支鏈氨基酸聯合葡萄糖補充時機對大強度離心運動后延遲性肌肉酸痛及相關指標的影響

邱俊強，耿國強，潘陽夢柔

1 前言

抗阻訓練引發的延遲性肌肉酸痛（Delayed-onset muscle soreness，DOMS）一直是運動科學領域研究熱點之一，其發生機制可能與細胞骨架中的紊亂，肌節結構蛋白的損失，肌纖維節段性壞死，結締組織改變以及T管和肌質網的改變等有關（Lau et al.，2015 ；Pumpa et al.，2014）。這些肌肉形態的變化可能是運動誘發機械應激的直接后果，也可能由于鈣敏感性降解途徑和激活炎癥反應而發生（Deli et al.，2017）。已有研究顯示，等量支鏈氨基酸（Branched-Chain Amino Acid，BCAA）和葡萄糖（Glucose，GLU）的聯合補充可有效減弱DOMS，緩解疲勞，促進蛋白質合成，加快肌肉的修復重構，消除肌肉炎癥，幫助抗阻訓練的效果達到最佳（Falavigna et al.，2012 ； Kim et al.，2013； Leahy et al.，2013； Nicastro et al.，2012； Waldron et al.，2017）。

營養時機是指針對特定的運動或比賽，有目的地在不同時間段攝取特定類型的營養素（及其組合），從而對短期和長期運動的適應性反應（即肌肉力量和爆發力、體成分、底物利用率及運動表現等）產生良好的影響（Ivy et al.，2013）。盡管已有研究證實，在抗阻訓練的不同時間點攝入糖+蛋白類營養（如BCAA），有利于運動員提高運動表現并減少肌肉損傷，但對于補充時機（運動前/后）的效果對比還存在爭議。本研究通過對比BCAA聯合GLU補劑在大強度訓練前/后，即不同時間進行補充，比較不同補充時機對離心訓練后DOMS及相關指標的變化，旨在優化抗阻訓練效果，以期為確定最佳BCAA聯合GLU補充時機提供參考依據。

2 研究方法與對象

2.1 研究對象

選取無運動訓練經歷的男性普通大學生16名為受試者，基本情況：身高176.91±4.51 cm，體重70.52±5.71 kg，體脂率20.7%±4%。受試者需在實驗前1周無大負荷運動，近期無運動損傷，無身體不適。受試者自愿參與實驗。實驗開始前研究人員告知受試者實驗可能存在的風險、益處以及實驗的時間安排和詳細實驗流程，所有實驗程序均通過了倫理委員會審查（批準號2018021H），受試者簽署知情同意書。

2.2 運動方案

受試者首先進行1RM測試確定基礎水平。1RM測試的過程如下：預估被試者60% 1RM左右的重量，按規定動作完成10次，休息1 min。第1組增加重量至預估重量的70%～75%，完成5次規定動作，再休息1 min。第2組將力量增加至預估重量的85%～90%，做2～3次，休息2～3 min，而后根據這組的完成情況增減重量，最終推算出受試者器械負重伸膝的1RM重量。

測試當天先進行慢跑、拉伸、神經激活等熱身運動。離心運動設計如下：1）95% 10RM負重伸膝器械練習，每組12個，共5組，組間休息3 min，受試者需要先負重伸膝，然后從最高點慢慢恢復到初始位置，形成離心運動的過程；2）縱跳運動：縱跳3組，每組15個，每跳間隔10 s，每組休息3 min，每跳不低于2.5 m；3）20 m連續蛙跳：蛙跳2組，每組距離為20 m，每跳間隔10 s，組間休息3 min，要求受試者每次盡力向前跳躍。離心運動后進行拉伸放松活動。整個運動活動時長1 h左右。

2.3 補劑方案

測試期間對受試者膳食攝入進行控制。測試前3日飲食使用24 h回顧法對受試者進行調查，以了解受試者的日常飲食狀態并監控其蛋白質攝入比例，為運動日的膳食干預提供參考，避免高蛋白飲食對BCAA攝入效果的影響。測試前為受試者提供測試日前1天和當天的1日推薦食譜，食譜制定采用食物交換份法，要求前后兩次測試日的熱量攝入和蛋白攝入保持在一致。

補劑采用BCAA膠囊（40 mg/kg）與GLU溶液（24 mg/kg，300 ml溶液），BCAA成分的比例為亮氨酸：異亮氨酸：纈氨酸＝2：1：1。安慰劑采用外形一樣的淀粉膠囊（總熱量一致）。進行兩周實驗，兩組受試者分別在運動前/后攝入補劑或安慰劑。本研究采用BCAA膠囊進行補充，考慮到膠囊所需的消化時間，故受試者補充補劑與運動開始應間隔0.5 h。運動后則即刻進行補充。每組4人攝入補劑，4人攝入安慰劑，7日洗脫后，交換補充方案重復測試，以盡可能減小熟悉運動模型帶來的影響。

2.4 實驗流程及指標測試方法

2.4.1 實驗流程

16名受試者隨機分為兩組，一組受試者補充BCAA+GLU補劑（BCAA＋GLU組，n=8），另一組受試者補充安慰劑（PLA組，n=8）。每組再隨機分為前補組和后補組（每組n=4），前補組 運動前補充BCAA＋GLU補劑或安慰劑，后補組運動后即刻補充BCAA＋GLU補劑或安慰劑，最終形成BCAA＋GLU（前）組，BCAA＋GLU（后）組，PLA（前）組，PLA（后）組4個組別。第1次測試后間隔7天進行第2次測試，BCAA＋GLU組、PLA組兩組交叉補劑補充方案，最終樣本量為每組8人。

2.4.2 血清采集

采集受試者安靜狀態、運動后即刻、運動后24 h、運動后48 h 4個時間點的靜脈血，注入試管待凝固后分離血清，3 000 rpm，離心10 min分離制備血清，置－20℃冰箱中保存待測。

2.4.3 指標測試方法

采用視覺模擬量表（Visual Analogue Scale，VAS）測定人體肌肉酸痛的程度（Bajaj et al.，2001 ； Boonstra et al.，2008 ； Zainuddin et al.，2005）。酸痛量表長5 cm，一端為0表示無痛，另一端為10表示極端疼痛，被試在3次自重標準深蹲后，受試者據自我感覺在量表上標記以示疼痛程度。

酶聯免疫法測定人體血清白介素-6（Interleukin-6，IL-6），酶聯免疫法測定人體血清C反應蛋白（C-reactive protein ，CRP），試劑盒均由北京華英生物技術研究所提供，采用DR-200BS酶標儀進行測試。比色法檢測尿液3-甲基組氨酸（3-methylhistidine，3MH），試劑盒由北京華英生物技術研究所提供，采用A6半自動生化儀進行檢測。比色法測試人體血清肌酸激酶（Creatine Kinase，CK），試劑盒由中生北控股份有限公司提供，采用邁瑞BS-420全自動生化儀進行測試。各項指標均嚴格按照試劑盒說明書進行測定。

2.5 統計方法

所有指標均采用M±SD表示。數據統計分析使用SPSS 24.0軟件，先通過重復測量比較組內各時間點的主效應，對組內各時間點的均值差進行成對比較，確定同一指標各時間點的數值差異，以確定運動干預的有效性。再通過重復測量確定組內時間點和組間因素是否存在交互作用。若交互作用顯著，則單獨對補劑差異（BCAA和PLA）進行獨立樣本t檢驗，補充時機（前補/后補）進行配對樣本t檢驗。本研究以P＜0.05為數據之間存在顯著性差異，P＜0.01為數據之間存在非常顯著性差異。

3 研究結果

3.1 補充時機對大強度離心運動后DOMS的影響

在運動后第1天和第2天，BCAA+GLU（后）組VAS評分均顯著性低于PLA組。此外，運動后第1天的VAS評分，運動后補充BCAA+GLU顯著低于運動前補充（表1）。

表1 不同BCAA＋GLU補充時機對一次性大強度離心運動后VAS評分的影響Table 1 The Changes of VAS Score after Acute Eccentric Exercise in Different BCAA+GLU Supplement Timing （M±SD）

3.2 補充時機對大強度離心運動后CK、CRP及IL-6的影響

在運動后第1天，BCAA+GLU組CK水平顯著性低于PLA組，但運動前補充BCAA+GLU與運動后補充差異不明顯。在運動后第2天，BCAA+GLU（前）組CK水平顯著性低于PLA組（表2）。

表2 不同BCAA＋GLU補充時機對一次性大強度離心運動后CK的影響Table 2 The Changes of Serum CK Activity after Acute Eccentric Exercise in Different BCAA+GLU Supplement Timing （U/L）

在運動后第1天，BCAA+GLU組CRP水平均低于PLA組，且運動后補充明顯低于運動前補充組。在運動后第2天，BCAA+GLU（后）組CRP水平均低于PLA組（表3）。

表3 不同BCAA＋GLU補充時機對一次性大強度離心運動后CRP的影響Table 3 The Changes of Serum CRP Levels after Acute Eccentric Exercise in Different BCAA+GLU Supplement Timing （mg/L）

在運動后第1天，IL-6水平BCAA+GLU組均低于PLA組， BCAA+GLU（后）組明顯低于BCAA+GLU（前）組（表4）。

表4 不同BCAA＋GLU補充時機對一次性大強度離心運動后IL-6的影響Table 4 The Changes of Serum IL-6 Levels after Acute Eccentric Exercise in Different BCAA+GLU Supplement Timing （pg/ml）

3.3 補充時機對大強度離心運動后尿液3MH的影響

尿液3MH水平在運動后次日晨，BCAA+GLU（后）組與PLA組相比明顯降低，且明顯低于BCAA+GLU（前）組（表5）。

表5 不同BCAA＋GLU補充時機對一次性大強度離心運動后 3MH的影響Table 5 The Effect of BCAA+GLU Supplement Timing on Values in 3MH after an Acute Eccentric Exercise （umol/L）

4 分析與討論

4.1 離心運動引起DOMS及相關指標變化

離心運動會導致骨骼肌纖維受損，其特征是強度下降，炎癥發生，肌肉特異性蛋白質（如CK）的血液水平升高，以及之后的幾天內發生肌肉酸痛，這種現象被稱為延遲性肌肉酸痛（DOMS）（Lau et al.，2015）。視覺模擬量表（VAS）被認為是評估肌肉損傷最實用的工具（Bajaj et al.，2001 ；Boonstra et al.，2008 ；Zainuddin et al.，2005），用其評估參與者在不同狀態時所感知的肌肉酸痛程度，并提示其他肌肉結構，如結締組織發生損傷和炎癥（Lau et al.，2015 ；Pumpa et al.，2014）。此外，肌肉蛋白質或酶物質（如CK）向血流中的滲漏也被廣泛用作肌肉損傷的間接標志物，反映運動誘發的肌細胞膜通透性增加（Deli et al.，2017）。在本研究中，一次性大強度離心運動后24 h受試者VAS評分出現明顯增加，同時伴隨血清CK水平的增加，提示出現DOMS。VAS評分在運動后第2天最為明顯，但CK水平在運動后第1天最高。

離心運動引起的肌纖維損傷是雙相過程，在運動機械應激導致的原發性反應后還伴隨著繼發反應，即持續數小時或數天的炎癥反應（Del Giudice et al.，2018）?？棺柽\動后肌肉的炎癥會具體表現為輕微腫脹和CRP、IL-6等炎性因子含量升高（Lau et al.，2015）。DOMS引起的炎癥反應發生在兩個主要階段。在急性期，中性粒細胞和吞噬巨噬細胞都可釋放活性氧和氮物質，并通過吞噬作用去除碎片（Pumpa et al.，2014 ； Ra et al.，2013）。此外，來自受損肌肉的活性氧和氮物質的細胞因子和副產物被釋放到血液中，導致低級全身炎癥和氧化應激，提高血液CRP水平，并改變谷胱甘肽氧化還原狀態。總之，促炎和促氧化過程可以誘導受損組織的繼發性損傷，延長隨后的慢性炎癥階段的修復和再生過程，其特征在于肌肉力量的恢復和炎癥的消退（Pumpa et al.，2014）。繼發炎性反應導致蛋白質攝取增多而用于供能和/或負責細胞信號轉導和后續肌肉重構的途徑。

CRP是一種重要的先天免疫系統分子，是諸如組織損傷等炎性刺激時生成的急性期蛋白。細胞因子IL-6亦是急性期反應的重要因素之一，通常被視為與炎性和免疫反應相關的信使分子。有研究發現，肌肉損傷程度和CRP 存在強相關。例如，肌肉微細結構損傷而產生炎癥，CRP會在數小時后開始升高，約24～48 h后達到峰值，并隨炎癥的消除逐漸下降（Xia et al.，2017）。有研究報道了離心運動后IL-6和CRP的變化的時間特征，但結論不一致。例如，Miles等（2007）發現血漿IL-6在離心運動后約8 h達到峰值，并在運動后24～120 h與基線沒有顯著差異，而CRP在運動后24～120 h相對于基線沒有顯著變化。這些發現表明，肘屈肌的離心運動在約8 h時誘導血漿IL-6的少量增加，其在運動后24 h返回基線。本研究采用的離心運動方式，引起CRP和IL-6的增高出現在運動后24 h左右，48 h時已恢復到正常水平。

4.2 BCAA聯合GLU補充對DOMS的改善作用

據已有研究結果顯示，在其他關于以BCAA為核心補劑的研究中，對照組的安慰劑大多使用甜味劑（Jackman et al.，2017；Shimomura et al.，2009；Shimomura et al.，2010），但對于旨在觀察BCAA與GLU聯合補充效果的研究中，通常選擇以糖或完全空白作為對照組（Ferreira et al.，2014；Kephart et al.，2016）。本研究設計旨在觀察BCAA聯合GLU的效果，因此，選擇熱量相同的碳水化合物為對照。在本研究中，BCAA聯合GLU補充（無論是運動前還是運動后）降低了VAS評分，緩解了血清CK的升高，且在運動后24 h使CRP和IL-6明顯降低，說明，BCAA聯合GLU補充對改善DOMS有明顯的作用。

骨骼肌中的BCAA分解代謝受支鏈α-酮酸脫氫酶（BCKDH）復合物的調節，該步驟位于BCAA分解代謝途徑的第2步。BCKDH復合物的活性受磷酸化/去磷酸化循環的調節。在正常和靜止條件下，幾乎所有骨骼肌中的BCKDH復合物都處于無活性/磷酸化狀態，而運動激活肌肉BCKDH復合物，導致BCAA分解代謝增強。因此，骨骼肌運動會增加對BCAA的需求，補充BCAA可能有助于改善訓練適應。已有研究證實，在離心運動前/后補充營養補劑可以減輕氧化應激、炎癥和肌肉酸痛，并在離心運動后改善力量恢復。BCAAs，尤其是亮氨酸，并通過刺激mRNA翻譯調節蛋白質代謝，通過涉及哺乳動物雷帕霉素靶標的機制抑制自噬系統，進而抑制蛋白質降解。涉及蛋白酶體的其他蛋白質降解系統也可能受到膳食亮氨酸的影響，運動前/后補充BCAA可改善受損肌肉的恢復（Areces et al.，2015； Chen et al.，2016；Dudgeon et al.，2016；Ermolao et al.，2017；Falavigna et al.，2012； Foure et al.，2017）。有研究從不同的方面驗證了這一假設：1）運動前口服BCAA補充劑（77 mg/kg體重）可減少運動肌肉必需氨基酸（Essential amino acid，EAA）的釋放，在運動過程中抑制內源性肌肉蛋白質分解；2）口服BCAA（在運動前補充12 g/天或在運動前后共補充20 g，補充2周），降低了運動引起的血清CK活性升高； 3）在離心運動前后補充6 g必需氨基酸（40%BCAAs）和35 g碳水化合物，增加骨骼肌蛋白質合成，且在運動前服用補充劑效果更好（Jackman et al.，2017； Yoon，2016；Zhang et al.，2017；Zheng et al.，2016）。本研究中，運動前/后補充BCAA改善DOMS的結果與上述研究結果一致。

3MH是與肌肉分解代謝相關的經典且結論一致的評估指標。3MH是肌原纖維蛋白中發現的翻譯后甲基化組氨酸，可以作為肌原纖維肌肉蛋白分解的標志物，因其不能進一步代謝，也不能用于肌肉蛋白合成代謝。有研究已將測量尿3MH作為全身肌原纖維蛋白分解的標記（Kerksick et al.，2017）。在本研究中，補充BCAA聯合GLU降低了離心運動后24 h肌肉蛋白分解，且僅在運動后補充組出現顯著性差異。由于BCAA中的亮氨酸可以通過涉及哺乳動物雷帕霉素靶標的機制抑制自噬系統來抑制蛋白質降解，結合該時間點DOMS水平的變化，可以推測運動后BCAA聯合GLU補充可能通過降低蛋白質分解的途徑，對改善DOMS起到了一定的作用。

4.3 BCAA聯合GLU補充的時機選擇

營養補充時機的選擇可以優化訓練效果已得到研究支持（Ivy et al.，2013；Kerksick et al.，2008；Kerksick et al.，2017）。支持運動前進行營養補充提高訓練適應的觀點，大多數基于Tipton及其同事的研究。該團隊使用交叉研究方法和穩定同位素示蹤劑， 在抗阻訓練之前或之后即刻補充碳水化合物（35 g蔗糖）和必需氨基酸（6 g），發現運動前即刻補充碳水化合物更能促進肌肉蛋白質的合成（Tipton et al.，2009）。也有研究證實，運動前50 min單次補充BCAA對疲勞恢復和運動損傷的恢復有積極作用。

運動后進行營養補充的觀點，其研究多針對運動后的“合成代謝窗口期”開展（Kerksick et al.，2017）。換言之，在運動后窗口期內（一般是運動后即刻到運動后2 h）補充足量蛋白質是否能更加促進人體肌纖維蛋白的合成。有證據表明，運動后立即補充游離氨基酸和/或蛋白質（區別在于補劑的成分是否存在碳水化合物）相比于運動后單獨補充碳水化合物或相同熱量安慰劑，更能促進肌肉蛋白質合成（Muscle protein synthesis，MPS）。

但也有學者對運動后是否存在窗口期提出質疑。運動后碳水化合物和蛋白質聯合攝取的重要性最近受到了挑戰，特別是當提供足夠的蛋白質時。假設主要基于預先假定訓練是在禁食狀態下進行的。在禁食運動期間，伴隨肌肉蛋白質分解的增加導致運動前的凈負氨基酸平衡在運動后持續存在，盡管訓練誘導肌肉蛋白質合成增加。因此，在隔夜禁食后進行阻力訓練的情況下，為了促進肌肉蛋白質合成和減少蛋白質水解，提供即時營養干預-理想地以（蛋白質和碳水化合物的組合形式）是有意義的。

在實踐中，并不是每個人都要參加禁食訓練，對于那些具有增加肌肉體積和/或力量的主要目標的人來說，通常在運動之前的1～2 h內協同努力消耗攝入運動前的膳食以試圖最大化訓練表現。根據其量和組成，這種膳食可在運動前和運動后立即起作用，因為其消化/吸收的時間過程可以持續到恢復期。Tipton等（2009）觀察到，運動前立即服用相對較小劑量的EAA（6 g）能使血液和肌肉氨基酸水平提高約130%，并且這些水平在運動后持續升高2 h。另外，運動前立即攝取的20 g乳清蛋白使運動前肌肉攝取的氨基酸增加到運動前靜息水平的4.4倍，并且直到運動后3 h才恢復到基線水平。這些數據表明，即使是在運動前進行小劑量到中等劑量的EAA或高質量蛋白質補充，其維持氨基酸的效果也可以持續到運動后期。

在本研究中，運動前BCAA聯合GLU補充與運動后補充相比，VAS評分、離心運動后24 h CRP和IL-6反應、蛋白質分解代謝的標志物3MH均表現為運動后補充組效果更顯著。造成此結果的原因可能是受試者在進食后2 h左右開始運動，而并非是完全禁食狀態，運動前的早餐一定程度上提供了部分蛋白質、氨基酸和碳水化合物，運動前補充的時間并未達到3 h使氨基酸在血液中重新敏化的階段，因此，使得運動前補充的效果疊加在其中而變得不明顯。本研究認為，在不完全禁食的前提下，為達到更好的肌肉恢復效果，推薦選擇運動后BCAA聯合GLU補充。

5 結論

一次性大強度離心運動引起DOMS的發生并伴隨炎癥因子CRP和IL-6的升高，BCAA聯合GLU補充可有效降低DOMS程度，降低CK、CRP和IL-6水平，同時降低蛋白質分解。與運動前補充BCAA+GLU相比，運動后補充在改善DOMS效果和降低炎癥因子、改善蛋白質分解方面有更好的效果。