体育赛场上的每一次突破，健身房里的每一滴汗水，背后都藏着一场无声的代谢风暴。当短跑运动员在10秒内冲过终点，肌肉细胞中的ATP几乎被瞬间耗尽；当马拉松跑者迈过42公里的终点线，肝脏和脂肪组织中的能量储备已完成了数轮动员与补充。运动，本质上是对机体代谢系统的一次系统性“压力测试”——它同时挑战能量产生、底物利用、废物清除和修复重建等多个环节。

然而，长期以来，我们对这场代谢风暴的理解却相当“粗放”。在运动生理学和训练监控中，最常用的指标依然是乳酸、心率、最大摄氧量这“老三样”。乳酸被简单地视为疲劳的代名词，心率被当作运动强度的粗略标尺，最大摄氧量则被奉为耐力表现的“金标准”。这些指标之所以经久不衰，是因为它们简单、直观、成本低。但它们的局限性同样显而易见：乳酸只能反映糖酵解这一个侧面，心率受情绪、环境、咖啡因等多种因素干扰，最大摄氧量也无法解释为什么两位数值相同的运动员，比赛成绩可能相差悬殊。

真正的运动科学，需要回答更细致的问题：一场高强度间歇训练后，运动员的ATP池消耗了多少？嘌呤代谢产生的次黄嘌呤和尿酸需要多长时间才能清除？支链氨基酸的氧化是否超过了肌肉蛋白合成的阈值？不同营养补充策略究竟在分子层面起了什么作用？近年来，随着运动代谢组学的发展，人们还发现运动可以诱导生成一类具有信号功能的乳酰-氨基酸（如 Lac-Phe），这类分子不仅反映乳酸代谢状态，还参与食欲调控和能量平衡。这些问题，传统生化检测几乎无法回答。

运动代谢组学的出现，正在改变这一局面。它不再满足于测定一两个“明星指标”，而是系统性捕捉运动前后生物样本中数百种小分子代谢物的动态变化——从ATP、ADP、AMP这些能量货币，到乳酸、丙酮酸、柠檬酸等中间代谢物；从次黄嘌呤、尿酸等嘌呤降解产物，到亮氨酸、谷氨酰胺等氨基酸；从游离脂肪酸到酰基肉碱；再到近年发现的乳酰-苯丙氨酸（Lac-Phe）等新型功能性代谢物。LC-MS/MS（液相色谱-串联质谱）技术凭借其高灵敏度、高特异性和宽动态范围，成为运动代谢组学研究的核心工具。通过一份血样或尿样，就能绘制出运动引发的代谢网络变化全景图。

图1 运动时体内化学物质变化

这份“代谢全景图”的价值是多方位的。对于竞技体育，它可以精准量化训练负荷、评估恢复状态、识别过度训练的早期信号，甚至辅助选材和代谢分型。对于大众健身，它可以客观反映运动对个体代谢健康的影响，为“运动处方”的个性化调整提供分子依据。对于运动营养产业，它可以验证产品功效的分子机制，将“感觉有效”转化为“数据证明”。

本文将从运动代谢组学的核心价值出发，梳理关键代谢物与生理功能的关联，分析精准检测的技术必要性，介绍主要应用场景，并展示科似海生物公司针对运动科学领域开发的LC-MS/MS靶向定量检测方案，包括对乳酰-氨基酸等新型运动信号分子的精准定量能力。

一、运动代谢组学：从“单点监测”到“网络解析动”

传统运动生化检测是“单点监测”——在庞大代谢网络中选一两个代表性指标推断全局。其缺陷：所选指标可能不具代表性，且丢失指标间关联信息。

运动代谢组学实现从“单点”到“网络”的跨越，系统测定能量代谢通路中尽可能多的节点，还原真实代谢图景。一项针对精英水球运动员高强度训练周的研究，采用LC-MS/MS分析了训练前后的血清代谢谱，共鉴定出363种代谢物，其中33种在训练前后发生显著变化。令人意外的是，传统关注的乳酸并非主要差异代谢物，而赖氨酸降解和维生素B6代谢通路成为最显著的扰动通路 [1]。这提示：只有系统性代谢组学检测才能揭示真正关键的分子事件。

二、运动代谢物的主要类别及其生理意义

运动后血液和尿液中的代谢物变化，不是随机的数字波动，而是一组可解读的生理信号。以下按代谢物类别分别阐述。

图2 运动过程中的能量代谢变化

嘌呤代谢产物：能量危机的直接指标。当运动强度超过有氧氧化系统的供能上限，肌肉细胞会大量动用ATP。ATP水解为ADP和磷酸，ADP进一步转化为AMP。AMP的去向有两个：一是通过腺苷酸激酶反应再生成ATP，二是脱氨生成IMP和氨。IMP随后转化为次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸。这一系列产物的浓度和比值，直接反映了运动对细胞能量稳态的冲击程度。2026年发表于 Metabolites 的一项研究发现，力竭运动后次黄嘌呤和尿酸显著升高，其清除速率与恢复状态密切相关；多酚类干预能够显著加速这些嘌呤代谢物的清除，减轻氧化应激 [2]。

脂肪酸与酰基肉碱：代谢灵活性的窗口。在低强度有氧运动中，脂肪酸是主要的能量来源。酰基肉碱谱的分布可以反映脂肪酸氧化通路的通畅程度——如果长链酰基肉碱大量堆积，提示线粒体转运或β-氧化存在瓶颈。

氨基酸及其衍生物：肌肉蛋白代谢的指示剂。支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）在运动中既可被氧化供能，也可作为肌肉蛋白合成的原料。运动后血浆中支链氨基酸水平下降，提示氧化分解超过摄入补充；而丙氨酸和谷氨酰胺的升高则反映了糖异生和氨转运的活跃程度。精英水球运动员训练后观察到的赖氨酸降解通路变化 [1]，进一步说明氨基酸代谢在运动适应中的重要性。

乳酰-氨基酸（如 Lac-Phe）：运动诱导的新型信号代谢物。近年来，代谢组学研究在运动后血浆中发现了一类由乳酸与氨基酸结合生成的小分子——乳酰-氨基酸（lactyl-amino acids），其中最受关注的是 N-乳酰-苯丙氨酸（Lac-Phe）。2022年发表于 Nature 的研究表明，急性高强度运动后，小鼠、赛马和人体血浆中的 Lac-Phe 水平均显著升高，而Lac-Phe 并非简单的代谢副产物，而是一个具有明确生理功能的外周信号分子，是一个连接能量压力、代谢重编程与食欲调控的共同分子节点，长期干预可降低体重、减少脂肪积累并改善血糖稳态；而阻断其合成则会削弱运动带来的抑食和减重效应 [3]。这一发现将乳酸从“代谢废物”重新定义为功能性信号的前体，同时也为运动抑制食欲的机制提供了分子解释。除了 Lac-Phe，其他乳酰-氨基酸（如乳酰-亮氨酸、乳酰-谷氨酸等）也可能在运动中发生变化，其生理意义正在被逐步揭示。

三、精准检测为什么离不开LC-MS/MS？

运动代谢物的检测难度远超常规临床生化项目，主要体现在三个方面。

✦结构相似物的区分

运动代谢物中存在大量同分异构体——亮氨酸与异亮氨酸功能完全不同；AMP、ADP、ATP处于动态平衡；乳酰-氨基酸与乙酰-氨基酸结构相近。传统免疫法无法区分，LC-MS/MS基于色谱保留时间与特征离子对双重信息，可在单次运行中实现精准区分。

✦浓度跨度极大

肌肉组织中的ATP可达毫摩尔级别，而循环中的次黄嘌呤、尿酸仅为微摩尔甚至纳摩尔级别，乳酰-氨基酸低至pg/mL级别。LC-MS/MS的动态范围超过5个数量级，能够在一个分析批次中同时覆盖高丰度与低丰度代谢物。

✦样本基质复杂且代谢物不稳定

血液、尿液、肌肉组织中含有大量蛋白、脂质和盐类，核苷酸类物质易被内源性磷酸酶降解。科似海采用酸化去蛋白、稳定同位素内标校正和低温快速前处理流程，确保代谢物在采样、运输和检测全程中的稳定性。

四、运动代谢组学的核心应用场景

场景1：运动疲劳与恢复状态的客观量化

训练负荷是否合适、恢复是否充分，是教练和运动员最关心的问题。2026年发表于 PeerJ 的综述系统回顾了运动疲劳相关生物标志物的最新研究进展，指出能量物质是最早被研究的疲劳标志物，而血液和尿液中的代谢物随着检测方法的不断精进逐渐成为研究热点 [4]。代谢组学提供了一套客观的恢复评估生物标志物组合。嘌呤代谢物（次黄嘌呤、黄嘌呤、尿酸）的清除动力学可量化恢复速度；氨基酸谱反映蛋白质代谢平衡。

场景2：训练适应的分子指纹识别

长期训练会在代谢层面留下指纹。通过比较不同训练阶段的血浆代谢谱，可以客观评估训练效果，识别过度训练的早期信号。水球运动员研究中发现的赖氨酸降解通路变化 [1]，提示这一通路可能是高强度训练的敏感响应指标。2026年发表于 Sports Medicine - Open 的研究比较了耐力运动员、短跑运动员和自然健美运动员的代谢表型，分别作为高度氧化型、糖酵解型和合成代谢型的模型 [5]。

场景3：运动营养干预的效果验证

代谢组学可以回答：补充支链氨基酸后其下降幅度是否减小？补充抗氧化剂后氧化应激标志物是否降低？补充多酚后嘌呤代谢产物的清除是否加速？多酚干预研究正是利用代谢组学证明营养补充剂可通过加速嘌呤代谢物清除来促进恢复 [2]。

场景4：运动与代谢性疾病的预防干预

2025年发表于 Gastroenterology 的前瞻性研究首次从代谢组学层面阐明中高强度运动降低炎症性肠病（IBD）风险的生物学途径，鉴定出一个包含25种代谢物的代谢特征，反映了有利的脂蛋白谱、增强的能量代谢和较低的系统性炎症 [6]。

五、科似海代谢的技术方案

针对运动代谢产物的核心检测需求，科似海生物公司依托高灵敏度质谱系统，为运动科学领域提供一站式靶向定量检测服务。

运动能量代谢全景Panel

覆盖三大能量通路：磷酸原供能系统（ATP、ADP、AMP、磷酸肌酸、肌酸、肌酐）；糖酵解与TCA循环（葡萄糖、乳酸、丙酮酸、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸等）；嘌呤代谢（IMP、次黄嘌呤、黄嘌呤、尿酸、腺苷、肌苷）；氨基酸代谢（支链氨基酸、谷氨酰胺、谷氨酸、丙氨酸、色氨酸）；脂质代谢（游离脂肪酸C14-C22、酰基肉碱C2-C18）。

乳酰-氨基酸检测Panel

科似海UHPLC-MS/MS同时检测Lac-Phe、Lac-Leu、Lac-Ile、Lac-Val、Lac-Glu 等多种乳酰-氨基酸。该检测为运动-食欲调控轴提供新型标志物，支持不同训练模式的代谢评估。

多种样本类型兼容。

支持血清、血浆、尿液、唾液、肌肉组织、干血斑等。其中干血斑采样仅需20 μL毛细血管血，适合现场多次采集，在运动营养现场评估中具有独特优势。

低丰度分子的高灵敏检出。

依托高灵敏度质谱与优化前处理，实现对pg/mL级别代谢物的可靠检出。

六、结束语

运动代谢组学正在将“运动是良医”这一古老智慧转化为可量化、可追踪的分子科学。从急性运动的嘌呤代谢动态，到长期训练适应的代谢指纹；从疲劳恢复的客观标志物，到营养干预的分子验证；从运动对代谢性疾病的预防机制，到代谢表型辅助的精准选材——LC-MS/MS靶向定量检测技术为运动科学提供了前所未有的洞察力。科似海生物公司将持续深耕这一领域，为运动科学研究、竞技保障和健康管理提供坚实的技术支撑。

科似海生物检测服务

科似海生物长期致力于突破代谢质谱检测的技术瓶颈，专注于提供定制化的代谢研究解决方案。公司开发了多项核心技术，涵盖超微量样本代谢物检测、稳定同位素代谢示踪以及全景覆盖的代谢组学与脂质组学常规分析，致力于为客户提供可靠、精准的科学数据。

作为一家专注于攻克技术难点的研发与检测服务企业，科似海生物在组织、胚胎、细胞、培养基等微量及珍贵样本的小分子代谢组学和脂质组学检测方面积累了丰富经验，致力于为更多科研团队提供精准、可靠的技术服务，让“难检测、测不准”的微量样本，不再成为科研路上的障碍。如果您也面临微量/珍贵样本的代谢检测难题，欢迎联系科似海——我们期待成为您科研路上的“技术队友”，共同推动更多科学发现！

 ▼参考文献：

[1] Blood metabolic profiling associated with a short-term intensive training period in elite male water polo athletes: an exploratory metabolomics study. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 2026, 23(1): 2646628. DOI: 10.1080/15502783.2026.2646628.

[2] Metabolomic Signatures of Recovery: A Secondary Analysis of Public Longitudinal LC–MS Datasets Shows Polyphenol-Rich Interventions Attenuate Purine Degradation and Oxidative Stress Following Exhaustive Exercise. Metabolites, 2026, 16(1): 79.

[3] Li V L, He Y, Contrepois K, et al. An exercise-inducible metabolite that suppresses feeding and obesity. Nature, 2022, 606(7915): 785-790. 

[4] Research progress on exercise fatigue from the perspective of fatigue biomarkers. PeerJ, 2026, 14: e20424.

[5] Characterizing Human Oxidative, Anabolic and Glycolytic Metabolism in Athletes with Extreme Physiologies. Sports Medicine - Open, 2026, 12(1).

[6] Circulating Metabolite Signatures Linking Physical Activity to Inflammatory Bowel Disease Risk and Interactions With Genetic Susceptibility. Gastroenterology, 2025.