抗阻訓練及蛋白攝入對老年肌肉蛋白代謝的影響

戴瑞磊 (濟寧學院體育系，山東 曲阜 273155)

近年來，在運動科學領域關(guān)于抗阻訓練以及抗阻訓練結(jié)合蛋白補充對老年肌肉蛋白質(zhì)代謝乃至對肌肉丟失影響的研究取得了一定進展。

1 肌肉丟失與老年肌肉蛋白質(zhì)代謝

肌肉是人體最先開始衰老的器官，一般人從40歲開始，肌肉質(zhì)量和肌纖維數(shù)量隨增齡出現(xiàn)下降，學者們將此現(xiàn)象稱為肌肉丟失〔1〕。研究表明，一般人從40～50歲開始肌肉丟失，而肌肉丟失每年的進展率為0.6%〔2〕。雖然肌肉丟失是衰老過程中的自然規(guī)律，但其出現(xiàn)的個體差異十分明顯，這種差異表現(xiàn)為:肌肉丟失開始的年齡、肌肉丟失率。研究普遍認為，個體的肌肉儲備(年輕時的肌肉量)決定著肌肉丟失率和肌肉丟失對肌肉功能的影響〔3〕。

老年人肌肉丟失的原因通常認為有三:①老年人飲食的改變，這包括飲食的總量和飲食結(jié)構(gòu)的改變;②肌肉蛋白合成的減少，蛋白分解增加;③老年人運動活動的減少。老年人消化吸收能力的減弱，飲食總量的減少似乎是普遍規(guī)律，而老年人蛋白攝入量不足則是直接影響老年肌肉蛋白合成減少的原因。關(guān)于老年人蛋白攝入不足的研究結(jié)果大多來自西方發(fā)達國家的調(diào)查〔4〕，而西方人飲食結(jié)構(gòu)中肉食和其他高蛋白食物的比例遠比發(fā)展中國家的人高，可以推想，老年人蛋白攝入不足可能是非常普遍的現(xiàn)象。老年肌肉蛋白合成的減少可能與飲食的改變有關(guān)，但飲食改變不是老年人肌肉蛋白減少的唯一原因，因為在許多研究中發(fā)現(xiàn)，老年人肌肉蛋白合成減少與蛋白分解增加同時存在〔5〕。對一組65歲老年人的研究發(fā)現(xiàn)〔6〕，與正常年輕人相比，他們的局部肌肉蛋白合成減少了20% ～30%，而蛋白水解標志物Surrogate卻增加了50%〔5〕。因此說老年人肌肉丟失是由于肌肉蛋白合成的減少、肌肉蛋白分解代謝的增加，或者是兩種效應的疊加導致了肌肉蛋白合成的負平衡。老年人運動活動的減少也是肌肉丟失重要的原因之一，缺乏運動可導致肌纖維橫斷面積減小或(和)肌纖維數(shù)量減少。有研究在50～80歲的人群中觀察到肌原纖維的廢止率為0.5%～1.5%/年〔7〕。眾多的調(diào)查顯示，肌肉失用是引起蛋白平衡遭到破壞的主要原因，因為一些堅持勞動或運動鍛煉的人，肌肉相對量較運動少的普通老年人多，肌肉丟失率較小。而被調(diào)查對象的飲食狀況沒有明顯的差別〔8〕。

2 蛋白補充對老年肌肉蛋白質(zhì)代謝的影響

2.1 肌肉蛋白質(zhì)代謝與老年人合成代謝抵抗 動物實驗證明〔9〕，老齡鼠在利用氨基酸合成肌肉蛋白方面的能力明顯降低，從而使得隨年齡增長機體對蛋白的需求量在逐漸增加。人體實驗也得到了同樣的結(jié)果〔10〕。因此，蛋白補充成為抑制肌肉丟失和維持肌肉蛋白平衡的重要干預措施。大量研究證明，有兩種干預措施能夠最有效地刺激肌肉蛋白合成代謝，即運動和蛋白攝入。老年人和年輕人相比，肌肉蛋白的分解代謝是相同的，但在以上兩種刺激下，老年人的合成代謝水平低于年輕人。Katsanos等〔11〕證明，在空腹狀態(tài)下，老年人與年輕人肌肉蛋白合成率沒有明顯差別，而在給予合成蛋白口服劑時，老年人對于該刺激的反應低于年輕人，這被稱為“合成代謝抵抗”。該項研究認為，合成代謝抵抗的原因有二:一是老年人肌肉活動的減少;二是老年人肌肉處理炎癥能力的降低。因為急性或慢性肌肉炎癥及與增齡相關(guān)的炎性反應都會影響肌肉對合成代謝的敏感性。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠低水平的炎性反應損害了肌肉蛋白合成對喂食的反應〔12〕。關(guān)于合成代謝抵抗的概念，學術(shù)界有一些爭論，Burd等〔13〕列舉了11項研究材料證明，老年人肌肉對蛋白攝入的敏感性降低完全是由于肌肉活動的減少，當老年人從事適當運動后這種“抵抗”便驟然消失，因此并不存在什么“合成代謝抵抗”，而僅存在由于運動缺乏而導致的肌肉合成代謝敏感性銳減的現(xiàn)象而已，它并沒有特殊的生理/病理機制。無論是否存在“合成代謝抵抗”，老年人肌肉合成代謝敏感性差卻是事實，如何沖破這種“抵抗”才是學者們更加有意義的努力方向。老年人肌肉合成代謝對蛋白攝入敏感性降低是由于老年人內(nèi)臟吸收了較年輕人更多的氨基酸所致〔14〕?？诜被嶂?，老年人內(nèi)臟吸收氨基酸較多，而肌肉得到的就較少，然而在數(shù)小時內(nèi)多次服用氨基酸仍能保持肌肉蛋白合成作用的飽和。然而Volpi等〔15〕采用氨基酸+葡萄糖注射的方法來繞過內(nèi)臟吸收，結(jié)果發(fā)現(xiàn)年輕人肌肉蛋白合成增加，而老年人則沒有明顯變化?？梢?，老年人肌肉合成代謝抵抗存在與否以及其機制仍然有待深入研究。

2.2 影響老年人肌肉合成代謝的細胞機制 人體研究發(fā)現(xiàn)〔16〕，在肌肉蛋白合成與幾種免疫激活標志物的循環(huán)濃度存在密切關(guān)系，細胞因子，特別是腫瘤壞死因子(TNF)-α可能會通過鈍化蛋白磷酸化在哺乳動物雷帕酶素靶蛋白(Mtor)的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導通路來損害肌肉蛋白合成。動物實驗表明〔17〕，TNF-α這個最重要的誘導因素在肌肉蛋白合成代謝變化中起著重要作用。與雷帕酶素靶蛋白(mTOR)通路相關(guān)的信號蛋白被證明對氨基酸十分敏感，因此，老年人肌肉對合成代謝刺激的敏感性降低，可能與mTOR通路中氨基酸刺激下的蛋白質(zhì)磷酸化過程被鈍化有關(guān)。老年人肌細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導對于氨基酸的敏感性不如年輕人。

近年來關(guān)于MG29蛋白的研究報道越來越多，MG29是位于肌質(zhì)網(wǎng)膜上的一種蛋白，它在肌細胞神經(jīng)信號傳導方面起著類似“開關(guān)”的作用，因此它是一種決定肌肉功能的重要功能蛋白。在衰老和疾病狀態(tài)下，肌細胞MG29蛋白的基因表達出現(xiàn)明顯下降，并且它與肌肉丟失存在密切關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，抗阻訓練〔18〕和蛋白補充〔19〕都可以有效提高老齡大鼠肌細胞MG29蛋白的基因表達，并同時伴有肌纖維橫斷面積增粗。說明，衰老肌肉中的蛋白質(zhì)代謝不僅涉及肌肉的結(jié)構(gòu)蛋白，而且也涉及某些重要的功能蛋白。許多干預措施，如抗阻訓練、飲食蛋白補充等，不僅對結(jié)構(gòu)蛋白有明顯的影響，同樣也對功能蛋白產(chǎn)生著重要的影響。

2.3 蛋白攝入干預對老年人肌肉蛋白合成代謝的影響 攝入蛋白的劑量、種類等可以通過影響血液晶氨酸(EAA)的濃度和時間來影響肌肉蛋白合成，這其中蛋白的質(zhì)量是很重要的。對于年輕人來說，抗阻訓練后補充5～10 g雞蛋對于補充肌肉蛋白合成率的提高就足夠了，而20 g則可以達到飽和〔20〕。另有研究表明〔12〕，這種補充中，乳清蛋白比酪蛋白和大豆蛋白更能刺激引起肌肉蛋白的合成(訓練后0～3 h)，而且在訓練后3～5 h仍能保持合成效率的高水平。乳清蛋白的支撐合成代謝的屬性很可能與較快的消化動力學和氨基酸循環(huán)有關(guān)。支鏈氨基酸亮氨酸可能在調(diào)解肌肉蛋白合成中起到新陳代謝調(diào)節(jié)作用，而這是通過激活mTOR通道而實現(xiàn)的。乳清蛋白在刺激肌肉蛋白合成方面的能力要比大豆蛋白強，這不僅是因為吸收動力學的原因，而且是因為大豆蛋白較乳清蛋白中的亮氨酸含量少的緣故。

Welle等〔21〕的研究發(fā)現(xiàn)，給予年輕被試低蛋白(占總能量的7%)、中等蛋白(14%)和高蛋白(28%)飲食，對刺激肌肉蛋白合成的效果是基本相同的。Katsanos等〔11〕研究則是給年輕被試飲用EAA補劑10 g就足以刺激肌纖維蛋白合成達到高水平，對老年人則需要20 g補劑可以刺激肌肉蛋白合成高于平常水平，但過多的EAA或蛋白質(zhì)則很難被肌肉吸收。說明老年人需要更多的蛋白攝入以維持肌肉蛋白代謝水平，但過多的蛋白攝入則會成為負擔?；诒姸嘌芯康贸龅南嗨频慕Y(jié)論，Katsanos等〔18〕提出了亮氨酸閾的概念，即在給年輕人和老年人補充富含亮氨酸的蛋白補劑時(如乳清蛋白)，年輕人補充10 g就可以使其肌肉蛋白合成水平迅速提高，而老年人則需要補充到20 g時才能迅速提高。也就是說，當?shù)鞍籽a充沖破某一閾限時，肌肉蛋白合成才能產(chǎn)生較大的反應。而在補充到30 g時，年輕人和老年人肌肉蛋白合成水平均進入平臺期(基本相當于安靜時的120%)，不再增長。亮氨酸閾值不是一個絕對值，只是對于年輕人來說具有較低的亮氨酸刺激反應，而對老年人則敏感性較差，這個閾值偏高。亮氨酸閾概念的提出是基于近來許多研究所觀察到的結(jié)果，最引人注目的是，亮氨酸的攝入或靜脈注射導致了mTOR通路上的一個重要蛋白的磷酸化。年輕人對于攝入亮氨酸的反應十分敏感，攝入1 g亮氨酸即可導致肌肉蛋白合成水平高于平常。老年人則對亮氨酸合成代謝反應較遲鈍，在20 g乳清蛋白中加入4 g亮氨酸可引起肌肉合成代謝高于平常老年人需要亮氨酸含量高的蛋白質(zhì)來促進肌肉蛋白合成。研究表明〔22〕，較多的亮氨酸循環(huán)濃度(血液)比較高的酪氨酸濃度更能有效地促進肌肉蛋白合成。峰值亮氨酸濃度與肌肉蛋白合成呈正比。盡管亮氨酸攝入可以急劇提高肌肉合成代謝的水平，但長期補充亮氨酸對肌肉質(zhì)量的影響效果還不知道，這方面的研究還未見到，然而有研究證明了攝入富含亮氨酸的氨基酸使得老年人肌肉質(zhì)量、肌肉功能得到明顯增強。另有研究則報道〔23〕，長期補充亮氨酸(每天7.5 g)對老年人肌肉力量和肌肉質(zhì)量沒有明顯的影響。

3 抗阻訓練對衰老肌肉蛋白質(zhì)代謝的影響

老年人肌肉丟失是普遍的自然規(guī)律，其直接原因就是肌肉蛋白合成代謝減弱而分解代謝增強。補充蛋白可以明顯增加肌肉蛋白合成代謝水平，但這種增加是暫時的，很多研究發(fā)現(xiàn)，在停止蛋白補充之后的短時間內(nèi)，無論老年人還是年輕人，其肌肉合成代謝水平就會恢復到平常水平。也就是說，進食引起的蛋白合成的增加是暫時的。因此，如何獲得肌肉蛋白合成水平的長期效應便成了人們追求的目標。

Yong〔24〕的研究發(fā)現(xiàn)，抗阻訓練+乳清蛋白(最少 10 g，其中5 g EAA)攝入提高了老年人肌原纖維的蛋白合成水平。同樣劑量攝入并未引起合成代謝反應。另有研究〔25〕報道，給老年人長達8個月的富含亮氨酸的乳清蛋白供食結(jié)合鍛煉，結(jié)果被試肌肉質(zhì)量和力量都有了明顯的增強。這表明，飲食與運動的協(xié)同效應可刺激肌肉蛋白合成效率的提高，蛋白平衡的“擺動”(蛋白合成，而后又消耗)有利于蛋白沉積，從而使肌肉肥大。

老年人亮氨酸閾較年輕人高，說明老年人肌肉對蛋白攝入刺激的反應能力較年輕人差。不僅如此，老年人在肌肉抗阻訓練后肌肉蛋白合成代謝的反應能力同樣低于年輕人。Abe等〔26〕發(fā)現(xiàn)，老年被試在抗阻訓練之后，蛋白合成水平的提高比年輕人延誤了3～6 h，而老年人肌肉鍛煉后合成代謝信號反應的減弱是短暫的，一定時間之后，他們肌肉合成代謝率的提高幅度可以達到年輕人的水平?？梢哉f，抗阻訓練可以促進老年人肌肉蛋白合成增加，使老年人肌肉體積增大。然而老年人的這種合成代謝反應比年輕人要明顯遲鈍。這其中的問題是，所有研究中，老年人從事抗阻訓練的負荷強度都較年輕人低，這可能是由于訓練安全性的考慮，但畢竟這種差別會導致研究結(jié)果的誤差。研究發(fā)現(xiàn)〔27〕，在阻斷工作肌群血流供應的情況下采用低強度(25%～50%1RM)抗阻訓練使肌肉力量增長達到了相當于高強度訓練的效果。老年被試經(jīng)過1 h的抗阻訓練(低強度+血流阻斷)，肌肉合成代謝較安靜時增加了57%，其分析原因在于這種訓練方法促使了mTOR信號轉(zhuǎn)導的磷酸化過程。之前的研究發(fā)現(xiàn)，低強度(40%1RM)半蹲訓練(每組重復10次，1 w3次，持續(xù)12 w)，能明顯改善老年人肌肉力量，但肌肉肥大未見明顯改善。而采用高強度(80%1RM)訓練，不僅增加了肌肉力量，而且使股四頭肌明顯增粗。

研究發(fā)現(xiàn)〔28〕，抗阻訓練結(jié)合蛋白質(zhì)補充可以有效地增強年輕人和老年人肌肉蛋白合成。研究證明，4.5 g EAA(相當于10 g乳清蛋白)補充結(jié)合抗阻訓練可以有效地提高年輕人肌肉蛋白合成代謝水平，通常在訓練后的1.5 h代謝達到高峰。而對老年人同樣可以促進肌肉蛋白合成代謝，但反應較年輕人遲鈍，通常訓練后3～5 h后達到高峰。Drummond等〔29〕的研究發(fā)現(xiàn)，在半蹲抗阻訓練中，給被試補充EAA，在訓練后5 h，老年被試和年輕被試所引起的肌肉合成代謝反應水平是相似的，而在訓練后的前3 h內(nèi)，年輕人的反應較老年被試明顯。證明，EAA補充結(jié)合抗阻訓練可以通過延遲的肌肉蛋白合成的刺激來削弱老年人合成代謝抵抗，之前的研究〔30〕報道，單純給被試補充乳清蛋白10 g可以明顯增加肌肉蛋白合成，而20 g則達到一個平臺期。Yong等〔24〕研究則發(fā)現(xiàn)，在抗阻訓練結(jié)合乳清蛋白補充試驗中，乳清蛋白補充可以采取階梯式增加的方式達到最大效果(從10 g、20 g，一直可增加到40 g)。在補充蛋白的時間方面，Esmarh等〔31〕的研究是在老年人被試從事12 w抗阻訓練中，每次訓練后立刻補充10 g乳清蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試肌纖維橫斷面積明顯增粗和等動肌力明顯增強，而訓練后2 h補充乳清蛋白的被試則效果不如即刻補充的明顯。關(guān)于補充蛋白的時間效果(訓練前或后)有很多研究，結(jié)果并不一致。近期的研究〔32〕發(fā)現(xiàn)對于年輕被試而言，訓練后24 h，無論高強度或低強度的抗阻訓練，肌肉都保持了對蛋白補充的敏感性，其證據(jù)是肌肉mTNA轉(zhuǎn)導信號和肌肉蛋白質(zhì)合成代謝都表現(xiàn)出了增強。

給老年被試補充8 w多不飽和脂肪酸(Omega-3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)促進了合成代謝蛋白的磷酸化，增強了mTOR的信號轉(zhuǎn)導，減弱了隨增齡出現(xiàn)的合成代謝抵抗〔33〕。其機制并不清楚，但研究者們一致認為Omega-3的抗炎癥反應的功能是主要原因，因為老年人隨年齡增長，肌肉炎癥反應在不斷增強。

4 總結(jié)

肌肉合成代謝與分解代謝的不平衡導致了肌肉丟失和肌肉功能衰退。蛋白攝入可以明顯促進肌肉蛋白合成代謝水平，但其效果是暫時的?？棺栌柧毥Y(jié)合蛋白補充可以使老年肌肉合成代謝處于較穩(wěn)定的增高水平。老年人與年輕人相比，肌肉對蛋白攝入和抗阻訓練的反應都較為遲鈍，但這兩種干預都可以使老年人肌肉合成代謝反應達到年輕人的水平，只是時間稍有延遲。理論上在不考慮老年人心、腦血管承受能力的情況下，高強度抗阻訓練比低強度抗阻訓練能夠更有效地促進老年人肌肉蛋白合成代謝水平。在蛋白補充方面，富含亮氨酸和EAA的蛋白質(zhì)能夠最有效地提高老年人和年輕人肌肉蛋白合成代謝水平。

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