运动、蛋白质补充与骨骼肌衰减征

冯钰，史仍飞

(上海体育学院 运动科学学院，上海 200431)

骨骼肌是人体健康和维持运动能力的基础。理想的骨骼肌比例是维持整体代谢效率和健康体重的保障，同时也有助于身体的平衡及骨骼的健康。近年来老龄化人群的比例增长迅猛，而随增龄而出现的肌肉质量的丢失，骨骼肌的力量和功能的下降，已成为影响老年人群健康和生活质量的重要因素之一。当肌肉质量下降，而脂肪比例增加时，会进一步发展为胰岛素抵抗及Ⅱ型糖尿病等慢性疾病。因此，预防、减缓骨骼肌的丢失是改善老年人生活质量以及减缓老龄化的重要措施。

1 骨骼肌衰减征的特征及评价标准

1.1 骨骼肌衰减征的特征及发展趋势

“骨骼肌衰减征”(Sarcopenia)最初是Rosenberg 在1989年提出的，专指随增龄而出现的肌肉丢失现象，近来也包括随增龄而出现的肌肉萎缩、力量下降等现象[1]。当前，老龄化人口趋势的增加和生活方式的变化，这一现象尤其显得突出,已严重影响老年人的生活质量和健康，也是各种慢性疾病的诱因之一。

通常成年阶段骨骼肌质量接近人体体重的35%～40%，随年龄增长，骨骼肌质量开始下降，从40岁开始，成人每10年约失去3%～5%的肌肉质量。尤其50岁后更明显，每年约1%～2%的丢失。到75～80岁时，骨骼肌仅占体重的25%。骨骼肌衰减征与静息的生活方式、营养缺乏、细胞外氨基酸代谢失衡及氧自由基损伤等[2—3]多因素影响有关。肌肉丢失最为显著的特征是下肢肌肉的衰退，80岁老年人的股外侧肌横截面积仅是20岁年轻人的40%左右。肌肉丢失另外一个特征表现为II型肌纤维的丢失和肌肉力量的减退[4]。

1.2 骨骼肌衰减征的评价标准

既然肌肉随年龄增长而丢失是一种事实，如何测量和评价肌肉丢失的程度？目前精确测量骨骼肌质量的方法，有双能x线吸收计量法(dual-energy x-ray absorptiometry)、磁共振成像、计算机断层扫描等[5—7]，虽然一些新的技术如正电子成像技术、功能性磁共振能够测量肌肉质量和功能等。但是由于这些先进的仪器受经费和检测条件的影响，在诊断评价肌肉方面并不是很实用。

目前骨骼肌衰减征的临床医学鉴定方法，一是采用骨骼肌质量指数(skeletal muscle index，SMI)，以四肢骨骼肌量(appendicular skeletal muscle，ASM)与身高平方的比值表示，即kg/m2。SMI若低于青年对照组1～2SD(标准差)称为I级Sarcopenia，若低于2SD以下，称为II级Sarcopenia。即可判定为肌肉衰减综合征。第二种方法采用肌肉质量百分比表示，即肌肉质量×100/体重。另外，去脂体重、肌肉力量、握力、BMI等也可作为评定肌肉衰减综合征的指标[8]。

2 衰老相关的蛋白质代谢

维持骨骼肌质量的主要因素是肌肉蛋白质合成与降解的平衡，而这一平衡随着岁月的流失和生活方式的变化,发生着微妙的变化，当分解速率超过合成速率时，肌肉蛋白丢失，引起肌肉衰退。

当给予充足的蛋白质食物时，老年人蛋白质合成率与年青人相当，而当减少蛋白质供给时，老年个体的蛋白质合成率减弱。这种合成率抵抗被认为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质合成率[9]。如给予老年人添加亮氨酸(46%)的蛋白质食物，相对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质合成恢复。

蛋白质合成效率的变化认为与mTOR调控的翻译启动被抑制或损伤有关。最近的研究发现老年骨骼肌中mTOR和P70S6K含量约比年轻人降低50%，且其磷酸化活性水平也弱于年轻人。另外，老年骨骼肌中与降解相关的信号蛋白-NFKB比年轻人增加约4倍，且分解相关的AMPK活性增加了约5倍。另外血液及细胞内IGF-1水平也显著低于年轻人。总之，衰老过程中合成能力的降低受多种因素的影响。

衰老的肌肉不仅仅表现在蛋白合成率的降低，而且表现为蛋白降解的增强所至。目前发现肌肉降解的两条途径，即泛素蛋白酶体途径和溶酶体自噬途径[10]。其中泛素蛋白酶体途径是肌原纤维蛋白溶解的最主要方式，通过两个特异的泛素连接酶控制:muscle atrophy F-box (Atrogin-1) and muscle RING finger 1 (MuRF1)，而它们的基因主要与萎缩相关的FOXO家族转录因子有关。在衰老的骨骼肌纤维中FOXO3A 和MuRF1 mRNA表达增加，且肌原纤维降解增强；而抗阻训练后，与年轻人相比，老年女性MAFbx表达相应增加了3～4倍[11]。

3 抗阻力量运动对老年肌肉蛋白质合成的影响

在运动训练方面，通常有氧耐力练习有助于提高肌肉的线粒体数量和有氧代谢酶的活性，而抗阻力量练习主要影响肌肉的生长及肥大，通过力量练习增加肌肉质量和力量，改善肌肉的代谢能力等。单次力量练习，肌肉IGF-1基因表达会短时间提高，引起mRNA翻译增强，蛋白质合成率在2～4 h内提高，且肌肉生长抑制素表达下降[12]。对于经常训练的个体，高的蛋白质合成率会持续16 h，而非训练者可达到24～48 h，且蛋白质分解率也略有增加[13]。

肌纤维修复、再生及肥大的机制很大程度上依赖于肌卫星细胞的活性，大量的研究已表明衰老的过程中，肌卫星细胞的含量及活性均降低。Han B等[14]研究发现抗阻力量练习后，高蛋白饮食或补充支链氨基酸能够促进衰老的肌肉中蛋白合成能力，并抑制蛋白降解水平。但相对于年轻人(20～35岁)而言，Kim JS等[15]研究表明，老年人(60～75岁)从事抗阻力量练习后，肌纤维肥大的细胞分子效应是较弱的。

仅仅考虑抗阻力量训练的影响，在增加训练强度的情况，老年人表现出较迟缓的蛋白质合成效率，而给予充足的必需氨基酸或蛋白质后，老年人蛋白质合成率与年轻人相似。最近Drummond等[16]研究表明，进行抗阻力量练习后1h 内补充15 g 蛋白质，老年人与年轻人的受试者均持续5 h 保持相对高的蛋白质合成率。Hulmi等[17]研究发现抗阻训练后，迅速增强了mTOR磷酸化水平，而补充乳清蛋白则延长这一活性信号持续的时间。

但也有些持不同结果的研究报道，如Godard等[18]研究发现，老年受试者抗阻力量训练后补充12 g 蛋白质和70 g 葡萄糖，并没有提高肌肉力量和质量；Welle等[19]也发现长期力量练习，高碳水化合物(含10%～15%蛋白质)饮食并没有改善肌肉。这些研究可能源于高碳水化合物的饮食产生的高胰岛素效应，影响了骨骼肌的血流分布，从而降低了肌肉肥大的效果，这种推断被Esmarck等[20]研究所证实，他的研究表明，抗阻力量练习后补充含7 g 碳水化合物的蛋白质，则提高老年受试者股外侧肌和股四头肌平均肌纤维横截面积。

4 蛋白质补充对骨骼肌蛋白质合成的影响

4.1 蛋白质食物类型的影响

蛋白质质量主要取决于所含必需氨基酸量及比例关系，通常动物蛋白优于植物蛋白。早期Pannemans等[21]研究发现，与补充植物蛋白食物(14.5%能量；5.1%蛋白质)相比，老年女性补充动物蛋白食物(15.1%能量；5%蛋白质)后能抑制蛋白降解程度，并表现为高的正氮平衡。而Campbell等[22]对老年男性(51～69岁)受试者的研究发现，抗阻训练12周后，以动物性食物为主的受试者瘦体重增加2.4 kg，体脂百分比降低1.4%；而植物性食物为主的受试者瘦体重则降低了1.2 kg，体脂百分比增加1%。

通常净蛋白质平衡的增加与细胞外必需氨基酸含量是一致的，因此动物性食物中高的必需氨基酸含量占有一定的优势。另外，内脏器官是氨基酸吸收利用的主要场所，但支链氨酸是主要代谢是外周骨骼肌，有利于肌肉蛋白的代谢，因此，高必需氨基酸的食物，会相应提高骨骼肌支链氨基酸的水平，从而促进蛋白质代谢。

4.2 老年人蛋白质需要量是否应增加

美国对所有超过19岁的成年人蛋白质推荐摄入量为0.8 g/(kg·d)，这一数据主要基于对年轻的成年人短期氮平衡的基础上提出，但难以提升健康水平和预防老年人的肌肉丢失。通过氮平衡的实验分析，对于老年人群(56～80岁)需要达到1.14 g/(kg·d)，这项研究是基于不充分的蛋白饮食易导致老年肌肉丢失。目前虽然一致同意随年龄的增长膳食蛋白质的需要量应该变化，但需要对不同人群的健康状况进行长期的试验，再确定最佳的蛋白质摄入范围。有些研究认为当膳食蛋白质提高到0.9 g/(kg·d)，运动诱导的肌肉增长就比较明显，若进一步增加蛋白质，也不会有更多的好处。

毫无疑问的说，对于肌肉萎缩的老年人，增加或调整蛋白质的摄取量是有帮助的。就蛋白质摄入量而言，研究表明对年轻人和老年人的蛋白质合成率，一次摄取340 g瘦牛肉(90 g蛋白质)并没有比姐撒伞1/3份的效果更好[23]。尽管这种效果受身体活动和体成份的影响，但这类研究表明一餐摄取超过30 g蛋白质对肌肉蛋白的合成并没有带来更多益处。同时鉴于老年人骨骼肌对低剂量的必需氨基酸(7.5 g)反映减弱，而对于高剂量(10～15 g)与年轻人相似的特点。因此，最实际的方法是在每一餐摄取中等量、高生物利用率的蛋白质食物，每餐25～30 g高质量的蛋白质(10 g必需氨基酸)。例如，对于75 kg的人，推荐量是60 g/d，每餐摄取20 g(通常混合的动植物蛋白含5～8 g必需氨基酸)，能够有效的刺激肌肉蛋白质合成。或者老年人按1.27 g/(kg·d)或蛋白质占总能量的15%计。

5 亮氨酸补充对肌肉衰减征的影响

亮氨酸是一种促胰岛素分泌氨基酸，具有促进翻译启始和肌肉蛋白合成的作用。在骨骼肌中，亮氨酸对营养及能量敏感信号蛋白mTOR有潜在的促进作用，补充亮氨酸通过磷酸化mTOR上游途径AKT/PKB，进而磷酸化下游4E-BP1和S6K1。然而随年龄增长，肌肉对普通餐后亮氨酸浓度敏感性降低，这一因素也是导致老年人肌肉蛋白合成率降低和丢失的原因。近来的一些对动物及人体研究表明，补充亮氨酸促进了衰老的肌肉蛋白质合成。一项随访研究发现添加亮氨酸的食物显著增加了老年人肌肉蛋白合成；Pansarasa等[24]报道大鼠氨基酸补充能够预防老龄化的肌肉丢失，且提高mTOR通路的活性。

ESCOBAR等[25]研究发现亮氨酸作为一种营养信号能提高骨骼肌4E-BP1,rps6磷酸化水平，促进肌肉蛋白质的合成；MORRISON等[26]研究也发现大鼠耐力训练后，补充乳清蛋白(富含亮氨酸)能有效的激活mTOR信号通路，即4E-BP1,rps6和P70s6k磷酸化水平提高，并伴随胰岛素水平升高，进一步促进蛋白合成。总之，衰老引起的蛋白质降解与泛素-蛋白酶体通路的高表达有关，补充含亮氨酸丰富的食物具有弥补蛋白降解的作用。

6 小结及展望

这种随增龄而出现的肌肉萎缩已严重影响到老年人的生活质量，抗阻力量锻炼及营养改善将在延缓肌肉衰老方面发挥重要作用。但目前就抗阻力量锻炼的负荷、频率及安全方面仍需要进一步的研究；另外，蛋白质及氨基酸的补充方式、比例以及与力量练习的协同关系仍存在很多未知空间。尽管在探讨衰老的肌肉中蛋白质合成与降解的分子机制方面已经开展了深入的研究，但在寻找能够促进蛋白质合成，降低蛋白质降解的营养物质方面还有待于进一步探讨。

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