補充支鏈氨基酸對運動造成的延遲性肌肉酸痛的影響

唐大鵬，楊 嵐，孫 靜，張 蘭

（1.河南農業大學 體育學院，河南 鄭州450046；2.河南中醫藥大學，河南 鄭州450046；3.河南經貿職業學院，河南 鄭州450018）

氨基酸是體內蛋白質合成的原料，運動時，人體對氨基酸的利用加強， 氨基酸的供能主要表現在氧化成二氧化碳和水直接供能并參與糖異生，維持血糖水平。而BCAA 主要在肌肉中代謝，運動前BCAA 的補充（77mg/kg 體重）能夠降低肌肉運動過程中必需氨基酸的釋放， 抑制內源性肌肉蛋白的分解增加肌肉蛋白的合成， 同時補充BCAA 還可以在運動后的幾天中增加血清肌酸激酶，故在運動中起著重要作用［1］。 支鏈氨基酸（Branched-chain Amino Acid，BCAA）在肌肉蛋白中含量豐富，占總氨基酸酸的14%～18%，大約占必需氨基酸的35%。亮氨酸， 異亮氨酸以及纈氨酸是人體蛋白質合成必需的3 種BCAA，是長時間持續運動時參與供能的重要氨基酸［2］。 尤其是亮氨酸不僅僅發揮必需氨基酸的功能， 而且它們能夠調節蛋白代謝， 通過刺激mRNA 翻譯和抑制蛋白的降解促進蛋白合成， 這些研究表明運動前后BCAA 的補充能夠改善損傷肌肉的恢復［3］。 肌肉內BCAA 分解代謝非常活躍，與其他多數氨基酸相比，BCAA 能夠以相當快的速率轉氨基和完全氧化，并為丙氨酸和谷氨酰胺提供氨基。這些BCAA 在結構上相似，并有同樣的分解代謝途徑， 代謝產物直接進入Krebs 循環再合成三磷酸腺苷（ATP）［4］。 在運動的過程中，骨骼肌線粒體分兩步對BCAA 進行代謝。 首先，在BCAA 轉移酶（BCAT）的作用下形成α-酮酸。BCAA 以α-酮酸的形式存在于組織氨基酸代謝池中。 這些α-酮酸在支鏈α-酮酸脫氫酶（BCKD）作用下進一步氧化脫羧為Krebs 循環提供原料， 或者被用于再合成肌肉蛋白［5］。因而，在運動過程中BCAA 被分解成的α-酮酸主要用于運動后骨骼肌蛋白的再合成［6］。 大運動量訓練后，骨骼肌產生不同程度的損傷以及細胞的分解代謝增強， 外源性補充BCAA 有促進合成抑制分解蛋白的作用［7］。 在運動過程中，骨骼肌中BCAA 氧化作用高于其他氨基酸［8］。 與其他收縮形式相比， 肌肉的離心收縮引起的最大程度的延遲性肌肉疼痛（Delayed onset muscle soreness，DOMS），這種疼痛的癥狀一般是運動結束12～48h 后感覺到的肌肉酸疼［9］。 當進行控制性的蛙跳練習時，下肢肌肉進行較多的離心收縮，肌肉蛋白分解并造成了肌纖維的輕微撕裂。

大量的研究采用在運動前補充BCAA 的方法來增加骨骼肌中游離BCAA，目的是最大程度增加運動后的肌肉蛋白的再合成［10］。 單盲試驗研究結果表明，離心運動訓練前補充BCAA（5g）可以降低女子受試者運動后的DOMS［8］。

基于這些研究背景，在這項研究中采用蛙跳的運動方式，最大程度的引起DOMS， 并選取運動訓練專業的學生作為研究對象， 實驗結果以期為競技運動訓練中的肌肉損傷提供營養學上的支持和建議。 不足的是，本實驗采用用葡萄糖作為安慰劑。然而，實驗中的安慰劑即葡萄糖可能與BCAA 補劑降低DOMS 有直接的關系，應該考慮到碳水化合物的消耗，尤其是葡萄糖刺激體內胰島素的產生，后者刺激肌肉蛋白的合成。 在另外一項研究設計中， 通過測定補充BCAA 和糖水化合物的協同效應發現， 受試者補充BCAA 和糖水化合物后肌肉蛋白合成量顯著高于單純補充BCAA 的受試者［9］。DOMS 降低的程度并沒有測定。 另外的研究驗證了BCAA 補充對DOMS 的影響，并用無營養的甜味劑來作為安慰劑［10］。 故此，本研究用葡萄糖作為安慰劑， 目的是評價BCAA 聯合葡萄糖補充對運動后DOMS 改善的效應，并探討其中的機制。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取武漢體育學院運動訓練專業田徑專項2017 級學生為研究對象；男（n=20），女（n=20）；年齡18～21 歲，身體各項基本參數如表1 所示；每周運動訓練平均在3 次以上，并且實驗前2 周內未參加下肢的力量訓練。 研究過程中所有受試者進行相同的進餐以減少蛋白質攝取的差異， 受試者事先被告知該實驗研究的性質、目的、要求以及實驗過程中可能出現的風險，并接受病史問卷調查和心血管功能篩查。 實驗對象剔除標準：1）在過去3 個月內下肢運動系統出現損傷的情況；2）正在服用抗炎或甾體類藥物者；3）兩周內使用運動補劑的；4）吸煙或酗酒；5） 在正式運動前3 日內或運動實驗結束后有劇烈運動。 該研究方案得到所有受試者的知情同意。

1.2 實驗程序

首先對受試者身高、體重（霸王DT150，中國）、脂肪百分比（杰文IOI353，韓國）等參數進行測定，體重指數（Body mass index，BMI）采用公式：BMI=身高2/體重（cm2/kg）。 DOMS 參數采用數值評定量表（NRS）在訓練前對受試者進行疼痛等級測定。 所有受試者再進行3 組、每組200m 蛙跳訓練，組間休息2min，隨后立即再次進行疼痛等級測試。 在接下來的3 天里，每隔24h 受試者服用預先準備好的BCAA 或安慰劑， 并測定疼痛的級別。 在該實驗進行3 周后重新對身高體重、脂肪百分比等參數測定， 并進行第二次的運動測試并對服用的補劑進行調換。

表1 受試者基本情況（n=40）

1.3 BCAA 補充以及安慰劑的選擇

本研究使用商品化的分裝營養補充劑BCAA（SF247，SCIPHAR，中國），成分如下：亮氨酸，異亮氨酸以及纈氨酸混合物1.5g，葡萄糖6g，輔料NESTLE 果維C （1kg）。 安慰劑制成與BCAA 補充劑相似的顏色和口味。 主要成分包括：NESTLE 果維C，6g 葡萄糖（SF170612，SCIPHAR，中國），與BCAA 中的葡萄糖匹配，使受試者不會通過口味對不同補充劑進行甄別，防止出現安慰劑效應對結果產生的不良影響， 同時把BCAA 補劑和安慰劑裝入外觀相同的塑料瓶中，受試者每天自己飲用，每次飲用時加入200ml 水。

1.4 運動方案

蛙跳前的熱身準備：包括5min 慢跑，10min 髖關節周圍髂腰肌、 臀大肌股內收肌群、 股外展肌群和膝關節周圍股四頭肌、股二頭肌、半腱肌、半膜肌以及踝關節周圍腓腸肌、比目魚肌、脛骨長肌的拉伸活動。 蛙跳的標準動作如下：雙腳開立比肩稍寬，屈膝半蹲，兩臂在體后交叉雙手握緊。 兩腿用力蹬伸，使髖關節、膝關節做伸的動作，踝關節做趾屈的動作，身體向前上方跳起， 然后用全腳掌落地屈膝緩沖， 兩臂擺成預備姿勢。 受試者完成3 組、每組200m 蛙跳，組間休息2min，誘導DOMS。 為了降低肌肉損傷，受試者在訓練前掌握正確的蛙跳方法。 同時要求受試者不改變平時的運動訓練習慣。

1.5 肌肉疼痛等級評價

受試者用數值評定量表 （Numeric Pain Intensity Scale，NRS）對肌肉疼痛進行分級（0～10），0 代表無疼痛，10 代表最嚴重的疼痛，輕度疼痛（1～3），中度疼痛（4～6），重度疼痛（7～10）。 NRS 具有較高信度與效度，適用于文化程度較高的受試者。 受試者進行對自己的肌肉疼痛進行分級（運動前，運動后即刻、運動后的3 天每隔24h 及服用BCAA 或安慰劑5min 后分別測定。 ）

1.6 統計分析

統計分析采用SPSS17.0， 用F-檢驗比較疼痛的性別差異。 組間比較進行獨立樣本t 檢驗，所有數據均以形式表示，顯著性水平取p<0.05。

2 結果與討論

DOMS 中文即延遲性肌肉酸痛， 是指機體進行大運動量訓練后， 特別是強度突然增加或進行新的不習慣的練習后一段時間后所出現的肌肉酸痛現象， 一般在運動后24h 出現，24～48h 最為嚴重。 氨基酸可以影響肌肉酸痛，研究表明攝入必需氨基酸和非必需氨基酸的混合氨基酸補劑可以降低肘屈運動所造成的肌肉酸痛， 但是有關BCAA 補充對DOMS 的研究結果還不盡一致［11］。 本研究中運動訓練后肌肉疼痛的均值如圖1 所示。 在BCAA 補充過程中最大疼痛出現在運動后即刻（2.1±0.24 SEM），在這個時間點標記為運動后（圖1）。 之后，BCAA 組的疼痛程度逐漸降低。 而安慰劑組在運動后24h（2.40±0.3 SEM）出現最大疼痛，隨后逐漸降低。 為了分析補充BCAA 和安慰劑對DOMS 緩解的差異，疼痛測定基準點直接標記為運動后（圖1 和2）。 這個時間點不是DOMS 的反映，因為它測定的是運動后即刻的疼痛， 因為DOMS 一般在運動后8～24h 才表現出來［7］。 而且BCAA 的補充在運動后即刻對DOMS沒有明顯的作用，因為這些補劑的吸收和利用還沒有起作用。在運動24h 后，與安慰劑組相比，BCAA 補充組的DOMS 數值整體降低了25%。然而，這些結果與安慰劑組沒有顯著性差異（p=0.11）。 值得注意的是運動后即刻兩組受試者肌肉疼痛的程度相近（BCAA 2.10±0.24，安慰劑2.0±0.27），這表明兩次測試的重測信度水平較高。 但是BCAA 組運動后疼痛的程度是逐步遞減的，盡管沒有顯著性差異但是趨勢很明顯，對比安慰劑組在運動后即刻出現了疼痛程度增加的現象， 在這一時刻可以解釋為BCAA 組在運動前的氨基酸儲備使得機體能夠緩沖蛙跳誘導的DOMS。 國內外學者有關的研究取得了相似的結果，夏志［12］在實驗中采用補充大劑量的亮氨酸（150mg/kg 體重），觀察補充后對50%的1RM 深蹲訓練后肌肉損傷的影響，結果表明大劑量亮氨酸能夠緩解抗阻運動（深蹲）所導致的肌肉延遲性酸痛和骨骼肌纖維損傷， 并解釋了該效應可能與炎癥反應的抑制有關， 該研究結果顯示補充大劑量的亮氨酸組受試者C 反應蛋白，白細胞介素6 水平顯著下降，說明亮氨酸具有減輕深蹲后炎癥反應的能力， 同時與檢測的血型肌酸激酶和肌紅蛋白含量等指標結合分析， 補充亮氨酸能夠明顯降低肌肉運動損傷和炎癥反應程度，減輕DOMS，但是作者也同時指出該劑量的亮氨酸不能明顯促進做功的肌肉機能方面的恢復。 本實驗中支鏈氨基酸的服用量為統一的1.5g，按體重來計算男生23mg/kg 體重，女生25mg/kg 體重，與上面研究中采用的150mg/kg 體重相比差別較為明顯，而且可以看出女生單位體重的支鏈氨基酸的服用量要高于男生， 這也可能是造成結果中女生DOMS 出現顯著性差異的一個原因。

本研究中采用的運動形式為蛙跳與上面實驗中的運動模型深蹲既有相同之處又有區別，相同的是都進行了抗阻運動，不同的是蛙跳是典型的超等長收縮形式的代表，超等長收縮在收縮前對骨骼肌預先拉長再進行向心收縮的形式，更能刺激誘發肌肉損傷和DOMS［13］，Hough 在1992 年首次 提出DOMS 假說，20 世紀中葉實驗證實了DOMS 與肌肉收縮時離心收縮成分有關［14］。 后來隨著運動生理學實驗儀器的出現，學者利用免疫細胞學和分子生物學等精密儀器證實了離心收縮導致的損傷時形成DOMS 的主要原因［15］。 研究發現傳導疼痛的傳入神經是骨骼肌纖維內包含有髓鞘的Ⅲ類和無髓鞘的Ⅳ類傳入神經， 前者主要誘導局部疼痛， 而后者主要介導目標部位的鈍痛。 研究證實骨骼肌中的DOMS 的相關的化學刺激物緩激肽（Bradykinin，BK）在離心收縮誘導下產生。另外研究證實，離心收縮使骨骼肌纖維鈣離子濃度增加， 進而激活纖維蛋白水解酶calpain，calpain 對細胞骨架desmin 蛋白有明顯的親和力，與之結合并水解導致了肌肉損傷。 這在以后的研究中需要區別對待。

圖1 受試者補充BCAA 或安慰劑后的DOMS 程度

通過梳理國內外有關BCAA 補充與延遲性肌肉酸痛的文獻發現，本研究為國內首次對性別因素進行了分析。 為了研究補充BCAA 對性別的影響，分別分析了男女受試者的結果（圖2、圖3）。

圖2 男性受試者補充BCAA 或安慰劑對DOMS 的影響

補充安慰劑的女性受試者肌肉疼痛在運動后24h 達到峰值（2.41±0.24）。 BCAA 補充組在運動后即刻達到最大（1.85±0.24），并且運動后的3 天逐漸減低。 對于女性來說，兩種補充方式在24h 后對DOMS 的影響存在顯著性差異（p=0.018）。 而男性受試者肌肉疼痛的最大值出現在運動后 （BCAA：2.15±0.41， 安慰劑：2.21±0.32），BCAA 或安慰劑補充對DOMS 的影響沒有差異， 無論是疼痛的峰值還是3 天恢復期的疼痛都表現出相似的特征。

圖3 女性受試者補充BCAA 或安慰劑對DOMS 的影響

研究結果呈現出性別差異的具體原因還不清楚。 研究中男女受試者的體重和肌肉量的不同可能是造成對補劑不同反應的原因。 與女性相比， 男性具有較大的體重和瘦體重百分比。 然而，在實驗中都是補充了相同劑量的BCAA 補劑（1.5g/次）。 因而，本實驗中女性受試者與男性（22.9mg/kg）相比攝入了更多的BCAA（24.8mg/kg），這可能造成了女性組更多的肌肉蛋白合成以及DOMS 的恢復。

國外研究方面， 在Shimomura 等人的研究卻發現補充BCAA 沒有性別差異［8］。 而Romi 等人研究了大鼠支鏈氨基酸代謝中的性別差異［16］，發現大鼠肝臟支鏈2-酮酸脫氫酶復合體（Branched chain 2-oxo-acid dehydrogenase， BCOADC）存在明顯的性別差異， 而BCOADC 是支鏈氨基酸代謝中的關鍵酶。 雌性大鼠該復合物的活性狀態存在明顯的晝夜節律，而雄性大鼠則沒有。 不考慮性別因素，就BCOADC 而言，在暗期是以脫磷酸化的活性狀態存在，對于雄性起著主導作用。 而對于雌性來說， 該復合物在光照末期是以磷酸化的未激活狀態而存在。 有意思的是性腺切除后的雌性大鼠BCOADC 表現出的晝夜節律消失，而對雄性去勢大鼠則沒有影響。 支鏈2-酮酸是BCOADC 激酶的關鍵調節者， 它的含量的變化是BCODH激酶活性在日間活性增加的原因，導致了雌性BCODH 復合物的失活［17］。 因此BCODH 激酶呈現出晝夜節律并導致雌性肝臟中BCODH 復合體活性的變化。 這表明雌性激素是BCOADC 調節出現性別差異的關鍵因素。 該研究首次為支鏈氨基酸代謝中存在的性別差異提供了確切的證據。 考慮到這項設計嚴謹的實驗結果，本實驗出現的性別差異：女性大學生服用BCAA 后的DOMS 顯著降低也可能受到肝臟中BCOADC復合物的影響，但是目前有關人體的相關實驗Shimomura 等人進行了相關的研究［8］。他們采用深蹲的訓練方式誘導DOMS，并補充支鏈氨基酸（異亮氨酸∶亮氨酸∶纈氨酸=1∶2.3∶1.2）的方案觀察對DOMS 的影響， 結果表明BCAA 的補充能夠抑制未受過訓練的女性的肌肉損傷和DOMS。 這與本研究的結果是一致的。 研究者認為未經過訓練對BCAA 參與能量代謝具有很強的依賴性， 所以補充BCAA 補充了肌肉運動過程中消耗的氨基酸， 因而保護肌肉纖維的破壞顯著降低了肌肉損傷帶來的DOMS，但是其中的分子生物學方面的機制還未完全闡明。

此外，本研究還存在一定的局限性。 首先，用來評定肌肉疼痛等級水平的數字分級系統（NRS）對部分受試者造成了一定的干擾，不能精確反應他們DOMS 疼痛的真實水平。NRS 系統是采用離散的0～10 之間的數字，即使他們感覺疼痛的程度用非離散的數字更能精確表達， 受試者也不能對數字之間的疼痛程度進行分級。 可能如其他研究中所采用的線性模型對于疼痛級別的評定更有效［10］，如可以采用視覺模擬評分法（Visual Analogue Scale，VAS）、Wong-Banker 面部表情量表法，這兩種方法可以較為準確地掌握疼痛的程度，利于評估疼痛的效果，缺點是需要得到受試者的配合。 其次，其他研究報道在離心收縮后30%～35%的受試者未出現DOMS［11］。 運動方式上可能是造成這一差別的原因， 其他的研究都是采用較為明顯的離心收縮如深蹲，而本實驗中采用的超等長收縮，但是具體的原因仍然不清楚。 不過，在我們的研究中只有少數幾個受試者未出現DOMS。 再者是運動中的受試者為體育學院運動訓練專業田徑方向的大一新生， 他們的訓練水平都在專業二級運動員水平之上，但是項目涉及跑、跳、投幾乎所有田徑小項，沒有做到更為統一的篩選，這也是造成實驗結果出現不一致的原因，因為短跑類和跳躍類項目受試者下肢爆發力較好， 而投擲類項目受試者上肢爆發力較好，可能在訓練中產生了肌肉適應，造成服用BCAA 補劑后出現非劑量效應。 今后的實驗應選取同一訓練項目的運動員。 最后，本實驗的設計為單盲試驗，為了進一步消除科研人員的影響，需要完善實驗方法，采取更為嚴格的雙盲實驗。 因此， 根據結果可以看出， 這些未出現DOMS 的受試者是與補充和性別不相關的。 在對專業運動員作為研究對象的研究中， 采用補充80%的BCAA 和20%的精氨酸的形式補充，結果表明該補劑能夠降低肌肉損傷，降低延緩疲勞，并保持運動能力，說明BCAA 的補充對專業的運動員也具有有益作用［18］。

受試者自身機體可能在進行第一次運動試驗后出現了對肌肉破壞的保護效應［19］。 為了盡可能較少這種潛在的影響，通過交叉實驗設計，讓受試者分開進行兩次測試（3 周的休息），為肌肉恢復提供了足夠的時間。 然而有研究者認為兩周的間隔時間足以保證一次運動后的肌肉的恢復［20］。 Shimomura 等［8］的研究發現支鏈氨基酸結合其他非支鏈氨基酸的補充對未經過抗阻訓練的受試者服用后進行抗阻訓練后， 對肌肉功能的恢復和減輕DOMS 有促進作用， 但該項研究也采用了交叉設計， 在實驗的周期內受試者接受了兩次的抗阻訓練損傷的刺激，雖然研究者通過安排11 周的非干預期來消除前次運動的效應， 但是這樣的方法是否能夠徹底清除訓練痕跡效應還是存在許多疑問。 因為有研究指出運動后半年內運動效應重復仍可以促進肌肉損傷后肌肉收縮的能夠［21］。在本研究中，15 名受試者認為， 第二次運動測試引起的肌肉疼痛感比第一次有所降低。 然而，只有5 名受試者認為是服用了安慰劑后疼痛感降低了，其他10 名受試者認為補充BCAA 之后在第二次運動后出現了疼痛感降低。 因此， 在第二次運動后所觀察到的DOMS 降低是由補充BCAA 引起的還是由首次運動后的保護效應所致還不清楚，需要今后進一步的研究。

3 結論

對于高水平訓練的女生而言，BCAA 聯合葡萄糖的補充能夠降低運動誘導的DOMS。 相反，對于男生受試者來說，則沒有顯著影響。 所以該補充方式存在性別差異，其中可能的原因是雌激素對女生BCODH 激酶的影響造成的。 將來的研究應當采用每公斤體重補充相等的補充劑量， 并考慮受試者的瘦體重的比例或肌肉百分比等因素。