支链氨基酸联合葡萄糖补充时机对大强度离心运动后延迟性肌肉酸痛及相关指标的影响

2019-04-03邱俊强耿国强潘阳梦柔

中国体育科技 2019年3期

邱俊强，耿国强，潘阳梦柔

1 前言

抗阻训练引发的延迟性肌肉酸痛（Delayed-onset muscle soreness，DOMS）一直是运动科学领域研究热点之一，其发生机制可能与细胞骨架中的紊乱，肌节结构蛋白的损失，肌纤维节段性坏死，结缔组织改变以及T管和肌质网的改变等有关（Lau et al.，2015 ；Pumpa et al.，2014）。这些肌肉形态的变化可能是运动诱发机械应激的直接后果，也可能由于钙敏感性降解途径和激活炎症反应而发生（Deli et al.，2017）。已有研究显示，等量支链氨基酸（Branched-Chain Amino Acid，BCAA）和葡萄糖（Glucose，GLU）的联合补充可有效减弱DOMS，缓解疲劳，促进蛋白质合成，加快肌肉的修复重构，消除肌肉炎症，帮助抗阻训练的效果达到最佳（Falavigna et al.，2012 ； Kim et al.，2013； Leahy et al.，2013； Nicastro et al.，2012； Waldron et al.，2017）。

营养时机是指针对特定的运动或比赛，有目的地在不同时间段摄取特定类型的营养素（及其组合），从而对短期和长期运动的适应性反应（即肌肉力量和爆发力、体成分、底物利用率及运动表现等）产生良好的影响（Ivy et al.，2013）。尽管已有研究证实，在抗阻训练的不同时间点摄入糖+蛋白类营养（如BCAA），有利于运动员提高运动表现并减少肌肉损伤，但对于补充时机（运动前/后）的效果对比还存在争议。本研究通过对比BCAA联合GLU补剂在大强度训练前/后，即不同时间进行补充，比较不同补充时机对离心训练后DOMS及相关指标的变化，旨在优化抗阻训练效果，以期为确定最佳BCAA联合GLU补充时机提供参考依据。

2 研究方法与对象

2.1 研究对象

选取无运动训练经历的男性普通大学生16名为受试者，基本情况：身高176.91±4.51 cm，体重70.52±5.71 kg，体脂率20.7%±4%。受试者需在实验前1周无大负荷运动，近期无运动损伤，无身体不适。受试者自愿参与实验。实验开始前研究人员告知受试者实验可能存在的风险、益处以及实验的时间安排和详细实验流程，所有实验程序均通过了伦理委员会审查（批准号2018021H），受试者签署知情同意书。

2.2 运动方案

受试者首先进行1RM测试确定基础水平。1RM测试的过程如下：预估被试者60% 1RM左右的重量，按规定动作完成10次，休息1 min。第1组增加重量至预估重量的70%～75%，完成5次规定动作，再休息1 min。第2组将力量增加至预估重量的85%～90%，做2～3次，休息2～3 min，而后根据这组的完成情况增减重量，最终推算出受试者器械负重伸膝的1RM重量。

测试当天先进行慢跑、拉伸、神经激活等热身运动。离心运动设计如下：1）95% 10RM负重伸膝器械练习，每组12个，共5组，组间休息3 min，受试者需要先负重伸膝，然后从最高点慢慢恢复到初始位置，形成离心运动的过程；2）纵跳运动：纵跳3组，每组15个，每跳间隔10 s，每组休息3 min，每跳不低于2.5 m；3）20 m连续蛙跳：蛙跳2组，每组距离为20 m，每跳间隔10 s，组间休息3 min，要求受试者每次尽力向前跳跃。离心运动后进行拉伸放松活动。整个运动活动时长1 h左右。

2.3 补剂方案

测试期间对受试者膳食摄入进行控制。测试前3日饮食使用24 h回顾法对受试者进行调查，以了解受试者的日常饮食状态并监控其蛋白质摄入比例，为运动日的膳食干预提供参考，避免高蛋白饮食对BCAA摄入效果的影响。测试前为受试者提供测试日前1天和当天的1日推荐食谱，食谱制定采用食物交换份法，要求前后两次测试日的热量摄入和蛋白摄入保持在一致。

补剂采用BCAA胶囊（40 mg/kg）与GLU溶液（24 mg/kg，300 ml溶液），BCAA成分的比例为亮氨酸：异亮氨酸：缬氨酸＝2：1：1。安慰剂采用外形一样的淀粉胶囊（总热量一致）。进行两周实验，两组受试者分别在运动前/后摄入补剂或安慰剂。本研究采用BCAA胶囊进行补充，考虑到胶囊所需的消化时间，故受试者补充补剂与运动开始应间隔0.5 h。运动后则即刻进行补充。每组4人摄入补剂，4人摄入安慰剂，7日洗脱后，交换补充方案重复测试，以尽可能减小熟悉运动模型带来的影响。

2.4 实验流程及指标测试方法

2.4.1 实验流程

16名受试者随机分为两组，一组受试者补充BCAA+GLU补剂（BCAA＋GLU组，n=8），另一组受试者补充安慰剂（PLA组，n=8）。每组再随机分为前补组和后补组（每组n=4），前补组运动前补充BCAA＋GLU补剂或安慰剂，后补组运动后即刻补充BCAA＋GLU补剂或安慰剂，最终形成BCAA＋GLU（前）组，BCAA＋GLU（后）组，PLA（前）组，PLA（后）组4个组别。第1次测试后间隔7天进行第2次测试，BCAA＋GLU组、PLA组两组交叉补剂补充方案，最终样本量为每组8人。

2.4.2 血清采集

采集受试者安静状态、运动后即刻、运动后24 h、运动后48 h 4个时间点的静脉血，注入试管待凝固后分离血清，3 000 rpm，离心10 min分离制备血清，置－20℃冰箱中保存待测。

2.4.3 指标测试方法

采用视觉模拟量表（Visual Analogue Scale，VAS）测定人体肌肉酸痛的程度（Bajaj et al.，2001 ； Boonstra et al.，2008 ； Zainuddin et al.，2005）。酸痛量表长5 cm，一端为0表示无痛，另一端为10表示极端疼痛，被试在3次自重标准深蹲后，受试者据自我感觉在量表上标记以示疼痛程度。

酶联免疫法测定人体血清白介素-6（Interleukin-6，IL-6），酶联免疫法测定人体血清C反应蛋白（C-reactive protein ，CRP），试剂盒均由北京华英生物技术研究所提供，采用DR-200BS酶标仪进行测试。比色法检测尿液3-甲基组氨酸（3-methylhistidine，3MH），试剂盒由北京华英生物技术研究所提供，采用A6半自动生化仪进行检测。比色法测试人体血清肌酸激酶（Creatine Kinase，CK），试剂盒由中生北控股份有限公司提供，采用迈瑞BS-420全自动生化仪进行测试。各项指标均严格按照试剂盒说明书进行测定。

2.5 统计方法

所有指标均采用M±SD表示。数据统计分析使用SPSS 24.0软件，先通过重复测量比较组内各时间点的主效应，对组内各时间点的均值差进行成对比较，确定同一指标各时间点的数值差异，以确定运动干预的有效性。再通过重复测量确定组内时间点和组间因素是否存在交互作用。若交互作用显著，则单独对补剂差异（BCAA和PLA）进行独立样本t检验，补充时机（前补/后补）进行配对样本t检验。本研究以P＜0.05为数据之间存在显著性差异，P＜0.01为数据之间存在非常显著性差异。

3 研究结果

3.1 补充时机对大强度离心运动后DOMS的影响

在运动后第1天和第2天，BCAA+GLU（后）组VAS评分均显著性低于PLA组。此外，运动后第1天的VAS评分，运动后补充BCAA+GLU显著低于运动前补充（表1）。

表1 不同BCAA＋GLU补充时机对一次性大强度离心运动后VAS评分的影响Table 1 The Changes of VAS Score after Acute Eccentric Exercise in Different BCAA+GLU Supplement Timing （M±SD）

3.2 补充时机对大强度离心运动后CK、CRP及IL-6的影响

在运动后第1天，BCAA+GLU组CK水平显著性低于PLA组，但运动前补充BCAA+GLU与运动后补充差异不明显。在运动后第2天，BCAA+GLU（前）组CK水平显著性低于PLA组（表2）。

表2 不同BCAA＋GLU补充时机对一次性大强度离心运动后CK的影响Table 2 The Changes of Serum CK Activity after Acute Eccentric Exercise in Different BCAA+GLU Supplement Timing （U/L）

在运动后第1天，BCAA+GLU组CRP水平均低于PLA组，且运动后补充明显低于运动前补充组。在运动后第2天，BCAA+GLU（后）组CRP水平均低于PLA组（表3）。

表3 不同BCAA＋GLU补充时机对一次性大强度离心运动后CRP的影响Table 3 The Changes of Serum CRP Levels after Acute Eccentric Exercise in Different BCAA+GLU Supplement Timing （mg/L）

在运动后第1天，IL-6水平BCAA+GLU组均低于PLA组， BCAA+GLU（后）组明显低于BCAA+GLU（前）组（表4）。

表4 不同BCAA＋GLU补充时机对一次性大强度离心运动后IL-6的影响Table 4 The Changes of Serum IL-6 Levels after Acute Eccentric Exercise in Different BCAA+GLU Supplement Timing （pg/ml）

3.3 补充时机对大强度离心运动后尿液3MH的影响

尿液3MH水平在运动后次日晨，BCAA+GLU（后）组与PLA组相比明显降低，且明显低于BCAA+GLU（前）组（表5）。

表5 不同BCAA＋GLU补充时机对一次性大强度离心运动后 3MH的影响Table 5 The Effect of BCAA+GLU Supplement Timing on Values in 3MH after an Acute Eccentric Exercise （umol/L）

4 分析与讨论

4.1 离心运动引起DOMS及相关指标变化

离心运动会导致骨骼肌纤维受损，其特征是强度下降，炎症发生，肌肉特异性蛋白质（如CK）的血液水平升高，以及之后的几天内发生肌肉酸痛，这种现象被称为延迟性肌肉酸痛（DOMS）（Lau et al.，2015）。视觉模拟量表（VAS）被认为是评估肌肉损伤最实用的工具（Bajaj et al.，2001 ；Boonstra et al.，2008 ；Zainuddin et al.，2005），用其评估参与者在不同状态时所感知的肌肉酸痛程度，并提示其他肌肉结构，如结缔组织发生损伤和炎症（Lau et al.，2015 ；Pumpa et al.，2014）。此外，肌肉蛋白质或酶物质（如CK）向血流中的渗漏也被广泛用作肌肉损伤的间接标志物，反映运动诱发的肌细胞膜通透性增加（Deli et al.，2017）。在本研究中，一次性大强度离心运动后24 h受试者VAS评分出现明显增加，同时伴随血清CK水平的增加，提示出现DOMS。VAS评分在运动后第2天最为明显，但CK水平在运动后第1天最高。

离心运动引起的肌纤维损伤是双相过程，在运动机械应激导致的原发性反应后还伴随着继发反应，即持续数小时或数天的炎症反应（Del Giudice et al.，2018）。抗阻运动后肌肉的炎症会具体表现为轻微肿胀和CRP、IL-6等炎性因子含量升高（Lau et al.，2015）。DOMS引起的炎症反应发生在两个主要阶段。在急性期，中性粒细胞和吞噬巨噬细胞都可释放活性氧和氮物质，并通过吞噬作用去除碎片（Pumpa et al.，2014 ； Ra et al.，2013）。此外，来自受损肌肉的活性氧和氮物质的细胞因子和副产物被释放到血液中，导致低级全身炎症和氧化应激，提高血液CRP水平，并改变谷胱甘肽氧化还原状态。总之，促炎和促氧化过程可以诱导受损组织的继发性损伤，延长随后的慢性炎症阶段的修复和再生过程，其特征在于肌肉力量的恢复和炎症的消退（Pumpa et al.，2014）。继发炎性反应导致蛋白质摄取增多而用于供能和/或负责细胞信号转导和后续肌肉重构的途径。

CRP是一种重要的先天免疫系统分子，是诸如组织损伤等炎性刺激时生成的急性期蛋白。细胞因子IL-6亦是急性期反应的重要因素之一，通常被视为与炎性和免疫反应相关的信使分子。有研究发现，肌肉损伤程度和CRP 存在强相关。例如，肌肉微细结构损伤而产生炎症，CRP会在数小时后开始升高，约24～48 h后达到峰值，并随炎症的消除逐渐下降（Xia et al.，2017）。有研究报道了离心运动后IL-6和CRP的变化的时间特征，但结论不一致。例如，Miles等（2007）发现血浆IL-6在离心运动后约8 h达到峰值，并在运动后24～120 h与基线没有显著差异，而CRP在运动后24～120 h相对于基线没有显著变化。这些发现表明，肘屈肌的离心运动在约8 h时诱导血浆IL-6的少量增加，其在运动后24 h返回基线。本研究采用的离心运动方式，引起CRP和IL-6的增高出现在运动后24 h左右，48 h时已恢复到正常水平。

4.2 BCAA联合GLU补充对DOMS的改善作用

据已有研究结果显示，在其他关于以BCAA为核心补剂的研究中，对照组的安慰剂大多使用甜味剂（Jackman et al.，2017；Shimomura et al.，2009；Shimomura et al.，2010），但对于旨在观察BCAA与GLU联合补充效果的研究中，通常选择以糖或完全空白作为对照组（Ferreira et al.，2014；Kephart et al.，2016）。本研究设计旨在观察BCAA联合GLU的效果，因此，选择热量相同的碳水化合物为对照。在本研究中，BCAA联合GLU补充（无论是运动前还是运动后）降低了VAS评分，缓解了血清CK的升高，且在运动后24 h使CRP和IL-6明显降低，说明，BCAA联合GLU补充对改善DOMS有明显的作用。

骨骼肌中的BCAA分解代谢受支链α-酮酸脱氢酶（BCKDH）复合物的调节，该步骤位于BCAA分解代谢途径的第2步。BCKDH复合物的活性受磷酸化/去磷酸化循环的调节。在正常和静止条件下，几乎所有骨骼肌中的BCKDH复合物都处于无活性/磷酸化状态，而运动激活肌肉BCKDH复合物，导致BCAA分解代谢增强。因此，骨骼肌运动会增加对BCAA的需求，补充BCAA可能有助于改善训练适应。已有研究证实，在离心运动前/后补充营养补剂可以减轻氧化应激、炎症和肌肉酸痛，并在离心运动后改善力量恢复。BCAAs，尤其是亮氨酸，并通过刺激mRNA翻译调节蛋白质代谢，通过涉及哺乳动物雷帕霉素靶标的机制抑制自噬系统，进而抑制蛋白质降解。涉及蛋白酶体的其他蛋白质降解系统也可能受到膳食亮氨酸的影响，运动前/后补充BCAA可改善受损肌肉的恢复（Areces et al.，2015； Chen et al.，2016；Dudgeon et al.，2016；Ermolao et al.，2017；Falavigna et al.，2012； Foure et al.，2017）。有研究从不同的方面验证了这一假设：1）运动前口服BCAA补充剂（77 mg/kg体重）可减少运动肌肉必需氨基酸（Essential amino acid，EAA）的释放，在运动过程中抑制内源性肌肉蛋白质分解；2）口服BCAA（在运动前补充12 g/天或在运动前后共补充20 g，补充2周），降低了运动引起的血清CK活性升高； 3）在离心运动前后补充6 g必需氨基酸（40%BCAAs）和35 g碳水化合物，增加骨骼肌蛋白质合成，且在运动前服用补充剂效果更好（Jackman et al.，2017； Yoon，2016；Zhang et al.，2017；Zheng et al.，2016）。本研究中，运动前/后补充BCAA改善DOMS的结果与上述研究结果一致。

3MH是与肌肉分解代谢相关的经典且结论一致的评估指标。3MH是肌原纤维蛋白中发现的翻译后甲基化组氨酸，可以作为肌原纤维肌肉蛋白分解的标志物，因其不能进一步代谢，也不能用于肌肉蛋白合成代谢。有研究已将测量尿3MH作为全身肌原纤维蛋白分解的标记（Kerksick et al.，2017）。在本研究中，补充BCAA联合GLU降低了离心运动后24 h肌肉蛋白分解，且仅在运动后补充组出现显著性差异。由于BCAA中的亮氨酸可以通过涉及哺乳动物雷帕霉素靶标的机制抑制自噬系统来抑制蛋白质降解，结合该时间点DOMS水平的变化，可以推测运动后BCAA联合GLU补充可能通过降低蛋白质分解的途径，对改善DOMS起到了一定的作用。

4.3 BCAA联合GLU补充的时机选择

营养补充时机的选择可以优化训练效果已得到研究支持（Ivy et al.，2013；Kerksick et al.，2008；Kerksick et al.，2017）。支持运动前进行营养补充提高训练适应的观点，大多数基于Tipton及其同事的研究。该团队使用交叉研究方法和稳定同位素示踪剂，在抗阻训练之前或之后即刻补充碳水化合物（35 g蔗糖）和必需氨基酸（6 g），发现运动前即刻补充碳水化合物更能促进肌肉蛋白质的合成（Tipton et al.，2009）。也有研究证实，运动前50 min单次补充BCAA对疲劳恢复和运动损伤的恢复有积极作用。

运动后进行营养补充的观点，其研究多针对运动后的“合成代谢窗口期”开展（Kerksick et al.，2017）。换言之，在运动后窗口期内（一般是运动后即刻到运动后2 h）补充足量蛋白质是否能更加促进人体肌纤维蛋白的合成。有证据表明，运动后立即补充游离氨基酸和/或蛋白质（区别在于补剂的成分是否存在碳水化合物）相比于运动后单独补充碳水化合物或相同热量安慰剂，更能促进肌肉蛋白质合成（Muscle protein synthesis，MPS）。

但也有学者对运动后是否存在窗口期提出质疑。运动后碳水化合物和蛋白质联合摄取的重要性最近受到了挑战，特别是当提供足够的蛋白质时。假设主要基于预先假定训练是在禁食状态下进行的。在禁食运动期间，伴随肌肉蛋白质分解的增加导致运动前的净负氨基酸平衡在运动后持续存在，尽管训练诱导肌肉蛋白质合成增加。因此，在隔夜禁食后进行阻力训练的情况下，为了促进肌肉蛋白质合成和减少蛋白质水解，提供即时营养干预-理想地以（蛋白质和碳水化合物的组合形式）是有意义的。

在实践中，并不是每个人都要参加禁食训练，对于那些具有增加肌肉体积和/或力量的主要目标的人来说，通常在运动之前的1～2 h内协同努力消耗摄入运动前的膳食以试图最大化训练表现。根据其量和组成，这种膳食可在运动前和运动后立即起作用，因为其消化/吸收的时间过程可以持续到恢复期。Tipton等（2009）观察到，运动前立即服用相对较小剂量的EAA（6 g）能使血液和肌肉氨基酸水平提高约130%，并且这些水平在运动后持续升高2 h。另外，运动前立即摄取的20 g乳清蛋白使运动前肌肉摄取的氨基酸增加到运动前静息水平的4.4倍，并且直到运动后3 h才恢复到基线水平。这些数据表明，即使是在运动前进行小剂量到中等剂量的EAA或高质量蛋白质补充，其维持氨基酸的效果也可以持续到运动后期。

在本研究中，运动前BCAA联合GLU补充与运动后补充相比，VAS评分、离心运动后24 h CRP和IL-6反应、蛋白质分解代谢的标志物3MH均表现为运动后补充组效果更显著。造成此结果的原因可能是受试者在进食后2 h左右开始运动，而并非是完全禁食状态，运动前的早餐一定程度上提供了部分蛋白质、氨基酸和碳水化合物，运动前补充的时间并未达到3 h使氨基酸在血液中重新敏化的阶段，因此，使得运动前补充的效果叠加在其中而变得不明显。本研究认为，在不完全禁食的前提下，为达到更好的肌肉恢复效果，推荐选择运动后BCAA联合GLU补充。