β-丙氨酸對運動大鼠肌肉糖代謝的影響

葉碧璇，曹建民，黃 聰，曹 卉

（1.江蘇省體育科學(xué)研究所，江蘇 南京 210033；2.北京體育大學(xué)，北京 100084）

β-丙氨酸是一種非必需氨基酸，在體內(nèi)主要作用是與L-組氨酸合成肌肽。β-丙氨酸補充還被證實對運動性能變量如循環(huán)功能、通氣閾值、疲勞時間等具有有利影響。由于其對運動能力的促進作用，并且天然存在于肉類和魚類中，還未被列為興奮劑范疇，β-丙氨酸在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展成為廣受歡迎的運動補劑，用于提高大強度運動能力；然而，關(guān)于補充的許多方面問題，如潛在的副作用及其作用機制，還需要進行更多更徹底的研究。有觀點指出，補充β-丙氨酸是通過提高骨骼肌中肌肽含量來改善身體機能的，對于短時間大強度運動效果更好。肌肽已被證實具有緩沖H+、抗氧化等特性，也有研究指出，肌肽可以改善小鼠糖代謝的作用，促進細胞葡萄糖磷酸化刺激糖酵解，以增加短時間大強度運動能力，但是更多相關(guān)的研究較少。所以，本研究探討補充β-丙氨酸對運動大鼠肌肉糖代謝相關(guān)指標(biāo)的影響，從而探索β-丙氨酸提高運動能力可能的機制。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

β-丙氨酸對運動大鼠肌肉糖代謝的影響。

1.2 研究方法

40只8周齡SPF級健康雄性SD大鼠，體重（285.55±18.93）g。適應(yīng)性飼養(yǎng)7d，后3d進行適應(yīng)性跑臺訓(xùn)練，速度8.2m/min，10min/d。所有大鼠隨機分成4組（n=10）：間歇運動低劑量補劑組（LI組）、間歇運動高劑量補劑組（HI組）、間歇運動補水組（WI組）、空白對照組（BC組）。飼養(yǎng)條件：溫度（24±2）℃，濕度45% ～ 70%， 照 明 時 間 12h（6：00—18：00）。大鼠分籠飼養(yǎng)（3～5只/籠），飼養(yǎng)期間食用標(biāo)準(zhǔn)飼料，自由飲食、飲水，3～4d換1次墊料。

1.2.1 補劑方案 每2d稱1次大鼠體重，LI組補充β-丙氨酸劑量為1g/kg體重，HI組補充β-丙氨酸劑量為1.5g/kg體重，補充4周。將β-丙氨酸用蒸餾水溶解混勻，對LI、HI組進行灌胃，每日1次；WI、BC組每日用相同體積的蒸餾水灌胃。

1.2.2 運動方案 運動組采用間歇訓(xùn)練（表 1），跑臺速度為 50 m/min，時間 6 min，休息5 min后，繼續(xù)依此速度訓(xùn)練3次，運動強度＞80%VO2max。每周6d，每天 8：00—12：00期間訓(xùn)練，共訓(xùn)練 4周。空白對照組保持安靜狀態(tài)。

表1 大鼠間歇訓(xùn)練跑臺方案

1.2.3 取材測試 實驗動物經(jīng)過4周補充β-丙氨酸補充后，運動組進行相應(yīng)訓(xùn)練負荷的訓(xùn)練后進行宰殺，安靜組直接宰殺，于冰上取腓腸肌，立即投入液氮，-80℃保存。采用鄰苯二甲醛柱前衍生化高效液相色譜法測定大鼠腓腸肌中肌肽含量，比色法腓腸肌中肌糖原含量、己糖激酶（HK）活性。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理，所有測試結(jié)果均采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±SD）來表示，首先檢驗數(shù)據(jù)的正態(tài)分布及方差齊性。采用ANOVA檢驗進行統(tǒng)計分析，P＜0.05表示差異有顯著性意義，P＜0.01表示差異有非常顯著性意義。

2 結(jié) 果

2.1 各組大鼠腓腸肌中肌肽含量結(jié)果

比較各組大鼠腓腸肌中肌肽含量，圖1顯示，沒有補充β-丙氨酸的運動組肌肽平均值雖然相較安靜組來說偏低，但WI組和BC組2組之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。對進行間歇訓(xùn)練的3組大鼠腓腸肌中肌肽含量對比發(fā)現(xiàn)，LI組顯著高于WI組（P＜0.05），HI組也顯著高于WI組（P＜0.01），HI組與 LI組相比并無顯著性差異（P＞0.05），但比較其均數(shù)發(fā)現(xiàn)，HI組較LI組高。

2.2 β-丙氨酸對間歇訓(xùn)練大鼠肌肉糖代謝的影響

比較各組大鼠腓腸肌肌糖原含量結(jié)果（表2）發(fā)現(xiàn)，雖然LI組、HI組和WI組3組大鼠腓腸肌肌糖原含量之間無顯著性差異，但是LI組均值比HI組和WI組低。沒有補充β-丙氨酸的2組大鼠，WI組大鼠腓腸肌HK活性顯著低于BC組（P＜0.05）。比較間歇訓(xùn)練的各組大鼠腓腸肌HK活性發(fā)現(xiàn)，LI組顯著比HI組和WI組高（P＜0.01），而HI組大鼠腓腸肌HK活性與WI組相比，均數(shù)較高，但沒有顯著性差異（P＞0.05）。

3 討 論

3.1 補充β-丙氨酸對訓(xùn)練大鼠肌肉肌肽的影響

由于不同物種的肌肉總量不同，不同物種體內(nèi)的肌肽含量也各不相同，肌肉中肌肽含量受到肌纖維類型、性別、年齡、β-丙氨酸補充量等因素的影響。研究顯示，快肌纖維中的肌肽含量要顯著高于慢肌纖維。在基于高效液相色譜法測定單種纖維肌肽含量時發(fā)現(xiàn)，快肌纖維的肌肽含量是慢肌纖維肌的1.3～2倍。因為在糖酵解供能中，能量傳遞在數(shù)量上和質(zhì)量上都尤為重要，這也符合肌肽作為PH緩沖物質(zhì)的功能作用的角色。人的骨骼肌中快肌纖維為主的如腓腸肌的肌肽含量就明顯高于慢肌纖維為主的比目魚肌。動物中，常常表現(xiàn)為沖刺性、爆發(fā)性以及長期無氧性活動一類的初始肌肽含量較高。同時，人類運動員中，從事無氧運動項目，如短跑運動員、健美運動員肌肉內(nèi)肌肽含量也較高。

圖1 各組大鼠腓腸肌肌肽含量

表2 各組大鼠腓腸肌肌糖原含量、HK活性±S

表2 各組大鼠腓腸肌肌糖原含量、HK活性±S

注：△表示與BC組相比有顯著性差異，P＜0.05；**表示與WI組相比有非常顯著性差異，P＜0.01；##表示與HI組相比有非常顯著性差異，P＜0.01。

組別 腓腸肌肌糖原/（mg/g） 肌肉HK活性/（U/g）0.211±0.115**##0.088±0.050 0.062±0.036△0.116±0.046 LI（n=10）HI（n=10）WI（n=10）BC（n=10）1.68±0.44 2.06±0.78 2.00±0.81 2.06±0.61

肌肽在人體骨骼肌中以高濃度存在，但存在很大的個體差異，這種差異可能與遺傳基因有關(guān)，年齡和性別也是重要的決定性因素。比較發(fā)現(xiàn)，男性骨骼肌肌肽含量高于女性，但是關(guān)于性別對肌肉肌肽含量的影響還缺乏系統(tǒng)的研究，Tallon指出，男性和女性在不同肌纖維類型的肌肽含量上沒有差異，認(rèn)為這種差異可能與男性骨骼肌高快肌纖維比例有關(guān)。Baguet等人的研究發(fā)現(xiàn)，男性經(jīng)過青春期肌肉中肌肽含量上升，而女性則沒有明顯的變化。從青春期前到青春期，男性腓腸肌中肌肽增加了22.9%，比目魚肌中增加44.6%，與Penafiel的動物實驗數(shù)據(jù)一致。肌肉中肌肽含量從成年開始隨著年齡的增加而減少。年齡的增長伴隨著快肌纖維向慢肌纖維過渡，從而導(dǎo)致肌肉中肌肽含量下降。

體內(nèi)β-丙氨酸主要來源是飲食中肉或魚攝取的二肽經(jīng)水解生成，另外尿嘧啶在肝臟中降解也可以得到β-丙氨酸。β-丙氨酸是體內(nèi)肌肽合成的限速因素，很多研究已經(jīng)證實，長期補充β-丙氨酸可以有效提高肌肉中的肌肽含量。

目前大部分研究結(jié)果顯示，雖然肌肽含量與肌纖維類型有關(guān)，但是短期的運動訓(xùn)練對肌肽含量的影響較小。Harris研究表明，體育專業(yè)學(xué)生進行10周的力量訓(xùn)練，每周4次，2次練習(xí)上半身力量，2次練習(xí)下半身力量，雖然肌肉的體積和肌力得到增強，但卻不能增加肌肉中肌肽的含量；然而如果每天額外補充800mgβ-丙氨酸，10周力量訓(xùn)練后肌肽含量明顯增加。Harris的另一發(fā)現(xiàn)是進行5周的間歇性高強度訓(xùn)練，每周3d，強度為140%～170%乳酸閾，肌肉中肌肽含量也沒有出現(xiàn)改變。本研究結(jié)果顯示，沒有補充β-丙氨酸的2組大鼠腓腸肌中肌肽含量并沒有顯著性差異，說明4周的間歇訓(xùn)練不會對大鼠肌肽帶來改變，這與先前的研究一致。

本研究發(fā)現(xiàn)，補充β-丙氨酸可以提高間歇訓(xùn)練大鼠的肌肽含量。給間歇訓(xùn)練的大鼠同時補充β-丙氨酸4周，低劑量組的大鼠腓腸肌中肌肽含量顯著高于補水組，高劑量組的大鼠腓腸肌中肌肽含量也顯著高于補水組并且差異非常顯著，說明補充β-丙氨酸的確可以引起大鼠骨骼肌肌肽含量的增高。低劑量和高劑量之間沒有統(tǒng)計學(xué)差異，但比較均值可以發(fā)現(xiàn)，高劑量組腓腸肌肌肽含量平均值較高。Harris的人體實驗研究也指出，經(jīng)過4周β-丙氨酸的補充，3.2g/d，及6.4g/d的劑量2組肌肉中肌肽增加量分別為42.1%和64.2%。Everaert等人研究發(fā)現(xiàn)，分別給小鼠飲用含0.6%和1.2%β-丙氨酸的水8周，飲用含0.6%β-丙氨酸的水的小鼠肌肉肌肽并沒有顯著性差異，而飲用含1.2%β-丙氨酸的水的小鼠肌肉肌肽含量顯著提高了156.4%。同時，Everaert還指出，每天至少給小鼠補充1g/kg體重的β-丙氨酸才能達到顯著提高肌肉肌肽的作用。多項研究結(jié)果表明，補充β-丙氨酸可以顯著提高肌肉肌肽含量，補充劑量越大，肌肽提高得越多。

3.2 補充β-丙氨酸對間歇訓(xùn)練大鼠肌糖原的影響

運動過程中，肌肉中的葡萄糖供給來自2個方面：第一是肌糖原的分解，第二就是肌肉從血液中攝取的葡萄糖。耐力訓(xùn)練和間歇高強度訓(xùn)練可以提高糖原的生物合成量，補充谷氨酰胺可以及時提高運動后的肌糖原儲備。本研究發(fā)現(xiàn)，4周高強度間歇運動訓(xùn)練后，運動組的大鼠運動后肌糖原含量與安靜組沒有顯著性差異。分析原因可能是間歇運動訓(xùn)練提高了大鼠肌肉肌糖原含量，而經(jīng)過3組間歇運動，肌糖原有所消耗，以至于運動后肌糖原水平與安靜組無統(tǒng)計學(xué)差異。實際上，補充β-丙氨酸對糖原儲備影響的相關(guān)研究也較少。Gross等的研究發(fā)現(xiàn)，高強度間歇運動訓(xùn)練造成的肌糖原含量增加，在安靜狀態(tài)下和運動后活檢與其他實驗的報告結(jié)果是一致的，包括耐力訓(xùn)練、爆發(fā)力訓(xùn)練或者11天的高強度訓(xùn)練之后肌糖原儲備的增加。他們還發(fā)現(xiàn)，不論是運動前、運動后的單次補充β-丙氨酸，還是11天的大強度間歇運動加補充β-丙氨酸與安慰劑組相比肌糖原儲備并沒有顯著性差異。運動過程中，運動強度越大，肌糖原的利用率也越高；長時間中等強度運動，隨著運動時間的延長，肌糖原的利用率隨之下降。作為肌肉的能源儲備，肌糖原的降低會導(dǎo)致肌漿網(wǎng)鈣離子釋放率降低，從而引起疲勞以及延緩最大功率輸出訓(xùn)練4h后的恢復(fù)。本研究經(jīng)過給間歇運動大鼠30天補充不同劑量的β-丙氨酸后發(fā)現(xiàn)，大鼠肌糖原并沒有出現(xiàn)顯著性差異。由此可見，額外的補充β-丙氨酸并沒有改變高強度間歇訓(xùn)練大鼠運動后的肌糖原。

3.3 補充β-丙氨酸對間歇訓(xùn)練大鼠肌肉己糖激酶的影響

HK是骨骼肌中催化葡萄糖生成G-6-P的關(guān)鍵酶，研究顯示，運動訓(xùn)練等可以增加骨骼肌HK蛋白含量或機能活性從而增加肌肉耐力。耐力訓(xùn)練和間歇訓(xùn)練都會提高骨骼肌HK的活性，但是對HK活性的影響效果卻不盡相同；有氧和無氧交叉訓(xùn)練能很好地改善骨骼肌的HK活性，高速無氧間歇訓(xùn)練相對而言效果更好。在運動過程中，肌糖原充足的情況下，G-6-P產(chǎn)生積累，反饋抑制HK的活性，這一反饋對于運動過程中骨骼肌是選擇葡萄糖或者是血糖作為酵解底物具有重要意義。長時間運動時，肌糖原大量排空，肌糖原分解產(chǎn)生的G-6-P減少，對HK的抑制也減少，從而使骨骼肌攝取和利用血糖增加。本研究結(jié)果顯示，間歇訓(xùn)練組的大鼠肌肉HK活性顯著比安靜組低，分析結(jié)果可能由于運動過程中葡萄糖分解產(chǎn)生G-6-P增多反而對HK活性產(chǎn)生量抑制。本研究還發(fā)現(xiàn)，補充β-丙氨酸對間歇訓(xùn)練大鼠肌肉HK活性有非常顯著性影響；低劑量補充β-丙氨酸可以非常有效地提高運動大鼠肌肉HK活性，高劑量卻沒有這個效果。高劑量補充β-丙氨酸可能帶來其他機制的影響帶來HK活性沒有改變，研究表明，牛磺酸可以促進細胞對葡萄糖的利用來改善運動能力，牛磺酸是β-丙氨酸的磺酸類似物，過高的β-丙氨酸補充可能會部分抑制肌肉中牛磺酸的轉(zhuǎn)運，可能影響到了HK的活性。總體來說，補充β-丙氨酸可以非常有效地促進肌肉的葡萄糖分解，低劑量效果更好。

4 結(jié) 論

補充β-丙氨酸可以提高運動大鼠肌肽含量，促進間歇訓(xùn)練大鼠肌肉的葡萄糖分解，而補充劑量并不是越高越好。