蛋白質飲食對骨健康影響的研究進展

李春竹,邢川綜述 何冰審校

骨是一種復合組織，由礦物質、有機基質、水和細胞組成。骨骼經歷不斷的分解和合成，這個過程被稱為建模和重構 。蛋白質占骨骼體積的50%，約占其質量的1/3，它提供骨的結構基質，而鈣是該基質中的主要礦物質，膠原蛋白和各種非膠原蛋白構成骨骼的有機基質，因此，充足的飲食蛋白質攝入量對成人骨量的最佳獲取和維持是必不可少的。蛋白質可以通過其氨基酸含量影響骨礦物質代謝，通過提高胰島素和胰島素樣生長因子(IGF-1)等合成代謝激素、抑制甲狀旁腺激素合成對骨量產生影響[1-2]。組成蛋白質的生糖氨基酸(特別是丙氨酸和谷氨酰胺)能增加胰島素分泌，而血漿葡萄糖無任何顯著變化[3]。芳香氨基酸可最有效地刺激IGF-1的分泌，而支鏈氨基酸則相反[4]。IGF-1對骨生長有不同的作用，包括促進骨骺生長板中的軟骨細胞增殖和分化，參與成骨細胞增殖、分化和礦化，骨小梁和皮質骨形成和膠原合成等。IGF-1水平降低可導致腸道中鈣和磷吸收減少。氨基酸亞型的不同作用可能導致蛋白質攝入量的不同，這種蛋白質攝入量因蛋白質來源而異[5]。此外，蛋白質攝取也會增加生長激素的釋放，而這些激素對骨骼有合成代謝作用。在中年人中，飲食蛋白質可能是決定循環IGF-1水平的一個因素，進一步了解蛋白質如何改變骨代謝的機制，延緩衰老導致的骨丟失非常重要[6-7]。

1 蛋白質對BMD、BMC的影響

用雙能X射線吸收法(DXA)測量的骨密度(BMD)和骨礦含量(BMC)被認為是骨質疏松性骨折的主要決定因素，通過飲食蛋白質預防骨折、骨質疏松來改善患者活動能力并提高其生活質量至關重要[5]。然而，世衛組織(WHO)強調，使用DXA法生成的面骨密度(aBMD)僅反映骨強度的60%～70%，需要在骨強度外考慮體積骨密度(vBMD)、骨幾何形狀和骨結構。體型較大、骨骼較大或較厚的肥胖者通常具有較高的aBMD，而較瘦的人往往表現出較低的aBMD。因此體質量是BMD的重要決定因素，體質量較高的個體具有較高的BMD和較低的骨折風險[8]。有研究顯示，高總蛋白質攝入量可能損害BMI<30 kg/m2的婦女骨骼健康，但與BMI>30 kg/m2的婦女無關[9]。Huang等[10]發現飲食限制會導致aBMD減小，骨礦物質積累減少，說明過度限制飲食可能導致骨量受損。

1.1 蛋白質種類與攝入量對BMD、BMC的影響 各國膳食蛋白質推薦值略有不同。我國蛋白質推薦攝入量 (recommended nutrient intake，RNI)男性為65 g/d，女性55 g/d。RNI被廣泛認為是蛋白質攝入的最適參考量。而飲食蛋白質種類及攝入量對BMD和BMC的影響是有爭議的。一項橫斷面研究顯示，高乳蛋白攝入量與老年男性較高的橈骨遠端和脛骨遠端的估計骨折負荷相關，較高的動物蛋白攝入(不含乳制品)僅在橈骨遠端與骨折負荷相關。植物蛋白質攝入量與任何部位的骨折負荷無關[11]。Singhal 等[12]未證明較高的蛋白質攝入量對早產兒的長期生長或骨骼健康的作用。Mejía 等[13]則觀察到植物蛋白可以促進兒童骨發育。Kouvelioti等[14]發現乳制品有利于骨骼結構和發育，不影響兒童和青少年的骨骼成分或體型。Hu等[15]研究得出高蛋白替代脂肪的飲食方式與中老年男性和女性的腰椎BMD無關，而較高的植物蛋白攝入量可能對中年非西班牙裔白人婦女的骨骼有益。Perna等[16]雖然觀察到在西方飲食中，肉類(魚肉除外)飲食習慣對骨骼有負面影響，但從魚或肉中攝取的蛋白質對骨骼無害。 一項薈萃分析發現[17]，人群的蛋白質攝入量在0.8～1.3 g·kg-1·d-1內與健康成年人的BMD無關。Kerstetter等[18]的一項隨機雙盲安慰劑對照試驗表明，乳清蛋白補充劑不會影響骨骼健康或腎功能。另一項對186例超重和肥胖受試者進行的36周運動和飲食干預研究發現，高達60 g的額外乳清蛋白補充不會對BMC產生負面影響[19]。Shams-White等[20]的薈萃分析證據表明，較高的蛋白質攝入量可能對腰椎的BMD有保護作用，但對全髖、股骨頸或全身BMD、骨生物標志物無影響。Li等[21]則觀察到蛋白質攝入量與全髖的BMD呈正相關。Beasley[22]等發現，較高的蛋白質攝入量與總體及髖部、脊柱部位較高的基線BMD均顯著相關。攝入更多蛋白質的女性也更有可能長期保持BMD。蛋白質對BMD的影響可能與觀察對象的性別有關，Sahni等[23]觀察到女性蛋白質攝入量與股骨頸、大轉子和腰椎的BMD呈正相關，但在男性的任何骨骼部位均未發現明顯的相關性。

1.2 不同飲食模式對BMD和BMC的影響 Movassagh等[24]分析青少年飲食模式與青少年或成人BMD和BMC的關系時發現，以深綠色蔬菜、雞蛋、非精制谷物、100%果汁、豆類/堅果/種子、添加脂肪、水果和低脂牛奶的“素食型”為飲食模式的青少年，其全身、股骨頸和腰椎的BMC和aBMD呈上升趨勢，而堅持高脂肪牛奶、番茄、紅肉和豆類、堅果和種子的“高脂、高蛋白”的飲食模式對骨骼健康不利。Shin[25]等納入韓國健康雙胞胎隊列中的1 828例作為受試者，研究4種飲食模式(米飯和泡菜；雞蛋、肉和面粉；水果、牛奶和全谷物；快餐和蘇打)與BMD之間的關聯，結果證明，“水果、牛奶和全谷物”模式可能對成年人的骨骼健康有積極作用。青春期大量食用低脂乳制品、全谷物和蔬菜對骨骼發育有益[26]。

1.3 蛋白質聯合體力活動對BMD和BMC的影響 生長周期結束時達到的骨量和強度，簡稱“峰值骨量(peak bone mass，PBM)”，是晚年脆性骨折風險的重要決定因素。目前認為PBM增加1.0標準差將降低50%的脆性斷裂風險。一般認為在整個生命周期中有3個不同的骨骼發育階段：(1)骨積累(出生到大約30歲)；(2)相對骨骼穩定性(30～45歲)；(3)骨丟失(大約>45歲)。其中大約90%的骨量是在20歲之前獲得的。階段(1)和(3)是維持骨骼健康的關鍵點，在青春期前到青春期中后期增加蛋白質攝入對骨健康產生積極影響[27-28]，增加骨積累，降低骨損失，對于防止骨質疏松至關重要。而體力活動被認為是整個生命周期中骨積累和維持的基本決定因素[29-30]。一項對6.5～8.5歲健康男性長達8年的隊列研究顯示，高蛋白飲食可增強股骨近端和脛骨遠端的承重能力。在蛋白質攝入量較高的受試者中，聯合體力活動可增強骨的合成代謝作用。高蛋白攝入和體力活動對BMC的影響可能持續存在[27]。

Isanejad等[9]還發現每日總蛋白質(total protein，TP)攝入和動物蛋白(animal protein，AP)攝入與股骨頸的BMD和BMC呈負相關。每千克體質量攝入TP≥1.2 g的女性股骨頸、腰椎的BMD和BMC較低。在隨訪分析中，TP攝入與腰椎的BMD和股骨頸的BMC變化呈負相關。然而在有體力活動的女性中，則顯示出正相關。一般來說，男性的BMD高于女性，女性BMD隨年齡增長下降速率也略高，特別是在絕經后早期[31]。個體若在兒童和青少年時期產生足夠高的PBM，正常的骨丟失速率往往不會出現嚴重的臨床問題。

2 蛋白質、肌肉與骨的關系

人類骨骼肌蛋白質周轉包括刺激肌肉蛋白質合成(muscle protein synthesis，MPS)和肌肉蛋白質分解的過程[32]。一方面，當蛋白質合成速率超過蛋白質分解時，就會發生肌肉肥大，這可能是由膳食蛋白質攝入引起的高氨基酸血癥所致；另一方面，蛋白質攝入量不足使蛋白質合成速率降低，導致凈蛋白質分解和肌肉分解代謝增加[32]，最終骨骼肌萎縮，肌肉功能下降。

許多研究表明，與年輕人相比，健康老年人對膳食氨基酸的利用功能減弱或受損。這種合成代謝不足需要通過更高水平的蛋白質/氨基酸攝入來彌補。最近研究表明，25～30 g蛋白質可達到老年人MPS最大刺激閾值[33]。從20～90歲，MPS隨著年齡的增長以每10年3.5%的速度下降。低蛋白質飲食可能加速肌肉組織的丟失。陳艷秋等[34]發現，全天蛋白質攝入量均勻分布(≥30 g/餐),可能對增加或保持骨骼肌量有一定作用;且每日2餐、每餐30～35 g的膳食蛋白質攝入量,可能是增加和維持老年人骨骼肌量的一項有利措施。Genaro等[35]發現，蛋白質攝入量不足可能減少老年人的骨骼肌量和BMC。骨骼的形態和密度取決于肌肉收縮施加在骨骼上的力。較高水平的蛋白質攝入量會增加老年人的肌力，間接影響骨骼強度。Bauer等[36]則認為，老年人應攝取蛋白質1.0～1.2 g·kg-1·d-1。老年人每日蛋白質和氨基酸攝入量的合成代謝閾值高于年輕人，每餐應補充25～30 g(含2.5～2.8 g亮氨酸)的蛋白質。還有研究表明，在65歲以上的人群中，較高的飲食蛋白質(1.25 g·kg-1·d-1)伴隨較高的亮氨酸攝入量(7.1 g/d)與更高的肌肉保持量有關[37]。研究報道，瘦體質量(lean body weigh,LM)越高，對BMD越有益。而低蛋白質攝入量可導致老年人LM下降[38]?？傮w而言，增加飲食蛋白質攝入量對于保持肌肉質量和功能非常重要。

3 蛋白質、酸與骨的關系

高磷、高蛋白質和高硫氨基酸的飲食可能導致低度代謝性酸中毒，從而增加飲食的酸性負荷[39]。在西方，飲食中酸負荷主要由肉、魚、牛奶和奶制品，以及雞蛋等產生，其次是谷物。相反，產堿飲食以相對較高的水果和蔬菜攝入量為特征，含有豐富的有機陰離子鹽。其代謝物可以逆轉亞臨床酸中毒，并可能減少骨轉換。然而，酸堿平衡對骨骼影響的假說在理論和實驗基礎上受到了質疑，因為對于慢性腎臟疾病患者，高蛋白飲食可能與個體腎結石形成的風險增加有關[40]。Mangano等[41]在橫斷面研究中也觀察到，只有在鈣攝入量低(低于800 mg/d)的男性中飲食酸負荷和股骨近端BMD之間呈負相關，說明高蛋白飲食在充足的鈣攝入條件下不會降低BMD。

4 蛋白質和鈣的交互作用對骨的影響

最近的一項對90例絕經前婦女(年齡19～45歲)隨機對照試驗表明[42]，在減肥期間(骨丟失的一個危險因素)，攝入更多的乳制品、鈣和蛋白質對骨生物標志物具有保護作用。對于絕經后婦女而言，通過在飲食中加入乳制品，每天攝入超過1 200 mg的鈣對BMD具有積極的影響，鈣缺乏普遍存在于BMD低的人群中[43]。BMD與膳食蛋白質攝入量之間的正相關性似乎取決于膳食鈣的充足供應[44]，當鈣攝入量充足時，增加膳食蛋白質攝入量可能不僅維持肌肉質量，而且還支持骨骼健康[10]。

5 蛋白質對骨折的影響

Drevet等[45]研究發現，在社區居民家庭中蛋白質能量營養不良(protein energy malnutrition，PEM)與跌倒和骨折有關， Langsetmo等[46]也發現，對于50歲以上的成年人，低蛋白質攝入量(低于15%總體能量攝入)可能導致骨折風險增加。蛋白質來源是BMD的決定因素，但不是骨折風險。但均未指出蛋白質對不同骨折部位的影響。Langsetmo等[47]在隨后的隊列研究中觀察到，飲食蛋白質是骨折的潛在危險因素。蛋白質與骨折的相關性因骨折部位而異；TP與髖部骨折風險降低相關，但與臨床脊柱骨折無關。總之，蛋白質攝入量高(特別是動物蛋白攝入量高)的人骨折風險降低。事實上，超過75歲的老年人中有1%會發生髖部骨折。幾乎30%的髖部骨折發生在男性；髖部骨折后喪失一般勞動力的概率和病死率在男性人群中也更高[48]。Isanejad等[49]也發現，根據北歐營養建議(2012年)提出的老年人蛋白質攝入量標準，每公斤體質量蛋白質攝入量≥1.1 g(動物蛋白質攝入為主)可能有利于預防老年婦女骨折的發生，另有研究顯示，增加飲食中TP攝入量可能降低髖部骨折的風險，并與蛋白質種類無關[15]。

Groenendijk等[50]也建議，為降低髖部骨折的風險，65歲以上老年人TP攝入量需超過推薦膳食攝入量(RDA)0.8 g/kg。然而， Beasley等[22]用生物標記物校正飲食蛋白質后并未發現較高的蛋白質攝入量與髖部骨折風險降低有關，但得出較高的蛋白質攝入量與前臂骨折風險降低7%相關。

6 小 結

飲食蛋白質是骨骼健康的關鍵營養素，充足的營養在骨結構的發展和維持中起著重要的作用。目前膳食指南建議蛋白質應占總熱量的10%～35%，而蛋白質最佳攝入量在骨骼健康中的作用尚不清楚，也可能取決于其他因素。蛋白質攝入量與骨骼健康關系的研究結論不一致，可能和不同的研究設計，包括隨訪時間，飲食的主要蛋白質來源，鈣含量，生活方式因素，不同測量方法及不同性別、年齡、健康狀況的研究對象有關[5]。未來應加大對各年齡段人群的蛋白質攝入情況與骨健康的研究，深入探討蛋白質對骨代謝的機制，明確不同人群不同蛋白質來源的最佳攝入量從而制定最佳的飲食模式[7，21],加強骨健康的管理，降低骨質疏松風險，預防骨折發生。