運動、蛋白質補充與骨骼肌衰減征

馮鈺，史仍飛

(上海體育學院 運動科學學院，上海 200431)

骨骼肌是人體健康和維持運動能力的基礎。理想的骨骼肌比例是維持整體代謝效率和健康體重的保障，同時也有助于身體的平衡及骨骼的健康。近年來老齡化人群的比例增長迅猛，而隨增齡而出現的肌肉質量的丟失，骨骼肌的力量和功能的下降，已成為影響老年人群健康和生活質量的重要因素之一。當肌肉質量下降，而脂肪比例增加時，會進一步發展為胰島素抵抗及Ⅱ型糖尿病等慢性疾病。因此，預防、減緩骨骼肌的丟失是改善老年人生活質量以及減緩老齡化的重要措施。

1 骨骼肌衰減征的特征及評價標準

1.1 骨骼肌衰減征的特征及發展趨勢

“骨骼肌衰減征”(Sarcopenia)最初是Rosenberg 在1989年提出的，專指隨增齡而出現的肌肉丟失現象，近來也包括隨增齡而出現的肌肉萎縮、力量下降等現象[1]。當前，老齡化人口趨勢的增加和生活方式的變化，這一現象尤其顯得突出,已嚴重影響老年人的生活質量和健康，也是各種慢性疾病的誘因之一。

通常成年階段骨骼肌質量接近人體體重的35%～40%，隨年齡增長，骨骼肌質量開始下降，從40歲開始，成人每10年約失去3%～5%的肌肉質量。尤其50歲后更明顯，每年約1%～2%的丟失。到75～80歲時，骨骼肌僅占體重的25%。骨骼肌衰減征與靜息的生活方式、營養缺乏、細胞外氨基酸代謝失衡及氧自由基損傷等[2—3]多因素影響有關。肌肉丟失最為顯著的特征是下肢肌肉的衰退，80歲老年人的股外側肌橫截面積僅是20歲年輕人的40%左右。肌肉丟失另外一個特征表現為II型肌纖維的丟失和肌肉力量的減退[4]。

1.2 骨骼肌衰減征的評價標準

既然肌肉隨年齡增長而丟失是一種事實，如何測量和評價肌肉丟失的程度？目前精確測量骨骼肌質量的方法，有雙能x線吸收計量法(dual-energy x-ray absorptiometry)、磁共振成像、計算機斷層掃描等[5—7]，雖然一些新的技術如正電子成像技術、功能性磁共振能夠測量肌肉質量和功能等。但是由于這些先進的儀器受經費和檢測條件的影響，在診斷評價肌肉方面并不是很實用。

目前骨骼肌衰減征的臨床醫學鑒定方法，一是采用骨骼肌質量指數(skeletal muscle index，SMI)，以四肢骨骼肌量(appendicular skeletal muscle，ASM)與身高平方的比值表示，即kg/m2。SMI若低于青年對照組1～2SD(標準差)稱為I級Sarcopenia，若低于2SD以下，稱為II級Sarcopenia。即可判定為肌肉衰減綜合征。第二種方法采用肌肉質量百分比表示，即肌肉質量×100/體重。另外，去脂體重、肌肉力量、握力、BMI等也可作為評定肌肉衰減綜合征的指標[8]。

2 衰老相關的蛋白質代謝

維持骨骼肌質量的主要因素是肌肉蛋白質合成與降解的平衡，而這一平衡隨著歲月的流失和生活方式的變化,發生著微妙的變化，當分解速率超過合成速率時，肌肉蛋白丟失，引起肌肉衰退。

當給予充足的蛋白質食物時，老年人蛋白質合成率與年青人相當，而當減少蛋白質供給時，老年個體的蛋白質合成率減弱。這種合成率抵抗被認為是衰老引起的亮氨酸敏感性降低，若增加亮氨酸的比例可以提高蛋白質合成率[9]。如給予老年人添加亮氨酸(46%)的蛋白質食物，相對于乳清蛋白中亮氨酸(26%)，亮氨酸含量高的食物更有利于蛋白質合成恢復。

蛋白質合成效率的變化認為與mTOR調控的翻譯啟動被抑制或損傷有關。最近的研究發現老年骨骼肌中mTOR和P70S6K含量約比年輕人降低50%，且其磷酸化活性水平也弱于年輕人。另外，老年骨骼肌中與降解相關的信號蛋白-NFKB比年輕人增加約4倍，且分解相關的AMPK活性增加了約5倍。另外血液及細胞內IGF-1水平也顯著低于年輕人?？傊?，衰老過程中合成能力的降低受多種因素的影響。

衰老的肌肉不僅僅表現在蛋白合成率的降低，而且表現為蛋白降解的增強所至。目前發現肌肉降解的兩條途徑，即泛素蛋白酶體途徑和溶酶體自噬途徑[10]。其中泛素蛋白酶體途徑是肌原纖維蛋白溶解的最主要方式，通過兩個特異的泛素連接酶控制:muscle atrophy F-box (Atrogin-1) and muscle RING finger 1 (MuRF1)，而它們的基因主要與萎縮相關的FOXO家族轉錄因子有關。在衰老的骨骼肌纖維中FOXO3A 和MuRF1 mRNA表達增加，且肌原纖維降解增強；而抗阻訓練后，與年輕人相比，老年女性MAFbx表達相應增加了3～4倍[11]。

3 抗阻力量運動對老年肌肉蛋白質合成的影響

在運動訓練方面，通常有氧耐力練習有助于提高肌肉的線粒體數量和有氧代謝酶的活性，而抗阻力量練習主要影響肌肉的生長及肥大，通過力量練習增加肌肉質量和力量，改善肌肉的代謝能力等。單次力量練習，肌肉IGF-1基因表達會短時間提高，引起mRNA翻譯增強，蛋白質合成率在2～4 h內提高，且肌肉生長抑制素表達下降[12]。對于經常訓練的個體，高的蛋白質合成率會持續16 h，而非訓練者可達到24～48 h，且蛋白質分解率也略有增加[13]。

肌纖維修復、再生及肥大的機制很大程度上依賴于肌衛星細胞的活性，大量的研究已表明衰老的過程中，肌衛星細胞的含量及活性均降低。Han B等[14]研究發現抗阻力量練習后，高蛋白飲食或補充支鏈氨基酸能夠促進衰老的肌肉中蛋白合成能力，并抑制蛋白降解水平。但相對于年輕人(20～35歲)而言，Kim JS等[15]研究表明，老年人(60～75歲)從事抗阻力量練習后，肌纖維肥大的細胞分子效應是較弱的。

僅僅考慮抗阻力量訓練的影響，在增加訓練強度的情況，老年人表現出較遲緩的蛋白質合成效率，而給予充足的必需氨基酸或蛋白質后，老年人蛋白質合成率與年輕人相似。最近Drummond等[16]研究表明，進行抗阻力量練習后1h 內補充15 g 蛋白質，老年人與年輕人的受試者均持續5 h 保持相對高的蛋白質合成率。Hulmi等[17]研究發現抗阻訓練后，迅速增強了mTOR磷酸化水平，而補充乳清蛋白則延長這一活性信號持續的時間。

但也有些持不同結果的研究報道，如Godard等[18]研究發現，老年受試者抗阻力量訓練后補充12 g 蛋白質和70 g 葡萄糖，并沒有提高肌肉力量和質量；Welle等[19]也發現長期力量練習，高碳水化合物(含10%～15%蛋白質)飲食并沒有改善肌肉。這些研究可能源于高碳水化合物的飲食產生的高胰島素效應，影響了骨骼肌的血流分布，從而降低了肌肉肥大的效果，這種推斷被Esmarck等[20]研究所證實，他的研究表明，抗阻力量練習后補充含7 g 碳水化合物的蛋白質，則提高老年受試者股外側肌和股四頭肌平均肌纖維橫截面積。

4 蛋白質補充對骨骼肌蛋白質合成的影響

4.1 蛋白質食物類型的影響

蛋白質質量主要取決于所含必需氨基酸量及比例關系，通常動物蛋白優于植物蛋白。早期Pannemans等[21]研究發現，與補充植物蛋白食物(14.5%能量；5.1%蛋白質)相比，老年女性補充動物蛋白食物(15.1%能量；5%蛋白質)后能抑制蛋白降解程度，并表現為高的正氮平衡。而Campbell等[22]對老年男性(51～69歲)受試者的研究發現，抗阻訓練12周后，以動物性食物為主的受試者瘦體重增加2.4 kg，體脂百分比降低1.4%；而植物性食物為主的受試者瘦體重則降低了1.2 kg，體脂百分比增加1%。

通常凈蛋白質平衡的增加與細胞外必需氨基酸含量是一致的，因此動物性食物中高的必需氨基酸含量占有一定的優勢。另外，內臟器官是氨基酸吸收利用的主要場所，但支鏈氨酸是主要代謝是外周骨骼肌，有利于肌肉蛋白的代謝，因此，高必需氨基酸的食物，會相應提高骨骼肌支鏈氨基酸的水平，從而促進蛋白質代謝。

4.2 老年人蛋白質需要量是否應增加

美國對所有超過19歲的成年人蛋白質推薦攝入量為0.8 g/(kg·d)，這一數據主要基于對年輕的成年人短期氮平衡的基礎上提出，但難以提升健康水平和預防老年人的肌肉丟失。通過氮平衡的實驗分析，對于老年人群(56～80歲)需要達到1.14 g/(kg·d)，這項研究是基于不充分的蛋白飲食易導致老年肌肉丟失。目前雖然一致同意隨年齡的增長膳食蛋白質的需要量應該變化，但需要對不同人群的健康狀況進行長期的試驗，再確定最佳的蛋白質攝入范圍。有些研究認為當膳食蛋白質提高到0.9 g/(kg·d)，運動誘導的肌肉增長就比較明顯，若進一步增加蛋白質，也不會有更多的好處。

毫無疑問的說，對于肌肉萎縮的老年人，增加或調整蛋白質的攝取量是有幫助的。就蛋白質攝入量而言，研究表明對年輕人和老年人的蛋白質合成率，一次攝取340 g瘦牛肉(90 g蛋白質)并沒有比姐撒傘1/3份的效果更好[23]。盡管這種效果受身體活動和體成份的影響，但這類研究表明一餐攝取超過30 g蛋白質對肌肉蛋白的合成并沒有帶來更多益處。同時鑒于老年人骨骼肌對低劑量的必需氨基酸(7.5 g)反映減弱，而對于高劑量(10～15 g)與年輕人相似的特點。因此，最實際的方法是在每一餐攝取中等量、高生物利用率的蛋白質食物，每餐25～30 g高質量的蛋白質(10 g必需氨基酸)。例如，對于75 kg的人，推薦量是60 g/d，每餐攝取20 g(通?；旌系膭又参锏鞍缀?～8 g必需氨基酸)，能夠有效的刺激肌肉蛋白質合成?；蛘呃夏耆税?.27 g/(kg·d)或蛋白質占總能量的15%計。

5 亮氨酸補充對肌肉衰減征的影響

亮氨酸是一種促胰島素分泌氨基酸，具有促進翻譯啟始和肌肉蛋白合成的作用。在骨骼肌中，亮氨酸對營養及能量敏感信號蛋白mTOR有潛在的促進作用，補充亮氨酸通過磷酸化mTOR上游途徑AKT/PKB，進而磷酸化下游4E-BP1和S6K1。然而隨年齡增長，肌肉對普通餐后亮氨酸濃度敏感性降低，這一因素也是導致老年人肌肉蛋白合成率降低和丟失的原因。近來的一些對動物及人體研究表明，補充亮氨酸促進了衰老的肌肉蛋白質合成。一項隨訪研究發現添加亮氨酸的食物顯著增加了老年人肌肉蛋白合成；Pansarasa等[24]報道大鼠氨基酸補充能夠預防老齡化的肌肉丟失，且提高mTOR通路的活性。

ESCOBAR等[25]研究發現亮氨酸作為一種營養信號能提高骨骼肌4E-BP1,rps6磷酸化水平，促進肌肉蛋白質的合成；MORRISON等[26]研究也發現大鼠耐力訓練后，補充乳清蛋白(富含亮氨酸)能有效的激活mTOR信號通路，即4E-BP1,rps6和P70s6k磷酸化水平提高，并伴隨胰島素水平升高，進一步促進蛋白合成?？傊?，衰老引起的蛋白質降解與泛素-蛋白酶體通路的高表達有關，補充含亮氨酸豐富的食物具有彌補蛋白降解的作用。

6 小結及展望

這種隨增齡而出現的肌肉萎縮已嚴重影響到老年人的生活質量，抗阻力量鍛煉及營養改善將在延緩肌肉衰老方面發揮重要作用。但目前就抗阻力量鍛煉的負荷、頻率及安全方面仍需要進一步的研究；另外，蛋白質及氨基酸的補充方式、比例以及與力量練習的協同關系仍存在很多未知空間。盡管在探討衰老的肌肉中蛋白質合成與降解的分子機制方面已經開展了深入的研究，但在尋找能夠促進蛋白質合成，降低蛋白質降解的營養物質方面還有待于進一步探討。

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