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(zhǎng)時(shí)間軍事訓(xùn)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(shí)間及疲勞程度將對(duì)軍人的后續(xù)體能表現(xiàn)產(chǎn)生不良影響,降低部隊(duì)軍事訓(xùn)練與作戰(zhàn)能力。近年來(lái)應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)學(xué)手段,尤其是給予氨基酸制劑防治與緩解運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練性疲勞隨之走進(jìn)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(nèi),可通過(guò)口服途徑吸收。相關(guān)研究表明,BCAA可緩解訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)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(shì),可成為軍隊(duì)中緩解軍事作業(yè)性疲勞的良好選擇。本文主要結(jié)合軍事訓(xùn)練與軍事作業(yè)性疲勞的特點(diǎn),對(duì)近十年來(lái)應(yīng)用支鏈氨基酸干預(yù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練性疲勞的相關(guān)研究作一綜述,闡明應(yīng)用支鏈氨基酸緩解軍事運(yùn)動(dòng)性疲勞的可行性與科學(xué)性。

1 軍事作業(yè)性疲勞的產(chǎn)生機(jī)制

現(xiàn)代國(guó)際局勢(shì)詭譎,我國(guó)官兵所需面對(duì)的作戰(zhàn)環(huán)境及作戰(zhàn)條件漸趨復(fù)雜苛刻。軍人在長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度、多科目的超負(fù)荷軍事訓(xùn)練前后,極易面臨軍事作業(yè)性疲勞的發(fā)生,對(duì)軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力產(chǎn)生嚴(yán)重危害。然而,目前軍事作業(yè)性疲勞產(chǎn)生的機(jī)制至今尚未徹底明確。針對(duì)軍事作業(yè)性疲勞的機(jī)制機(jī)理,分析支鏈氨基酸的作用并施以干預(yù),將有助于預(yù)防并精準(zhǔn)提升基層官兵演習(xí)過(guò)程中、結(jié)束后面對(duì)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(rèn)為是一種防止軍事訓(xùn)練中官兵機(jī)體過(guò)度衰竭的保護(hù)性機(jī)制。長(zhǎng)時(shí)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(guò)程阻礙沖動(dòng)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(xùn)練與作戰(zhàn)能力[1]。同時(shí),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(gè)被發(fā)現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)性疲勞相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì),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(xùn)練活動(dòng)開(kāi)始,官兵血液中的氨濃度即升高,原因在于訓(xùn)練中官兵機(jī)體內(nèi)二磷酸腺苷濃度的升高以及氨基酸代謝能力的增強(qiáng)。

1.2軍事作業(yè)性疲勞的外周性因素

1.2.1 氧自由基學(xué)說(shuō)氧自由基是軍事作業(yè)時(shí)官兵體內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行代謝的一種副產(chǎn)品。劇烈的軍事運(yùn)動(dòng)中,大量自由基攻擊脂質(zhì),其過(guò)氧化作用導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性改變、完整性受損、流動(dòng)性下降,使得細(xì)胞異?；顒?dòng),軍事作業(yè)性疲勞由此發(fā)生[3]。

1.2.2鈣離子學(xué)說(shuō)劇烈與長(zhǎng)時(shí)間的軍事作業(yè)中,三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)減少但脂質(zhì)過(guò)氧化物增加,肌質(zhì)網(wǎng)膜上的“鈣泵”發(fā)生異常,使鈣離子進(jìn)入胞質(zhì)內(nèi),此時(shí)官兵的肌肉長(zhǎng)期處于收縮非舒張狀態(tài),最終導(dǎo)致肌肉酸痛等不良臨床表現(xiàn)的發(fā)生。同時(shí),長(zhǎng)時(shí)間軍事訓(xùn)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(dǎo)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(guò)促進(jìn)胰島素和生長(zhǎng)激素的釋放促進(jìn)機(jī)體的合成代謝與肌肉增長(zhǎng)。然而B(niǎo)CAA無(wú)法由機(jī)體自身合成,必須依靠外界攝入才可具備,因而也被稱(chēng)為“人體必需氨基酸”。目前針對(duì)軍事相關(guān)性疲勞的臨床研究主要集中于探討支鏈氨基酸對(duì)運(yùn)動(dòng)后疲勞物質(zhì)、肌肉損傷物質(zhì)、能量代謝物質(zhì)釋放的影響。

AbuMoh'd等[5]于16名男性長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員的增量運(yùn)動(dòng)方案期間,使干預(yù)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(nèi)色氨酸(tryptophan, TRP)與BCAAs的比值減小。此干預(yù)結(jié)果可從亞細(xì)胞水平和分子水平上防止官兵體內(nèi)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(duì)有無(wú)口服支鏈氨基酸的干預(yù)組與安慰劑組進(jìn)行了長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)后肌肉損傷血清指標(biāo)的分析,結(jié)果表明補(bǔ)充支鏈氨基酸在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)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(bǔ)充支鏈氨基酸可減少軍事訓(xùn)練中耐力運(yùn)動(dòng)相關(guān)的肌肉損傷,盡可能減少新兵訓(xùn)練階段損傷后可能出現(xiàn)的慢性疼痛或長(zhǎng)期殘疾。

Kim等[7]組織大學(xué)在讀男性在自行車(chē)測(cè)力器測(cè)試中運(yùn)動(dòng)至完全竭力,在干預(yù)組和對(duì)照組攝入支鏈氨基酸和安慰劑之前、運(yùn)動(dòng)前10 min、運(yùn)動(dòng)開(kāi)始后30 min、運(yùn)動(dòng)結(jié)束即刻和運(yùn)動(dòng)結(jié)束后30 min,分別測(cè)量疲勞物質(zhì)、肌肉損傷物質(zhì)和能量代謝物質(zhì)并進(jìn)行分析。此研究結(jié)果得出“補(bǔ)充支鏈氨基酸使肌肉損傷物質(zhì)(CK和LDH)減少”的結(jié)論,因此BCAA減緩慢性骨骼肌肉損傷可對(duì)單兵和軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備產(chǎn)生積極的長(zhǎng)期影響。此外,研究還發(fā)現(xiàn)支鏈氨基酸干預(yù)組比安慰劑組顯示出更低水平的肌肉疲勞物質(zhì)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(jiàn),補(bǔ)充支鏈氨基酸不僅可減少肌肉損傷物質(zhì)的釋放,還可減少運(yùn)動(dòng)疲勞物質(zhì)的產(chǎn)生。針對(duì)包括長(zhǎng)跑、負(fù)重越野等在內(nèi)的耐力型訓(xùn)練,營(yíng)養(yǎng)學(xué)干預(yù)的重點(diǎn)應(yīng)在于增強(qiáng)機(jī)體的抗疲勞能力[8],因此在該類(lèi)型的軍事訓(xùn)練中可通過(guò)支鏈氨基酸減少長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離等作業(yè)條件產(chǎn)生的疲勞物質(zhì)。另低血磷可能有助于維持三羧酸循環(huán)中的能量基質(zhì)物,從而保存ATP,降低無(wú)機(jī)磷酸鹽的產(chǎn)生。該結(jié)論表明,在進(jìn)行百米沖刺等快速軍事運(yùn)動(dòng)時(shí),官兵機(jī)體的能量來(lái)源主要是ATP,因此磷酸原在特定負(fù)荷下的供能能力可通過(guò)補(bǔ)充支鏈氨基酸來(lái)提升[9]。研究還發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)中的主要能量來(lái)源由葡萄糖充當(dāng),但在超過(guò)1 h的耐力運(yùn)動(dòng)中即被FFA取代。因此補(bǔ)充BCAA也可有效避免機(jī)體脂質(zhì)供能不足后,參訓(xùn)官兵肌肉蛋白消耗所致的身體消瘦與體力驟降等不良結(jié)局。

3 支鏈氨基酸機(jī)理研究與軍事作業(yè)性疲勞防治

3.1 BCAA競(jìng)爭(zhēng)性抑制色氨酸唐芳[10]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充BCAA后,大鼠力竭游泳運(yùn)動(dòng)恢復(fù)期中的血漿BCAA與游離色氨酸競(jìng)爭(zhēng)通過(guò)血腦屏障的能力增高,繼而推遲和減少腦5-HT的生成。在對(duì)訓(xùn)練有素的跆拳道運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行三次模擬比賽的中樞性疲勞實(shí)驗(yàn)[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(xùn)官兵服用的支鏈氨基酸可競(jìng)爭(zhēng)性抑制色氨酸,阻斷色氨酸進(jìn)入血腦屏障轉(zhuǎn)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(xùn)練產(chǎn)生的大量氧自由基會(huì)憑借其強(qiáng)氧化性降低氧化酶活性,使脂質(zhì)過(guò)氧化加強(qiáng),從而破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。此時(shí),補(bǔ)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(xì)胞對(duì)疲勞的敏感度[12]。在蛇形跑等靈活型軍事訓(xùn)練中,此法可助參訓(xùn)官兵的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合,在神經(jīng)認(rèn)知層面上減少身心疲憊感。林正豪[13]以30只SD大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行為期8周的有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,觀察超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)、過(guò)氧化氫酶(catalase, CAT)的活性變化。研究結(jié)果表明BCAA使有氧運(yùn)動(dòng)大鼠腓腸肌內(nèi)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(shí)驗(yàn)提示,CAT可分解過(guò)氧化氫,與作為體內(nèi)清除自由基的首要物質(zhì)SOD共同降低自由基水平的同時(shí),也將提高抗氧化酶的活性,從而提升官兵對(duì)于軍事作業(yè)性疲勞的恢復(fù)能力。

3.3BCAA對(duì)鈣離子及骨骼肌的調(diào)節(jié)劇烈的軍事作業(yè)會(huì)引起嚴(yán)重的鈣離子擾動(dòng),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(guān)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(lèi),可提升鈣離子的穩(wěn)定性,此舉因而可增加官兵的機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力,使其在軍事訓(xùn)練中取得良好成績(jī)。

軍事作業(yè)性疲勞可被認(rèn)作是由于中央驅(qū)動(dòng)力減少而導(dǎo)致的肌肉力量減少,對(duì)軍人后續(xù)的肌肉訓(xùn)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(zhì)的三分之一,此后有研究于2014年證實(shí)支鏈氨基酸是骨骼肌中代謝的唯一一類(lèi)氨基酸[16]。因此,補(bǔ)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(jìn)肌肉增長(zhǎng)并減輕官兵參與有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)的疲勞感,對(duì)軍人運(yùn)動(dòng)后肌肉疲勞的恢復(fù)產(chǎn)生積極作用。

劉斯汝[17]通過(guò)小鼠研究發(fā)現(xiàn),BCAA干預(yù)的小鼠擁有更密更粗的肌纖維,同時(shí)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(jìn)小鼠骨骼肌的增長(zhǎng)。因此,官兵補(bǔ)充支鏈氨基酸可加強(qiáng)肌肉的收縮效能、促進(jìn)肌肉的增長(zhǎng),從而提高軍事戰(zhàn)斗力。

在軍事作業(yè)前補(bǔ)充BCAA亦能使軍人機(jī)體內(nèi)的紅細(xì)胞攜帶更多的氧,加快乳酸的代謝,防止“堵塞”學(xué)說(shuō)中乳酸堆積的發(fā)生[18]。Hatazawa等[19]發(fā)現(xiàn),運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)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(shí),PGC1α還通過(guò)肌肉細(xì)胞中的丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶增加丙氨酸的合成,與骨骼肌中BCAA通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用再生成的丙氨酸一同,促進(jìn)葡萄糖-丙氨酸循環(huán),從而降低肌細(xì)胞內(nèi)的丙酮酸濃度與乳酸生成量。軍事操練中的速度訓(xùn)練要求官兵快速完成動(dòng)作、快速對(duì)各種信號(hào)刺激產(chǎn)生反應(yīng)進(jìn)而快速位移。官兵機(jī)體在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的大量乳酸可通過(guò)補(bǔ)充支鏈氨基酸對(duì)沖緩解乳酸堆積,減輕運(yùn)動(dòng)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(lái)的訓(xùn)練中出現(xiàn)體能的下降和運(yùn)動(dòng)能力的減弱。

3.4BCAA對(duì)CK與LDH的影響除上文所述的臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)了補(bǔ)充BCAA可降低軍事訓(xùn)練中肌肉損傷物質(zhì)的產(chǎn)生外,許多機(jī)理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也與其一致。劉誠(chéng)[20]以服用富含支鏈氨基酸的姬松茸的小鼠為干預(yù)組,使其進(jìn)行30 min的負(fù)重游泳后測(cè)量其血清LDH與尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)的含量。結(jié)果表明支鏈氨基酸抑制了BUN的產(chǎn)生,可以相對(duì)減少蛋白質(zhì)的分解代謝,從而使機(jī)體充足獲能。因此支鏈氨基酸補(bǔ)充劑可使長(zhǎng)期軍事運(yùn)動(dòng)后,肌肉損傷血清指標(biāo)中的LDH和CK的值在前后5 d內(nèi)發(fā)生顯著下降(P<0.05),避免肌肉損傷物質(zhì)生成增多,加速肌肉損傷的發(fā)生[21]。

3.5亮氨酸與蛋白質(zhì)代謝亮氨酸是支鏈氨基酸中生物效應(yīng)最強(qiáng)的一種氨基酸,既是谷氨酰胺的基質(zhì)物,又可直接作為細(xì)胞燃料,兩種途徑皆可促進(jìn)官兵的肌肉生長(zhǎng)、減少官兵體內(nèi)的炎癥標(biāo)志物,對(duì)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(fù)合物1(mTORC1)的哺乳動(dòng)物靶標(biāo),并增加蛋白質(zhì)的合成,減少蛋白質(zhì)的分解[23]。俯臥撐、單雙杠機(jī)械訓(xùn)練等力量訓(xùn)練作為軍事訓(xùn)練的基礎(chǔ),要求官兵肌肉收縮時(shí)克服內(nèi)部和外部的阻力,因此支鏈氨基酸補(bǔ)充的優(yōu)質(zhì)蛋白可有助于增加肌肉力量,延緩運(yùn)動(dòng)功能缺失[24]。

此外,亮氨酸使乳清蛋白穩(wěn)定,反過(guò)來(lái)促進(jìn)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(huì)降低蛋白水解酶活性、減少肌蛋白分解,進(jìn)而刺激官兵的肌肉合成增多,導(dǎo)致其瘦體重增加、基礎(chǔ)代謝提高,并促進(jìn)官兵肌肉的損傷后修復(fù),緩解其軍事作業(yè)性疲勞。

4 結(jié)語(yǔ)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(yàn)基于此闡明了支鏈氨基酸可通過(guò)減少訓(xùn)練后疲勞物質(zhì)與肌肉損傷物質(zhì)的釋放來(lái)防治疲勞;基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究則表明該機(jī)理可能由于支鏈氨基酸競(jìng)爭(zhēng)性抑制色氨酸、降低自由基水平、調(diào)節(jié)鈣離子的穩(wěn)定性與骨骼肌中的物質(zhì)代謝、降低肌酸激酶及乳酸脫氫酶的水平、影響蛋白質(zhì)代謝等原因中的一個(gè)或多個(gè)造成。

有關(guān)BCAA的研究大多聚焦于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),從軍事作業(yè)性疲勞與官兵營(yíng)養(yǎng)角度進(jìn)行臨床干預(yù)的研究分析目前尚少,因此BCAA針對(duì)軍事醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用可填補(bǔ)預(yù)防醫(yī)學(xué)與營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的開(kāi)拓方向,有助于推進(jìn)我軍訓(xùn)練疲勞乃至軍事訓(xùn)練傷等方面的流行病學(xué)分析,為全軍訓(xùn)練疲勞與疾病的防控治療體系提供建設(shè)性意見(jiàn)。

此外,即使是機(jī)理研究,更多仍在重復(fù)相對(duì)已被證實(shí)過(guò)的學(xué)說(shuō),而在其他機(jī)制學(xué)說(shuō)的證明上(如突變理論、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性失調(diào)學(xué)說(shuō)、衰竭學(xué)說(shuō)等),缺少創(chuàng)新性的探索。同時(shí),由于各實(shí)驗(yàn)中研究對(duì)象的測(cè)量指標(biāo)存在差別,缺乏統(tǒng)一的衡量尺度與可重復(fù)性,未來(lái)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)應(yīng)建立在特定的實(shí)驗(yàn)類(lèi)型基礎(chǔ)上,搭建對(duì)應(yīng)的模型、測(cè)敏感指標(biāo),保證研究的高信效度。

補(bǔ)充支鏈氨基酸緩解防治軍事作業(yè)性疲勞的相關(guān)研究,將從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度開(kāi)拓支鏈氨基酸在軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)中的作用,提高軍事訓(xùn)練的有效性與科學(xué)性,從而提升我國(guó)軍人的身體素質(zhì)能力和我軍的總體戰(zhàn)斗力,以更加強(qiáng)健的體能體魄、更加頑強(qiáng)的意志力與更加強(qiáng)大的作戰(zhàn)能力,維護(hù)國(guó)家與社會(huì)的穩(wěn)定和諧。