氨基酸补剂对体育运动员运动素质的影响

张路遥（淮阴工学院体育教学部 江苏淮安 223000）

运动素质包括力量、速度、耐力、柔韧性及灵活性，是运动能力的重要组成部分，也是运动员获得优异竞赛成绩的关键因素。营养学家发现，运动素质的提高除了日常坚持训练外，还能通过运动营养补剂进一步提升和维持。氨基酸与蛋白质一样，是常见的运动营养补剂，具有运动保护、促进作用，但目前较少有氨基酸补剂在运动方面的影响机制的综合性报道。基于此，该研究从氨基酸结构与功能、氨基酸与运动多个方面综合阐述氨基酸补剂的作用机制，为其在运动领域的研制及推广提供参考。

一、氨基酸的结构与功能

氨基酸是蛋白质基本组成单位，含有羧基、氨基两种官能团，其中组成生物体蛋白质的氨基酸共有20种，而且大多为L-α型（除了甘氨酸）。氨基酸在体内的代谢途径有两种，一是在肝脏处合成蛋白质或被分解，二是随血液流经到各个组织器官，进而合成特异性组织蛋白。氨基酸在体内的分布如下：肌肉占50%～80%、肝脏约占10%、肾脏约占4%、血液占1%～6%，除了氧化分解供能、组成蛋白质外，某些氨基酸分子还可以发挥调控因子的作用。

二、氨基酸与运动

蛋白质是机体重要的营养物质，但不能被人体直接吸收，需要消化分解为多肽、氨基酸后才能被吸收利用，也就是说氨基酸可以直接为机体运动提供能量。蛋白质供能比例与机体所处的状态有关，安静时蛋白质供能占总能量的3%～18%左右，运动时明显升高，而且运动时间越长、运动强度越大，供能占比也越高。近年研究显示，适量补充氨基酸补剂能够提高机体运动能力，减轻疲劳感。

（一）支链氨基酸与运动

支链氨基酸（BCAA）指结构中具有分支碳骨架的氨基酸，主要储存于肌肉中，是人体维持生命活动必需而又无法合成的一类氨基酸，只能从食物或运动营养补剂中获取，如异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸等。随着运动时间的延长，肝糖原几乎被消耗殆尽，此时肝脏/肌肉开始从血液中大量摄取BCAA用以维持机体运动，从而导致血液中BCAA含量减少，运动能力下降。有学者将16只雄性白鼠随机分为两组，其中实验组给予5%BCAA饲料喂养，对照组予以正常饲料喂养，连续喂养10 d，结果实验组小鼠力竭运动时间较对照组明显延长，血清游离BCAA水平较对照组明显升高，同时人体实验还显示，实验组12 min跑步成绩优于对照组，最大吸氧量高于对照组，提示BCAA补剂可以持续性为机体运动供能。

（二）芳香族氨基酸与运动

芳香族氨基酸（AAA）主要指苯丙氨酸（Phe）、酪氨酸（Tyr）、色氨酸（Trp），其中 Phe及 Tyr是合成儿茶酚（CA）的前体，Trp是合成5羟色胺（5-HT）的前体，与运动性疲劳的发生密切相关。CA、5-HT等神经递质可增加交感神经负荷，使机体出现疲劳症状。由于CA、5-HT不能透过血脑屏障只能在脑内由前体物质合成，而脑内AAA转入量受AAA/BCAA比值的调控，二者比值升高进入脑内的AAA增多，合成的CA、5-HT也相应增多，更易产生疲劳。研究表明消除运动大鼠血清AAA水平，提示维持脑内AAA/BCAA平衡，可以推迟运动疲劳的发生。上述表明，补充AAA会对运动产生负面影响，我们通常所说的氨基酸补剂主要指BCAA补剂。

三、氨基酸补剂对运动员运动素质的影响

（一）对运动员力量的影响

肌肉是力量的主要承载者，机体长期处于负氮平衡状态，可导致肌肉质量及力量下降，对运动成绩造成不利影响；而正氮平衡可促进肌蛋白合成，增强肌肉质量与力量。早先一篇关于BCAA补剂对柔道运动员肌肉力量的影响的研究指出，长期口服BCAA补剂可以提高运动员唾液睾酮水平及大腿等速肌力，而且对肝功能无不良影响，表明合理补充BCAA是安全有效的，可以起到维持并提高大腿肌肉力量的作用。BCAA补剂的这种效用可能与以下机制有关：（1）体外摄取的BCAA可以用于氧化分解供能，使内源性蛋白质及睾酮的消耗减少；（2）BCAA代谢过程中产生的琥珀酸辅酶A及乙酰辅酶A可参与三羧酸循环，与蛋氨酸等发生竞争性结合，从而减少蛋氨酸的消耗，促进蛋白质合成，减少运动应激损伤；（3）维持AAA/BCAA比值，以减少AAA向脑内转运及CA、5-HT等的合成，从而延长肌肉力竭时间。研究人员以老年肌少症患者为研究对象，也显示补充BCAA可以提高临床疗效，增加患者骨骼肌质量与力量。

（二）对运动员速度的影响

对某些极限或速度型运动员而言，速度是获取胜利的关键因素。将20名速滑运动员随机分为两组，实验组连服3个月的氨基酸口服液，对照组服用安慰剂，与受试前相比，实验组血清睾酮、血红蛋白水平显著升高，而且在同等负荷运动下，实验组血尿素（BUN）水平、肌酸激酶（CK）活性显著低于对照组，表明长期补充氨基酸口服液可以增强身体机能，提高运动速度。这可能与氨基酸补剂加快体内氨基酸代谢速率有关，一方面氨基酸氧化分解为机体提供能量；另一方面氨基酸为组织蛋白合成提供原料，促使肌肉、骨骼肌生长，从而提高运动速度。

（三）对运动员耐力的影响

既往研究显示，耐力运动后，运动员血清BCAA水平明显下降，表明长时间运动需要依靠BCAA氧化分解供能，由此推测，额外补充BCAA可以增强运动耐力。相关动物实验也表明，连续4 d，每天给实验小鼠补充25 mg BCAA，可以降低小鼠血乳酸水平，延长力竭游泳时间，进一步证实BCAA可以延缓运动疲劳的产生。营养学家认为，长时间运动产生疲劳度的原因主要有两方面，一是肝糖原耗竭导致血糖浓度降低，大脑中枢接收到疲劳信号，从而发出相应指令；另一方面与CA、5-HT等神经递质合成增多有关。5-HT水平直接关乎大脑睡眠、情绪及运动状态等，Trp是合成5-HT的原料，脑内转运的Trp越多，5-HT合成也越快，越易产生疲劳。进一步研究发现，Trp与BCAA存在相互竞争的关系，外源性补充BCAA可以抑制Trp向脑内转运，使5-HT合成减少，最终达到缓解疲劳的目的。此外，研究人员通过放射性技术示踪也发现，耐力运动后大鼠脑内5-HT浓度明显上升，脑及血小板5-HT2A表达下调，运动期间补充BCAA可以阻止5-HT2A下调，起到缓解中枢疲劳的作用。

研究显示，BCAA的抗疲劳机制还与心肌保护作用有关。心肌组织是有氧氧化代谢的主要场所，其中分布有大量的线粒体，其在合成能量的同时也产生了大量的自由基，在自由基的攻击下，线粒体膜会发生脂质过氧化，导致膜流动性降低，运动耐力下降。BCAA补剂可以通过以下途径保护线粒体：①通过消除自由基或阻断自由基反应，减少丙二醛（MDA）的合成，从而降低脂质过氧化反应；②通过增加谷氨酸（Glu）、丙氨酸（Ala）、天冬氨酸（Asp）等必需氨基酸浓度，促使BCAA代谢加快，为线粒体氧化供能提供便利；③通过抑制钙离子转运，减少心肌细胞凋亡，从而保护心肌组织。

（四）对运动员柔韧性的影响

柔韧是评估运动员运动素质的重要指标之一，柔指的是韧带、肌肉拉伸的最大范围，韧指的是在损伤软组织情况下肌肉所爆发的最大力量。对散打、武术、体操运动员来说，柔韧性是其获得成功的关键因素。身体柔韧性可以通过日常训练加以提高，但需要循序渐进、从易到难、由浅到深，否则很容易造成组织损伤。研究人员通过下坡跑运动诱导SD大鼠骨骼肌损伤，结果发现大鼠血清游离氨基酸在运动后即刻下降，认为游离氨基酸参与了骨骼肌代谢，与组织肌损伤相关。观察大鼠被动牵拉损伤后肌肉内氨基酸谱变化情况也发现，大鼠损伤后肌肉内氨基酸先降低后升高，也进一步证实氨基酸参与了肌肉宿损伤与修复。由此可见，BCAA对肌肉组织具有保护作用，对柔韧性训练有一定的帮助。以20名皮划艇运动员为研究对象，发现运动期间补充BCAA补剂能够降低血清肌酸激酶、乳酸脱氢酶水平，也说明BCAA能够促进运动损伤后恢复。

（五）对运动员灵活性的影响

灵活性的定义为：运动员在突发情况下准确判断、迅速改变动作及空间位置的能力。对运动员来说，灵活性素质分为两大类，一类是起跳、急停、平衡、躲闪等一般素质；另一类是专项灵活性素质，如接发球、射击等专项动作。灵活性完成过程需要人体感觉器官、神经中枢、肌肉共同参与，首先是感觉器官接收外界信号，然后传递给大脑皮层，最后大脑发出指令给肌肉。其中大脑皮层的状态直接影响动作完成的质量，因为球类比赛中的急停、专向等都是在一瞬间完成的，需要大脑快速作出判断。既往报道显示，氨基酸参与了大脑海马突触效应、学习记忆机制，可能对运动员灵活性素质的提高有促进作用。

脑组织中75%的氨基酸为γ-氨基丁酸（GABA）、Asp、Glu及Glu衍生物，主要起神经递质的作用，其他如牛磺酸等起神经调质作用。以跳台小鼠为研究对象，首先在训练前1.5 h经腹腔注射20 mg/kg的苯氧乙酸或训练前3 min经脑室注射0.1 μg GABA，结果小鼠脑内GABA水平明显升高，学习记忆能力明显受损；另外，于训练前3.5 h经腹腔注射110 mg/kg盐酸氨基脲，小鼠脑内GABA水平明显降低，同时记忆损伤情况有所改善，表明GABA可损害大脑学习记忆能力。

牛磺酸为人体所需要的一重要的氨基酸，可在体内合成也可从食物中获取，而且在大脑皮质、小脑、神经、视网膜分布广泛，对中枢神经系统具有保护作用。有学者采用低蛋白饮食法构建宫内生长受限（IUGR）胎鼠，发现IUGR胎鼠脑内牛磺酸水平显著低于正常胎鼠，脑细胞凋亡数量高于正常胎鼠，孕期补充牛磺酸可以改善胎鼠大脑超微结构，促进神经元细胞增殖，该机制可能与牛磺酸对相关信号通路的调控有关。还有研究显示，牛磺酸可以消除运动性疲劳，是一种颇具潜能的运动营养成分。

四、过量摄入BCAA补剂的负面影响

目前，市面上的氨基酸补剂多为BCAA，是对人体有利且安全的一类营养素，但过量补充也会带来不利影响，如诱发肠道应激反应、阻碍其他类氨基酸吸收利用等。一项来自于职业足球运动员的调查显示，该类人群发生肌萎缩侧索硬化症（ALS）的风险明显增加，而且还发现，大部分职业足球运动都有补充BCAA的习惯。基于此，有学者探讨BCAA与ALB之间的关系，结果发现25 mmol/L剂量的BCAA有一定的神经毒性，会抑制神经突出兴奋性，认为ALB的发生可能与BCAA过量补充有关。耐受性是人体摄入营养补剂、药物等必需考虑的一个问题，如果超过耐受值将导致营养素、药物及其代谢物在体内堆积，增加肝肾负担，发生中毒现象。

五、小结

BCAA不仅参与机体能量代谢与物质代谢，还与神经系统、内分泌系统、免疫系统、运动系统相关，具有促进骨骼肌蛋白质合成、减少心肌损伤、预防运动性疲劳的作用。对运动员而言，BCAA是一种良好的运动营养补剂。但任何营养补剂都是双面性的，过量补充都会增加机体负担，甚至产生毒性。因此，研究氨基酸对运动的影响机制，针对性开发专项氨基酸类营养补剂具有重要意义。