蛋白质饮食对骨健康影响的研究进展

李春竹,邢川综述 何冰审校

骨是一种复合组织，由矿物质、有机基质、水和细胞组成。骨骼经历不断的分解和合成，这个过程被称为建模和重构 。蛋白质占骨骼体积的50%，约占其质量的1/3，它提供骨的结构基质，而钙是该基质中的主要矿物质，胶原蛋白和各种非胶原蛋白构成骨骼的有机基质，因此，充足的饮食蛋白质摄入量对成人骨量的最佳获取和维持是必不可少的。蛋白质可以通过其氨基酸含量影响骨矿物质代谢，通过提高胰岛素和胰岛素样生长因子(IGF-1)等合成代谢激素、抑制甲状旁腺激素合成对骨量产生影响[1-2]。组成蛋白质的生糖氨基酸(特别是丙氨酸和谷氨酰胺)能增加胰岛素分泌，而血浆葡萄糖无任何显著变化[3]。芳香氨基酸可最有效地刺激IGF-1的分泌，而支链氨基酸则相反[4]。IGF-1对骨生长有不同的作用，包括促进骨骺生长板中的软骨细胞增殖和分化，参与成骨细胞增殖、分化和矿化，骨小梁和皮质骨形成和胶原合成等。IGF-1水平降低可导致肠道中钙和磷吸收减少。氨基酸亚型的不同作用可能导致蛋白质摄入量的不同，这种蛋白质摄入量因蛋白质来源而异[5]。此外，蛋白质摄取也会增加生长激素的释放，而这些激素对骨骼有合成代谢作用。在中年人中，饮食蛋白质可能是决定循环IGF-1水平的一个因素，进一步了解蛋白质如何改变骨代谢的机制，延缓衰老导致的骨丢失非常重要[6-7]。

1 蛋白质对BMD、BMC的影响

用双能X射线吸收法(DXA)测量的骨密度(BMD)和骨矿含量(BMC)被认为是骨质疏松性骨折的主要决定因素，通过饮食蛋白质预防骨折、骨质疏松来改善患者活动能力并提高其生活质量至关重要[5]。然而，世卫组织(WHO)强调，使用DXA法生成的面骨密度(aBMD)仅反映骨强度的60%～70%，需要在骨强度外考虑体积骨密度(vBMD)、骨几何形状和骨结构。体型较大、骨骼较大或较厚的肥胖者通常具有较高的aBMD，而较瘦的人往往表现出较低的aBMD。因此体质量是BMD的重要决定因素，体质量较高的个体具有较高的BMD和较低的骨折风险[8]。有研究显示，高总蛋白质摄入量可能损害BMI<30 kg/m2的妇女骨骼健康，但与BMI>30 kg/m2的妇女无关[9]。Huang等[10]发现饮食限制会导致aBMD减小，骨矿物质积累减少，说明过度限制饮食可能导致骨量受损。

1.1 蛋白质种类与摄入量对BMD、BMC的影响 各国膳食蛋白质推荐值略有不同。我国蛋白质推荐摄入量 (recommended nutrient intake，RNI)男性为65 g/d，女性55 g/d。RNI被广泛认为是蛋白质摄入的最适参考量。而饮食蛋白质种类及摄入量对BMD和BMC的影响是有争议的。一项横断面研究显示，高乳蛋白摄入量与老年男性较高的桡骨远端和胫骨远端的估计骨折负荷相关，较高的动物蛋白摄入(不含乳制品)仅在桡骨远端与骨折负荷相关。植物蛋白质摄入量与任何部位的骨折负荷无关[11]。Singhal 等[12]未证明较高的蛋白质摄入量对早产儿的长期生长或骨骼健康的作用。Mejía 等[13]则观察到植物蛋白可以促进儿童骨发育。Kouvelioti等[14]发现乳制品有利于骨骼结构和发育，不影响儿童和青少年的骨骼成分或体型。Hu等[15]研究得出高蛋白替代脂肪的饮食方式与中老年男性和女性的腰椎BMD无关，而较高的植物蛋白摄入量可能对中年非西班牙裔白人妇女的骨骼有益。Perna等[16]虽然观察到在西方饮食中，肉类(鱼肉除外)饮食习惯对骨骼有负面影响，但从鱼或肉中摄取的蛋白质对骨骼无害。 一项荟萃分析发现[17]，人群的蛋白质摄入量在0.8～1.3 g·kg-1·d-1内与健康成年人的BMD无关。Kerstetter等[18]的一项随机双盲安慰剂对照试验表明，乳清蛋白补充剂不会影响骨骼健康或肾功能。另一项对186例超重和肥胖受试者进行的36周运动和饮食干预研究发现，高达60 g的额外乳清蛋白补充不会对BMC产生负面影响[19]。Shams-White等[20]的荟萃分析证据表明，较高的蛋白质摄入量可能对腰椎的BMD有保护作用，但对全髋、股骨颈或全身BMD、骨生物标志物无影响。Li等[21]则观察到蛋白质摄入量与全髋的BMD呈正相关。Beasley[22]等发现，较高的蛋白质摄入量与总体及髋部、脊柱部位较高的基线BMD均显著相关。摄入更多蛋白质的女性也更有可能长期保持BMD。蛋白质对BMD的影响可能与观察对象的性别有关，Sahni等[23]观察到女性蛋白质摄入量与股骨颈、大转子和腰椎的BMD呈正相关，但在男性的任何骨骼部位均未发现明显的相关性。

1.2 不同饮食模式对BMD和BMC的影响 Movassagh等[24]分析青少年饮食模式与青少年或成人BMD和BMC的关系时发现，以深绿色蔬菜、鸡蛋、非精制谷物、100%果汁、豆类/坚果/种子、添加脂肪、水果和低脂牛奶的“素食型”为饮食模式的青少年，其全身、股骨颈和腰椎的BMC和aBMD呈上升趋势，而坚持高脂肪牛奶、番茄、红肉和豆类、坚果和种子的“高脂、高蛋白”的饮食模式对骨骼健康不利。Shin[25]等纳入韩国健康双胞胎队列中的1 828例作为受试者，研究4种饮食模式(米饭和泡菜；鸡蛋、肉和面粉；水果、牛奶和全谷物；快餐和苏打)与BMD之间的关联，结果证明，“水果、牛奶和全谷物”模式可能对成年人的骨骼健康有积极作用。青春期大量食用低脂乳制品、全谷物和蔬菜对骨骼发育有益[26]。

1.3 蛋白质联合体力活动对BMD和BMC的影响 生长周期结束时达到的骨量和强度，简称“峰值骨量(peak bone mass，PBM)”，是晚年脆性骨折风险的重要决定因素。目前认为PBM增加1.0标准差将降低50%的脆性断裂风险。一般认为在整个生命周期中有3个不同的骨骼发育阶段：(1)骨积累(出生到大约30岁)；(2)相对骨骼稳定性(30～45岁)；(3)骨丢失(大约>45岁)。其中大约90%的骨量是在20岁之前获得的。阶段(1)和(3)是维持骨骼健康的关键点，在青春期前到青春期中后期增加蛋白质摄入对骨健康产生积极影响[27-28]，增加骨积累，降低骨损失，对于防止骨质疏松至关重要。而体力活动被认为是整个生命周期中骨积累和维持的基本决定因素[29-30]。一项对6.5～8.5岁健康男性长达8年的队列研究显示，高蛋白饮食可增强股骨近端和胫骨远端的承重能力。在蛋白质摄入量较高的受试者中，联合体力活动可增强骨的合成代谢作用。高蛋白摄入和体力活动对BMC的影响可能持续存在[27]。

Isanejad等[9]还发现每日总蛋白质(total protein，TP)摄入和动物蛋白(animal protein，AP)摄入与股骨颈的BMD和BMC呈负相关。每千克体质量摄入TP≥1.2 g的女性股骨颈、腰椎的BMD和BMC较低。在随访分析中，TP摄入与腰椎的BMD和股骨颈的BMC变化呈负相关。然而在有体力活动的女性中，则显示出正相关。一般来说，男性的BMD高于女性，女性BMD随年龄增长下降速率也略高，特别是在绝经后早期[31]。个体若在儿童和青少年时期产生足够高的PBM，正常的骨丢失速率往往不会出现严重的临床问题。

2 蛋白质、肌肉与骨的关系

人类骨骼肌蛋白质周转包括刺激肌肉蛋白质合成(muscle protein synthesis，MPS)和肌肉蛋白质分解的过程[32]。一方面，当蛋白质合成速率超过蛋白质分解时，就会发生肌肉肥大，这可能是由膳食蛋白质摄入引起的高氨基酸血症所致；另一方面，蛋白质摄入量不足使蛋白质合成速率降低，导致净蛋白质分解和肌肉分解代谢增加[32]，最终骨骼肌萎缩，肌肉功能下降。

许多研究表明，与年轻人相比，健康老年人对膳食氨基酸的利用功能减弱或受损。这种合成代谢不足需要通过更高水平的蛋白质/氨基酸摄入来弥补。最近研究表明，25～30 g蛋白质可达到老年人MPS最大刺激阈值[33]。从20～90岁，MPS随着年龄的增长以每10年3.5%的速度下降。低蛋白质饮食可能加速肌肉组织的丢失。陈艳秋等[34]发现，全天蛋白质摄入量均匀分布(≥30 g/餐),可能对增加或保持骨骼肌量有一定作用;且每日2餐、每餐30～35 g的膳食蛋白质摄入量,可能是增加和维持老年人骨骼肌量的一项有利措施。Genaro等[35]发现，蛋白质摄入量不足可能减少老年人的骨骼肌量和BMC。骨骼的形态和密度取决于肌肉收缩施加在骨骼上的力。较高水平的蛋白质摄入量会增加老年人的肌力，间接影响骨骼强度。Bauer等[36]则认为，老年人应摄取蛋白质1.0～1.2 g·kg-1·d-1。老年人每日蛋白质和氨基酸摄入量的合成代谢阈值高于年轻人，每餐应补充25～30 g(含2.5～2.8 g亮氨酸)的蛋白质。还有研究表明，在65岁以上的人群中，较高的饮食蛋白质(1.25 g·kg-1·d-1)伴随较高的亮氨酸摄入量(7.1 g/d)与更高的肌肉保持量有关[37]。研究报道，瘦体质量(lean body weigh,LM)越高，对BMD越有益。而低蛋白质摄入量可导致老年人LM下降[38]。总体而言，增加饮食蛋白质摄入量对于保持肌肉质量和功能非常重要。

3 蛋白质、酸与骨的关系

高磷、高蛋白质和高硫氨基酸的饮食可能导致低度代谢性酸中毒，从而增加饮食的酸性负荷[39]。在西方，饮食中酸负荷主要由肉、鱼、牛奶和奶制品，以及鸡蛋等产生，其次是谷物。相反，产碱饮食以相对较高的水果和蔬菜摄入量为特征，含有丰富的有机阴离子盐。其代谢物可以逆转亚临床酸中毒，并可能减少骨转换。然而，酸碱平衡对骨骼影响的假说在理论和实验基础上受到了质疑，因为对于慢性肾脏疾病患者，高蛋白饮食可能与个体肾结石形成的风险增加有关[40]。Mangano等[41]在横断面研究中也观察到，只有在钙摄入量低(低于800 mg/d)的男性中饮食酸负荷和股骨近端BMD之间呈负相关，说明高蛋白饮食在充足的钙摄入条件下不会降低BMD。

4 蛋白质和钙的交互作用对骨的影响

最近的一项对90例绝经前妇女(年龄19～45岁)随机对照试验表明[42]，在减肥期间(骨丢失的一个危险因素)，摄入更多的乳制品、钙和蛋白质对骨生物标志物具有保护作用。对于绝经后妇女而言，通过在饮食中加入乳制品，每天摄入超过1 200 mg的钙对BMD具有积极的影响，钙缺乏普遍存在于BMD低的人群中[43]。BMD与膳食蛋白质摄入量之间的正相关性似乎取决于膳食钙的充足供应[44]，当钙摄入量充足时，增加膳食蛋白质摄入量可能不仅维持肌肉质量，而且还支持骨骼健康[10]。

5 蛋白质对骨折的影响

Drevet等[45]研究发现，在社区居民家庭中蛋白质能量营养不良(protein energy malnutrition，PEM)与跌倒和骨折有关， Langsetmo等[46]也发现，对于50岁以上的成年人，低蛋白质摄入量(低于15%总体能量摄入)可能导致骨折风险增加。蛋白质来源是BMD的决定因素，但不是骨折风险。但均未指出蛋白质对不同骨折部位的影响。Langsetmo等[47]在随后的队列研究中观察到，饮食蛋白质是骨折的潜在危险因素。蛋白质与骨折的相关性因骨折部位而异；TP与髋部骨折风险降低相关，但与临床脊柱骨折无关。总之，蛋白质摄入量高(特别是动物蛋白摄入量高)的人骨折风险降低。事实上，超过75岁的老年人中有1%会发生髋部骨折。几乎30%的髋部骨折发生在男性；髋部骨折后丧失一般劳动力的概率和病死率在男性人群中也更高[48]。Isanejad等[49]也发现，根据北欧营养建议(2012年)提出的老年人蛋白质摄入量标准，每公斤体质量蛋白质摄入量≥1.1 g(动物蛋白质摄入为主)可能有利于预防老年妇女骨折的发生，另有研究显示，增加饮食中TP摄入量可能降低髋部骨折的风险，并与蛋白质种类无关[15]。

Groenendijk等[50]也建议，为降低髋部骨折的风险，65岁以上老年人TP摄入量需超过推荐膳食摄入量(RDA)0.8 g/kg。然而， Beasley等[22]用生物标记物校正饮食蛋白质后并未发现较高的蛋白质摄入量与髋部骨折风险降低有关，但得出较高的蛋白质摄入量与前臂骨折风险降低7%相关。

6 小 结

饮食蛋白质是骨骼健康的关键营养素，充足的营养在骨结构的发展和维持中起着重要的作用。目前膳食指南建议蛋白质应占总热量的10%～35%，而蛋白质最佳摄入量在骨骼健康中的作用尚不清楚，也可能取决于其他因素。蛋白质摄入量与骨骼健康关系的研究结论不一致，可能和不同的研究设计，包括随访时间，饮食的主要蛋白质来源，钙含量，生活方式因素，不同测量方法及不同性别、年龄、健康状况的研究对象有关[5]。未来应加大对各年龄段人群的蛋白质摄入情况与骨健康的研究，深入探讨蛋白质对骨代谢的机制，明确不同人群不同蛋白质来源的最佳摄入量从而制定最佳的饮食模式[7，21],加强骨健康的管理，降低骨质疏松风险，预防骨折发生。