亮氨酸联合抗阻训练对骨骼肌退行性改变的干预研究

张建佩 刘兰芳 邓红

(1.浙江体育职业技术学院 浙江杭州 310012;2.安阳幼儿师范高等专科学校 河南安阳 456150;3.广州体育职业技术学院 广东广州 510650)

据统计，2012年底中国超过60周岁的老年人口，数目已达1.94亿。2020年第七次全国人口普查公告显示，全国60 岁以上的老年人口共2.6 亿人，占全国总人口的18.7%，其中65 岁以上人口为1.9 亿，占13.5%。短短8年间，60岁以上人口已经增长了34%，表明我国老龄化进程进一步加快。衰老进程往往从下肢开始，衰老性骨骼肌萎缩（Sarcopenia）是以渐进性、周身性的骨骼肌质量和力量的流失为基本特征的综合症，并伴有机体活动能力受限，生活质量降低甚至死亡风险增加等严重后果。Sarcopenia 可累及高达33.6%的老龄人群，其发生时，骨骼肌质量将会以每年1%的速率逐渐衰减，并随着年龄的增长而加速。

亮氨酸是支链氨基酸（BCAA）的重要组成成分，作为营养补剂常被运动健身人群用来增肌减脂，补充支链氨基酸，具有增进骨骼肌蛋白质的合成，减少蛋白质的净降解功能，令由运动激发的过高线粒体脂质过氧化物水平下降等功效。抗阻锻炼结合饮食摄入乳清蛋白，能够提升老年人肌原纤维蛋白的合成水平，有助于预防由衰老引起的骨骼肌质量减少的症状。也有学者质疑，运动与营养联合干预是否能够相辅相成，协同促进衰老性骨骼肌萎缩的改善，认为过度训练可能会降低骨骼肌的总蛋白含量，甚至加速骨骼肌蛋白质分解，以满足运动的能量需求。因此，老年群体的运动与营养剂量干预，应当有别于青壮年。

该研究致力于观测膳食添加不同浓度的亮氨酸联合抗阻运动对衰老大鼠骨骼肌退行性改变的干预效果，以探究一种或几种可行的预防或改善衰老性骨骼肌萎缩的运动营养方案。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象与分组

该文以亮氨酸联合抗阻训练对骨骼肌退行性改变的干预为研究对象，调查对象为36只SPF级SD雄性健康大鼠，10 月龄，体重为350～400g，SPF 级动物房适应性喂养至15月龄成自然衰老大鼠模型后，随机分为对照组（C），递增负荷抗阻训练组（R），中剂量亮氨酸补充组（M），高剂量亮氨酸补充组（H），中剂量+递增负荷抗阻训练组（MR）和高剂量+递增负荷抗阻训练组（HR）6 组，每组6 只。动物房环境温度控制在23℃±2℃，相对湿度60%，室内照明保证12h/12h昼夜节律光照，保持饲养环境卫生。

1.2 干预方式

该研究采用营养及运动双因素干预方式，干预期为12周。

对照组采用普通饲料喂养，中、高剂量组是在普食同配比的基础上添加了亮氨酸，其浓度分别是3%和5%。抗阻训练采用自制爬梯，参照赵永军等人的试验，进行尾部递增负重爬梯训练，爬梯高1m，每级阶梯相隔2cm，倾斜85°，训练时间在大鼠暗适应期18∶00～21∶00进行。正式干预前进行适应性训练。正式训练运动频率为3次/周，每周一、周三、周五训练，运动强度2组/天，3次/组，组间休息2min，次间休息30s。训练的起始负荷量为大鼠体重的10%，结合体重和训练情况负荷量逐级递增，至第12 周负荷达到大鼠体重的60%。

测试指标：体重、骨骼肌、脂肪湿重采用称重法，计算肌肉体重比和体脂百分比，HE染色测量肌纤维撗截面积，用像素表示。

1.3 数据处理

该研究所有数据均以平均数±标准差表示。实验数据用Excel 2016 做初步整理后，用SPSS 22.0 进行统计学分析。体重数据采用配对检验和重复测量的方差分析，其他数据采用单变量的方差分析。事后组间多重比较，方差同质时采用LSD 法以更灵敏地检验组间差异，若方差不齐则采用非参检验Tam-hane's T2 结果分析两组间差异。<0.05时，差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 递增负荷抗阻训练与亮氨酸补充对骨骼肌质量的影响

如图1所示，干预前各干预组的初始体重较C组无显著差异（>0.05），干预后R、HR组的终末体重较C组为显著降低（≤0.05），其余各干预组为降低趋势（>0.05）；12 周不同干预后，各干预组干预前后的体重均无显著性差异（>0.05）。如表1所示，12周后，各干预组的腓肠肌湿重与C 组比较仅M、MR 组显著升高（≤0.05），其余均呈升高趋势（>0.05），各干预组两两比较无显著差异（>0.05）；各干预组的肌肉体重比较C 组均显著升高（≤0.05），MR 组最高（>0.05）。各干预组大鼠的体脂百分比与C 组比较仅MR 组为显著降低（≤0.05），其余各组无显著变化（>0.05），组间比较有显著性差异（≤0.05），表现为MR组分别较H、R组为显著降低（≤0.05）。

图1 大鼠体重的变化

表1 大鼠腓肠肌湿重、肌肉体重比、体脂百分比、横截面积的变化

调查显示，年龄超过50岁，尽管食欲日渐减退，但体重每年却会增加1kg 上下，体重不变，甚至出现增加，是Sarcopenia 在发生发展过程中的一个重要表现，该现象也被称为肌肉减少性肥胖症，即骨骼肌的减少与体脂的增多并存。该研究发现，干预后对照组的终末体重较其初始体重有升高趋势，这一趋势与上述观点基本一致，即随着年龄的增长，正常老年大鼠体重有增高的趋势，表现出Sarcopenia 的一般症状。SD 大鼠的一般寿命为30～36 月，6 月龄大鼠相当于人类18～20岁，24 月龄大鼠相当于人类65～70 岁，故该研究15～18 月龄大鼠相当于人类50～55 岁，已经进入了骨骼肌退行性改变阶段。

亮氨酸具有保护蛋白质的良效。Combaret 等人的研究显示给大鼠一次性（1h）或长期（10 天）补充5%浓度亮氨酸的膳食后，原先升高的蛋白质分解水平得到抑制。长期补充不同比例的亮氨酸，有使体重上升的趋势，但各干预组的体重在不同干预阶段内又始终低于对照组。采用乳清蛋白、大豆蛋白及双蛋白联合干预老年小鼠8 周后，其体重与骨骼肌质量也没有显著变化。该研究发现，M 组和H 组干预后的终末体重均高于其初始体重，其终末体重均又低于对照组；两组的肌肉体重比均显著升高，但体脂百分比无显著变化（见图2）。综上推断，单纯补充亮氨酸对于机体具有增肌减脂的双重功效。两相比较，中剂量补充效果更突出，H 组虽增肌显著，但是不利于减脂，可能是过高的浓度超过了老年个体的营养吸收阈值。

图2 M、H组体重、肌肉体重比、体脂百分比的变化

抗阻训练在促进肌肉力量增长的同时，还能够促使骨骼肌横截面积与质量同步增加，增加瘦体重，降低体脂，有效改善体成分。该研究发现，R组的终末体重较初始体重有降低趋势，比对照组明显降低，肌肉体重比显著升高，而体脂百分比变化不显著。表明递增负荷抗阻训练很好地抑制了随增龄出现的体重增加现象，且主要表现为促进骨骼肌质量的增长。推测原因是采用的训练方式运动强度大、持续时间短，老龄大鼠体内的能量代谢以无氧代谢为主，脂质动员不充分。

2.2 递增负荷抗阻训练与亮氨酸补充对肌纤维横截面积的影响

如表1所示，12周不同干预后，各干预组的骨骼肌纤维横截面积（CSA）较C 组均呈增长趋势，HR 组的增幅最大（>0.05）；两两比较，HR组较H组、R组均显著增加（<0.05），其他各组间未见显著差异（>0.05）。骨骼肌纤维CSA 是决定骨骼肌力量的重要因素，其值越大，骨骼肌收缩时产生的力量就越大。随衰老进程的加剧，骨骼肌纤维CSA 缩小，甚至可以减少30%以上，是Sarcopenia的另一个重要生理变化。

研究发现，爬梯运动使衰老大鼠腓肠肌纤维CSA 的降低趋势发生逆转，并能够改善衰老大鼠骨骼肌纤维排列及线粒体形态结构；膳食添加亮氨酸可削弱荷瘤所致的机体慢性炎症反应，进而增加骨骼肌蛋白质沉积，促进骨骼肌肌力增长。夏志在研究中观察到单纯游泳训练、单纯亮氨酸（5%）补充以及联合干预，使增龄小鼠的腓肠肌纤维CSA出现增加趋势，且联合干预组与对照组的差异性显著。该研究结果与上述结论基本一致，即各干预组的骨骼肌纤维CSA 较对照组呈增长趋势，单纯高剂量补充效果最差，但高剂量的亮氨酸补充联合抗阻运动干预后，较单纯高剂量/抗阻训练干预均显著增加。说明该研究选用的抗阻或/和亮氨酸补充干预的方式，对于本批自然衰老大鼠的骨骼肌横截面积增长具有促进作用，且高剂量联合抗阻的干预效果较为显著。

2.3 两种干预手段的效应分析

如表2 所示，亮氨酸因素对腓肠肌湿重影响的主效应显著（≤0.05），而运动因素的主效应及二者的交互效应均不显著（>0.05）。运动因素对肌肉体重比影响的主效应显著（≤0.05），而亮氨酸因素的主效应及二者的交互效应均不显著（>0.05）。运动、亮氨酸因素对肌纤维CSA 的主效应均显著（≤0.05），二者具有显著的交互影响效应（≤0.05）。

表2 运动与亮氨酸对指标影响情况的效应分析

肌纤维CSA的变化，双因素交互效应显著时，进一步做简单效应检验，结果如表3所示。控制运动因素，在安静和运动时，值分别为0.061 和0.127，即补充不同浓度亮氨酸后的各组间骨骼肌纤维CSA差异性不显著（>0.05）。控制亮氨酸因素，其浓度为0和3%水平时，值分别为0.119 和0.892，即不同运动水平干预后的各组间骨骼肌纤维CSA 差异性不显著（>0.05）；浓度在5%水平时，不同运动干预后的各组间骨骼肌纤维CSA差异性显著（≤0.05）。

表3 运动与亮氨酸对骨骼肌纤维CSA影响的简单效应分析

从以上的效应分析，有3%浓度亮氨酸添加的膳食足以促进初老阶段大鼠骨骼肌质量增加；进行了抗阻训练的大鼠，其骨骼肌质量的增长表现为肌肉体重比的升高；当大鼠食用了5%浓度亮氨酸的膳食之后，再进行抗阻训练，更有利于刺激其肌纤维CSA 的扩增。综合来看，联合干预对骨骼肌退行性改变的效果优于单一的干预手段。

中剂量亮氨酸补充联合抗阻运动，能更好地促进骨骼肌质量增加，同时使初老大鼠体内的脂肪含量下降。而高剂量联合抗阻训练组干预后，作用表现更突出的是骨骼肌CSA增大。尽管中剂量联合抗阻训练组的CSA也有增加，却并未比单一的中剂量与高剂量+抗阻训练组的干预效果强，且与其他指标的干预效果不太一致。推测增龄大鼠安静与运动时，亮氨酸对肌纤维形态功能与质量积累的干预路径和干预顺序不同，机体需要的剂量也不同。单纯高剂量补充可能不利于衰老机体吸收，甚至带来肝脏负担加大等不利影响。有研究指出，亮氨酸被机体摄入后，可通过特异性转运体LEURs 来对mTORC1信号通路进行调控，而mTORC1及其下游效应因子在促进肌肉肥大过程中具有重大意义。

3 结语

该研究的创新之处主要在于干预方式，比较了多个组别不同干预方式对骨骼肌衰减症的干预效果，初步探索了初老大鼠安静时与进行抗阻训练后补充不同浓度亮氨酸的剂量差异。综上，该研究所采取的营养与运动方案在抗衰老骨骼肌干预方面是安全可重复的，能够改善初老大鼠骨骼肌质量与形态的退行性改变，有效增加骨骼肌相对质量，促进骨骼肌横截面积增大。同时发现，安静时中剂量亮氨酸补充效果优于高剂量，而不同浓度亮氨酸联合抗阻训练干预对改善衰老性骨骼肌均有协同促进效应，可能存在不同机制。

该研究选取指标有限，且某些数据变化仅表现在趋势上，差异不显著，今后研究可进一步扩大样本量，进行多指标、多维度比较，如骨骼肌形态功能改变方面进行肌力测试，观察不同肌纤维类型的变化等。还可对干预机制进行研究，如蛋白质合成分解代谢，运动营养的干预信号通路，转运蛋白的调控等，以期为老年群体营养及科学健身活动的开展提供理论支撑。