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采用基于核磁共振(NMR)的代谢组学技术,从运动实践和细胞生物学两个层面研究咖啡因促进运动能力的分子机制:1)在细胞代谢组学层面,分别分析咖啡因对C2C12成肌细胞和肌管细胞代谢模式的影响,阐述咖啡因对骨骼肌的作用机制;2)在尿液代谢组学层面,观察补充咖啡因对女篮运动员大强度递增负荷间歇训练前后尿液代谢模式的影响,阐述咖啡因对机体代谢的整体影响和提高运动能力的作用机制。绪论部分对研究问题进行综述,对本文研究思路和内容进行概括性的论述。第一章研究咖啡因对不同能量状态下C2C12成肌细胞和肌管细胞代谢模式的影响。主成分分析(PCA)的结果显示,能量充足的条件下,咖啡因不能引起骨骼肌代谢模式发生改变;能量不足的条件下,咖啡因引起骨骼肌代谢模式发生明显改变,使代谢模式向能量充足的正常组靠近。代谢物和代谢通路分析揭示了咖啡因影响C2C12成肌细胞和肌管细胞的分子机制,即咖啡因引起能量代谢、甘油磷脂代谢、抗氧化物质生物合成和三羧酸循环回补的变化。咖啡因对C2C12成肌细胞和肌管细胞的作用机制基本相同,区别在于咖啡因对细胞膜的作用不同。第二章研究补充咖啡因对大强度递增负荷间歇训练前后篮球运动员尿液代谢模式的影响。结果显示,大强度递增负荷间歇训练以无氧糖酵解供能为主,运动员处于缺氧和氧化应激状态。补充咖啡因使训练后尿液中脂肪代谢产物增多,甘氨酸浓度下调。代谢通路分析显示,补充咖啡因减少了与糖代谢有关的代谢通路,加强三羧酸循环代谢、丙酮酸代谢和线粒体电子传递。咖啡因促进线粒体能量合成,提高机体能量代谢水平。第三章为个案研究。研究一名对咖啡因敏感的优秀运动员补充安慰剂或咖啡因训练前后尿液代谢模式的差异。补充咖啡因缩小训练前后尿液代谢模式的差异,实现机能节省化,维持运动时机体代谢的内稳态。