抗阻训练及蛋白摄入对老年肌肉蛋白代谢的影响

戴瑞磊 (济宁学院体育系，山东 曲阜 273155)

近年来，在运动科学领域关于抗阻训练以及抗阻训练结合蛋白补充对老年肌肉蛋白质代谢乃至对肌肉丢失影响的研究取得了一定进展。

1 肌肉丢失与老年肌肉蛋白质代谢

肌肉是人体最先开始衰老的器官，一般人从40岁开始，肌肉质量和肌纤维数量随增龄出现下降，学者们将此现象称为肌肉丢失〔1〕。研究表明，一般人从40～50岁开始肌肉丢失，而肌肉丢失每年的进展率为0.6%〔2〕。虽然肌肉丢失是衰老过程中的自然规律，但其出现的个体差异十分明显，这种差异表现为:肌肉丢失开始的年龄、肌肉丢失率。研究普遍认为，个体的肌肉储备(年轻时的肌肉量)决定着肌肉丢失率和肌肉丢失对肌肉功能的影响〔3〕。

老年人肌肉丢失的原因通常认为有三:①老年人饮食的改变，这包括饮食的总量和饮食结构的改变;②肌肉蛋白合成的减少，蛋白分解增加;③老年人运动活动的减少。老年人消化吸收能力的减弱，饮食总量的减少似乎是普遍规律，而老年人蛋白摄入量不足则是直接影响老年肌肉蛋白合成减少的原因。关于老年人蛋白摄入不足的研究结果大多来自西方发达国家的调查〔4〕，而西方人饮食结构中肉食和其他高蛋白食物的比例远比发展中国家的人高，可以推想，老年人蛋白摄入不足可能是非常普遍的现象。老年肌肉蛋白合成的减少可能与饮食的改变有关，但饮食改变不是老年人肌肉蛋白减少的唯一原因，因为在许多研究中发现，老年人肌肉蛋白合成减少与蛋白分解增加同时存在〔5〕。对一组65岁老年人的研究发现〔6〕，与正常年轻人相比，他们的局部肌肉蛋白合成减少了20% ～30%，而蛋白水解标志物Surrogate却增加了50%〔5〕。因此说老年人肌肉丢失是由于肌肉蛋白合成的减少、肌肉蛋白分解代谢的增加，或者是两种效应的叠加导致了肌肉蛋白合成的负平衡。老年人运动活动的减少也是肌肉丢失重要的原因之一，缺乏运动可导致肌纤维横断面积减小或(和)肌纤维数量减少。有研究在50～80岁的人群中观察到肌原纤维的废止率为0.5%～1.5%/年〔7〕。众多的调查显示，肌肉失用是引起蛋白平衡遭到破坏的主要原因，因为一些坚持劳动或运动锻炼的人，肌肉相对量较运动少的普通老年人多，肌肉丢失率较小。而被调查对象的饮食状况没有明显的差别〔8〕。

2 蛋白补充对老年肌肉蛋白质代谢的影响

2.1 肌肉蛋白质代谢与老年人合成代谢抵抗 动物实验证明〔9〕，老龄鼠在利用氨基酸合成肌肉蛋白方面的能力明显降低，从而使得随年龄增长机体对蛋白的需求量在逐渐增加。人体实验也得到了同样的结果〔10〕。因此，蛋白补充成为抑制肌肉丢失和维持肌肉蛋白平衡的重要干预措施。大量研究证明，有两种干预措施能够最有效地刺激肌肉蛋白合成代谢，即运动和蛋白摄入。老年人和年轻人相比，肌肉蛋白的分解代谢是相同的，但在以上两种刺激下，老年人的合成代谢水平低于年轻人。Katsanos等〔11〕证明，在空腹状态下，老年人与年轻人肌肉蛋白合成率没有明显差别，而在给予合成蛋白口服剂时，老年人对于该刺激的反应低于年轻人，这被称为“合成代谢抵抗”。该项研究认为，合成代谢抵抗的原因有二:一是老年人肌肉活动的减少;二是老年人肌肉处理炎症能力的降低。因为急性或慢性肌肉炎症及与增龄相关的炎性反应都会影响肌肉对合成代谢的敏感性。研究发现，大鼠低水平的炎性反应损害了肌肉蛋白合成对喂食的反应〔12〕。关于合成代谢抵抗的概念，学术界有一些争论，Burd等〔13〕列举了11项研究材料证明，老年人肌肉对蛋白摄入的敏感性降低完全是由于肌肉活动的减少，当老年人从事适当运动后这种“抵抗”便骤然消失，因此并不存在什么“合成代谢抵抗”，而仅存在由于运动缺乏而导致的肌肉合成代谢敏感性锐减的现象而已，它并没有特殊的生理/病理机制。无论是否存在“合成代谢抵抗”，老年人肌肉合成代谢敏感性差却是事实，如何冲破这种“抵抗”才是学者们更加有意义的努力方向。老年人肌肉合成代谢对蛋白摄入敏感性降低是由于老年人内脏吸收了较年轻人更多的氨基酸所致〔14〕。口服氨基酸之后，老年人内脏吸收氨基酸较多，而肌肉得到的就较少，然而在数小时内多次服用氨基酸仍能保持肌肉蛋白合成作用的饱和。然而Volpi等〔15〕采用氨基酸+葡萄糖注射的方法来绕过内脏吸收，结果发现年轻人肌肉蛋白合成增加，而老年人则没有明显变化。可见，老年人肌肉合成代谢抵抗存在与否以及其机制仍然有待深入研究。

2.2 影响老年人肌肉合成代谢的细胞机制 人体研究发现〔16〕，在肌肉蛋白合成与几种免疫激活标志物的循环浓度存在密切关系，细胞因子，特别是肿瘤坏死因子(TNF)-α可能会通过钝化蛋白磷酸化在哺乳动物雷帕酶素靶蛋白(Mtor)的细胞内信号转导通路来损害肌肉蛋白合成。动物实验表明〔17〕，TNF-α这个最重要的诱导因素在肌肉蛋白合成代谢变化中起着重要作用。与雷帕酶素靶蛋白(mTOR)通路相关的信号蛋白被证明对氨基酸十分敏感，因此，老年人肌肉对合成代谢刺激的敏感性降低，可能与mTOR通路中氨基酸刺激下的蛋白质磷酸化过程被钝化有关。老年人肌细胞内信号转导对于氨基酸的敏感性不如年轻人。

近年来关于MG29蛋白的研究报道越来越多，MG29是位于肌质网膜上的一种蛋白，它在肌细胞神经信号传导方面起着类似“开关”的作用，因此它是一种决定肌肉功能的重要功能蛋白。在衰老和疾病状态下，肌细胞MG29蛋白的基因表达出现明显下降，并且它与肌肉丢失存在密切关系。研究发现，抗阻训练〔18〕和蛋白补充〔19〕都可以有效提高老龄大鼠肌细胞MG29蛋白的基因表达，并同时伴有肌纤维横断面积增粗。说明，衰老肌肉中的蛋白质代谢不仅涉及肌肉的结构蛋白，而且也涉及某些重要的功能蛋白。许多干预措施，如抗阻训练、饮食蛋白补充等，不仅对结构蛋白有明显的影响，同样也对功能蛋白产生着重要的影响。

2.3 蛋白摄入干预对老年人肌肉蛋白合成代谢的影响 摄入蛋白的剂量、种类等可以通过影响血液晶氨酸(EAA)的浓度和时间来影响肌肉蛋白合成，这其中蛋白的质量是很重要的。对于年轻人来说，抗阻训练后补充5～10 g鸡蛋对于补充肌肉蛋白合成率的提高就足够了，而20 g则可以达到饱和〔20〕。另有研究表明〔12〕，这种补充中，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(训练后0～3 h)，而且在训练后3～5 h仍能保持合成效率的高水平。乳清蛋白的支撑合成代谢的属性很可能与较快的消化动力学和氨基酸循环有关。支链氨基酸亮氨酸可能在调解肌肉蛋白合成中起到新陈代谢调节作用，而这是通过激活mTOR通道而实现的。乳清蛋白在刺激肌肉蛋白合成方面的能力要比大豆蛋白强，这不仅是因为吸收动力学的原因，而且是因为大豆蛋白较乳清蛋白中的亮氨酸含量少的缘故。

Welle等〔21〕的研究发现，给予年轻被试低蛋白(占总能量的7%)、中等蛋白(14%)和高蛋白(28%)饮食，对刺激肌肉蛋白合成的效果是基本相同的。Katsanos等〔11〕研究则是给年轻被试饮用EAA补剂10 g就足以刺激肌纤维蛋白合成达到高水平，对老年人则需要20 g补剂可以刺激肌肉蛋白合成高于平常水平，但过多的EAA或蛋白质则很难被肌肉吸收。说明老年人需要更多的蛋白摄入以维持肌肉蛋白代谢水平，但过多的蛋白摄入则会成为负担。基于众多研究得出的相似的结论，Katsanos等〔18〕提出了亮氨酸阈的概念，即在给年轻人和老年人补充富含亮氨酸的蛋白补剂时(如乳清蛋白)，年轻人补充10 g就可以使其肌肉蛋白合成水平迅速提高，而老年人则需要补充到20 g时才能迅速提高。也就是说，当蛋白补充冲破某一阈限时，肌肉蛋白合成才能产生较大的反应。而在补充到30 g时，年轻人和老年人肌肉蛋白合成水平均进入平台期(基本相当于安静时的120%)，不再增长。亮氨酸阈值不是一个绝对值，只是对于年轻人来说具有较低的亮氨酸刺激反应，而对老年人则敏感性较差，这个阈值偏高。亮氨酸阈概念的提出是基于近来许多研究所观察到的结果，最引人注目的是，亮氨酸的摄入或静脉注射导致了mTOR通路上的一个重要蛋白的磷酸化。年轻人对于摄入亮氨酸的反应十分敏感，摄入1 g亮氨酸即可导致肌肉蛋白合成水平高于平常。老年人则对亮氨酸合成代谢反应较迟钝，在20 g乳清蛋白中加入4 g亮氨酸可引起肌肉合成代谢高于平常老年人需要亮氨酸含量高的蛋白质来促进肌肉蛋白合成。研究表明〔22〕，较多的亮氨酸循环浓度(血液)比较高的酪氨酸浓度更能有效地促进肌肉蛋白合成。峰值亮氨酸浓度与肌肉蛋白合成呈正比。尽管亮氨酸摄入可以急剧提高肌肉合成代谢的水平，但长期补充亮氨酸对肌肉质量的影响效果还不知道，这方面的研究还未见到，然而有研究证明了摄入富含亮氨酸的氨基酸使得老年人肌肉质量、肌肉功能得到明显增强。另有研究则报道〔23〕，长期补充亮氨酸(每天7.5 g)对老年人肌肉力量和肌肉质量没有明显的影响。

3 抗阻训练对衰老肌肉蛋白质代谢的影响

老年人肌肉丢失是普遍的自然规律，其直接原因就是肌肉蛋白合成代谢减弱而分解代谢增强。补充蛋白可以明显增加肌肉蛋白合成代谢水平，但这种增加是暂时的，很多研究发现，在停止蛋白补充之后的短时间内，无论老年人还是年轻人，其肌肉合成代谢水平就会恢复到平常水平。也就是说，进食引起的蛋白合成的增加是暂时的。因此，如何获得肌肉蛋白合成水平的长期效应便成了人们追求的目标。

Yong〔24〕的研究发现，抗阻训练+乳清蛋白(最少 10 g，其中5 g EAA)摄入提高了老年人肌原纤维的蛋白合成水平。同样剂量摄入并未引起合成代谢反应。另有研究〔25〕报道，给老年人长达8个月的富含亮氨酸的乳清蛋白供食结合锻炼，结果被试肌肉质量和力量都有了明显的增强。这表明，饮食与运动的协同效应可刺激肌肉蛋白合成效率的提高，蛋白平衡的“摆动”(蛋白合成，而后又消耗)有利于蛋白沉积，从而使肌肉肥大。

老年人亮氨酸阈较年轻人高，说明老年人肌肉对蛋白摄入刺激的反应能力较年轻人差。不仅如此，老年人在肌肉抗阻训练后肌肉蛋白合成代谢的反应能力同样低于年轻人。Abe等〔26〕发现，老年被试在抗阻训练之后，蛋白合成水平的提高比年轻人延误了3～6 h，而老年人肌肉锻炼后合成代谢信号反应的减弱是短暂的，一定时间之后，他们肌肉合成代谢率的提高幅度可以达到年轻人的水平。可以说，抗阻训练可以促进老年人肌肉蛋白合成增加，使老年人肌肉体积增大。然而老年人的这种合成代谢反应比年轻人要明显迟钝。这其中的问题是，所有研究中，老年人从事抗阻训练的负荷强度都较年轻人低，这可能是由于训练安全性的考虑，但毕竟这种差别会导致研究结果的误差。研究发现〔27〕，在阻断工作肌群血流供应的情况下采用低强度(25%～50%1RM)抗阻训练使肌肉力量增长达到了相当于高强度训练的效果。老年被试经过1 h的抗阻训练(低强度+血流阻断)，肌肉合成代谢较安静时增加了57%，其分析原因在于这种训练方法促使了mTOR信号转导的磷酸化过程。之前的研究发现，低强度(40%1RM)半蹲训练(每组重复10次，1 w3次，持续12 w)，能明显改善老年人肌肉力量，但肌肉肥大未见明显改善。而采用高强度(80%1RM)训练，不仅增加了肌肉力量，而且使股四头肌明显增粗。

研究发现〔28〕，抗阻训练结合蛋白质补充可以有效地增强年轻人和老年人肌肉蛋白合成。研究证明，4.5 g EAA(相当于10 g乳清蛋白)补充结合抗阻训练可以有效地提高年轻人肌肉蛋白合成代谢水平，通常在训练后的1.5 h代谢达到高峰。而对老年人同样可以促进肌肉蛋白合成代谢，但反应较年轻人迟钝，通常训练后3～5 h后达到高峰。Drummond等〔29〕的研究发现，在半蹲抗阻训练中，给被试补充EAA，在训练后5 h，老年被试和年轻被试所引起的肌肉合成代谢反应水平是相似的，而在训练后的前3 h内，年轻人的反应较老年被试明显。证明，EAA补充结合抗阻训练可以通过延迟的肌肉蛋白合成的刺激来削弱老年人合成代谢抵抗，之前的研究〔30〕报道，单纯给被试补充乳清蛋白10 g可以明显增加肌肉蛋白合成，而20 g则达到一个平台期。Yong等〔24〕研究则发现，在抗阻训练结合乳清蛋白补充试验中，乳清蛋白补充可以采取阶梯式增加的方式达到最大效果(从10 g、20 g，一直可增加到40 g)。在补充蛋白的时间方面，Esmarh等〔31〕的研究是在老年人被试从事12 w抗阻训练中，每次训练后立刻补充10 g乳清蛋白，结果发现被试肌纤维横断面积明显增粗和等动肌力明显增强，而训练后2 h补充乳清蛋白的被试则效果不如即刻补充的明显。关于补充蛋白的时间效果(训练前或后)有很多研究，结果并不一致。近期的研究〔32〕发现对于年轻被试而言，训练后24 h，无论高强度或低强度的抗阻训练，肌肉都保持了对蛋白补充的敏感性，其证据是肌肉mTNA转导信号和肌肉蛋白质合成代谢都表现出了增强。

给老年被试补充8 w多不饱和脂肪酸(Omega-3)，结果发现促进了合成代谢蛋白的磷酸化，增强了mTOR的信号转导，减弱了随增龄出现的合成代谢抵抗〔33〕。其机制并不清楚，但研究者们一致认为Omega-3的抗炎症反应的功能是主要原因，因为老年人随年龄增长，肌肉炎症反应在不断增强。

4 总结

肌肉合成代谢与分解代谢的不平衡导致了肌肉丢失和肌肉功能衰退。蛋白摄入可以明显促进肌肉蛋白合成代谢水平，但其效果是暂时的。抗阻训练结合蛋白补充可以使老年肌肉合成代谢处于较稳定的增高水平。老年人与年轻人相比，肌肉对蛋白摄入和抗阻训练的反应都较为迟钝，但这两种干预都可以使老年人肌肉合成代谢反应达到年轻人的水平，只是时间稍有延迟。理论上在不考虑老年人心、脑血管承受能力的情况下，高强度抗阻训练比低强度抗阻训练能够更有效地促进老年人肌肉蛋白合成代谢水平。在蛋白补充方面，富含亮氨酸和EAA的蛋白质能够最有效地提高老年人和年轻人肌肉蛋白合成代谢水平。

1 Janssen I，Ross R.Linking age-related changes in skeletal muscle mass and composition with metabolism and disease〔J〕.J Nutr Health Aging，2005;9:408-19.

2 Janssen I.Influence of sarcopenia on the development of physical disability:the Cardiovascular Health Study〔J〕.J Am Geriatr Soc，2006;54:56-62.

3 Janssen I，Baumgartner RN，Ross R，et al.Skeletal muscle cutpoints associated with elevated physical disability risk in older men and women〔J〕.Am J Epidemiol，2004;159:413-21.

4 Janssen I.Evolution of sarcopenia research〔J〕.Appl Physiol Nutr Metab，2010;35:707-12.

5 Trappe T，Williams R，Carrithers J，et al.Influence of age and resistance exercise on human skeletal muscle proteolysis:a microdialysis approach〔J〕.J Physiol，2004;554:803-13.

6 Yarasheski KE，Zachwieja JJ，Bier DM.Acute effects of resistance exercise on muscle protein synthesis rate in young and elderly men and women〔J〕.Am J Physiol，1993;265:E210-4.

7 Hughes VA，Frontera WR，Wood M，et al.Longitudinal muscle strength changes in older adults:influence of muscle mass，physical activity，and health〔J〕.J Gerontol，2001;56:B209-17.

8 Suetta C，Hvid LG，Justesen L，et al.Effects of aging on human skeletal muscle after immobilization and retraining〔J〕.J Appl Physiol，2009;107:1172-80.

9 Mosoni L，Valluy MC，Serrurier B，et al.Altered response of protein synthesis to nutritional state and endurance training in old rats〔J〕.Am J Physiol，1995;268:E328-E35.

10 Pannemans DL，Wagenmakers AJ，Westerterp KR，et al.Effect of protein source and quantity on protein metabolism in elderly women〔J〕.Am J Clin Nutr，1998;68:1228-35.

11 Katsanos CS，Kobayashi H，Sheffield M，et al.Aging is associated with diminished accretion of muscle proteins after the ingestion of a small bolus of essential amino acids〔J〕.Am J Clin Nutr，2005;82:1065-73.

12 Balage M，Averous J，Remond D，et al.Presence of low-grade inflammation impaired postprandial stimulation of muscle protein synthesis in old rats〔J〕.J Nutrit Biochem，2010;21:325-31.

13 Burd NA，Wall BT，van Loon L.The curious case of anabolic resistance:old wives＇tales or new fables〔J〕?J Appl Physiol(1985)，2012;112(7):1233-5.

14 Volpi E，Sheffield M，Rasmussen BB.Basal muscle amino acid kinetics and protein synthesis in healthy young and older men〔J〕.JAMA，2011;286:1206-12.

15 Volpi E，Mittendorfer B，Rasmussen BB.The response of muscle protein anabolism to combined hyperaminoacidemia and glucoseinduced hyperinsulinemia is impaired in the elderly〔J〕.J Clin Endocrinol Metab，2010;85:4481-90.

16 李丽辉，邹 军.运动影响机体衰老进程研究进展〔J〕.中国老年学杂志，2012;32(15):3364-7

17 Toth MJ，Matthews DE，Tracy RP，et al.Age-related differences in skeletal muscle protein synthesis:relation to markers of immune activation〔J〕.Am J Physiol Endocrinol Metab，2005;288:E883-91.

18 Katsanos CS，Kobayashi H，Sheffield M，et al.A high proportion of leucine is required for optimal stimulation of the rate of muscle protein synthesis by essential amino acids in the elderly〔J〕.Am J Physiol Endocrinol Metab，2006;291:E381-7.

19 闫万军.负重跑训练改善老龄大鼠肌肉丢失的效果与机理〔D〕.石家庄:河北师范大学，2008.

20 Paddon D，Sheffield M，Zhang XJ，et al.Amino acid ingestion improves muscle protein synthesis in the young and elderly〔J〕.Am J Physiol Endocrinol Metab，2004;286:E321-8.

21 Welle S，Thornton C，Jozefowicz R，et al.Myofibrillar protein synthesis in young and old men〔J〕.Am J Physiol，1993;264:E693-8.

22 Pennings B，Boirie Y，Senden JMG，et al.Whey protein stimulates postprandial muscle protein accretion more effectively than do casein and casein hydrolysate in older men〔J〕.Am J Clin Nutrit，2011;74:98-109.

23 Scognamiglio R，Piccolotto R，Negut C，et al.Oral amino acids in elderly subjects:effect on myocardial function and walking capacity〔J〕.Gerontology，2005;51:302-8.

24 Yong GL，Breen L，Stewart CE.Influence of exercise intensity in older persons with unchanged habitual nutritional intake:skeletal muscle and endocrine adaptations〔J〕.AGE，2010;32:139-53.

25 Drummond MJ，Dreyer HC，Pennings B，et al.Skeletal muscle protein anabolic response to resistance exercise and essential amino acids is delayed with aging〔J〕.J Appl Physiol，2008;104:1452-61.

26 Abe T，Sato Y，Inoue K，et al.Muscle size and IGF-1 increased after two weeks of low-intensity“Kaatsu”resistance training〔J〕.Med Sci Sports Exerc，2004;36:S353-60.

27 Tang JE，Manolakos JJ，Kujbida GW，et al.Minimal whey protein with carbohydrate stimulates muscle protein synthesis following resistance exercise in trained young men〔J〕.Appl Physiol Nutr Metab，2007;32:1132-8.

28 Rooyackers OE，Adey DB，Ades PA，et al.Effect of age on in vivo rates of mitochondrial protein synthesis in human skeletal muscle〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA，1996;93:15364-9.

29 Drummond MJ，Timmerman KL.Bloodflow restriction exercise stimulates mTORCl signaling and muscle protein synthesis in older men〔J〕.J Appl Physiol，2010;108(5):1199-209.

30 Iwasaki T，Shiba N，Matsuse H，et al.Improvement in knee extension strength through training by means of combined electrical stimulation and voluntary muscle contraction〔J〕.Tohoku J Exp Med，2006;209(1):33-40.

31 Esmarh TB，Sheffield M，Mamerow MM，et al.The anabolic response to resistance exercise and a protein rich meal is not diminished by age〔J〕.J Nutr Health Aging，2011;15:376-81.

32 Walker DK，Dickinson J，Timmerman KL，et al.Exercise，amino acids，and aging in the control of human muscle protein synthesis〔J〕.Med Sci Sports Exerc，2011;43(12):2249-58.

33 Trappe TA，Carroll CC，Weinheimer EM，et al.Influence of acetaminophen and buprofen on skeletal muscle adaptations to resistance exercise in older adults〔J〕.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2011;300(3):R655-62.