H2?PO4??]会显著增加，且[H2?PO4??]与疲劳的相关性可能比降低的 pH 更强。
离子变化方面，高强度运动时，K+紊乱与酸中毒总是同时发生，肌肉间质[K+]o?增加，[K+]i?减少，同时酸中毒会促进K+外流，降低的K+梯度会使肌膜去极化，抑制动作电位幅度，影响Ca2+从 SR 释放，进而损害肌肉力量。此外，Na+内流与K+外流相关，最终会降低跨肌膜Na+梯度，进一步损害动作电位，加剧力量下降。
生理过程方面，剧烈运动时肌肉和中枢神经系统（CNS）的一些过程会受到不利影响，如复合肌肉动作电位（M 波）受损、最大Na+?K+?ATPase活性降低、SR Ca2+释放和摄取异常、自愿激活受损等，这些过程可能对H+/lactate?敏感。同时，血浆儿茶酚胺（肾上腺素、去甲肾上腺素）和肌肉交感神经活动在剧烈运动时会升高，这些激素会影响糖原分解 / 糖酵解、离子平衡、动作电位和Ca2+处理，从而可能改变H+的作用。
干预措施测试lactate?和 / 或酸中毒对运动表现的影响
为了测试升高的[H+]/[lactate?]对运动表现的影响，研究采用了多种干预措施。常见的干预手段包括诱导酸中毒，如通过摄入、输注或灌注乳酸钠（Na - lactate）、氯化钙（Ca - lactate）、乳酸（H - lactate）、氯化铵（NH4?Cl）等，或通过呼吸性酸中毒（增加细胞外CO2?）来实现。这些干预措施可使[lactate?]和pHi?发生变化，从而研究其对肌肉和运动表现的影响。
同时，还可以通过使用皮肤纤维或分离的肌球蛋白蛋白，直接在高度缓冲的环境中添加H+/lactate?来研究其对肌肉功能的影响。另外，操纵H+调节过程，如使用细胞外H+缓冲剂（NaHCO3?等）、调节 MCT 同工型或碳酸酐酶同工型等，也有助于揭示H+/lactate?在疲劳中的作用。
lactate?对肌肉和运动表现的影响
lactate?并非代谢废物，它具有重要的生理作用，如作为可氧化的能量底物和糖异生前体，还可作为信号分子调节肌肉适应性等。
在细胞外lactate?与疲劳的关系方面，人体研究表明，升高的[lactate?]o?对运动时的力量 / 功率产生通常没有负面影响，甚至在某些情况下有积极的促力作用，如预运动时摄入 Na - lactate 或 Ca - lactate 可延长高强度跑步或骑行的疲劳时间。但当[lactate?]o?升高到一定程度时，可能会缩短疲劳时间。动物肌肉研究结果则存在差异，不同研究中升高的[lactate?]o?对肌肉力量和疲劳动力学的影响不同，这可能与干预措施导致的[lactate?]i?和pHi?水平不同有关。
在细胞内lactate?与疲劳的关系方面，恢复研究发现，人体股四头肌在长时间 MVIC 或全力冲刺后，[lactate?]i?仍保持较高水平，但峰值力量 / 功率几乎完全恢复，说明高[lactate?]i?不会导致疲劳。对动物皮肤肌肉纤维的研究表明，升高的[lactate?]i?最多只会使峰值力量略有下降。
细胞内酸中毒对肌肉和运动表现的影响
在非疲劳条件下，人体研究显示，呼吸性酸中毒（吸入 5% CO2?）会使全力等速骑行时的峰值功率降低 9%，但对一些肌肉的峰值力量影响较小。动物肌肉研究表明，在生理温度下，诱导酸中毒对非疲劳肌肉的峰值力量 / 功率影响较小，但在低温下影响较大。
在疲劳条件下，人体研究发现，呼吸性酸中毒会降低 30 秒全力等速骑行的总功，而预先摄入NH4?Cl导致的酸中毒会损害运动表现，如降低 4 公里骑行时间试验的平均功率输出、延长完成任务的时间等。动物研究也表明，诱导酸中毒会加速肌肉在重复强直刺激早期的力量 / 功率下降。
细胞内酸中毒还与其他疲劳因素存在相互作用。例如，酸中毒与K+相互作用，在高[K+]0?导致肌肉收缩力严重下降时，细胞内酸中毒可使肌肉 M 波面积和力量恢复；酸中毒与无机磷酸盐相互作用，两者对肌肉收缩力的影响具有协同效应，且这种协同效应在快肌纤维中更为明显；此外，酸中毒还可能与其他因素（如降低的Na+梯度、降低的糖原、改变的[Ca2+]0?、肾上腺素和 β - 激动剂、肌球蛋白轻链磷酸化、升高的 ROS 等）相互作用，影响肌肉功能。
细胞内酸中毒和lactate?的外周作用机制
近年来的研究揭示了H+/lactate?对细胞过程影响的机制。在肌丝功能方面，降低pHi?会使最大Ca2+激活力量下降，降低肌肉缩短速度，降低肌丝对Ca2+的敏感性，这些影响会降低肌肉力量、缩短速度和峰值功率。
在Ca2+处理方面，虽然酸中毒可能在理论上影响兴奋 - 收缩偶联，减少 SR Ca2+释放，但实际上在正常生理过程中，H+/lactate?并不会损害 SR Ca2+释放，不过酸中毒会抑制 SR Ca2+ - 泵（SERCA）的活动，导致肌肉松弛减慢。
在动作电位方面，细胞内酸中毒会使动作电位峰值和最大上升速率增加，降低阈值，减慢传导速度，但这些影响不会导致疲劳。相反，在K+抑制的啮齿动物纤维中，诱导酸中毒可使 M 波幅度恢复，增加细胞内动作电位幅度和可兴奋纤维数量，从而维持Ca2+释放。
在代谢方面，细胞内酸中毒会间接影响肌肉收缩功能，通过抑制磷酸果糖激酶（PFK）、糖原磷酸化酶（Phos）、丙酮酸脱氢酶（PDH）等酶的活性，降低 ATP 供应。同时，酸中毒还会抑制氧化磷酸化，降低线粒体氧化能力和效率，减少 ATP 生成。不过，在运动肌肉中，ATP 供应减少与需求减少相匹配，使得[ATP]i?在很大程度上得以维持。
细胞外酸中毒 /lactate?在中枢疲劳和运动表现中的作用
虽然有假设认为升高的H+/lactate?可能通过中枢神经系统（CNS）影响运动表现，但目前缺乏直接证据支持细胞外酸中毒导致运动时中枢疲劳的观点。
在一些研究中，尽管发现细胞内酸中毒与中枢疲劳存在关联，但这并不能证明因果关系。实际上，在一些情况下，细胞内酸中毒程度与自愿激活比例的变化并不一致。
细胞外酸中毒会导致肌肉间质 pH 下降，刺激 III/IV 组肌肉传入神经，引发疲劳感和增加感知运动强度（RPE）评分。此外，血浆酸中毒可能通过降低血红蛋白对O2?的亲和力，导致动脉O2?饱和度下降，进而影响大脑O2?供应，可能导致中枢疲劳，但这一观点还需要进一步研究证实。
操纵H+/lactate?调节与肌肉 / 运动表现
操纵H+/lactate?的调节过程对研究其在疲劳中的作用具有重要意义。
在使用NaHCO3?和柠檬酸钠作为细胞外H+缓冲剂的研究中发现，这些缓冲剂通常能在 1 - 10 分钟的高强度运动中提高运动表现，它们可提高预运动血浆[HCO3??]，减轻运动时血浆和间质 pH 的下降，减少运动诱导的细胞内酸中毒，从而增强力量 / 功率，但具体机制仍有待进一步研究。
MCT 是调节lactate?跨肌膜转运的主要蛋白，抑制 MCT4 会导致运动时[lactate?]i?增加，pHi?下降，加速疲劳；而敲除 MCT4 或抑制 MCT 活性对运动耐力的影响存在差异，这表明调节lactate?在非工作肌肉部位的转运可能会影响运动耐力。
肌肉中的肌肽和碳酸酐酶在调节H+方面发挥着重要作用。慢性 β - 丙氨酸补充可增加肌肉肌肽水平和缓冲能力，对运动表现有一定的积极影响，但效果并不一致。碳酸酐酶（CA）的活性与运动时pHi?的下降相关，抑制 CA 会导致细胞外代谢性酸中毒，显著缩短运动至力竭的时间，敲除或过表达 CAIII 会改变啮齿动物肌肉的疲劳曲线，表明 CAIII 对快速收缩肌肉在疲劳刺激初期的力量下降具有保护作用。
乳酸酸中毒与疲劳：当前的理解状态
目前对于乳酸酸中毒是否是疲劳的 “主要因素” 需要重新审视，应从两个方面进行探讨：一是升高的lactate?/ 酸中毒是否对人体运动表现有重大不利影响；二是lactate?/ 酸中毒是否对人体运动表现有功能性重要影响。
综合现有研究，细胞外lactate?（高达 25 mM）或细胞内lactate?（高达 50 mM）本身对肌肉 / 运动表现的负面影响很小，但可能通过代谢性酸中毒间接产生影响。
高强度运动时，虽然整体肌肉水平会发生细胞内酸中毒，但只有快肌纤维会出现较大程度的酸中毒（pHi? 6.2），慢肌纤维的酸中毒程度较小（pHi? 6.9），因此升高的[H+]i?只是快肌纤维中可能的疲劳因素。
疲劳收缩过程中，峰值功率 / 力量与pHi?（或[H+]i?）的关系在不同运动方案中存在很大差异，说明细胞内酸中毒不是疲劳的唯一原因，其他潜在疲劳因素也会影响运动表现。
细胞内酸中毒到pHi? 6.7?6.6时，对最大等长力量的抑制作用较小；而更大程度的酸中毒（pHi? 6.5?6.2）会降低最大等长力量、缩短速度和肌肉功率，还会减慢机械松弛。
摄入NH4?Cl会加剧运动诱导的细胞内酸中毒，从而损害人体在高强度骑行和划船运动中的表现。
预先诱导的酸中毒会改变人体和动物在电刺激肌肉时的疲劳曲线，加速早期力量 / 功率的损失。
增加的[H+]i?在运动中直接或通过与升高的[Pi?]相互作用导致疲劳，主要通过影响肌丝蛋白降低最大横桥功能和 \<>[H+]i?在运动中直接或通过与升高的[Pi?]（可能需要升高的[H2?PO4??]i?）相互作用导致疲劳。其对力量的抑制作用主要通过肌丝蛋白，降低最大横桥功能和Ca2+敏感性，同时降低肌球蛋白 ATP 酶活性，进而降低缩短速度。
细胞内酸中毒（和增加的[lactate?]i?）能保护静止肌肉免受升高的[K+]0?对动作电位和力量的抑制作用，这涉及到降低 ClC - 1 通道电导，恢复部分纤维的兴奋性，增加动作电位幅度，更好地维持 SR Ca2+释放。
乳酸酸中毒主要在高强度运动（强度超过 80% VO2?峰值，持续 2 - 10 分钟，涉及快肌运动单位的募集）以及长时间或重复的等长收缩（超过 50% MVIC，持续超过 1 分钟）中对疲劳产生影响。但疲劳是多因素的，还涉及中央疲劳、代谢和燃料供应变化、离子紊乱、ROS 形成和Ca2+处理受损等。
目前证据表明，细胞内或细胞外的H+/lactate?通常不会导致中央疲劳。间质中[H+]0?、[lactate?]o?（和[ATP]0?）的小幅度增加会共同激活 III/IV 组肌肉传入神经，导致 RPE 升高、产生疲劳感，并引发有益的肌肉代谢反射。极端血浆酸中毒可能导致血红蛋白O2?去饱和，引发严重的脑缺氧，降低中枢神经系统的自愿激活。
实验性调节肌肉H+/lactate?调节过程（如细胞外H+缓冲剂、MCT、CA、肌内肌肽）为H+/lactate?在疲劳中的作用提供了有力证据，虽然作用较小，但在功能上很重要。
动物肌肉的体内和体外研究复制了许多关于酸中毒对人类运动表现影响的发现，是研究酸中毒对运动表现影响机制的有价值模型。
未来研究方向
未来研究应更多地测量人体在各种运动或刺激方案下的肌肉功率、缩短速度以及pHi? ，尤其是在诱导酸中毒的情况下。应重点关注快肌肌肉 / 纤维，因为其细胞内酸中毒程度更大。需要确定升高的[lactate?]0?对非疲劳和疲劳肌肉产生不同反应的原因，并测量pHi? 。评估降低的pHi?和升高的[H2?PO4??]i?对肌肉过程的影响，测量力、速度和功率。明确为什么部分诱导酸化干预措施会加速运动人体或受刺激肌肉 / 纤维的疲劳（降低力量 / 功率）。确定生理pHi?变化如何改变各种代谢物质、肌肉细胞过程以及肌肉 / 运动表现。了解H+?Pi?相互作用对肌肉功能的机制（考虑生理变化，如降低的 PCr、升高的 ROS 和肌球蛋白轻链磷酸化），确定在肌丝蛋白水平上是协同还是加和过程。理解K+?H+相互作用对力量的影响（考虑生理变化）及其与儿茶酚胺、Na+、Ca2+、糖原和 ROS 在单根肌肉纤维中的相互作用。确定H+?Pi?或K+?H+效应哪个在力量响应中占主导地位，通过研究这些因素的联合变化来实现。了解运动诱导的酸中毒如何改变线粒体功能。明确严重血浆酸中毒、血红蛋白去饱和与中央疲劳之间的联系。更多地关注操纵H+缓冲剂和H+/lactate?调节剂，测试其对运动和肌肉表现的影响，并测量pHi? 。避免使用相关性研究来确定升高的[H+]/[lactate?]与疲劳表现之间的因果关系。
