支链氨基酸对耐力训练大鼠某些生化指标的影响

王一民，由文华，熊正英＊

（1陕西师范大学 体育学院，陕西 西安710062；2西安建筑科技大学 体育系，陕西 西安710055）

支链氨基酸（Branched chain amino acid，BCAA）包括3种氨基酸，即亮氨酸（Leucine，Leu）、异亮氨酸（Isoleucine，Ile）和缬氨酸（Valine，Val），运动中补充BCAA，不仅可以作为机体运动时的能源不足［1－3］，也可以防止中枢神经系统的疲劳［4］．BCAA的生物学功能是多方面的，如缓解蛋白质过度分解、促进蛋白质合成和糖异生作用以及提高机体的蛋白质和糖含量等．因此，补充BCAA对于运动机体同样能够通过上述各方面的生物学作用渠道，直接或间接影响机体的运动能力［5］．但这方面尚少见实验报道．本文通过BCAA对血红蛋白（Haematoglobin，Hb）、血尿素（Blood urea，BU）、兴奋性氨基酸（Excitatory amino acids，EAA，主要有Glu、Asp）、抑制性氨基酸（Inhibitory amino acids，IAA，主要有GABA、Gly）、血糖（Blood glucose，BG）、肝糖原（Hepatic glycogen，HG）和肌糖原（Muscle glycogen，MG）等与运动能力相关生化指标影响的实验研究，从而揭示BCAA对运动能力影响的机制，为BCAA在运动实践中的应用提供理论依据和实验基础．

1 实验

1．1 实验对象及分组

选用健康雄性SD大鼠，6周龄，体重180～200 g，购于陕西省中医药研究院实验动物中心，国家标准啮齿类动物饲料喂养，自由饮食．动物室温度21～26℃，相对湿度44～66%．适应性饲养一周后，将大鼠随机分为3组：安静组、训练组和训练BCAA组，每组8只．

1．2 训练模型

大鼠训练模型依照Benford［6］跑台训练方法略加改动．训练共持续6周，前两周每周训练6d，后四周每周训练7d，每次训练从下午6时开始．训练期间每日给药前称体重，自训练日起每周作一次体重记录．具体训练安排见表1．

表1 大鼠运动训练方案＊Tab．1 Program of exercise training of rats

1．3 药物及服用方式

本实验选用药品为BCAA，S－ABC产品．将本品的粉剂按比例与蒸馏水溶成0．05g／mL的药液，按0．3g／（kg·d）体重的比例给药，给药时摇匀，训练BCAA组每日晨9时经口腔灌胃给药，其余两组灌胃相同体积的蒸馏水，自训练日起每日给药或蒸馏水．

1．4 样品制备

在最后一次训练后12h，用乙醚对大鼠进行深度麻醉后，摘眼球取血，用离心管收集室温静置，同时用毛细针取20μL全血加入5mL高铁氰化钾试剂中，5min后测定血红蛋白．眼球取血后断髓处死大鼠，取大鼠肝脏和肌肉组织．

血清制备：眼球取血于离心管，用牙签将凝固的血液剥离管壁，于低温4 000r／min离心15min，倒出血清，4℃冰箱保存备用；组织上清液制备：组织称重后，匀浆，低温4 000r／min离心15min，取上清，4℃冰箱保存备用．

1．5 指标测试及方法

Hb含量测定采用氰化高铁比色法［7］，BU、BG、HG和MG指标采用采用南京建成试剂盒进行测试，操作方法严格按照试剂盒说明书进行．血清游离氨基酸用5%的磺基水杨酸沉淀蛋白，离心后用美国Beckman121B型氨基酸自动分析仪测定［8－9］．

2 实验结果

2．1 各组实验大鼠大鼠体重的变化

BCAA及耐力训练对大鼠体重的影响见表2．

表2 实验大鼠体重变化＊Tab．2 Changes of weight in the experiment rats

由表2可知，与安静组比较，训练组大鼠体重增长显著低于安静组（P＜0．05），训练BCAA组体重增长低于安静组但无显著性差异（P＞0．05）．从实验前后体重变化率来看，各组皆有显著性变化（P＞0．05），安静组实验前后变化率为（53．53%），训练组实验前后变化率为31．71%，训练BCAA组为实验前后变化率为45．14%，均有显著性差异（P＞0．05）．

2．2 各组实验大鼠血红蛋白、血尿素含量的变化

BCAA及耐力训练对大鼠血红蛋白、血尿素含量的影响见表3．

表3 实验大鼠Hb、BU含量的变化Tab．3 Changes of Hb、BU content in the experimental rats

由表3可知，与安静组比较，训练组Hb表现出下降的趋势，但无统计学意义（P＞0．05），训练BCAA组Hb显著升高（P＜0．05）；BU训练组明显高于安静组，训练BCAA组明显低于训练组，均有显著性差异（P＜0．05），而训练BCAA组BU虽亦高于安静组，但无统计学意义（P＞0．05）．

2．3 各组实验大鼠血液兴奋性氨基酸和抑制性氨基酸含量的变化

BCAA对耐力训练对大鼠血液兴奋性氨基酸和抑制性氨基酸含量的影响见表4．

表4 实验各组大鼠血液EAA和IAA浓度变化＊Tab．4 Blood EAA and IAA concentration in the experimental rats mg／100g

由表4可以看出，与安静对照组比较，训练组、训练BCAA组Glu、Asp含量均升高，且显著性差异（P＜0．05）；训练BCAA组与训练组相比，Glu、Asp含量显著升高（P＜0．05）；训练BCAA组与训练组相比，Glu、Asp含量均显著升高（P＜0．05）．与安静对照组比较，训练组、训练BCAA组GABA、Gly含量均显著升高（P＜0．05）；训练BCAA组与训练组相比，GABA、Gly含量显著降低（P＜0．05）．

2．4 各组实验大鼠血糖和糖原含量的变化

BCAA及耐力训练对大鼠血糖和糖原含量的影响见表5．

表5 血糖和糖原含量的变化＊Tab．5 Changes of Blood glucose and glycogen content in the experimental rats

由表5可知，训练组、训练BCAA组BG、HG和MG含量均低于安静组，训练组有显著性差异（P＜0．05），训练BCAA组无显著性差异（P＞0．05）；训练BCAA组与训练组比较，BG、HG和MG含量均有升高，且有显著性差异（P＜0．05）．

2．5 BCAA对大鼠运动至力竭时间的影响

训练BCAA组运动至力竭时间为108．43±15．88min，训练组运动至力竭时间为88．12±27．55min，与训练组比较，训练BCAA组大鼠力竭与延缓率为23．05%，有显著性差异（P＜0．05）．

3 讨论与分析

3．1 实验大鼠体重变化

从实验结果来看，训练组大鼠的体重增长变化率（31．71%）显著低于正常安静组大鼠的增长变化率（53．53%），其原因与过量的运动训练使大鼠体内蛋白质的分解代谢加快，在整个训练期内蛋白质的整体分解量大于合成量，致使肌肉增长变缓，导致大鼠的体重增长明显减缓．然而给训练组大鼠补充BCAA后，大鼠体重增长变化率（45．14%）显著高于训练组大鼠的增长变化率（31．71%）．这可能与BCAA促进蛋白质合成以及减缓蛋白质分解代谢程度等有关，最终使训练BCAA组大鼠体重向着接近自然增长的趋势进行［10］．

3．2BCAA及耐力训练对大鼠血尿素、血红蛋白含量的影响

大强度跑台训练后，训练组大鼠的BU含量（6．76mmol／L）显著高于安静组（5．33mmol／L，上升26．83%），训练BCAA组BU含量（5．44mmol／L）与训练组比较下降（19．53%），与安静组比较变化不明显（仅上升2．06%）．说明本实验设定负荷跑台训练使训练组大鼠蛋白质分解代谢加强，与训练组比较，训练BCAA组大鼠BU含量的下降，是由于BCAA的补充一方面为肝脏进行糖异生作用提供了丰富的原料，使糖的合成作用加强，血糖浓度维持恒定，血糖运输至肌肉组织氧化释放能量，供给运动．这样蛋白质分解（供能）比例下降，释放的NH3减少，使尿素生成量降低．此外，BCAA可促使TCA循环加快，脂肪酸分解代谢速率升高，这些无疑都会减少蛋白质的利用，使尿素氮含量下降．补充BCAA可减少大強度运动引起的血红蛋白分解，有利于维持机体的运动能力［11］．研究发现，力竭运动不仅使血清中BCAA的浓度下降，同样肌肉组织中BCAA的含量也出现明显下降，而血中芳香族氨基酸浓度明显上升，表明力竭运动加速肌肉蛋白质的分解，使芳香族氨基酸释放増多［12－13］．外源性补充BCAA使血液和肌细胞内BCAA含量升高，还可为蛋白质的生物合成提供丰富的原料，显著促进肌肉蛋白质的合成，抑制内源性肌蛋白质的分解［14］，也可降低血尿素含量．

长时间、大强度运动会引起氧化应激，使红细胞膜的正常结构遭到破坏，Hb释放，易被分解，使Hb含量下降［15］．长时间大强度运动补充BCAA，可减少血红蛋白降解．本实验结果显示，长时间大强度运动后训练组大鼠的Hb低于安静对照组．训练BCAA组由于BCAA的作用，很好扼制了运动应激造成的Hb含量的下降［16－17］，使训练BCAA组Hb含量高于训练组．

3．3BCAA对大鼠血液EAA、IAA含量的影响

Glu和Asp是中枢神经系统中最为重要的两种内源性EAA．当神经冲动传至轴突末梢，使突触前膜兴奋并释放这些兴奋性神经递质，经突触间隙到达突触后膜受体，并与之结合，使后膜某些离子通道开放，提高膜对Na＋、K＋、Cl－，特别是对Na＋的通透性，使膜电位降低，局部去极化，即产生兴奋性突触后电位，发生兴奋［18－19］．IAA主要为GABA，另还有Gly、Pro．当突触前神经元轴突末梢兴奋，释放这些抑制性氨基酸经神经递质，与突触后膜特异性受体蛋白结合，引起膜上离子通道开放，使阳离子如K＋和阴离子如Cl－透过增强，使突触后膜膜电位增大，出现突触后膜超极化，抑制突触后神经元冲动发放，产生抑制性突触后电位，此时神经元表现为抑制．本实验研究结果发现，训练BCAA组血液Glu、Asp含量与训练组相比，二者分别升高5．29%和7．81%，说明BCAA对Glu和Asp含量调节作用；训练BCAA组血液GABA与Gly含量与训练组相比，二者分别下降15．78和8．99%．说明BCAA对EAA、IAA含量均具有调节作用，且具有规律性，即与训练组比较BCAA可使EAA含量升高而IAA含量降低，这有利于延缓运动性疲劳的发生．

3．4BCAA耐力训练对大鼠血糖和肝、肌糖原含量的影响

血糖（BG）是大脑可以利用的主要能源物质，同时BG通过血液运输到达肌肉组织，氧化分解释放能量，为骨骼肌长时间运动提供能量供应．长时间运动BG来源主要依靠肝糖原（HG）分解释放葡萄糖和糖异作用生成葡萄糖，同时肌肉不断吸取葡萄糖，减缓肌糖原（MG）的分解，使肌体耐力水平得到保持和提高．本实验研究表明，6周跑台训练后，训练组BG浓度低于训练BCAA组，下降22．84%．有研究发现补充含BCAA的补剂有利于糖原的合成，BCAA通过糖异生作用在肝中转化为糖类物质．当采用灌注的方式给实验动物补充BCAA时，实验动物血液中BCAA含量增加3倍，葡萄糖含量随之增加，与对照组相比，最高可高达7倍，而且BCAA在转变为糖类物质过程中，不会发生胰岛素效应［20－23］．本次实验结果显示，经过6周跑台训练后，训练BCAA组大鼠HG含量明显高于训练组，升高37．17%．训练BCAA组MG含量也高于训练组，升高33．33%．说明作为生糖氨基酸的BCAA的补充，一方面直接提供运动所需的能量来源，另一方面加强了肝脏的糖异生作用促进了HG和MG的合成．二者综合作用的结果，使MG消耗程度减小，HG的贮量增少．可见BCAA作为生糖氨基酸，有利于提高HG和MG的贮备，有利于机体耐力的提高，增强机体对运动负荷的适应能力．训练BCAA组组大鼠肝糖原、肌糖原的含量高于训练组，这可能就是糖能维持较长运动时间的因素之一，这一结果与以往的研究报道相一致［24－25］．

3．5BCAA大鼠运动能力的影响

BCAA参与脑内神经递质和BG、HG、MG的含量发生相应的变化，可使运动应激的适应能力在生理和心理方面得以改善，对运动的生理、心理适应及恢复有重要意义．本次实验运动能力的判断以跑台运动至疲劳时间为指标［26－27］．结果表明，训练BCAA组大鼠运动至疲劳时间比训练组延长．这与BCAA可以减少机体蛋白质分解，促进MG、HG合成有关，同时也与BCAA调节大鼠EAA、IAA含量有关．

4 结论

本文通过实验研究验证了生物化学理论分析，得出以下几点结论：（1）BCAA补剂对运动训练大鼠生长无不利影响；（2）通过外源性补充BCAA，使大鼠BU含量下降，表明BCAA可减少机体Hb的分解，这对于避免运动性贫血的发生起到良好作用，同时也会增加机体肌肉含量，有利于机体运动做功；（3）BCAA补充可为糖异生提供充足原料，可改善糖代谢，促进糖异生作用，使肝糖原和肌糖原贮存增多，并维持血糖浓度恒定；（4）BCAA具有提高大鼠的运动能力、延缓运动疲劳的功效，作为运动补剂，可适量补充．

［1］张庆，漆正堂，丁树哲．亮氨酸及其代谢产物促进蛋白质合成的分子机制及其补充效果［J］．生命的化学，2009，29（1）：103－107．

［2］贺洪，刘建红，黄金丽，等．运动中补充支链氨基酸对肌肉代谢的影响［J］．中国运动医学杂志，2004，23（4）：461－464．

［3］史仍飞，袁海平．支链氨基酸代谢与运动［J］．上海体育学院学报，2004，27（5）：65－67．

［4］姚鸿恩，刘坤，荣湘江．中枢性运动疲劳相关神经递质5－HT的研究进展［J］．北京体育大学学报，2006，29（7）：941－943．

［5］王先远，金宏，赵稳兴，等．补充支链氨基酸对运动大鼠心肌、骨骼肌代谢的影响［J］．中国运动医学杂志，2002，21（1）：98－99．

［6］Benford TN．Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experiment procedures［J］．Journal of Applied Physiology，1979，47（6）：1278－1284．

［7］冯连世，李开刚．运动员机能评定常用生理生化指标测试方法及应用［M］．北京：人民体育出版社，2002．

［8］高国栋，李明，龙村，等．选择性脑灌注对深低温停循环脑组织EAA含量的影响［J］．中国体外循环杂志，2006，4（3）：175－177．

［9］章广远，陈玉珍，许志勤，等．正常成人血清中游离氨基酸的测定［J］．营养学报，1984，6（3）：285－287．

［10］Blomstrand E，Saltin B．BCAA intake affects proteinmetabolism in muscle after but not during exercise in humans［J］．Journal of Physiology Endocrinology and Metabolism，2001，281（2）：365－374．

［11］俞璐，丁树哲．运动中补充支链氨基酸对生理机能的有利效用［J］．南京体育学院学报：自然科学版，2009，8（3）：41－42，52．

［12］Blomstrand E．Blomstrand E．Effect of sustained exercise on plasma amino acids concentration and on 5－HT metabolism in six different brain regions in the rat［J］．Acta Physiologica Scandinavica，1989，136：475－481．

［13］MacLean D A，Graham T E，Saltin B．Stimulation of muscle ammonia production during exercise following branched－chain amino acid supplementation in humans［J］．Journal of Physiology，1996，493（3）：909－922．

［14］Marille P K J，Erica P A，Carmen L N．et al．Supplementation of soy protein with branched－chain amino acids alters protein metabolism in healthy elderly and even more in patients with chronic obstructive pulmonary disease［J］．American Journal of Clinical Nutrition，2007，85（2）：431－439．

［15］王天芳，杨维益，胡加天，等．中药康方“体康复”对运动大鼠血清游离氨基酸影响的实验研究［J］．中国运动医学杂志，1998，17（4）：316－318．

［16］路正社，熊正英．支链氨基酸对运动能力影响的研究进展［J］．和田师范专科学校学报，2005，25（5）：1－2．

［17］刘翔，熊正英，左煌．茜草提取物对耐力训练大鼠血清生化指标及运动能力的影响［J］．西安交通大学学报，2009，30（1）：124－127．

［18］聂玉芝．沙苑子对运动训练大鼠脑组织中氨基酸类神经递质及相关基因表达的影响［D］．西安：陕西师范大学体育学院，2005．

［19］左明雪．细胞和分子神经生物学［M］．北京：高等教育出版社，2000：32－42．

［20］Calders P，Matthys D，Derave W，et al．Effect of branched－chain amino acids（BCAA），glucose，and glucose plus BCAA on endurance performance in rats［J］．Medicine and Science in Sports and Exercise，1999，31（4）：583－587．

［21］Davis J M，Welsh R S，De Volve K L，et al．Effects of branched－chain amino acids and carbohydrate on fatigue during intermittent，high－intensity running［J］．International Journal of Sports Medicine，1999，20（5）：309－314．

［22］Gibala M J，Lozej M，Tarnopolsky M A，et al．Low glycogen and branched－chain amino acid ingestion do not impair anaplerosis during exercise in humans［J］．Journal of Applied Physiology，1999，87（5）：1662－1667．

［23］Shimomura Y，Murakami T，Nakai N，et al．Suppression of glycogen consumption during acute exercise by dietary branched－chain amino acids in rats［J］．Journal of Nutritional Science and Vitaminology，2000，46（2）：71－77．

［24］熊正英，刘海斌．α－硫辛酸对训练大鼠体内糖储备及运动能力的影响［J］．陕西师范大学学报：自然科学版，2006，34（4）：83－85．

［25］熊正英，马晓莲，孙岩．等．锁阳多糖对运动训练大鼠睾酮含量、物质代谢与运动能力的影响［J］．陕西师范大学学报：自然科学版，2011，39（1）：103－108．

［26］杨瑾，熊正英．沙苑子对运动性疲劳大鼠血清BCAA，AAA的影响［J］．陕西师范大学学报：自然科学版，2010，38（2）：104－108．

［27］战旗．谷氨酰胺和耐力训练对大鼠抗氧化水平及免疫功能影响的实验研究［D］．西安：陕西师范大学体育学院，2002．