黃迎春,陳予欣綜述,王金金審校

0 引 言

軍事作業(yè)性疲勞常于劇烈(和)或長時間軍事訓練后出現(xiàn),官兵常產(chǎn)生肌肉酸痛、注意力不集中、心跳呼吸淺快等身心異常,持續(xù)時間及疲勞程度將對軍人的后續(xù)體能表現(xiàn)產(chǎn)生不良影響,降低部隊軍事訓練與作戰(zhàn)能力。近年來應用營養(yǎng)學手段,尤其是給予氨基酸制劑防治與緩解運動訓練性疲勞隨之走進大眾視野。支鏈氨基酸(branched-chain amino acids,BCAA)包括亮氨酸、異亮氨酸與纈氨酸在內,可通過口服途徑吸收。相關研究表明,BCAA可緩解訓練運動性疲勞,并因具備非侵入性、易于作戰(zhàn)期間攜帶、方便官兵服用等優(yōu)勢,可成為軍隊中緩解軍事作業(yè)性疲勞的良好選擇。本文主要結合軍事訓練與軍事作業(yè)性疲勞的特點,對近十年來應用支鏈氨基酸干預運動訓練性疲勞的相關研究作一綜述,闡明應用支鏈氨基酸緩解軍事運動性疲勞的可行性與科學性。

1 軍事作業(yè)性疲勞的產(chǎn)生機制

現(xiàn)代國際局勢詭譎,我國官兵所需面對的作戰(zhàn)環(huán)境及作戰(zhàn)條件漸趨復雜苛刻。軍人在長時間、高強度、多科目的超負荷軍事訓練前后,極易面臨軍事作業(yè)性疲勞的發(fā)生,對軍隊戰(zhàn)斗力產(chǎn)生嚴重危害。然而,目前軍事作業(yè)性疲勞產(chǎn)生的機制至今尚未徹底明確。針對軍事作業(yè)性疲勞的機制機理,分析支鏈氨基酸的作用并施以干預,將有助于預防并精準提升基層官兵演習過程中、結束后面對疲勞狀態(tài)的能力,為我軍軍事作業(yè)性疲勞的防治提供借鑒。

1.1軍事作業(yè)性疲勞的中樞性因素軍事作業(yè)性中樞疲勞可被認為是一種防止軍事訓練中官兵機體過度衰竭的保護性機制。長時間的軍事作業(yè)后,官兵血漿游離氨基酸譜發(fā)生變化,即游離色氨酸濃度升高,其作為前體分泌的5-羥色胺(5-HT)也隨之升高,故游離色氨酸:支鏈氨基酸的比值由此增加,此過程阻礙沖動由中樞向外周釋放,產(chǎn)生中樞性軍事作業(yè)疲勞,繼而降低官兵的訓練與作戰(zhàn)能力[1]。同時,早在1987年即有研究顯示多巴胺可抑制5-羥色胺的分泌,因此作為第一個被發(fā)現(xiàn)與運動性疲勞相關的神經(jīng)遞質,多巴胺活性的降低與5-羥色胺的升高相互作用,共同促成軍事作業(yè)性疲勞的發(fā)生[2]。此外,一旦軍事訓練活動開始,官兵血液中的氨濃度即升高,原因在于訓練中官兵機體內二磷酸腺苷濃度的升高以及氨基酸代謝能力的增強。

1.2軍事作業(yè)性疲勞的外周性因素

1.2.1 氧自由基學說氧自由基是軍事作業(yè)時官兵體內物質進行代謝的一種副產(chǎn)品。劇烈的軍事運動中,大量自由基攻擊脂質,其過氧化作用導致細胞膜的通透性改變、完整性受損、流動性下降,使得細胞異?；顒?軍事作業(yè)性疲勞由此發(fā)生[3]。

1.2.2鈣離子學說劇烈與長時間的軍事作業(yè)中,三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)減少但脂質過氧化物增加,肌質網(wǎng)膜上的“鈣泵”發(fā)生異常,使鈣離子進入胞質內,此時官兵的肌肉長期處于收縮非舒張狀態(tài),最終導致肌肉酸痛等不良臨床表現(xiàn)的發(fā)生。同時,長時間軍事訓練也可能造成肌漿網(wǎng)釋放的鈣離子減少、再釋放鈣離子的能力下降,兩者導致興奮-收縮脫偶聯(lián),造成軍事作業(yè)性疲勞[4]。

2 支鏈氨基酸臨床研究與軍事作業(yè)性疲勞防治

BCAA可通過促進胰島素和生長激素的釋放促進機體的合成代謝與肌肉增長。然而BCAA無法由機體自身合成,必須依靠外界攝入才可具備,因而也被稱為“人體必需氨基酸”。目前針對軍事相關性疲勞的臨床研究主要集中于探討支鏈氨基酸對運動后疲勞物質、肌肉損傷物質、能量代謝物質釋放的影響。

AbuMoh'd等[5]于16名男性長跑運動員的增量運動方案期間,使干預組鍛煉前1 h攝入20克支鏈氨基酸或安慰劑,發(fā)現(xiàn)口服支鏈氨基酸氧化使游離脂肪酸(free fat acid, FFA)分泌減少、5-羥色胺水平降低,體內色氨酸(tryptophan, TRP)與BCAAs的比值減小。此干預結果可從亞細胞水平和分子水平上防止官兵體內產(chǎn)生高水平的血漿血清素,從而造成軍事作業(yè)性中樞疲勞。Coombes等[6]對有無口服支鏈氨基酸的干預組與安慰劑組進行了長期運動后肌肉損傷血清指標的分析,結果表明補充支鏈氨基酸在長時間運動后降低了肌酸激酶(creatine kinase, CK)和乳酸脫氫酶(lactic dehydrogenase, LDH)的血清濃度,即補充支鏈氨基酸可減少軍事訓練中耐力運動相關的肌肉損傷,盡可能減少新兵訓練階段損傷后可能出現(xiàn)的慢性疼痛或長期殘疾。

Kim等[7]組織大學在讀男性在自行車測力器測試中運動至完全竭力,在干預組和對照組攝入支鏈氨基酸和安慰劑之前、運動前10 min、運動開始后30 min、運動結束即刻和運動結束后30 min,分別測量疲勞物質、肌肉損傷物質和能量代謝物質并進行分析。此研究結果得出“補充支鏈氨基酸使肌肉損傷物質(CK和LDH)減少”的結論,因此BCAA減緩慢性骨骼肌肉損傷可對單兵和軍隊戰(zhàn)備產(chǎn)生積極的長期影響。此外,研究還發(fā)現(xiàn)支鏈氨基酸干預組比安慰劑組顯示出更低水平的肌肉疲勞物質的產(chǎn)生,如低血清素、低血磷、低氨和低乳酸鹽水平。低水平的血清素又可降低CK和LDH的血清濃度,而氨濃度越低,LDH濃度越低。由此可見,補充支鏈氨基酸不僅可減少肌肉損傷物質的釋放,還可減少運動疲勞物質的產(chǎn)生。針對包括長跑、負重越野等在內的耐力型訓練,營養(yǎng)學干預的重點應在于增強機體的抗疲勞能力[8],因此在該類型的軍事訓練中可通過支鏈氨基酸減少長時間、長距離等作業(yè)條件產(chǎn)生的疲勞物質。另低血磷可能有助于維持三羧酸循環(huán)中的能量基質物,從而保存ATP,降低無機磷酸鹽的產(chǎn)生。該結論表明,在進行百米沖刺等快速軍事運動時,官兵機體的能量來源主要是ATP,因此磷酸原在特定負荷下的供能能力可通過補充支鏈氨基酸來提升[9]。研究還發(fā)現(xiàn)運動中的主要能量來源由葡萄糖充當,但在超過1 h的耐力運動中即被FFA取代。因此補充BCAA也可有效避免機體脂質供能不足后,參訓官兵肌肉蛋白消耗所致的身體消瘦與體力驟降等不良結局。

3 支鏈氨基酸機理研究與軍事作業(yè)性疲勞防治

3.1 BCAA競爭性抑制色氨酸唐芳[10]發(fā)現(xiàn)補充BCAA后,大鼠力竭游泳運動恢復期中的血漿BCAA與游離色氨酸競爭通過血腦屏障的能力增高,繼而推遲和減少腦5-HT的生成。在對訓練有素的跆拳道運動員進行三次模擬比賽的中樞性疲勞實驗[11]中,服用支鏈氨基酸者的血漿游離色氨酸:支鏈氨基酸的值發(fā)生顯著降低,中樞性疲勞也明顯改善。因此,參訓官兵服用的支鏈氨基酸可競爭性抑制色氨酸,阻斷色氨酸進入血腦屏障轉化為5-羥色胺,使得游離色氨酸:支鏈氨基酸的值因色氨酸濃度降低、支鏈氨基酸濃度升高而出現(xiàn)下降,軍事作業(yè)性中樞疲勞因而得以緩解。

3.2BCAA可降低自由基水平劇烈軍事訓練產(chǎn)生的大量氧自由基會憑借其強氧化性降低氧化酶活性,使脂質過氧化加強,從而破壞細胞結構。此時,補充支鏈氨基酸可減少生成的氧自由基數(shù)量,減少中樞神經(jīng)細胞對疲勞的敏感度[12]。在蛇形跑等靈活型軍事訓練中,此法可助參訓官兵的運動系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調配合,在神經(jīng)認知層面上減少身心疲憊感。林正豪[13]以30只SD大鼠為實驗對象進行為期8周的有氧運動訓練,觀察超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)、過氧化氫酶(catalase, CAT)的活性變化。研究結果表明BCAA使有氧運動大鼠腓腸肌內的丙二醛含量下降(P<0.05),而SOD和CAT活性明顯升高(P<0.01)。此實驗提示,CAT可分解過氧化氫,與作為體內清除自由基的首要物質SOD共同降低自由基水平的同時,也將提高抗氧化酶的活性,從而提升官兵對于軍事作業(yè)性疲勞的恢復能力。

3.3BCAA對鈣離子及骨骼肌的調節(jié)劇烈的軍事作業(yè)會引起嚴重的鈣離子擾動,從而降低肌層興奮性,影響力量的維持與輸出[14]。秦鵬華[15]在關于氨基酸與鈣離子相互作用的理論研究中表明,支鏈氨基酸作為氨基酸中的一類,可提升鈣離子的穩(wěn)定性,此舉因而可增加官兵的機體運動能力,使其在軍事訓練中取得良好成績。

軍事作業(yè)性疲勞可被認作是由于中央驅動力減少而導致的肌肉力量減少,對軍人后續(xù)的肌肉訓練產(chǎn)生可逆性的不良影響。支鏈氨基酸在1999年的研究中被發(fā)現(xiàn)共占總肌肉蛋白質的三分之一,此后有研究于2014年證實支鏈氨基酸是骨骼肌中代謝的唯一一類氨基酸[16]。因此,補充支鏈氨基酸可以直接在軍人肌肉中代謝并參與氧化供能,以此促進肌肉增長并減輕官兵參與有氧運動時的疲勞感,對軍人運動后肌肉疲勞的恢復產(chǎn)生積極作用。

劉斯汝[17]通過小鼠研究發(fā)現(xiàn),BCAA干預的小鼠擁有更密更粗的肌纖維,同時Ⅱ型肌纖維以及彈性纖維增多,因此飼喂BCAA可明顯增重骨骼肌,促進小鼠骨骼肌的增長。因此,官兵補充支鏈氨基酸可加強肌肉的收縮效能、促進肌肉的增長,從而提高軍事戰(zhàn)斗力。

在軍事作業(yè)前補充BCAA亦能使軍人機體內的紅細胞攜帶更多的氧,加快乳酸的代謝,防止“堵塞”學說中乳酸堆積的發(fā)生[18]。Hatazawa等[19]發(fā)現(xiàn),運動誘導骨骼肌中的PGC1α增加,而增加的PGC1α又激活支鏈氨基酸代謝、脂肪酸氧化和三羧酸循環(huán),并增加能量;同時,PGC1α還通過肌肉細胞中的丙氨酸氨基轉移酶增加丙氨酸的合成,與骨骼肌中BCAA通過轉氨基作用再生成的丙氨酸一同,促進葡萄糖-丙氨酸循環(huán),從而降低肌細胞內的丙酮酸濃度與乳酸生成量。軍事操練中的速度訓練要求官兵快速完成動作、快速對各種信號刺激產(chǎn)生反應進而快速位移。官兵機體在這個過程中產(chǎn)生的大量乳酸可通過補充支鏈氨基酸對沖緩解乳酸堆積,減輕運動后肌肉酸痛等軍事作業(yè)性疲勞的臨床表現(xiàn),減少在接下來的訓練中出現(xiàn)體能的下降和運動能力的減弱。

3.4BCAA對CK與LDH的影響除上文所述的臨床實驗證實了補充BCAA可降低軍事訓練中肌肉損傷物質的產(chǎn)生外,許多機理實驗的結果也與其一致。劉誠[20]以服用富含支鏈氨基酸的姬松茸的小鼠為干預組,使其進行30 min的負重游泳后測量其血清LDH與尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)的含量。結果表明支鏈氨基酸抑制了BUN的產(chǎn)生,可以相對減少蛋白質的分解代謝,從而使機體充足獲能。因此支鏈氨基酸補充劑可使長期軍事運動后,肌肉損傷血清指標中的LDH和CK的值在前后5 d內發(fā)生顯著下降(P<0.05),避免肌肉損傷物質生成增多,加速肌肉損傷的發(fā)生[21]。

3.5亮氨酸與蛋白質代謝亮氨酸是支鏈氨基酸中生物效應最強的一種氨基酸,既是谷氨酰胺的基質物,又可直接作為細胞燃料,兩種途徑皆可促進官兵的肌肉生長、減少官兵體內的炎癥標志物,對防治軍事作業(yè)性疲勞起到積極作用[22]。亮氨酸及其代謝產(chǎn)物β-羥基-β-甲基丁酸(β-hydroxy-β-methylbutyrate, HMB)均可激活雷帕霉素復合物1(mTORC1)的哺乳動物靶標,并增加蛋白質的合成,減少蛋白質的分解[23]。俯臥撐、單雙杠機械訓練等力量訓練作為軍事訓練的基礎,要求官兵肌肉收縮時克服內部和外部的阻力,因此支鏈氨基酸補充的優(yōu)質蛋白可有助于增加肌肉力量,延緩運動功能缺失[24]。

此外,亮氨酸使乳清蛋白穩(wěn)定,反過來促進了血清亮氨酸峰流量平衡[25]。其間,亮氨酸及其代謝產(chǎn)物HMB會降低蛋白水解酶活性、減少肌蛋白分解,進而刺激官兵的肌肉合成增多,導致其瘦體重增加、基礎代謝提高,并促進官兵肌肉的損傷后修復,緩解其軍事作業(yè)性疲勞。

4 結語與展望

綜上所述,軍事作業(yè)性疲勞的產(chǎn)生受中樞性與外周性因素的影響,臨床試驗基于此闡明了支鏈氨基酸可通過減少訓練后疲勞物質與肌肉損傷物質的釋放來防治疲勞;基礎醫(yī)學研究則表明該機理可能由于支鏈氨基酸競爭性抑制色氨酸、降低自由基水平、調節(jié)鈣離子的穩(wěn)定性與骨骼肌中的物質代謝、降低肌酸激酶及乳酸脫氫酶的水平、影響蛋白質代謝等原因中的一個或多個造成。

有關BCAA的研究大多聚焦于基礎實驗,從軍事作業(yè)性疲勞與官兵營養(yǎng)角度進行臨床干預的研究分析目前尚少,因此BCAA針對軍事醫(yī)學領域的應用可填補預防醫(yī)學與營養(yǎng)學領域的開拓方向,有助于推進我軍訓練疲勞乃至軍事訓練傷等方面的流行病學分析,為全軍訓練疲勞與疾病的防控治療體系提供建設性意見。

此外,即使是機理研究,更多仍在重復相對已被證實過的學說,而在其他機制學說的證明上(如突變理論、內環(huán)境穩(wěn)定性失調學說、衰竭學說等),缺少創(chuàng)新性的探索。同時,由于各實驗中研究對象的測量指標存在差別,缺乏統(tǒng)一的衡量尺度與可重復性,未來的相關實驗應建立在特定的實驗類型基礎上,搭建對應的模型、測敏感指標,保證研究的高信效度。

補充支鏈氨基酸緩解防治軍事作業(yè)性疲勞的相關研究,將從營養(yǎng)學角度開拓支鏈氨基酸在軍事預防醫(yī)學中的作用,提高軍事訓練的有效性與科學性,從而提升我國軍人的身體素質能力和我軍的總體戰(zhàn)斗力,以更加強健的體能體魄、更加頑強的意志力與更加強大的作戰(zhàn)能力,維護國家與社會的穩(wěn)定和諧。