运动中补充支链氨基酸对生理机能的影响

运动中补充支链氨基酸对生理机能的影响
安康学院体育系体育教育09级一班
官钰\黄宝\包月辉\张凡
摘要:支链氨基酸作为人体的必需氨基酸,与人体运动能力有着密切关系,能为长时间的耐力运动提供能量。

从补充BCAA对抗中枢神经疲劳、对肌肉蛋白质代谢的作用及对线粒体功能的作用等几方面进行阐述诠释。

关键词: BCAA;中枢疲劳;糖代谢;蛋白质代谢;线粒体
1 氨基酸( amino acids, AA)的生理效用
氨基酸( amino acids, AA)是组成蛋白质的基本单位,也是参与人体代谢和某些生理过程的一种特殊功能的生物分子( bi2omolecule)。

最近的研究表明[ 1 ]氨基酸( amino acids, AA)不仅是细胞信号分子,而且还对基因表达和蛋白磷酸化起到调节作用。

另外,AA是激素合成及低分子氮底物的关键前体,而AA的生理浓度和它们的代谢产物(如一氧化氮、聚胺类、谷胱甘肽、牛磺酸、甲状腺激素和5—羟色胺)同样有巨大的生物学意义。

然而提高AA和产物浓度(如氨、同型半胱氨酸和非对称二甲基精氨酸)对神经系统疾病、氧化应激和心血管疾病都是致病因素。

那么,在膳食和循环系统中选择AA的一个最佳平
衡对整个机体的稳态是至关重要的。

在生长认知中除了这些作用,还可以构造蛋白质和多肽,一些氨基酸调节主要的代谢途径,这对维持、生长、繁殖和免疫功能都是必须的。

他们称为功能性氨基酸,其中包括精氨酸( arginine)、半胱氨酸( cysteine)、谷氨酰胺( glutamine)、亮氨酸即白氨酸( leucine)和脯氨酸( p r oline) ,这些氨基酸的作用是:
(1)在不同的生命周期中改善健康问题(如胎儿生长受限、新生儿发病率和死亡率、断奶时的肠功能障碍及消耗综合症、肥胖、糖尿病、心血管疾病、代谢综合症和不孕症等) ;
(2)为了提高肌肉增长,及运动员的运动能力,一方面提高代谢转化率,另一方面,预防过量的脂肪沉积来降低肥胖发生率。

因此,在机体营养和健康中,氨基酸(AA)有着重要的作用。

2支链氨基酸( branched chain amino acid, BCAA)代谢概述
支链氨基酸( branched chain amino acid, BCAA)因有支链碳骨架而得名,包括三种必需氨基酸,分别是亮氨酸(Leucine,Leu)、异亮氨酸( Is oleucine, Ile)和缬氨酸(Valine, Val) ,在人体内不能合成,而由食物蛋白提供的三种必需氨基酸( EAAA)。

每1mol亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸彻底氧化生成CO2和H2O时,分别可以提供42mol、43mol和32mol的ATP[ 2 ]。

在1819年, Leu首先从奶酪中分离出来, Ile是Ehrlich于1904年先从甜菜糖浆中分离出来,而在1856年, Val从胰脏浸提取液中分离出来。

BCAA是唯一不仅局限于在肝脏中降解的氨基酸,是由于肌肉中BCAA代谢限速酶活性比较强,从而增加了肌肉利用BCAA的能力,因此,支链氨基酸(BCAA)主要的代谢场所是在肌肉中。

在骨骼肌和心肌细胞中,支链氨基酸(BCAA)起到促蛋白合成和抗蛋白分解的作用[ 3 ]。

越来越多的证据[ 4 ]
表明,长时间的耐力运动主要是支链氨基酸参与供能,对运动员补充合理的BCAA,为提高运动员的运动能力能够发挥重要作用。

3 补充支链氨基酸(BCAA)对抗疲劳的作用
3 . 1中枢疲劳
中枢疲劳是中枢神经系统的一种保护性机制。

客观的说,是与中枢神经系统功能的特殊物质改变有关的一种疲劳,是由于大脑皮层保护性抑制作用的结果,尤其是对长时间的中等强度的运动所产生的疲劳而言[ 6 ]。

色氨酸( Tryt ophane)是一种芳香族(AAA)氨基酸,存在于食物中,在体内可代谢转变为5—羟色胺(5 - hydroxytryp tamine,5 - HT)。

5 - HT具有广泛的生理调节功能,对运动时中枢神经系统的调节作用相当明显,早在1987年就有科学家
提出将5HT作为中枢疲劳的神经递质这一理论假说。

5—羟色胺(5 - HT)的前体色氨酸是主要的限制因素。

长时间大强度运动导致递质5 - HT的前体在脑内含量升高[ 5 ],可能通过抑制多巴能神经系统而引起困倦,诱发疲劳,而且还可以使其它递质的前体如酪氨酸( Tyr osine)等也进入脑组织,引起某些神经递质增高,导致运动能力下降[ 7 ]。

5 - HT可降低促性腺激素释放素( gonadotrop in releasinghor mone)的分泌,从而减少促卵泡激素( follicle sti mulating hor2mone, FSH)和促黄体激素( luteinizing hormone, LH)分泌[ 8 ]。

当色氨酸进入大脑要通过血脑屏障( bl ood - brain barrier,BBB) ,这和血清中的BCAA浓度有关,但只有未与清蛋白结合的游离色氨酸( f - Try)可以透过血脑屏障,即和f - Try/BCAA比值有关,当比值升高时,色氨酸容易进入大脑[ 8 ]。

这就表明,补充BCAA可使 f - Try/BCAA比值下降,抑制血液中的色氨酸进入脑部,减少脑内5 - HT合成,具有抗中枢疲劳的作用。

3 . 2糖代谢
糖是重要的氧化代谢底物,每1g糖彻底氧化平均释放能量为17 . 2kJ ,糖代谢的某些中间代谢产物还可以转变成为脂肪及氨基酸等物质。

运动时内源性葡萄糖来自肝糖原分解及肝糖异升作用,在某些情况下,如酸中毒、饥饿、长时间持续运动时肾脏也可起到糖异升作用。

补充BCAA可以促进糖异生过程中对氨基酸的利用,并通过氨基酸的糖异生过程生成葡萄糖或糖原[ 9 ];在骨骼肌中肌糖原的利用,还可以加速肝脏的能量转换作用。

BCAA代谢在糖异生过程中起到重要作用,丙氨酸( ala2nine)可能是BCAA参与糖代谢的中间产物。

补充BCAA加速运动后血糖的恢复[ 10 ],防止运动后血糖水平大幅度下降和血乳酸的大量产生,减少骨骼肌中乳酸的积累,延缓疲劳的发生,进而消除疲劳。

4补充支链氨基酸(BCAA)对肌肉蛋白质代谢的作用
4 . 1对合成代谢的影响
蛋白质和氨基酸在耐力运动时的供能作用有定量价值。

BCAA对促进蛋白质的合成有重要作用。

在BCAA中,最重要的是亮氨酸(Leu) ,而亮氨酸可以作为合成谷氨酰胺( gluta2 mine)的底物,而亮氨酸的代谢产物β-羟-β-甲基丁酸(β-hydroxy -β- methylbutyrate, HM β)就是蛋白质合成的调节信号[ 11 ],即HMβ可以降低肌肉损伤程度及减少蛋白质的分解,利于正氮平衡。

HMβ于1988年首先由Steven Nissen博士发现,是人体代谢的正常产物,是一种水溶性的复合物,也是机体生长过程中必需的一种物质。

在正常饮食状况下,机体大概每天在肌肉中产生0 . 25 - 1g的HMβ,其中很少一部分被肌肉使用,其余被排除体外。

在一些动物实验中发现, HMβ的逆向作用造成其可使合成代谢增加[ 12 ],因此补充亮氨酸能刺激肌肉蛋白质的合成。

运动时亮氨酸( leucine)在肌肉和血液中的浓度( concentra2ti on)对运动后蛋白质合成有重要的影响。

Phillli p s等早在1999年就提出运动与蛋白质合成的子调节(molecular regulati on)直接和胰岛素信号( insulin signal)及亮氨酸浓度水平有关,同时,亮氨酸( leucine, Leu)还对胰岛素信号有修饰作用(modifi2cati on)。

这些成果在阐明运动与蛋白质合成和蛋白质及亮氨酸的营养措施方面都有指导意义[ 13 ]。

4 . 2对分解代谢的影响
苯丙氨酸( phenylalanine)、酪氨酸( tyr osine)及 3 -甲基组氨酸(3 - methylhistidine, 3 - MH)可用于反映肌肉中蛋白质降解的情况,其中前两个都是芳香族氨基酸(AAA) ,而3 -甲基组氨酸是肌动蛋白和肌球蛋白的分解代谢产物[ 14 ]。

力竭运动中不仅使血清中的BCAA 浓度下降,在肌肉组织中也同样下降,因此力竭运动能加速肌肉蛋白质的分解。

通过自行车功率和越野跑等运动试验发现,运动中补充BCAA后,肌肉和血液中的酪氨酸和苯丙氨酸浓度的升高受到了抑制[ 15 ]。

此外,在人体和动物实验中都表明,大强度运动中补充HMβ会使肌酸磷酸酶( creatine phos phokinase, CPK)和乳酸脱氢酶( lactate dehydr ogenase, LDH)水平降低,而 3 -甲基组氨酸排泄减少[ 16 ]。

蛋白质合成和分解的调节( regulati on)机理(mechanis m)不同。

在空腹时运动[ 17 ],蛋白质代谢处于合成和分解的动态平衡( dynamic
equilibrium)之中,补充蛋白质和氨基酸是保证氮平衡( nitr ogen balance)的必须,但不是蛋白质合成的唯一必备条件。

5结语
作为人体的必需氨基酸,BCAA长期参与运动功能,对抗疲劳有显著作用,同时,促进肌肉蛋白质的合成与分解,线粒体功能正常化及防止钙超载等现象均有一定影响。

目前的研究并非全面透彻,或多或少影响实验结果,运动量和运动时间等都是相关因素,对如何更正确有效地补充BCAA还有待进一步深入细致的分析研究,也可针对个别运动项目进行调查,并对运动员的身体素质进行检测,在更科学的补充BCAA的同时,考虑如何通过合理途径来提高运动员的训练水平。

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