亮氨酸聯合抗阻訓練對骨骼肌退行性改變的干預研究

張建佩 劉蘭芳 鄧紅

(1.浙江體育職業技術學院 浙江杭州 310012;2.安陽幼兒師范高等?？茖W校 河南安陽 456150;3.廣州體育職業技術學院 廣東廣州 510650)

據統計，2012年底中國超過60周歲的老年人口，數目已達1.94億。2020年第七次全國人口普查公告顯示，全國60 歲以上的老年人口共2.6 億人，占全國總人口的18.7%，其中65 歲以上人口為1.9 億，占13.5%。短短8年間，60歲以上人口已經增長了34%，表明我國老齡化進程進一步加快。衰老進程往往從下肢開始，衰老性骨骼肌萎縮（Sarcopenia）是以漸進性、周身性的骨骼肌質量和力量的流失為基本特征的綜合癥，并伴有機體活動能力受限，生活質量降低甚至死亡風險增加等嚴重后果。Sarcopenia 可累及高達33.6%的老齡人群，其發生時，骨骼肌質量將會以每年1%的速率逐漸衰減，并隨著年齡的增長而加速。

亮氨酸是支鏈氨基酸（BCAA）的重要組成成分，作為營養補劑常被運動健身人群用來增肌減脂，補充支鏈氨基酸，具有增進骨骼肌蛋白質的合成，減少蛋白質的凈降解功能，令由運動激發的過高線粒體脂質過氧化物水平下降等功效?？棺桢憻捊Y合飲食攝入乳清蛋白，能夠提升老年人肌原纖維蛋白的合成水平，有助于預防由衰老引起的骨骼肌質量減少的癥狀。也有學者質疑，運動與營養聯合干預是否能夠相輔相成，協同促進衰老性骨骼肌萎縮的改善，認為過度訓練可能會降低骨骼肌的總蛋白含量，甚至加速骨骼肌蛋白質分解，以滿足運動的能量需求。因此，老年群體的運動與營養劑量干預，應當有別于青壯年。

該研究致力于觀測膳食添加不同濃度的亮氨酸聯合抗阻運動對衰老大鼠骨骼肌退行性改變的干預效果，以探究一種或幾種可行的預防或改善衰老性骨骼肌萎縮的運動營養方案。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象與分組

該文以亮氨酸聯合抗阻訓練對骨骼肌退行性改變的干預為研究對象，調查對象為36只SPF級SD雄性健康大鼠，10 月齡，體重為350～400g，SPF 級動物房適應性喂養至15月齡成自然衰老大鼠模型后，隨機分為對照組（C），遞增負荷抗阻訓練組（R），中劑量亮氨酸補充組（M），高劑量亮氨酸補充組（H），中劑量+遞增負荷抗阻訓練組（MR）和高劑量+遞增負荷抗阻訓練組（HR）6 組，每組6 只。動物房環境溫度控制在23℃±2℃，相對濕度60%，室內照明保證12h/12h晝夜節律光照，保持飼養環境衛生。

1.2 干預方式

該研究采用營養及運動雙因素干預方式，干預期為12周。

對照組采用普通飼料喂養，中、高劑量組是在普食同配比的基礎上添加了亮氨酸，其濃度分別是3%和5%?？棺栌柧毑捎米灾婆捞荩瑓⒄遮w永軍等人的試驗，進行尾部遞增負重爬梯訓練，爬梯高1m，每級階梯相隔2cm，傾斜85°，訓練時間在大鼠暗適應期18∶00～21∶00進行。正式干預前進行適應性訓練。正式訓練運動頻率為3次/周，每周一、周三、周五訓練，運動強度2組/天，3次/組，組間休息2min，次間休息30s。訓練的起始負荷量為大鼠體重的10%，結合體重和訓練情況負荷量逐級遞增，至第12 周負荷達到大鼠體重的60%。

測試指標：體重、骨骼肌、脂肪濕重采用稱重法，計算肌肉體重比和體脂百分比，HE染色測量肌纖維撗截面積，用像素表示。

1.3 數據處理

該研究所有數據均以平均數±標準差表示。實驗數據用Excel 2016 做初步整理后，用SPSS 22.0 進行統計學分析。體重數據采用配對檢驗和重復測量的方差分析，其他數據采用單變量的方差分析。事后組間多重比較，方差同質時采用LSD 法以更靈敏地檢驗組間差異，若方差不齊則采用非參檢驗Tam-hane's T2 結果分析兩組間差異。<0.05時，差異有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 遞增負荷抗阻訓練與亮氨酸補充對骨骼肌質量的影響

如圖1所示，干預前各干預組的初始體重較C組無顯著差異（>0.05），干預后R、HR組的終末體重較C組為顯著降低（≤0.05），其余各干預組為降低趨勢（>0.05）；12 周不同干預后，各干預組干預前后的體重均無顯著性差異（>0.05）。如表1所示，12周后，各干預組的腓腸肌濕重與C 組比較僅M、MR 組顯著升高（≤0.05），其余均呈升高趨勢（>0.05），各干預組兩兩比較無顯著差異（>0.05）；各干預組的肌肉體重比較C 組均顯著升高（≤0.05），MR 組最高（>0.05）。各干預組大鼠的體脂百分比與C 組比較僅MR 組為顯著降低（≤0.05），其余各組無顯著變化（>0.05），組間比較有顯著性差異（≤0.05），表現為MR組分別較H、R組為顯著降低（≤0.05）。

圖1 大鼠體重的變化

表1 大鼠腓腸肌濕重、肌肉體重比、體脂百分比、橫截面積的變化

調查顯示，年齡超過50歲，盡管食欲日漸減退，但體重每年卻會增加1kg 上下，體重不變，甚至出現增加，是Sarcopenia 在發生發展過程中的一個重要表現，該現象也被稱為肌肉減少性肥胖癥，即骨骼肌的減少與體脂的增多并存。該研究發現，干預后對照組的終末體重較其初始體重有升高趨勢，這一趨勢與上述觀點基本一致，即隨著年齡的增長，正常老年大鼠體重有增高的趨勢，表現出Sarcopenia 的一般癥狀。SD 大鼠的一般壽命為30～36 月，6 月齡大鼠相當于人類18～20歲，24 月齡大鼠相當于人類65～70 歲，故該研究15～18 月齡大鼠相當于人類50～55 歲，已經進入了骨骼肌退行性改變階段。

亮氨酸具有保護蛋白質的良效。Combaret 等人的研究顯示給大鼠一次性（1h）或長期（10 天）補充5%濃度亮氨酸的膳食后，原先升高的蛋白質分解水平得到抑制。長期補充不同比例的亮氨酸，有使體重上升的趨勢，但各干預組的體重在不同干預階段內又始終低于對照組。采用乳清蛋白、大豆蛋白及雙蛋白聯合干預老年小鼠8 周后，其體重與骨骼肌質量也沒有顯著變化。該研究發現，M 組和H 組干預后的終末體重均高于其初始體重，其終末體重均又低于對照組；兩組的肌肉體重比均顯著升高，但體脂百分比無顯著變化（見圖2）。綜上推斷，單純補充亮氨酸對于機體具有增肌減脂的雙重功效。兩相比較，中劑量補充效果更突出，H 組雖增肌顯著，但是不利于減脂，可能是過高的濃度超過了老年個體的營養吸收閾值。

圖2 M、H組體重、肌肉體重比、體脂百分比的變化

抗阻訓練在促進肌肉力量增長的同時，還能夠促使骨骼肌橫截面積與質量同步增加，增加瘦體重，降低體脂，有效改善體成分。該研究發現，R組的終末體重較初始體重有降低趨勢，比對照組明顯降低，肌肉體重比顯著升高，而體脂百分比變化不顯著。表明遞增負荷抗阻訓練很好地抑制了隨增齡出現的體重增加現象，且主要表現為促進骨骼肌質量的增長。推測原因是采用的訓練方式運動強度大、持續時間短，老齡大鼠體內的能量代謝以無氧代謝為主，脂質動員不充分。

2.2 遞增負荷抗阻訓練與亮氨酸補充對肌纖維橫截面積的影響

如表1所示，12周不同干預后，各干預組的骨骼肌纖維橫截面積（CSA）較C 組均呈增長趨勢，HR 組的增幅最大（>0.05）；兩兩比較，HR組較H組、R組均顯著增加（<0.05），其他各組間未見顯著差異（>0.05）。骨骼肌纖維CSA 是決定骨骼肌力量的重要因素，其值越大，骨骼肌收縮時產生的力量就越大。隨衰老進程的加劇，骨骼肌纖維CSA 縮小，甚至可以減少30%以上，是Sarcopenia的另一個重要生理變化。

研究發現，爬梯運動使衰老大鼠腓腸肌纖維CSA 的降低趨勢發生逆轉，并能夠改善衰老大鼠骨骼肌纖維排列及線粒體形態結構；膳食添加亮氨酸可削弱荷瘤所致的機體慢性炎癥反應，進而增加骨骼肌蛋白質沉積，促進骨骼肌肌力增長。夏志在研究中觀察到單純游泳訓練、單純亮氨酸（5%）補充以及聯合干預，使增齡小鼠的腓腸肌纖維CSA出現增加趨勢，且聯合干預組與對照組的差異性顯著。該研究結果與上述結論基本一致，即各干預組的骨骼肌纖維CSA 較對照組呈增長趨勢，單純高劑量補充效果最差，但高劑量的亮氨酸補充聯合抗阻運動干預后，較單純高劑量/抗阻訓練干預均顯著增加。說明該研究選用的抗阻或/和亮氨酸補充干預的方式，對于本批自然衰老大鼠的骨骼肌橫截面積增長具有促進作用，且高劑量聯合抗阻的干預效果較為顯著。

2.3 兩種干預手段的效應分析

如表2 所示，亮氨酸因素對腓腸肌濕重影響的主效應顯著（≤0.05），而運動因素的主效應及二者的交互效應均不顯著（>0.05）。運動因素對肌肉體重比影響的主效應顯著（≤0.05），而亮氨酸因素的主效應及二者的交互效應均不顯著（>0.05）。運動、亮氨酸因素對肌纖維CSA 的主效應均顯著（≤0.05），二者具有顯著的交互影響效應（≤0.05）。

表2 運動與亮氨酸對指標影響情況的效應分析

肌纖維CSA的變化，雙因素交互效應顯著時，進一步做簡單效應檢驗，結果如表3所示?？刂七\動因素，在安靜和運動時，值分別為0.061 和0.127，即補充不同濃度亮氨酸后的各組間骨骼肌纖維CSA差異性不顯著（>0.05）。控制亮氨酸因素，其濃度為0和3%水平時，值分別為0.119 和0.892，即不同運動水平干預后的各組間骨骼肌纖維CSA 差異性不顯著（>0.05）；濃度在5%水平時，不同運動干預后的各組間骨骼肌纖維CSA差異性顯著（≤0.05）。

表3 運動與亮氨酸對骨骼肌纖維CSA影響的簡單效應分析

從以上的效應分析，有3%濃度亮氨酸添加的膳食足以促進初老階段大鼠骨骼肌質量增加；進行了抗阻訓練的大鼠，其骨骼肌質量的增長表現為肌肉體重比的升高；當大鼠食用了5%濃度亮氨酸的膳食之后，再進行抗阻訓練，更有利于刺激其肌纖維CSA 的擴增。綜合來看，聯合干預對骨骼肌退行性改變的效果優于單一的干預手段。

中劑量亮氨酸補充聯合抗阻運動，能更好地促進骨骼肌質量增加，同時使初老大鼠體內的脂肪含量下降。而高劑量聯合抗阻訓練組干預后，作用表現更突出的是骨骼肌CSA增大。盡管中劑量聯合抗阻訓練組的CSA也有增加，卻并未比單一的中劑量與高劑量+抗阻訓練組的干預效果強，且與其他指標的干預效果不太一致。推測增齡大鼠安靜與運動時，亮氨酸對肌纖維形態功能與質量積累的干預路徑和干預順序不同，機體需要的劑量也不同。單純高劑量補充可能不利于衰老機體吸收，甚至帶來肝臟負擔加大等不利影響。有研究指出，亮氨酸被機體攝入后，可通過特異性轉運體LEURs 來對mTORC1信號通路進行調控，而mTORC1及其下游效應因子在促進肌肉肥大過程中具有重大意義。

3 結語

該研究的創新之處主要在于干預方式，比較了多個組別不同干預方式對骨骼肌衰減癥的干預效果，初步探索了初老大鼠安靜時與進行抗阻訓練后補充不同濃度亮氨酸的劑量差異。綜上，該研究所采取的營養與運動方案在抗衰老骨骼肌干預方面是安全可重復的，能夠改善初老大鼠骨骼肌質量與形態的退行性改變，有效增加骨骼肌相對質量，促進骨骼肌橫截面積增大。同時發現，安靜時中劑量亮氨酸補充效果優于高劑量，而不同濃度亮氨酸聯合抗阻訓練干預對改善衰老性骨骼肌均有協同促進效應，可能存在不同機制。

該研究選取指標有限，且某些數據變化僅表現在趨勢上，差異不顯著，今后研究可進一步擴大樣本量，進行多指標、多維度比較，如骨骼肌形態功能改變方面進行肌力測試，觀察不同肌纖維類型的變化等。還可對干預機制進行研究，如蛋白質合成分解代謝，運動營養的干預信號通路，轉運蛋白的調控等，以期為老年群體營養及科學健身活動的開展提供理論支撐。