基于1H NMR代谢组学的女子足球运动员冬季训练季前后尿液代谢谱分析及恢复期评估

《Metabolites》：Urinary Metabolic Profiles Before and After the Winter Training Season in Female Soccer Players

　　

背景/目的：女子足球运动员在身体成分、肌肉力量及激素波动方面与男性存在差异，这些差异可能影响运动表现、疲劳、恢复和损伤风险。本研究旨在利用尿液代谢组学，描述20天冬季训练季（WTS）期间及之后尿液代谢扰动的时间进程。方法：研究人员在20天冬季训练季开始前（Bef）、结束后1天（After_1D）和结束后7天（After_7D），采用核磁共振（NMR）波谱结合多元分析，分析女子足球运动员的尿液代谢物。结果：在尿液样本中共鉴定出84种代谢物；在靶向分析中，偏最小二乘判别分析（PLS-DA）显示出明显的组间分离。其中，腺嘌呤、丙氨酸、柠檬酸、肌酸、磷酸肌酸（PCr）、甲酸、谷氨酰胺、甘氨酸、丙二酸、甘露醇、牛磺酸、氧化三甲胺（TMAO）和尿素等13种代谢物在三个时间点（Bef、After_1D和After_7D）间存在显著变化。结论：在鉴定出的代谢物中，6种代谢物——丙氨酸、PCr、甲酸、谷氨酰胺、甘氨酸和丙二酸——在WTS结束后1天（After_1D）较WTS前（Bef）显著升高，到结束后7天（After_7D）低于结束后1天（After_1D），但第7天时代谢谱尚未完全恢复至WTS前水平，提示20天WTS后所需的恢复时间可能至少长于7天。

女子足球运动员冬季训练季前后的尿液代谢谱变化与恢复进程——基于¹H NMR代谢组学的研究

女子足球在全球范围内迅速发展，国际足联（FIFA）的注册女运动员数量和赛事观看人数持续上升，使得女子足球逐渐从辅助性运动发展为独立的竞技体育项目。然而，女性运动员在身体成分、肌肉力量以及激素波动方面与男性存在明显差异，这些因素可能影响运动表现、疲劳、恢复过程及损伤风险。与男子足球运动员相比，女足运动员在比赛后半段更易出现疲劳，其受伤类型也有差异，如前交叉韧带（ACL）损伤风险更高。因此，女足运动员的训练负荷与恢复管理需要更加精准化。冬季训练季（WTS）可用于对抗赛季停训导致的体能下降，并有助恢复和提升有氧能力、力量及爆发力，同时对预防下肢损伤具有重要意义。但目前针对女子足球运动员在WTS后恢复期开展的研究非常有限，尽管Kim等人曾对青少年足球运动员提出恢复期建议，但由于性别和年龄的差异难以直接类比。为此，研究人员采用代谢组学技术，系统评估20天WTS前后女子足球运动员尿液代谢物的变化，以期从尿液代谢组学角度为优化训练处方与恢复管理提供科学依据。

研究人员共招募17名女子半职业足球运动员，其中1人在WTS结束后第1天评估前退出，最终纳入16人进行分析。受试者年龄21至29岁，均注册于韩国女子足球联合会（KWFF），参加WK联赛，且具有一年以上足球训练经历，每周训练5次以上、每次超过2小时。在20天WTS期间，受试者每周进行5天训练，上午训练150分钟，下午训练80分钟；上午包括热身、足球训练、战术训练和整理活动，下午则包含热身、循环训练（40%单次最大重复次数，3组，每组20次）和整理活动。研究人员分别在WTS开始前（Bef）、结束后1天（After_1D）及结束后7天（After_7D）采集空腹晨尿，利用600 MHz核磁共振（NMR）波谱进行代谢物鉴定与定量，并采用多元统计方法分析代谢谱变化。

在主要技术方法层面，研究人员以16名女子半职业足球运动员为样本队列，通过¹H NMR波谱分析获得尿液代谢物指纹图谱，并使用Chenomx NMR Suite进行靶向代谢物鉴定与定量，并根据肌酐浓度进行归一化；随后采用主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）进行多变量分析，以变量投影重要性（VIP）大于0.8作为筛选差异代谢物的阈值；最后用单因素重复测量方差分析和Tukey多重比较检验评估时间进程中的显著性。

结果部分显示，研究人员在尿样中共鉴定出84种代谢物。PCA和PLS-DA得分图显示，Bef、After_1D和After_7D三组间呈现部分分离，其中Bef与After_1D之间的分离最为明显，而After_7D样本则表现出较大离散，提示第7天时代谢谱正在向基线方向恢复但仍存在个体差异。通过OPLS-DA的成对比较和S-plot分析，结合VIP值筛选出15个候选代谢物；经方差分析，最终确认13种代谢物在三个时间点间存在显著变化，包括腺嘌呤、丙氨酸、柠檬酸、肌酸、磷酸肌酸（PCr）、甲酸、谷氨酰胺、甘氨酸、丙二酸、甘露醇、牛磺酸、氧化三甲胺（TMAO）和尿素。其中，丙氨酸、PCr、甲酸、谷氨酰胺、甘氨酸和丙二酸在WTS结束后第1天显著升高，到第7天则较第1天降低并接近WTS前水平，表现出明显的恢复趋势；相比之下，腺嘌呤和肌酸在第7天仍显著升高，提示与核苷酸修复和肌酸代谢相关的通路在恢复期仍持续活跃。

在讨论部分，研究人员对这些代谢物的生理意义进行了阐释。WTS后尿素升高可能与运动引起的氨基酸分解增加、尿素循环代谢增强有关；丙氨酸升高反映了葡萄糖-丙氨酸循环活跃，参与糖异生及氨的转运；谷氨酰胺增强可能支持三羧酸循环中间产物回补和能量供应；甘氨酸升高则与精氨酸-甘氨酸-肌酸途径以及尿素循环的前体提供有关。磷酸肌酸相关代谢物升高可能反映全身或肾脏对肌酸相关代谢物的处理，而非直接证明肌肉磷酸原系统转换增强。甘露醇和TMAO的变化受饮食、渗透压调节和肠道菌群等非运动因素影响，需要谨慎解读。牛磺酸的下降与剧烈运动后牛磺酸代谢变化有关，但与长期集训模式之间的直接联系仍不清楚。甲酸和丙二酸的变化可能涉及一碳代谢和线粒体代谢，但尚不能确定组织层面的通量变化。研究人员认为，整体代谢谱在第7天尚未完全回到基线，尤其是腺嘌呤和肌酸的持续升高提示嘌呤核苷酸池和肌酸池的恢复仍处于活跃状态。

研究结论可翻译为：研究人员采用核磁共振波谱结合多元分析方法，对女子足球运动员在冬季训练季前、结束后第1天和第7天的尿液代谢谱进行了分析，以评估合适的恢复期。共鉴定出84种代谢物，PLS-DA显示各组间存在明显分离。关键的区分性代谢物包括腺嘌呤、丙氨酸、柠檬酸、肌酸、磷酸肌酸（PCr）、甲酸、谷氨酰胺、甘氨酸、丙二酸、甘露醇、牛磺酸、氧化三甲胺（TMAO）和尿素，这些代谢物与能量代谢、氨基酸分解、渗透压调节及一碳代谢相关。其中，丙氨酸、PCr、甲酸、谷氨酰胺、甘氨酸和丙二酸这6种代谢物在WTS结束后第1天发生显著变化，并在第7天部分恢复至基线水平。总体而言，从尿液代谢组学的角度看，女子足球运动员在WTS后的代谢恢复可能超过7天，未来需开展更长随访期的研究，以确定完全代谢恢复正常所需时间并建立恰当的恢复期。