运动训练与补充 β-丙氨酸的剂量和效果

发布时间: 周一, 07/24/2017 - 13:46
来源: 
铜仁学院大健康学院
论文作者: 
雷雨
简介: 
运动员通过补充 β-丙氨酸可以延缓骨骼肌疲劳以提高锻炼和训练的质量,且其在非运动员和/或临床医学上被证明也是很有价值的。本文综述了 β-丙氨酸的生理功能、补充 β-丙氨酸对运动能力的影响及其补充剂量和方法的新近研究进展,以期为 β-丙氨酸在实践中的应用提供参考。
论文作者: 
雷雨
发布者: 每日科学
正文: 

Research progress in sports training and supplement β-Alanine on human exercise ability and health effects

LEI Yu

(School of Sports and Health Science, Tongren University, Tongren, Guizhou 554300)
Abstract: Athletes through beta-alanine supplementation can delay skeletal muscle fatigue in order to improve the training and the quality of training, and the non athletes and/or clinics proved to be of great value.  This article  will examine  the  physiology of β-Alanine  and  dosing patterns,  and    therapeutic effects, and issues associated with its use, in order to application of β-alanine in practice to provide reference.

Key words: β-alanine; Supplementation; effect; dose

0 引言

                 人类在追求运动成绩不断提高的过程中,通常认为摄入运动营养补充剂能更快更好的增强运动能力,但有时也会对身体健康增加风险。β-丙氨酸(β-Alanine)是一种氨基酸,是目前许多运动员和体育爱好者普遍使用的一种新的运动营养补充剂,它有助于促进健康和提高运动能力[1]。许多研究表明,摄取 β-丙氨酸对提高运动员高强度运动的性能十分有效,并可以通过延缓骨骼肌疲劳而提高运动训练的效果[2]。一项元分析表明,口服 β-丙氨酸能提高运动能力 [3]。此外,有研究证明补充β-丙氨酸有益于人的健康,特别是对老龄人更为有效[4]。尽管补充 β-丙氨酸可能有许多益处,但摄入 β-丙氨酸的作用与剂量还需要准确、客观地量化。

1. β-丙氨酸生理功能概述

β-丙氨酸是一种非蛋白质氨基酸,其在肝脏能被合成,它也可以从许多食物中获得,如牛肉、鸡肉和火鸡。当 β-丙氨酸作为膳食摄入的一部分时,它通常与组氨酸结合生成二肽,如鹅肌肽、鲸肌肽和肌肽。β-丙氨酸的主要生理功能是作为新成代谢的中间产物(如动物体内尿嘧啶代谢生成 β-丙氨酸),也是合成核酸的关键中间体。此外,在神经系统 β-丙氨酸可能作为一种神经递质或调质, 能与 N-甲基-D-天氡氨(NMDA)、γ-氨基丁酸 A(GABAA)、 氨酪酸c(GABA-C)和甘氨酸受体上含有海马结合位点发生作用,有助于学习新知识[5]。

肌细胞中的 β-丙氨酸可以与组氨酸结合形成肌肽。由于肌肉细胞组氨酸含量比 β-丙氨酸丰富,因此 β-丙氨酸被认为是限制肌肽形成的限速氨基酸[6]。β-丙氨酸在骨骼肌中与组氨酸结合产生肌肽的主要作用是通过增强肌肉对氢离子(H+)的缓冲能力以维持酸碱平衡[7]。通过补充 β-丙氨酸增加肌肉内肌肽的浓度被证明可潜在提高运动员的耐力、力量和爆发力[2]。一些研究表明,肌肽可能作为一种神经保护剂,具有预防和治疗因氧化应激诱导的神经退行性疾病和抗衰老的作用[8,9]。总之,β-丙氨酸具有广泛的生理功能,与组氨酸合成肌肽是其发挥其机能增进效果的必要条件,但目前未完全清楚其在运动中的作用及机制。

2.运动训练与补充 β-丙氨酸的效果

2.1运动训练与补充 β-丙氨酸对肌肉肌肽水平的影响

                 肌肽由 β-丙氨酸和组氨酸组成。肌肽首先在人类骨骼肌快肌纤维(II 型)中被发现,其大约能缓冲骨骼肌高强度运动过程中产生的H+的 40%[10]。尽管 II 型肌纤维肌肽非常丰富,最近的证据表明在收缩性器械上运动,I 型和 II 肌纤维 Ca2+的敏感性增加。在骨骼肌已被证明 Ca2+敏感性增加导致肌肽浓度显著上升,兴奋收缩耦联增加,进而潜在减低肌肉疲劳的速率,即维持肌肉工作性能的时间延长[11]。然而,肌肉从血液循环吸收它的能力是有限的,因此,它需要在骨骼肌合成,因为骨骼肌 β-丙氨酸的相对浓度较低,但组氨酸和肌肽合成酶浓度高,此时 β-丙氨酸成为决定肌肽合成速率的重要因素。补充 β-丙氨酸(3.2g-6g/d)4 周,骨骼肌肌肽浓度增加 37%至 64%[12]。最近有研究表明,每天服用 1.6 g 就足以增加肌肉肌肽。他们得出结论,肌肽的增加依赖于总 β-丙氨酸随时间的消耗,不依赖于基础状态肌肉肌肽含量、肌纤维类型或 β-丙氨酸每日补充的量[13]。

               其它试验也表明,口服β-丙氨酸可以提高肌肉肌肽水平。每天服用4-6gβ-丙氨酸四周,肌肉肌肽含量约增加60% [14]。服用低剂量(2–4 g/d)β-丙氨酸56天可引起的肌肽增加小于50%[10,15]。此外,研究者观测了男性口服β-丙氨酸(4.8 g/d  )5–6周后不同部位肌肉肌肽含量的变化,结果表明,比目鱼肌、胫骨前肌和内侧腓肠肌肌肽水平分别增加39%、27%和23%[15]。它提示糖酵解纤维肌肽含量较高,具有氧化特性的比目鱼肌获益相对较大。研究显示高剂量(4.8-6.4 g/d)补充β-丙氨酸4周和10周,其肌肉肌肽含量分别增加60%和80%[16]。到目前为止,研究表明老年受试者摄入(3.2 g/d)β-丙氨酸12周,其肌肉肌肽含量增加幅度最大,研究者认为是因老年受试者自身二肽含量较低的缘故[9]。这些研究可为支持补充β-丙氨酸具有机能增进的作用提供依据。

长期训练似乎对肌肉肌肽的浓度也有影响。Parkhouse 等[17]研究表明,受过高度训练的无氧运动员有更大的缓冲能力,并且骨骼肌肌肽的浓度比耐力运动员和未经训练者显著增大。也已报道短跑运动员干肌肌肽的含量浓度范围为 17 至 25 mmol/kg,显著高于耐力运动员、未经训练的人和老年人[7]。有研究认为,健美训练者股外侧肌肌肽的浓度显著高于未训练的对照组,但这并不能解释各组之间肌肉体积的差异[18]。健美训练计划(如大运动量、中等强度抗阻力训练)可能会刺激肌肉中内源性肌肽浓度的变化。一次 30 秒的冲刺跑,肌肽浓度和平均功率之间的正相关对高强度运动员的运动能力有重要作用[7]。骨骼肌肌肽的浓度与无氧运动能力成正相关,也为肌肉肌肽浓度与肌肉耐受性能相关的理论提供了支持。

Suzuki 等[19]研究显示,高强度训练 8 周肌肉肌肽的浓度升高 100%。然而,大部分纵向研究(持续 4~16  周)并不支持训练引起肌肉肌肽浓度的增加[20]。此外,Tallon  等[18]怀疑早先的研究被允许使用合成代谢类固醇。先前的研究已经表明,循环睾酮浓度升高可以增加肌肽合成;然而,外源性雄激素是否可以提高肌肉肌肽的含量还不明确。尽管长期训练对肌肉肌肽浓度变化的影响尚不明确,但大多数研究认为是有助于提高肌肉肌肽水平。

由上可知,长期运动训练可能有助于肌肉肌肽浓度的增加,但仍有争议,而口服 β-丙氨酸可提高肌肉肌肽水平已经得到证实[21]。然而,我们认为其中仍然有许多问题尚未弄清需进一步研究,如采用不同强度、不同时间、不同方式的运动训练方法与不同部位肌肉肌肽含量的影响与作用机制等;其次认为,确定补充 β-丙氨酸对肌肉肌肽含量最适宜的补充量及补充方法也是十分必要的。

2.2补充 β-丙氨酸对运动能力的影响

研究表明,补充 β-丙氨酸可有效增加肌肉肌肽含量并能提高高强度运动的性能[2]。研究者主要就补充 β-丙氨酸对运动员运动成绩的影响进行探讨,已有报道证实补充 β-丙氨酸能有效增强机体的工作能力[22]。有研究探讨了补充 β-丙氨酸对未受训练年轻男子体力工作能力的疲劳阈值(PWCFT)的影响[23]。该研究的前6 天受试者每次服用1.6 克β-丙氨酸或安慰剂,每日四次(每天共摄入 6.4g),然后在接下来的 22 天每天摄入 3.2 g。之前和之后的补充措施都能提高功率自行车试验者体力工作能力的疲劳阈值。体力工作能力的疲劳阈值由记录的股外侧双极表面肌电图来确定;它为评价个体在疲劳前保持最高运动强度的能力提供依据,也与无氧阈高度相关(乳酸和通气阈值)。研究结果表明,受试者补充 β-丙氨酸组与服用安慰剂组相比 PWCFT 显著增加 9%,且服用安慰剂者没有变化[23]。在后续的研究中,该研究小组对未经训练的高校老年妇女补充β-丙氨酸 28 天的作用效果进行了探讨,与先前的结果相比,补充 β-丙氨酸比服用安慰剂组的PWCFT 增加 12.6%、通气阈上升 13.9%和衰竭时间延长了 2.5%[24]。这些研究表明,未经训练的受试者补充 β-丙氨酸 28 天,可以推迟高强度运动疲劳的时间。Ghiasvand R等[25]对 39 名男性学生在电子制动车进行分级运动试验 6 周,结果证明补充 β-丙氨酸组能有效降低血乳酸浓度,进而提高耐力运动员的成绩。Howe  ST等[26]研究了短时间高强度补充 β-丙氨酸的效果,该研究选取平均年龄 24 岁训练水平较高的自行车运动员并采用随机、双盲安慰剂对照的方法进行实验,结果显示,与对照组相比 PH、血乳酸和 HCO3-水平无显著差异,但 4 周补充 β-丙氨酸能有效提高受试者计时测验的成绩和短时间肌肉力量产生的能力。

研究显示,运动员力量训练时补充β-丙氨酸可能也有良好效果,但研究结果并不一致。

Hoffman 等[27]在大学足球运动员夏季训练营开始前补充 2 周(4.5 g/d)的作用效果。随后在训练营训练期间持续追加补充 2 周。补充 2 周后进行性能测试,没有发现短跑成绩或疲劳速率显著差异。然而,60 秒 Wingate 无氧功率测试过程中发现补充 β-丙氨酸与安慰剂相比,疲劳的速率有下降的趋向。记录训练营的抗阻练习显示,那些补充 β-丙氨酸的运动员与服用安慰剂组相比,趋向一个更高的训练量。此外,补充 β-丙氨酸的运动员疲劳的主观感受也显著降低。在反复进行冲刺跑约 30-35 秒的测验中看不到补充β-丙氨酸有何效果,但能改善一次 60 秒大强度运动的疲劳时间,补充 β-丙氨酸能提高长时间高强度运动耐力的研究也证实了如此效果。与这些结果一致的还有 Derave 等[12]报道,400 米短跑运动员补充 β-丙氨酸 4 周能够推迟反复练习发生疲劳的时间(五组),但不能提高 400 米跑的速度。虽然延长高强度锻炼的时间似乎由于肌肉肌肽浓度的增加导致缓冲能力增强,然而最近研究表明,持续时间超过 60 秒的高强度运动,补充 β-丙氨酸也可能受益。Baguet 等[28]对赛艇运动员补充 β-丙氨酸(5g/d)7 周的研究显示,2000 米赛艇持续运动大约 5 到 8 分钟,运动员补充β-丙氨酸后比之前的速度快 4.3 秒,而那些服用安慰剂的运动员没有变化。服用 β-丙氨酸组的比

 

目鱼肌和腓肠肌肌肽的含量分别显著高于对照组 45%和 28%。高强度运动后立即进行长时间的耐力性运动也可能受益于补充β-丙氨酸。Van Thienen R 等[22]研究表明,自行车运动员补充 8 周β-丙氨酸,能提高 30 秒全速跑后的 110 分钟计时测验的成绩。在一项对八名有训练经历运动员使用双盲交叉为期 4  周的抗阻练习中,补充 β-丙氨酸下蹲运动重复总的次数与使用安慰剂时相比明显不同;此外,每一组组间平均功率也有显著差异[29]。然而,采用更大量的训练,并没有引起急性睾酮或生长激素对运动计划发生有意义的改变。此外,4 周补充β-丙氨酸与安慰剂相比,下蹲力量的提高无明显差异[29]。Smith-Ryan AE等[30]在高强度间歇跑中补充 β-丙氨酸的研究显示,受试者工作性能、跑速并没有显著差异。另有研究显示,力量训练期间持续补充 β-丙氨酸 4 至 10 周也没有发现力量显著增加[31,32]。由于肌肉肌肽浓度升高影响机体的生理变化,这些结果并不出人意料。通过延长持续运动的时间改善肌肉缓冲系统,但短时训练计划对运动强度的提高似乎没有直接效果。这样的持续训练可能刺激的时间太短,尤其对有经验的抗阻力训练者几乎没有效果。故推测,补充 β-丙氨酸作用效果,可能在进行较长时间的训练中使用会更有效。肌肉缓冲能力的提高似乎在给定的训练强度上可以通过增加重复练习的次数提高阻力训练的质量。更大的训练量可能会给肌肉适应性改变的刺激更大,也可能是更长的持续训练时间对肌肉的刺激较大。有研究显示,受试者服用安慰剂或β-丙氨酸 (1.2g/d)抗阻练习 30 天,结果显示实验结束后两组运动水平没有差异[33]。然而另一抗阻练习的研究显示,当以更高的 (4.8g/d)  剂量使用类似的干预计划,并交叉实验, 摄入 β-丙氨酸和安慰剂 30 天,结果显示补充 β-丙氨酸组平均功率显著增加,并因为在抗阻练习期间补充 β-丙氨酸具有机能增进的作用[29]。

β-丙氨酸的摄入对有氧耐力运动的益处似乎还不能完全确定。Jordan 等[34]报道,补充 β-丙氨酸 4 周血乳酸的积累延迟,但整体上的最大吸氧量降低(补充期间受试者不进行有氧训练)。这并不奇怪,因为增加的缓冲能力是不会提高长时间的有氧耐力运动性能的,因为肌肉酸中毒在这种类型运动疲劳的发生并不起主要作用。Ducker  KJ和Chung  W的两项研究显示,补充 β-丙氨酸并不能显著改善赛艇运动员和游泳运动员的运动能力[35,36]。然而,有研究显示,高强度间歇训练(HIIT)6 周同时补充 β-丙氨酸能够提高有氧能力。Smith 等[37]6 周HIIT 和摄取 β-丙氨酸可以提高了喜欢参与娱乐性运动男性的耐力性能。受试者进行五至七组 2 分钟最大输出功率为 90%,间歇时间为 1 分钟的练习。训练 3 周后安慰剂组和 β-丙氨酸补充组有氧运动能力均改善,但只有补充组训练 6 周后有氧能力显著改善。Walter 等采用同样的训练计划,运动健身活跃的妇女服用安慰剂和 β-丙氨酸各组有氧耐力有类似的改善[38]。虽然有关补充 β-丙氨酸对耐力运动的效果证据有限,但上述研究证实经常参与娱乐活动的个体采用HIIT 和补充 β-丙氨酸可改善心血管健康和增加总的工作能力。

目前就补充 β-丙氨酸对运动性能影响的研究结果并不一致。可能因为许多试验只是简单的考查了补充 β-丙氨酸机能增进的作用效果,并不能准确地量化补充这种食物的许多益处。如有研究认为补充 β-丙氨酸不能改善肌肉力量或增加 VO2max,但也有研究表明它能提高无氧阈和推迟疲劳的发生。已经知道补充 β-丙氨酸可有效增加肌肉肌肽含量。而肌肽可通过增强肌肉的缓冲能力提高运动性能,主要可增加 Ca2+的释放速度,改进的肌钙蛋白 C对 Ca2+的敏感性,减少活性 O2  的积累及血管舒张等功能[39,40]。一些研究者认为上述原因有机能增进的效果,而另一些研究认为并没有机能增进的效果。可能是由于受试者活动的模式和测量的结果限制了对β-丙氨酸增进机能效果的评价。

综上所述,补充 β-丙氨酸对运动性能影响尽管存有争议,但目前大多数人认为补充 β-丙氨酸能有效提高短时间大强度运动的运动成绩。由于各种不同形式的练习都需要氧化糖酵解代谢供能系统提供能源,而 β-丙氨酸是代谢过程的中间产物之一。因此推测,补充 β-丙氨酸对有氧、无氧代谢及抗阻练习等运动性能可能都有一定的效果,但可能存在差异,有待进一步研究。

3.β-丙氨酸与其它物质结合补充的效果

目前,有关 β-丙氨酸与其它物质结合补充的研究较少,学者们主要研究了其与肌酸结合补充和与碳酸氢钠结合补充的效果。然而 β-丙氨酸是否可以与其它物质结合补充,以提高补充剂的作用效果,尚有待探讨。

Hoffman 等[41]是第一个检验肌酸与 β-丙氨酸结合补充的研究团队。首先假设这种组合补充会给进行力量/爆发力训练的运动员带来显著的益处。研究结果表明,组合补充与单独补充肌酸相比,显著提高训练的质量。同时发现随着训练量的增加,对瘦体重的增加和脂肪下降有更大的益处。此外在重复最大卧推和重复最大下蹲的研究中发现,补充肌酸和肌酸加 β-丙氨酸组的力量增加显著高于服用安慰剂组。然而,增加的 β-丙氨酸对强度的提高没有提供任何更多的益处。Stout 等[23]也对肌酸与 β-丙氨酸结合补充、单独补充 β-丙氨酸和单独补充肌酸进行了对比研究,结果显示 β-丙氨与酸肌酸结合补充有延迟神经肌肉疲劳的效果,但各组之间的工作性能并无明显差异。由于大部分研究都集中对单独补充 β-丙氨与对照组相对照,而补充 β-丙氨与肌酸结合补充的研究却并不多,如二者以何种方式、多少剂量结合补充能取得较好的补充效果尚未见有报道。因此,尚需进一步研究。

此外,单独补充 β-丙氨和混合补充β-丙氨与碳酸氢钠的效果的研究显示,都有提高 100和 200 米游泳成绩的效果,但无显著性差异[41]。然而Ducker KJ等[42]对单独补充 β-丙氨、碳酸氢钠和混合补充 β-丙氨与碳酸氢钠在重复短跑中的研究显示,单独补充碳酸氢钠比单独补充β-丙氨和混合补充的效果都好。最近,Tobias  G等[43]对 37 名运动员在高强度间歇训练中单独补充 β-丙氨、碳酸氢钠和结合补充碳酸氢钠与 β-丙氨的研究表明,持续补充 β-丙氨和急性补充碳酸氢钠有相同的效果,而结合补充碳酸氢钠与β-丙氨有机能增进的累加效应。由于研究结果的不一致,因此认为碳酸氢钠与 β-丙氨的结合补充效果有待深入研究。

4.补充 β-丙氨酸的剂量及方法

Harris 等[7]考察了三种不同剂量方案(10、20 和 40mg/kg)的补充效果。两个高剂量能很好的增加血浆β-丙氨酸的浓度。但这些剂量也会产生副作用,应禁止这些过高剂量的使用。 10 mg/kg(约 0.8g)的剂量方案致使血浆 β-丙氨酸的浓度升高,尽管显著低于使用高剂量,但不会产生副作用。β-丙氨酸对低剂量方案的动力学反应时间在摄入后 30 到 40 分钟血浆β-丙氨酸浓度达峰值,浓度半衰期为 25 分钟,并且摄入 3 小时后回到基础浓度。根据该动力学曲线,合适的剂量应每3 到4 小时摄入0.8g β-丙氨酸,即每日用量4.8 至6.4g。此外,Hoffman等[27]研究表明,剂量的使用与个体的体重有关,每天可摄入 50  至 80  mg/kg  体重。然而Stellingwerff 等[13]研究报道,肌肽的增加是依赖于总β-丙氨酸消耗的时间,而不依赖于基础肌肉肌肽、肌纤维类型或每日补充 β-丙氨酸的量,每天补充 1.6g 就可以提高肌肉肌肽的含量。

Hill 等[10]采用补充β-丙氨酸剂量的计划是第一周 4.0g/d,然后补充 6.4 g/d 至第 9 周(相当于每天剂量 50 至 80 mg/kg 体重),在第 0、4 和 10 周测量肌肉肌肽的浓度。补充 4 周,肌肉的肌肽的浓度增加了 58%,10 周时又增长 15%。补充期间,受试者同时进行骑车运动至力竭,测得 4 和 10 周总的工作性能分别增加 13%  和 16%。虽然大多数研究发现使用这种补充剂量的方案具有积极作用,有研究表明,未训练者仅补充 2 周,肌肉肌肽的浓度也可能升高 37%。

最近采用定时释放胶囊技术的研究显示,每天四次每次摄入 1.6 克也可被消化耗尽,无任何不良影响,并且致使肌肉中肌肽的浓度增加了 40%[44]。基于现有的证据,还不明确肌肉肌肽含量的增加与 β-丙氨酸的补充是否存在上限效应。服用极限剂量的条件可能与高剂量的不良影响相关。使用缓释胶囊使 β-丙氨酸释放进入血液循环速度减慢,通过尿液排泄减少,导致保留在肌肉中合成肌肽的 β-丙氨酸含量增加。最近有研究报告,摄入 1.6  克 β-丙氨酸缓释胶囊比定期摄入同样剂量的释放胶囊血浆浓度峰值小,峰浓度的时间延迟 [44]。而当停止 β-丙氨酸摄取,肌肉肌肽的浓度恢复到基线水平的时间过程还不明确。然而,总的 β-丙氨酸消耗似乎有一个剂量反应。Baguet 等[45]研究每天消耗 4.8g  β-丙氨酸 6 周。之后的 3 周停止补充,他们的报告指出,肌肉肌肽的浓度降低了 30%,9 周后继续摄入,肌肉肌肽的浓度恢复到基线水平;数据表明,肌肉肌肽浓度恢复到基线水平的时间长度取决于补充计划的有效性。受试者被认为是高反应(肌肉肌肽含量较多)者需要更长的时间才能返回到基线水平(约 15 周),而低反应 6 周内即可恢复到基线水平。然而,这些研究并没有对停止 β-丙氨酸摄取后肌肉肌肽浓度下降,可能对机体的运动性能和身体状况有何影响进行探讨。值得注意的是会不会因停止补充 β-丙氨酸后导致肌肉肌肽水平下降进而导致机体运动性能下降,由此想到运动员会不会对补充 β-丙氨酸产生依赖性等不良后果,尚有待研究。

上述研究表明,每天补充 β-丙氨酸 4.8-6.4g 较为适宜,且应根据摄入者的体重来确定准确的剂量。为了保持肌肉肌肽含量处在较高水平应采用长期连续补充的方式,并以定时释放胶囊的技术实施补充 β-丙氨酸的效果较好。

5.补充β-丙氨酸可能产生的副作用

 

目前关于补充 β-丙氨酸唯一已知的不良反应是使人面红耳赤,即感觉异常。当高剂量摄取β-丙氨酸,导致皮肤出现感觉异常,有麻木或刺痛的感觉。研究显示,一般在摄入后 1小时内消失[7]。如果 β-丙氨酸与碳水化合物电解质饮料混合饮用,这种不利影响似乎可以忽略。也有研究认为长期补充 β-丙氨酸可能会造成不利影响,但尚未得到证实。此外,研究认为 β-丙氨酸可以服用的剂量类似于那些经常食用的食品[46],故认为适度补充 β-丙氨酸是非常安全的,而大剂量摄入可能会发生不良后果。

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