支链氨基酸在体育运动领域中的研究进展及展望

温金红，赵志明

（湖南科技大学 体育学院，湖南 湘潭 411201）

支链氨基酸（Branched-chain amino acids，BCAA）是人体无法合成的必需氨基酸，是人类和牲畜的重要营养来源，包括亮氨酸（leucine，Leu）、异亮氨酸（Isoleucine，Ile）和缬氨酸（valine，Val），主要由食物蛋白提供［1-2］。 近年来，因BCAA在调节蛋白质合成与代谢、食物摄入和衰老方面表现出的重要生理作用而被广泛的应用在医药、食品、卫生、体育等领域当中［3-5］。随着体育运动的不断发展，教练员与运动员已经不局限于训练本身，开始寻求具有潜在直接或间接身体机能增强作用的能原性辅助物，以改善对体育锻炼的适应能力，BCAA就是其中重要的能原性辅助物［6］。 诸多研究［7-9］证实，BCAA在促进机体能量代谢、为运动提供能量、缓解运动性疲劳和加速运动损伤恢复等方面都具有积极的效应，但就现有研究来看，尚未有研究对BCAA与运动的关系进行系统的研究。鉴于此，本文通过中国知网（CNKI）、Web of Science、PubMed等数据库，归纳总结BCAA与运动的相关研究，以期为BCAA与运动的相关研究提供系统、科学的理论参考。

1 BCAA概述

BCAA包括Leu、Ile和Val 3种必须氨基酸，是在人体内无法合成而必须由食物蛋白提供的氨基酸，因其碳骨架上均有突出的支链而得名。Leu最早于1819年从奶酪中分离出来，并鉴定出一种化学结构为α-氨基异己酸的氨基酸类物质；Val最早于1856年从胰脏的浸提液中分离出来；Ile最早于1904年从甜菜糖浆中分离出来，此后又从多种蛋白质的胰酶水解物中制得，3种氨基酸先后被分离出来对氨基酸的相关研究与应用具有里程碑式的意义。研究［10-11］表明，BCAA是组织蛋白质的重要组成部分，占骨骼肌必需氨基酸总量的35%，且具有缓解运动疲劳、增强运动能力、促进肌肉蛋白质的合成并抑制其降解、加速运动损伤恢复等功能。因此，研究BCAA与运动的潜在联系对于拓宽BCAA的应用领域及丰富运动营养补充方式都具有十分重要的意义。

2 BCAA与能量代谢

能量代谢包括能量吸收、存储、释放、转移和利用，糖和蛋白质是运动时能量的重要来源，诸多研究表明，BCAA通过参与糖代谢与蛋白质代谢与运动产生密切的联系。

2.1 BCAA与糖代谢

糖是骨骼肌的主要能量来源，是无氧与有氧代谢的细胞燃料［12］。 研究［13］发现，BCAA可以促进机体胰岛素的分泌并提高胰岛素敏感性，调控组织中葡萄糖转运载体的表达，进而增强骨骼肌对葡萄糖的吸收和全身葡萄糖的氧化并促进糖异生。Shimomura等［14］研究了补充BCAA对大鼠的糖原代谢的影响，通过对大鼠喂食4周BCAA并进行运动训练，发现BCAA饮食增加了大鼠血清BCAA浓度和肝脏支链α-酮酸脱氢酶复合物的活性，且大鼠在急性运动后的血糖浓度比普通大鼠高2～4倍，而急性运动后大鼠肝脏和腓肠肌中丙酮酸脱氢酶复合物的活性显示出相反的趋势，提示补充BCAA可诱导丙酮酸脱氢酶复合物活性降低，促进糖异生并节省肝脏和骨骼肌的糖原消耗。此外，Gualano等［15］对BCAA转氨酶的激活与运动引起的肌肉糖原减少进行了研究，通过双盲交叉设计，将7名志愿者随机分配到BCAA组安慰剂组，进行为期3天的实验，研究发现，与安慰剂组相比，补充BCAA降低了呼吸交换率（RER），促进血浆葡萄糖水平升高并增加了17.2%的疲劳抵抗力，提示补充BCAA可增加抗疲劳能力，并增强糖原耗尽的受试者在运动中的脂质氧化，节省机体糖原消耗。以上研究结果提示，补充BCAA可以增加抗疲劳能力、促进糖异生并节省机体糖原消耗。

2.2 BCAA与蛋白质代谢

蛋白质是机体中含量最丰富的大分子物质，几乎所有的器官内都含有蛋白质，运动过程中，当体内糖原储备不足及脂肪供能受限时，蛋白质将参与代谢为机体提供能量［16］，而BCAA是蛋白质的基本组成单位，与蛋白质的代谢有着密切的联系，BCAA中的Leu作为合成谷氨酰胺的底物可促进肌肉增长并加速蛋白质合成［17］。Anthony等［18］对补充Leu对运动后肌肉恢复能力的影响进行研究，发现Leu刺激运动后的肌肉蛋白合成与血浆胰岛素增加无关，提示口服Leu能刺激运动后骨骼肌蛋白质合成。许志勤等［19］探讨了运动过程中补充BCAA对大鼠蛋白质代谢的影响，结果显示，补充BCAA使大鼠蛋白质合成率和更新率、整体氨基氮流率都有不同程度的增高，BCAA可通过调节运动对心肌、肝脏蛋白质代谢的影响提高骨骼肌的氨基氮流率，提示补充BCAA可调节运动状态下机体蛋白质代谢，并提高运动状态的骨骼肌氨基氮流率。此外，金宏等［20］对补充BCAA对大鼠运动能力和血清游离氨基酸代谢的影响进行研究，发现补充BCAA可抑制血清中必需氨基酸、非必需氨基酸和总氨基酸水平，提高大鼠游泳存活率，提示补充BCAA可提高大鼠的运动能力，并减少因运动引起的蛋白质分解。上述研究表明，补充BCAA可加速蛋白质的合成代谢并抑制蛋白质的分解代谢。

3 BCAA与运动供能

人体在运动过程中所需的能量分别由磷酸原系统、糖酵解系统和有氧氧化系统进行能源供给，运动供能是运动的重要组成部分，运动可通过多种途径补充能量，如补充葡萄糖、运动饮料等，与机体内常规供能燃料（碳水化合物、脂肪等）不同，BCAA是一种特殊参与分解供能的氨基酸，能在短时间内转氨基和完全氧化，且氧化产生的ATP效率高于其它氨基酸，在休息或运动时维持系统能量平衡方面起着重要作用［21］。研究［22］发现，1mol的Leu、Ile和Val完全氧化可分别产生42mol、43mol、32mol的ATP，且效率高于其它氨基酸。值得注意的是，运动强度的高低会影响BCAA参与运动供能的水平。Gawedzka等［23］对运动强度与血浆BCAA变化关系进行研究发现，中低强度的运动（50%VO2max，12min）对血浆中的BCAA没有明显的影响；高强度的运动 （70%VO2max，10min）会导致BCAA明显下降 （p＜0.05），且在进行高强度运动时，血浆BCAA的降低会诱导血浆乳酸浓度显著增加，提示在增量运动中BCAA的显著减少与运动引起的糖原利用的加速相一致，BCAA仅在高强度运动中参与功能。综上所述，BCAA是运动供能的重要原料，且在高强度运动中表现出的供能水平更高。

4 BCAA与肌肉力量

研究［24-26］发现，BCAA除了参与能力代谢、为运动供能、减缓运动性疲劳和预防运动性损伤外，还具有调节蛋白质合成的作用。Jackman等［27］研究表明，摄入BCAA会增加运动后对肌纤维蛋白质合成的刺激和磷酸化状态雷帕霉素复合物-1（mTORC1）的信号传导，提示摄入BCAA有益于机体的肌纤维蛋白质合成。Ikeda等［28］研究了补充BCAA与运动疗法相结合对改善老年全髋关节置换术（THA）后患者身体功能的影响，将31名接受THA的老年妇女分为BCAA组（n=18）和对照组（n=13），进行了为期1个月的运动干预，对受试者在运动干预后立即食用3.4gBCAA补充剂或1.2g淀粉，结果显示，BCAA组对侧的伸膝力量和上臂横截面积有明显的影响，且干预前后手术侧膝关节伸展力量的也明显较高，提示BCAA补充剂与体育锻炼相结合，对患者改善肌肉力量具有积极效果。Uojima等［29］也做了类似的研究，研究评估了BCAA补充剂对肝硬化患者的肌肉力量和肌肉质量的影响，结果显示，患者手握力从治疗前的（22.2±6.3kg）增加到了治疗后的（23.9±6.4kg），提示补充BCAA改善了慢性肝病患者的低肌力，BCAA可以作为提高肌肉力量的有效补充剂。

5 BCAA与运动性疲劳

运动性疲劳是指机体不能维持正常的生理过程而难以进行正常的体育活动［30-31］。诸多研究表明，BCAA与运动性疲劳有着密切的联系。AbuMoh'd等［32］探讨了口服BCAA对增量运动方案中肌肉（肌酸激酶和肌红蛋白）和中枢（血清素）疲劳的影响，发现在增量跑步机运动前1h口服20gBCAA增加了耗尽时间，且肌红蛋白水平仍在正常范围内，提示口服BCAA有利于减少肌肉疲劳症状。此外，BCAA也常作为联合补充剂来减轻运动员疲劳。Chen等［33］对联合补充BCAA、精氨酸（Arg）和瓜氨酸对训练有素的跆拳道运动员三次模拟比赛后中枢疲劳的影响进行研究，12名男性跆拳道运动员运动前口服0.17g/kgBCAA，0.05g/kg精氨酸和0.05g/kg瓜氨酸，运动后受试者血浆游离色氨酸/BCAA比率明显降低、氮氧化物和氨气（NH3）浓度增加，提示联合补充方案可以缓解精英运动员运动引起的中枢疲劳。此外，Mikulski等［34］也做了类似的研究，对11名耐力训练的男性（32.6±1.9岁）在60%VO2max的情况下进行了两次（间隔1周）的亚极限摆线仪运动（90min），然后进行分级运动直至耗尽，随机双盲补充了总计16gBCAA和12g冬氨酸（OA）或调味水（安慰剂），在运动前、运动中和恢复20min后对选择反应时间（MCRT）、感觉到的劳累、心率和摄氧量进行测量，结果发现BCAA联合OA显著降低了受试者游离色氨酸（fTRP）浓度，且MCRT更短，提示补充BCAA联合OA是提高高强度运动中MCRT的一种有效方法，加速健康年轻男性在运动后恢复阶段的氨的消除并减轻运动疲劳。与上述研究结果相似，Chang等［35］对15名男性和7名女性手球运动员在运动前同时摄入0.17g/kg的BCAA和0.04g/kg的Arg进行研究发现，BCAA联合Arg的可通过缓解中枢疲劳来改善训练有素的运动员在连续第二天模拟手球比赛中的间歇性短跑表现。值得注意的是，补充BCAA除了能缓解中枢疲劳以外，对外周疲劳也存在积极的效应。研究［36-38］发现，补充BCAA可通过节省运动时的能力消耗、减少乳酸生成并保护线粒体结构功能状态对外周疲劳产生影响。综上所述，补充BCAA对于运动性疲劳具有积极的效果，根据运动项目、运动强度等情况合理地服用BCAA对减轻运动性疲劳、提高运动表现具有重要意义。

6 BCAA与运动损伤恢复

运动损伤是指运动过程中发生的运动系统损伤，常见的康复措施有手术治疗、药物治疗和运动康复治疗。目前，越来越多的证据表明补充BCAA对运动损伤具有积极的作用。Kim等［39］对耐力运动后服用BCAA对疲劳物质（5-羟色胺、氨和乳酸）、肌肉损伤物质（CK和LDH）和能量代谢物质（FFA和葡萄糖）的影响进行研究发现，补充BCAA后，肌内酶（CK和LDH）血清浓度显著下降，提示补充BCAA可以减少与耐力运动有关的肌肉损伤。VanDusseldorp等［40］研究调查了补充BCAA对离心运动恢复的影响，20名男性受试者在离心运动前后摄取了BCAA补充剂或安慰剂（PLCB），对肌酸激酶（CK）、垂直跳跃（VJ）、最大自愿等长收缩（MVIC）、跳蹲（JS）和感知酸痛进行评估，发现与PLCB组相比，BCAA组在第48h的CK浓度较低（p=0.02），且BCAA组在48h和72h的时间点上报告的酸痛感较少（p＜0.01），提示补充BCAA可以减轻肌肉损伤和运动后的肌肉酸痛。Lim［41］通过等速运动诱发延迟发作性肌肉酸痛（DOMS）并分析最大肌力和肌肉损伤指标，研究了BCAA补充剂对DOMS的影响。在服用BCAA后，分析了膝关节伸展峰值扭矩、屈曲峰值扭矩、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、肌酸激酶（CK）和乳酸脱氢酶（LDH）浓度的变化，结果显示，运动引起的DOMS导致峰值扭矩下降，CK和LDH的浓度按比例增加，服用BCAA可抑制伸展峰值扭矩的减少和CK及LDH浓度的升高，提示BCAA可以作为一种补充剂，以保持肌肉力量并防止在运动环境中可能诱发DOMS的剧烈运动中的肌肉损伤。Rahimi等［42］的综述研究也证实了上述结果，综述发现在各种形式的疲惫和破坏性运动后，服用BCAA比被动恢复效果更好，减少肌肉酸痛、改善肌肉功能和防止运动损伤恢复都有积极的效果。上述研究表明，服用BCAA对减缓肌肉酸痛和防止运动损伤都具有积极的效果，除运动过程中加强损伤防范意识外，适当的补充BCAA营养剂也是预防运动损伤的关键。

7 BCAA与运动性免疫

免疫是人体的一种生理功能，是抵御病原体入侵的主要防御系统，免疫系统受损情况下机体患病率将大幅上升［43-44］。中等强度运动能够改善机体的免疫系统功能，而过度运动则会降低血浆中的谷氨酰胺水平对机体免疫功能造成损伤并形成免疫抑制，出现免疫开窗期［45-46］。研究表明，BCAA可以扭转过度运动导致的血浆谷氨酰胺浓度下降导致的免疫抑制。研究［47］发现，12名运动员补充BCAA后在实验前后的血浆谷氨酰胺水平相同，而未补充BCAA的运动员在实验后的血浆谷氨酰胺浓度下降了22.8%，提示补充BCAA可以逆转在长时间激烈运动后血清谷氨酰胺浓度降低的情况，避免因过度运动造成的免疫抑制。Bassit等［48］评估了补充BCAA对运动后免疫反应的影响，对参加奥林匹克铁人三项比赛或30km长跑之前和之后的运动员收集外周血并检测，结果显示，运动结束后未服用BCAA的运动员血浆谷氨酰胺浓度显著下降，而服用BCAA的运动员血浆谷氨酰胺浓度无明显变化且外周血单核细胞增殖反应增加，提示服用BCAA有益于避免运动造成的免疫抑制。Negro等［49］研究表明，补充BCAA可以恢复长距离激烈运动后外周血单核细胞对有丝分裂原的反应增殖，以及血浆谷氨酰胺浓度，并且改变与运动有关的细胞因子的产生模式，导致淋巴细胞免疫反应向Th1类型转移。上述研究结果提示，BCAA作为运动中免疫调节的补充剂可以在一定程度上避免因过度运动造成的免疫抑制。

8 BCAA与运动表现

上述研究提示BCAA通过参与能力代谢、为运动供能、提高肌肉力量、减缓运动性疲劳、预防运动性损伤和避免过度运动造成的免疫抑制等多种途径提高了运动者的运动效益，并间接提高运动者的运动表现，但相关研究针对的被试多为经过系统训练的运动员，BCAA对未经系统训练运动者运动表现的影响仍存在争议，近年来已有相关学者对此展开了研究。Manaf等［50］让18名未经训练的男性骑行者在一个电磁制动的自行车测力计上进行自行车计时测试，并要求在最短时间内完成，运动前和运动过程中摄入BCAA或无热量的安慰剂溶液，并记录受试者的劳累程度、功率、步频和心率，同时在运动后立即和运动后20min评估最大自主收缩、肌肉自主激活水平和电诱发的扭矩，结果显示，补充BCAA减少了完成测试的时间（287.9±549.7s；p=0.04）和感知疲劳的评分（p≤0.01），同时增加了心率（p=0.02），提示补充BCAA有利于降低未经训练男性骑行者的感知疲劳并提高其运动表现。然而，有研究发现补充BCAA并不能提高未经训练男性的运动表现。Greer等［51］将9名未经训练的男性分为碳水化合物（CHO）饮料组、BCAA饮料组和安慰剂（PLAC）饮料组，进行骑行训练（3次，90min/次，55%VO2max）后又进行了15min的计时赛，运动前和运动60min时3组受试者通过CHO饮料、BCAA饮料和PLAC饮料摄取了总共200kcal的热量，并在稳态运动期间的每15min进行一次感知疲劳的评分（RPE）和代谢测量，结果显示，补充虽然对RPE存在积极效应，但并不能影响运动表现。综上所述，虽然诸多研究证实了BCAA对提高运动表现的积极作用，但补充BCAA对未经训练运动者运动表现的影响仍存在争议，其潜在机制尚不明确，需要更多的研究确认。

9 小结与展望

BCAA作为一种必需氨基酸，已经在诸多研究中证实了其可通过参与能力代谢、为运动供能、提高肌肉力量、减缓运动性疲劳、预防运动性损伤和避免过度运动造成的免疫抑制等途径提高运动效益，且随着相关研究的不断深入，BCAA在体育运动领域的应用也越来越广，受到了教练员、运动员及其他相关人员的青睐。近年来，虽然国内外在补充BCAA提高运动效益方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些亟需解决的问题，遂提出以下展望：1）补充BCAA提高运动效益受到了运动员性别、运动项目、运动强度和运动环境等多方面因素的影响，其中具体量-效关系尚不十分明确，仍需进一步阐明；2）目前，国内外多将BCAA作为一种独立的营养补剂进行相关研究，未来研究可进一步将BCAA作为联合成分，探索效益更高的组合营养补剂；3）补充BCAA虽然在诸多研究中证实了其积极的效应，但针对提高未经训练受试者运动表现的相关研究仍存在一定的争议，未来研究应扩大样本量，对不同项目未经训练受试者进行综合研究，阐明其中的潜在机制。因此，BCAA对运动效益提高的深入挖掘有望成为未来运动领域的重要研究方向，让更多人因此受益。