CN102665445B - 提高肌肉蛋白质合成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提高强体力活动后肌肉蛋白质合成的方法，该方法包括在重复进行全速奔跑前30分钟或更少、期间或30分钟内给人施用包含蛋白质或必需氨基酸和碳水化合物的组合物。另外，本发明涉及提高由重复全速奔跑训练产生的肌肉适应的程序。

Description

提高肌肉蛋白质合成的方法
发明领域
本发明涉及改善肌肉蛋白质合成的方法和程序(program)。特别的是，本发明涉及在进行体育运动的个体中改善肌肉蛋白质合成。
发明背景
体育运动改变了蛋白质活性，所述的活性涉及“开始”蛋白质合成(即信号传导分子)，其有助于引导哪些肌肉蛋白质将要合成以及何时合成。类似于分子响应，在单次运动后蛋白质合成的变化对运动任务具有很大的特异性，例如对于抗阻运动增加涉及强度的蛋白质合成(即肌纤维)，以及对于需氧运动增加涉及能量供应的蛋白质(即线粒体)(Coffey VG和HawleyJA.The molecular bases of training adaptation(训练适应的分子基础).JSports Sci 2007)。然而，除了纯粹的耐力/需氧运动和纯粹的抗阻运动之外，目前的本领域的水平表明，不知道在单次重复全速奔跑(sprint)运动后将合成何种蛋白质，类似于何组运动员参加了训练和比赛。
对于超时的体育运动，信号传导分子活性和肌肉蛋白质合成的这些变化累加数周至数月(即随着训练)至生理学适应，从而使得运动员在特定的运动任务/事件中表现更好。
关于何种营养和营养如何能支持和优化这些训练适应，只有非常少的信息。事实上，关于训练适应所提及的2007年广泛的综述“The molecularbases of training adaptation(训练适应的分子基础)”没有讨论营养在支持或提高对训练适应中的作用。此外，某些运动任务具有抵抗性以及需氧组分(例如，团体运动中通常所见的全速奔跑型急停急起(stop-and-go))，因此完全不知道在分子信号传导以及不同肌肉蛋白质合成中出现何种变化。
现有三种主要不同类型的运行训练方案，其包括：1)抗阻运动，2)缺氧或重复全速奔跑类型运动和3)耐力运动。这些运动训练方案的每一种具有不同的训练响应特征。
1)抗阻运动是当个体进行爆发式重量运动，存在长周期的休息，并且主要由磷酸肌酸和糖酵解能量系统驱动。该系统能够快速产生能量，但很快疲劳。主要的适应包括通过重复的重量提升训练增加肌肉横截面积引起肌肉质量的增加(肥大)。参见例如Hakkinen,K.,Neuromuscular andhormonal adaptations during strength and power training(强度和力量训练过程中神经肌肉和激素的适应)(A review.J Sports Med Phys Fitness 29:9-26,1989)，或Hakkinen K.等人，on Relationships between trainingvolume,physical performance capacity,and serum hormoneconcentrations during prolonged training in elite weight lifters(杰出举重者在延长训练过程中训练量、身体表现能力和血清激素浓度之间的关系)。Int J Sports Med 8Suppl 1:61-65,1987。
2)重复的全速奔跑型训练本质是缺氧的，包括具有有限恢复期的高强度运动，并且包括具有肌肉糖原大量分解的几乎纯粹地碳水化合物代谢(糖酵解能量产生)。在缺氧能量产生的这些情况中，例如高强度速度训练或包括重复全速奔跑的运动，增加的肌肉负荷是通过增加燃烧IIa型纤维来完成的。最后，在非常高的工作负荷时，IIb型糖酵解肌肉纤维活化以通过缺氧能量供应来维持高需求的能量供应。然而，在这些情况中，缺氧能量产生的高速超过了线粒体中需氧氧化的速度，并且这导致在这些类型的训练情况中发现极度水平的乳酸盐产生(Spriet LL,Howlett RA和Heigenhauser GJ.An enzymatic approach to lactate production in humanskeletal muscle during exercise(在运动过程中人骨骼肌中乳酸盐产生的酶方法).Med Sci Sports Exerc 32:756-763,2000)。
最近研究关注对重复全速奔跑训练的适应，并且发现IIa型纤维随着线粒体以及某些肥大的增加而增加，以及乳酸盐转运蛋白2增加((GibalaMJ等人,Short-term sprint interval versus traditional endurance training:similar initial adaptations in human skeletal muscle and exerciseperformance(短期全速奔跑间隔与传统耐力训练：人骨骼肌中相似的最初适应和运动表现).JPhysiol 575:901-911,2006)。
3)耐力训练的特征在于个体进行长时间(例如＞15分钟)的低强度训练。耐力训练代表的能量系统包括需氧系统，当存在大量氧时，其主要使用脂肪和碳水化合物的需氧代谢，以在线粒体中产生所需的能量。主要的适应包括通过增加脂肪氧化来增加肌肉糖原储存和在次最大工作负荷时节省糖原，增加乳酸盐动力学和形态学变化，包括更大的I型纤维/肌肉面积，和增加毛细管和线粒体密度(Holloszy JO和Coyle EF.Adaptations ofskeletal muscle to endurance exercise and their metabolic consequences(骨骼肌对耐力运动的适应和它们的代谢结果).J Appl Physiol 56:831-838,1984；以及Holloszy JO,Rennie MJ,Hickson RC,Conlee RK和HagbergJM.Physiological consequences of the biochemical adaptations toendurance exercise(耐力运动的生物化学适应的生理学结果).Ann N YAcad Sci 301:440-450,1977)。
此外，还不知道在全速奔跑型运动后营养如何提高这些适应。需要理解在以重复全速奔跑为基础的运动(例如大多数团体运动，例如橄榄球/足球)后检测营养补充对分子信号传导和蛋白质合成的急性作用。
目前对于全速奔跑型运动，在运动中和运动后的营养推荐包括摄入足够的碳水化合物以补充肌肉糖原。
需要测定其它营养物的重要性和摄入时限，以提高对全速奔跑型/急停急起运动的肌肉适应。
本发明寻求解决上述问题。本发明还针对其它目的，并且特别是本描述的其它部分出现的其它问题的解决。
本发明的目的和概述
在第一个方面，本发明提供了在强体力活动后提高肌肉蛋白质合成的方法，该方法包括在例如大多数团体运动中通常存在的重复全速奔跑之前30分钟或更少、期间或30分钟内给人施用包含蛋白质或必需氨基酸和碳水化合物的组合物。
令人惊讶地发现，对于重复全速奔跑运动，添加蛋白质或必需氨基酸具有提高肌纤维蛋白质合成的能力。肌纤维蛋白质是负责肌肥大(生长)的特定蛋白质。
体育运动提供给机体刺激，其触发分子信号传导级联，这导致基因表达和运动刺激特异性蛋白质合成的变化。慢性训练产生的身体适应被认为是多次剧烈运动后这些蛋白质累积的直接结果。
在以重复全速奔跑为基础的运动后，营养物供应显示了对合成代谢信号传导和肌肉蛋白质合成明确的有益作用。推荐在靠近紧张训练期的临时周期内食用蛋白质和碳水化合物。已记录在阻抗和耐力训练后补充营养物的优点，但对于重复全速奔跑没有相关记录。
进一步发现，事实上在靠近高强度全速奔跑训练缺乏营养物供应可能损害随后的训练适应，因为在恢复期内，与没有营养物供应的安慰剂条件相比，存在营养物供应的肌肉蛋白质合成提高约50%(参见报告的实例细节)。
还发现当营养历经数周或数月可以对单个训练期的适应仅改善较少百分数时，这对训练适应以及表现具有主要作用。
在第二个方面，提高由重复全速奔跑训练产生的肌肉适应的程序，该程序包括给运动员提供营养和训练指导以改善肌肉蛋白质合成，该程序包括：
-提供包含蛋白质或必需氨基酸和碳水化合物的组合物；和
-提供食用指南，包括在运动前不超过30分钟或基于运动员训练方案的运动恢复后超过30分钟推荐组合物的食用量，和
-提供训练方案指导。
在进一步的方面，本发明涉及营养套盒，该套盒包含含有蛋白质或必需氨基酸和碳水化合物的多种组合物以及推荐运动员在运动前的某时间周期内和在重复全速奔跑后恢复期的某时间周期内食用组合物的指南。本发明还涉及包含蛋白质或必需氨基酸和碳水化合物的组合物在改善肌肉蛋白质合成中的用途，其中该用途与重复全速奔跑运动相关。
此外，如上面所述，重复全速奔跑型训练本质是缺氧的，并且包括肌肉糖原大量分解的几乎纯粹地碳水化合物代谢。因此，营养推荐是在该类型运动训练后的第一个数小时内食用每kg体重至少1至1.5g碳水化合物(总计~50至75g碳水化合物)。
附图简述
当阅读本发明下列详述的实施方案时，当结合附图时，本发明的进一步的特征、优点和目的对于技术人员是显而易见的。
图1显示重复全速奔跑运动产生的肌纤维蛋白质合成速率。
图2显示在运动前30分钟预先摄入安慰剂或营养物饮料后休息和随后重复全速单车运动循环下血浆必需氨基酸(EAA，A组)、支链氨基酸(BCAA，B组)和总氨基酸(C组)浓度。
图3.在运动前30分钟预先摄入安慰剂或营养物饮料后休息和随后最大努力重复全速单车运动循环下p70S6Kthr389(A组)磷酸化。
实施方案详述
根据本发明，营养供应提高了重复全速奔跑运动后合成代谢信号传导和肌纤维蛋白质合成。
通常推荐参加全速奔跑型运动的运动员食用足够的碳水化合物，以提高糖原再合成和能量恢复。我们的数据首次证实在靠近单次全速奔跑型运动时蛋白质摄入的重要性，为了最大化肌纤维蛋白质合成，其在单独碳水化合物摄入时不会出现。事实上，我们发现与仅等热量碳水化合物试验相比，蛋白质+亮氨酸摄入后肌纤维蛋白质合成提高48%。另外，在运动后蛋白质摄入还提高涉及“开始”蛋白质合成的蛋白质，这证明活化蛋白质合成的信号和随后的肌肉蛋白质合成响应之间明确的联系(例如p70S6激酶提高~300%，并且4E-BP1提高~100%)。已经显示p70S6激酶的活化对于训练引起的肌肉蛋白质合成的急性增加和肌肉生长的慢性增加是很重要的。因此，长时间随着全速奔跑型运动连续定时摄入蛋白质将导致随着训练引起更大的肌肉生长和肌肉力量；对于参与该类型运动/活动的运动员，这是非常有利的适应。
为了最大化肌肉蛋白质合成和提高对全速奔跑型运动(例如团体运动急停急起)的适应，推荐运动员在靠近运动前30-60分钟和/或0-120分钟，优选在0-30分钟内食用包含添加亮氨酸(至多5g)的20-35、优选20-30g蛋白质的产品。这些营养指南将应用于所有急停急起的个体和团体运动，其特征在于高强度全速奔跑期间隔低强度恢复期(例如足球、网球、冰球、篮球等)。
优选组合物包含碳水化合物和蛋白质或必需氨基酸，碳水化合物与蛋白质比例范围为1:1至3:1、优选比例为2:1。
有利于最大化运动后糖原再合成，对于碳水化合物摄入，推荐是1至1.5g CHO/kg。
优选的组合物包含总蛋白质剂量为10至50g蛋白质、优选20至30g。在本发明的用途中，这是优选的量。
在一个实施方案中，蛋白质或氨基酸占最终产品中固体重量的约20%至约40%。在另一个实施方案中，蛋白质或氨基酸占产品重量的约30%。
此外，可以制备每单个剂量含有一致和可计数量(例如每个剂量约2g至约4g)的蛋白质的组合物。
优选地，组合物包含蛋白质或必需氨基酸的含量为约2g至约2.5g。
组合物可以是固体产品、凝胶、液体或即用混合粉末形式。
基于蛋白质的产品还可以在一个或多个产品中包含个别量的脂肪，以给运动员提供任何适合量的能量。例如，每个产品可以提供量至多9g/300卡的脂肪。在另一个实例中，产品可以提供11g/360卡。每个产品还可以提供量至多4g/300卡或更多的饱和脂肪。在一个实施方案中，来自脂肪的能量百分数(例如卡路里形式)可以为至多约25%。
在一个实施方案中，基于蛋白质的产品包含的脂肪量范围为占基于蛋白质的产品的约10%至约40%。优选地，基于蛋白质的产品包含的脂肪量为占基于蛋白质的产品的约30%。
可以使用任何适合的个别蛋白质、氨基酸或蛋白质混合物。例如，基于蛋白质的产品可以包含蛋白质混合物，所述的蛋白质混合物包含大豆蛋白质分离物、乳清蛋白质分离物和酪蛋白酸钙。蛋白质混合物的实例是Tri-sourceTM蛋白质混合物。
本公开的营养产品中存在的蛋白质和/或脂肪具有优点，因为在比赛过程中它能给运动员提供更完全的营养。对于蛋白质来源，任何适合的膳食蛋白质可以是例如动物蛋白质(例如乳蛋白质、肉蛋白质和卵蛋白质)；蔬菜蛋白质(例如大豆蛋白质、小麦蛋白质、米蛋白质和豌豆蛋白质)；游离氨基酸的混合物；或其组合。特别优选乳蛋白质(例如酪蛋白和乳清乳蛋白质)和大豆蛋白质。
蛋白质可以是完整的或者水解的或者完整和水解蛋白质的混合物。例如可能需要提供部分水解的蛋白质(水解度在2至20%之间)，因为认为运动员存在出现牛乳过敏的风险。通常，至少部分水解的蛋白质更容易并且更快被机体代谢。对于氨基酸这是特别正确的。在一个实施方案中，基于蛋白质的产品包含单个/必需氨基酸，例如亮氨酸、缬氨酸和/或异亮氨酸。
在本发明的优选实施方案中，必需氨基酸包括添加的亮氨酸。在本发明的上下文中，亮氨酸是必需氨基酸(EAA)，作为支链氨基酸(BCAA)家族的部分。摄入必需EAA刺激骨骼肌蛋白质的合成，支链氨基酸亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸表明在该响应中发挥重要作用。在BCAA中，研究了亮氨酸在很多不同组织(包括肌肉)中的合成代谢性质。建立了细胞培养和大鼠模型，亮氨酸增加特定蛋白质的形成和活化，所述的特定蛋白质涉及“开始”蛋白质合成。
有利的是，在本发明产品中使用剂量为5至25g EAA混合物的必需氨基酸总剂量(其模拟大量蛋白质中的EAA)、优选10g EAA。可能有利的是使用总剂量至多25g的亮氨酸。
脂肪源在提供改善的口感中具有优势。任何脂肪源是适合的。例如，可以使用动物或植物脂肪。为了增加营养值，n3-不饱和和n6-不饱和脂肪酸可以构成脂肪源。脂肪源还可以包括长链脂肪酸和/或中链脂肪酸。例如，可以使用乳脂、低芥酸菜子油、杏仁黄油、花生酱、玉米油和/或高油酸葵花子油。
本发明的重复全速奔跑运动是运动的一部分，或者在该运动的连续训练中，或者在比赛本身中。
实施例1：
为了研究定时营养(蛋白质+亮氨酸摄入)对重复全速奔跑型运动后信号传导分子活性和肌肉蛋白质合成的作用，进行如下的临床试验。
本研究使用随机、交叉、双盲设计引入膳食和运动处理。个体在两个分开的场合进行相同的重复全速奔跑运动方案，接受不同的营养物干预(蛋白质和安慰剂)，每次测试期间被两周恢复期隔开。
个体在开始运动方案前30分钟食用500mL包含24g乳清蛋白质、4.8g亮氨酸、50g麦芽糊精(营养物)的饮料或者非热量的安慰剂饮料。数个主要团体运动表现的时间-运动分析表明每隔～50-100秒出现最大全速奔跑活动，全速奔跑持续时间不超过6秒。因此，努力安排尽可能模拟“特定比赛”的实验室运动，个体在电子制动的踏车测力计上进行10×6秒超大全速奔跑，每隔60秒开始，负荷等同于0.075kp/kg体重(BM)。
在完成运动批次后，个体以仰卧位舒适休息3小时。肌肉活组织检查取自股外侧肌(大腿)，通过标准的蛋白质印迹法测量涉及“开始”蛋白质合成(即调节mRNA翻译)的蛋白质活化(通过评价磷酸化的变化)。还通过预处理的持续注入稳定的同位素氨基酸(即[环-13C6]苯丙氨酸)来测量肌肉(即肌纤维)蛋白质合成。
结果
图1显示在运动前30分钟预先摄入500mL安慰剂或营养物饮料后10×6秒最大努力重复全速单车运动循环下恢复期(15-240分钟)肌纤维(A组)蛋白质部分合成速率(FSR)。数值是平均值±SD。
图2显示在运动前30分钟预先摄入500mL安慰剂或营养物饮料后休息和10×6秒最大努力重复全速单车运动循环后血浆必需氨基酸(EAA，A组)、支链氨基酸(BCAA，B组)和总氨基酸(C组)浓度。数值是平均值±SD；显著性差异(P<0.05)对(a)休息，(b)0分钟，(c)30分钟，(d)60分钟，(e)90分钟，和(*)相同时间点处的处理之间。
图3显示在运动前30分钟预先摄入500mL安慰剂或营养物饮料后休息和10×6秒最大努力重复全速单车运动循环后p70S6Kthr389(A组)磷酸化。数值是平均值±SD(n=7)；显著性差异(P<0.05)对(a)休息，(c)240分钟，和(*)相同时间点处的处理之间。
血中氨基酸(参见图2)
对于血浆必需(EAA)、支链(BCAA)和总氨基酸浓度存在时间×处理的相互作用(图2)。运动后立即进行营养供应(~85%)，仅血浆EAA浓度显著高于休息，这种作用还在60-90分钟恢复后明显(~50-60%)(p<0.05；图2A)。而且，运动后和贯穿30-90分钟恢复期立即进行营养供应，EAA浓度的增加高于安慰剂(P<0.05)。同样，运动后立即进行营养物处理，血浆BCAA浓度高于休息并且在恢复期内保持提高90分钟，而安慰剂处理没有出现(~60-120%，P<0.05；图2B)。在相同时间点处，在营养摄入下增加的运动后BCAA浓度也高于安慰剂(P<0.05)。
图3：对于p70S6K thr389磷酸化存在显著的时间×处理的相互作用(P<0.05；图4A)。停止运动后15分钟在营养摄入下p70S6K的磷酸化显著高于休息(~300%，P<0.01)，但安慰剂没有(~95%)，这导致显著的处理作用(P<0.05)。尽管p70S6K thr389磷酸化在240分钟恢复后出现适度增加，但是这些变化与休息没有显著差异(40-70%；图4A)。
图1：在15-240分钟恢复期，与安慰剂相比，在运动前营养摄入下重复全速奔跑运动引起的肌纤维蛋白质合成速率更大(~48%，0.083±0.023和0.056±0.031%·h-1，P<0.05；图1)。

Claims (21)

1.包含蛋白质、必需氨基酸和碳水化合物的组合物在制备用于提高强体力活动后肌肉蛋白质合成的产品中的用途，其中在重复全速奔跑前30分钟或更少、期间或30分钟内给人施用所述组合物，其中所述的必需氨基酸选自亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，并且碳水化合物与蛋白质的比例范围为1:1至3:1。
2.权利要求1的用途，其中碳水化合物与蛋白质的比例范围为2:1。
3.权利要求1或2的用途，其中必需氨基酸包括添加的亮氨酸。
4.权利要求1或2的用途，其中组合物包含总蛋白质剂量为10至50g蛋白质。
5.权利要求4的用途，其中组合物包含总蛋白质剂量为20g蛋白质。
6.权利要求1或2的用途，其中提高的蛋白质合成是肌纤维蛋白质合成。
7.权利要求1或2的用途，其中组合物包含总必需氨基酸剂量为5至25g必需氨基酸。
8.权利要求7的用途，其中组合物包含总必需氨基酸剂量为10至20g必需氨基酸。
9.权利要求1或2的用途，其中重复全速奔跑是运动的一部分，或者在该运动的连续训练中，或者在比赛本身中。
10.营养套盒，该营养套盒包含含有蛋白质、必需氨基酸和碳水化合物的多种组合物以及推荐运动员在运动前不超过30分钟和在重复全速奔跑后恢复期间超过30分钟食用组合物的指南，其中所述的必需氨基酸选自亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，并且碳水化合物与蛋白质的比例范围为1:1至3:1。
11.权利要求10的营养套盒，其中包含蛋白质、必需氨基酸和碳水化合物的多种组合物、食用指南和训练方案指南是一起在包装中。
12.权利要求10的营养套盒，其中碳水化合物与蛋白质的比例范围为2:1。
13.权利要求11的营养套盒，其中碳水化合物与蛋白质的比例范围为2:1。
14.权利要求10-13中任意一项的营养套盒，其中必需氨基酸包括添加的亮氨酸。
15.权利要求10-13中任意一项的营养套盒，其中组合物包含总蛋白质剂量为10至50g蛋白质。
16.权利要求15的营养套盒，其中组合物包含总蛋白质剂量为20g蛋白质。
17.权利要求10-13中任意一项的营养套盒，其中提高的蛋白质合成是肌纤维蛋白质合成。
18.权利要求10-13中任意一项的营养套盒，其中组合物包含总必需氨基酸剂量为5至25g必需氨基酸。
19.权利要求18的营养套盒，其中组合物包含总必需氨基酸剂量为10至20g必需氨基酸。
20.包含蛋白质、必需氨基酸和碳水化合物的组合物在制备用于改善肌肉蛋白质合成的产品中的用途，其中该用途与重复全速奔跑运动相关，其中所述的必需氨基酸选自亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，并且碳水化合物与蛋白质的比例范围为1:1至3:1。
21.权利要求20的用途，其中摄入的蛋白质相应于摄入总计10至50g的蛋白质。
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