亮氨酸聯(lián)合抗阻訓(xùn)練對骨骼肌退行性改變的干預(yù)研究

張建佩 劉蘭芳 鄧紅

(1.浙江體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江杭州 310012;2.安陽幼兒師范高等專科學(xué)校 河南安陽 456150;3.廣州體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東廣州 510650)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年底中國超過60周歲的老年人口，數(shù)目已達(dá)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?cè)丝诘?8.7%，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(jīng)增長了34%，表明我國老齡化進(jìn)程進(jìn)一步加快。衰老進(jìn)程往往從下肢開始，衰老性骨骼肌萎縮（Sarcopenia）是以漸進(jìn)性、周身性的骨骼肌質(zhì)量和力量的流失為基本特征的綜合癥，并伴有機(jī)體活動能力受限，生活質(zhì)量降低甚至死亡風(fēng)險增加等嚴(yán)重后果。Sarcopenia 可累及高達(dá)33.6%的老齡人群，其發(fā)生時，骨骼肌質(zhì)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(yǎng)補(bǔ)劑常被運(yùn)動健身人群用來增肌減脂，補(bǔ)充支鏈氨基酸，具有增進(jìn)骨骼肌蛋白質(zhì)的合成，減少蛋白質(zhì)的凈降解功能，令由運(yùn)動激發(fā)的過高線粒體脂質(zhì)過氧化物水平下降等功效。抗阻鍛煉結(jié)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(yù)防由衰老引起的骨骼肌質(zhì)量減少的癥狀。也有學(xué)者質(zhì)疑，運(yùn)動與營養(yǎng)聯(lián)合干預(yù)是否能夠相輔相成，協(xié)同促進(jìn)衰老性骨骼肌萎縮的改善，認(rèn)為過度訓(xùn)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(zhì)分解，以滿足運(yùn)動的能量需求。因此，老年群體的運(yùn)動與營養(yǎng)劑量干預(yù)，應(yīng)當(dāng)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(lián)合抗阻運(yùn)動對衰老大鼠骨骼肌退行性改變的干預(yù)效果，以探究一種或幾種可行的預(yù)防或改善衰老性骨骼肌萎縮的運(yùn)動營養(yǎng)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(lián)合抗阻訓(xùn)練對骨骼肌退行性改變的干預(yù)為研究對象，調(diào)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(yīng)性喂養(yǎng)至15月齡成自然衰老大鼠模型后，隨機(jī)分為對照組（C），遞增負(fù)荷抗阻訓(xùn)練組（R），中劑量亮氨酸補(bǔ)充組（M），高劑量亮氨酸補(bǔ)充組（H），中劑量+遞增負(fù)荷抗阻訓(xùn)練組（MR）和高劑量+遞增負(fù)荷抗阻訓(xùn)練組（HR）6 組，每組6 只。動物房環(huán)境溫度控制在23℃±2℃，相對濕度60%，室內(nèi)照明保證12h/12h晝夜節(jié)律光照，保持飼養(yǎng)環(huán)境衛(wèi)生。

1.2 干預(yù)方式

該研究采用營養(yǎng)及運(yùn)動雙因素干預(yù)方式，干預(yù)期為12周。

對照組采用普通飼料喂養(yǎng)，中、高劑量組是在普食同配比的基礎(chǔ)上添加了亮氨酸，其濃度分別是3%和5%?？棺栌?xùn)練采用自制爬梯，參照趙永軍等人的試驗(yàn)，進(jìn)行尾部遞增負(fù)重爬梯訓(xùn)練，爬梯高1m，每級階梯相隔2cm，傾斜85°，訓(xùn)練時間在大鼠暗適應(yīng)期18∶00～21∶00進(jìn)行。正式干預(yù)前進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練。正式訓(xùn)練運(yùn)動頻率為3次/周，每周一、周三、周五訓(xùn)練，運(yùn)動強(qiáng)度2組/天，3次/組，組間休息2min，次間休息30s。訓(xùn)練的起始負(fù)荷量為大鼠體重的10%，結(jié)合體重和訓(xùn)練情況負(fù)荷量逐級遞增，至第12 周負(fù)荷達(dá)到大鼠體重的60%。

測試指標(biāo)：體重、骨骼肌、脂肪濕重采用稱重法，計(jì)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(shù)據(jù)處理

該研究所有數(shù)據(jù)均以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2016 做初步整理后，用SPSS 22.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。體重數(shù)據(jù)采用配對檢驗(yàn)和重復(fù)測量的方差分析，其他數(shù)據(jù)采用單變量的方差分析。事后組間多重比較，方差同質(zhì)時采用LSD 法以更靈敏地檢驗(yàn)組間差異，若方差不齊則采用非參檢驗(yàn)Tam-hane's T2 結(jié)果分析兩組間差異。<0.05時，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 遞增負(fù)荷抗阻訓(xùn)練與亮氨酸補(bǔ)充對骨骼肌質(zhì)量的影響

如圖1所示，干預(yù)前各干預(yù)組的初始體重較C組無顯著差異（>0.05），干預(yù)后R、HR組的終末體重較C組為顯著降低（≤0.05），其余各干預(yù)組為降低趨勢（>0.05）；12 周不同干預(yù)后，各干預(yù)組干預(yù)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(yù)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(yù)組兩兩比較無顯著差異（>0.05）；各干預(yù)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(yù)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(xiàn)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(diào)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(xiàn)增加，是Sarcopenia 在發(fā)生發(fā)展過程中的一個重要表現(xiàn)，該現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，干預(yù)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(diǎn)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(xiàn)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(dāng)于人類18～20歲，24 月齡大鼠相當(dāng)于人類65～70 歲，故該研究15～18 月齡大鼠相當(dāng)于人類50～55 歲，已經(jīng)進(jìn)入了骨骼肌退行性改變階段。

亮氨酸具有保護(hù)蛋白質(zhì)的良效。Combaret 等人的研究顯示給大鼠一次性（1h）或長期（10 天）補(bǔ)充5%濃度亮氨酸的膳食后，原先升高的蛋白質(zhì)分解水平得到抑制。長期補(bǔ)充不同比例的亮氨酸，有使體重上升的趨勢，但各干預(yù)組的體重在不同干預(yù)階段內(nèi)又始終低于對照組。采用乳清蛋白、大豆蛋白及雙蛋白聯(lián)合干預(yù)老年小鼠8 周后，其體重與骨骼肌質(zhì)量也沒有顯著變化。該研究發(fā)現(xiàn)，M 組和H 組干預(yù)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(bǔ)充亮氨酸對于機(jī)體具有增肌減脂的雙重功效。兩相比較，中劑量補(bǔ)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(yǎng)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(xùn)練在促進(jìn)肌肉力量增長的同時，還能夠促使骨骼肌橫截面積與質(zhì)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(fā)現(xiàn)，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(fù)荷抗阻訓(xùn)練很好地抑制了隨增齡出現(xiàn)的體重增加現(xiàn)象，且主要表現(xiàn)為促進(jìn)骨骼肌質(zhì)量的增長。推測原因是采用的訓(xùn)練方式運(yùn)動強(qiáng)度大、持續(xù)時間短，老齡大鼠體內(nèi)的能量代謝以無氧代謝為主，脂質(zhì)動員不充分。

2.2 遞增負(fù)荷抗阻訓(xùn)練與亮氨酸補(bǔ)充對肌纖維橫截面積的影響

如表1所示，12周不同干預(yù)后，各干預(yù)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(chǎn)生的力量就越大。隨衰老進(jìn)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(fā)現(xiàn)，爬梯運(yùn)動使衰老大鼠腓腸肌纖維CSA 的降低趨勢發(fā)生逆轉(zhuǎn)，并能夠改善衰老大鼠骨骼肌纖維排列及線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)；膳食添加亮氨酸可削弱荷瘤所致的機(jī)體慢性炎癥反應(yīng)，進(jìn)而增加骨骼肌蛋白質(zhì)沉積，促進(jìn)骨骼肌肌力增長。夏志在研究中觀察到單純游泳訓(xùn)練、單純亮氨酸（5%）補(bǔ)充以及聯(lián)合干預(yù)，使增齡小鼠的腓腸肌纖維CSA出現(xiàn)增加趨勢，且聯(lián)合干預(yù)組與對照組的差異性顯著。該研究結(jié)果與上述結(jié)論基本一致，即各干預(yù)組的骨骼肌纖維CSA 較對照組呈增長趨勢，單純高劑量補(bǔ)充效果最差，但高劑量的亮氨酸補(bǔ)充聯(lián)合抗阻運(yùn)動干預(yù)后，較單純高劑量/抗阻訓(xùn)練干預(yù)均顯著增加。說明該研究選用的抗阻或/和亮氨酸補(bǔ)充干預(yù)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(jìn)作用，且高劑量聯(lián)合抗阻的干預(yù)效果較為顯著。

2.3 兩種干預(yù)手段的效應(yīng)分析

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

表2 運(yùn)動與亮氨酸對指標(biāo)影響情況的效應(yīng)分析

肌纖維CSA的變化，雙因素交互效應(yīng)顯著時，進(jìn)一步做簡單效應(yīng)檢驗(yàn)，結(jié)果如表3所示?？刂七\(yùn)動因素，在安靜和運(yùn)動時，值分別為0.061 和0.127，即補(bǔ)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）?？刂屏涟彼嵋蛩?，其濃度為0和3%水平時，值分別為0.119 和0.892，即不同運(yùn)動水平干預(yù)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(yùn)動干預(yù)后的各組間骨骼肌纖維CSA差異性顯著（≤0.05）。

表3 運(yùn)動與亮氨酸對骨骼肌纖維CSA影響的簡單效應(yīng)分析

從以上的效應(yīng)分析，有3%濃度亮氨酸添加的膳食足以促進(jìn)初老階段大鼠骨骼肌質(zhì)量增加；進(jìn)行了抗阻訓(xùn)練的大鼠，其骨骼肌質(zhì)量的增長表現(xiàn)為肌肉體重比的升高；當(dāng)大鼠食用了5%濃度亮氨酸的膳食之后，再進(jìn)行抗阻訓(xùn)練，更有利于刺激其肌纖維CSA 的擴(kuò)增。綜合來看，聯(lián)合干預(yù)對骨骼肌退行性改變的效果優(yōu)于單一的干預(yù)手段。

中劑量亮氨酸補(bǔ)充聯(lián)合抗阻運(yùn)動，能更好地促進(jìn)骨骼肌質(zhì)量增加，同時使初老大鼠體內(nèi)的脂肪含量下降。而高劑量聯(lián)合抗阻訓(xùn)練組干預(yù)后，作用表現(xiàn)更突出的是骨骼肌CSA增大。盡管中劑量聯(lián)合抗阻訓(xùn)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(xùn)練組的干預(yù)效果強(qiáng)，且與其他指標(biāo)的干預(yù)效果不太一致。推測增齡大鼠安靜與運(yùn)動時，亮氨酸對肌纖維形態(tài)功能與質(zhì)量積累的干預(yù)路徑和干預(yù)順序不同，機(jī)體需要的劑量也不同。單純高劑量補(bǔ)充可能不利于衰老機(jī)體吸收，甚至帶來肝臟負(fù)擔(dān)加大等不利影響。有研究指出，亮氨酸被機(jī)體攝入后，可通過特異性轉(zhuǎn)運(yùn)體LEURs 來對mTORC1信號通路進(jìn)行調(diào)控，而mTORC1及其下游效應(yīng)因子在促進(jìn)肌肉肥大過程中具有重大意義。

3 結(jié)語

該研究的創(chuàng)新之處主要在于干預(yù)方式，比較了多個組別不同干預(yù)方式對骨骼肌衰減癥的干預(yù)效果，初步探索了初老大鼠安靜時與進(jìn)行抗阻訓(xùn)練后補(bǔ)充不同濃度亮氨酸的劑量差異。綜上，該研究所采取的營養(yǎng)與運(yùn)動方案在抗衰老骨骼肌干預(yù)方面是安全可重復(fù)的，能夠改善初老大鼠骨骼肌質(zhì)量與形態(tài)的退行性改變，有效增加骨骼肌相對質(zhì)量，促進(jìn)骨骼肌橫截面積增大。同時發(fā)現(xiàn)，安靜時中劑量亮氨酸補(bǔ)充效果優(yōu)于高劑量，而不同濃度亮氨酸聯(lián)合抗阻訓(xùn)練干預(yù)對改善衰老性骨骼肌均有協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)，可能存在不同機(jī)制。

該研究選取指標(biāo)有限，且某些數(shù)據(jù)變化僅表現(xiàn)在趨勢上，差異不顯著，今后研究可進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，進(jìn)行多指標(biāo)、多維度比較，如骨骼肌形態(tài)功能改變方面進(jìn)行肌力測試，觀察不同肌纖維類型的變化等。還可對干預(yù)機(jī)制進(jìn)行研究，如蛋白質(zhì)合成分解代謝，運(yùn)動營養(yǎng)的干預(yù)信號通路，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)控等，以期為老年群體營養(yǎng)及科學(xué)健身活動的開展提供理論支撐。