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武汉体育学院健康科学学院,运动训练监控湖北省重点实验室,天久运动营养食品研发中心的吴良文和陈宁*从分子水平阐述运动性疲劳相关信号通路,综述运动性疲劳与骨骼肌蛋白质的合成、活性氧介导的骨骼肌蛋白质分解以及骨骼肌糖代谢的相互关联。针对大豆多肽易吸收、营养丰富、抗氧化能力强、快速恢复血糖等优点,根据已有的实验结论阐述了大豆多肽营养补充剂缓解运动性疲劳的理论依据。
1 运动疲劳的产生机制
中枢性疲劳机制
中枢性疲劳的产生实质是中枢神经系统的一种自我保护性抑制作用,以防止身体机能过度消耗。当机体发生运动性中枢疲劳时,神经中枢系统的兴奋-抑制过程平衡将会被破坏,基底神经节功能调控不足,导致机体运动能力、学习能力下降以及情绪激动等。中枢性疲劳主要是中枢性神经系统应对激烈的、高负荷的活动从而出现的保护性抑制措施。
外周性疲劳
一般说来,外周性疲劳主要发生在神经肌肉节点、突出传递点以及骨骼肌收缩舒张位置,从而引起肌肉最大收缩力以及收缩速度下降,导致运动员运动能力的降低。外周性疲劳可以分为神经肌肉接头疲劳、能源物质耗竭引起的疲劳以及代谢产物堆积引起的疲劳。
2 运动性疲劳相关信号通路
骨骼肌蛋白质的合成信号通路
磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路是促进骨骼肌蛋白质合成、修复肌肉损伤的主要途径之一。PI3K是细胞内重要的信号因子。Akt是重要的抗凋亡调节因子,被认为是PI3K下游的作用靶物。mTOR是PI3K/Akt信号通路下游的一个靶蛋白,具有调控蛋白质合成过程的作用。通过调控Akt/mTOR信号通路,可以促进翻译的起始和延伸,增加蛋白质的合成,最终导致骨骼肌肥大,强化骨骼肌功能。有研究者证实,通过调控Akt/mTOR信号通路,可以促进翻译的起始和延伸,增加蛋白质的合成,最终导致骨骼肌肥大,强化骨骼肌功能。
骨骼肌蛋白质降解信号通路
机体内大部分蛋白质的周转活动都是由泛素-蛋白酶体系统完成的[24]。泛素蛋白酶体系统工作途径为:蛋白质被泛素标记之后,依次通过泛素活化酶(E1)、泛素结合酶(E2)、泛素连接酶(E3)的作用,完成底物蛋白质的泛素化,最终在26S蛋白酶体内完成蛋白质的降解。骨骼肌蛋白质的泛素化降解主要是依赖于特殊的E3、肌肉特异性环指蛋白1(MuRF1)和肌肉萎缩盒F蛋白(MAFbx)。
骨骼肌葡萄糖转运相关信号通路
葡萄糖转运体4(GLUT4)是骨骼肌细胞内非常重要的葡萄糖运载体,它的主要作用是通过易化扩散、浓度差等作用方式将细胞外的葡萄糖跨膜转运进入细胞内。对敲除骨骼肌中GLUT4基因的小鼠进行研究发现,GLUT4基因的敲除将会引起严重的胰岛素抵抗和葡萄糖耐受等不良症状,说明GLUT4的表达或活性下降致使骨骼肌对葡萄糖摄取能力降低,以及GLUT4在骨骼肌细胞糖代谢系统当中的重要性[36]。GLUT4的活性主要是由PI3K/Akt信号通路调控。
3.功能活性肽——大豆多肽
大豆多肽的营养成分
大豆营养丰富,其蛋白质含量高、氨基酸组成均衡,是对人体非常重要的食品。有研究者对大豆多肽产品进行分析,发现大豆多肽具有与大豆蛋白相同的氨基酸组成,其水分、含氮化合物和多肽的质量分数分别为6.84%、74.32%和50.0%。并且,该产品当中多肽和游离氨基酸的质量分数总和为76.33%,其中人体的必需氨基酸(He、Leu、Met、Phe、Thr、Lys、Trp、Val)和两种半必需氨基酸(Arg和His)质量分别占氨基酸总质量的24.94%和6.77%。
大豆多肽的抗氧化性
巯基是非常重要的自由基清除剂,大豆植物蛋白中巯基基团含量高,大豆蛋白水解产物中巯基的含量明显高于大豆蛋白,因此大豆多肽具有较强的抗氧化性。实验研究已经证实,大豆多肽抗氧化能力与蛋白水解酶种类以及水解度有关,蛋白酶浓度、水解产物多肽长度和多肽链N末端、C末端的氨基酸组成以及氨基酸顺序不同,均会影响抗氧化性基团的表达,导致大豆多肽的抗氧化性功能不同。
大豆多肽的物理化学性质
大豆多肽具有两个优点:溶解性在较宽的pH值范围内均较好,且受温度影响比较小;黏度随浓度变化不明显,即使在高浓度的条件下依然呈现溶解状态。因此,大豆多肽更容易被机体所吸收,营养物质吸收更充分。
4.大豆多肽对缓解运动性疲劳的机制
恢复糖原储备
糖原合成、储备是运动性疲劳恢复的一个重要环节。过度的运动将会引起人体内部自由基生成量增加,破坏与人体自由基清除能力之间的平衡,内源性自由基的堆积将会引起脂质过氧化反应增强,破坏生物膜,影响内环境的稳定性。当细胞中活性氧(reactive oxygen species,ROS)过量时,可以抑制PI3K/Akt信号通路,进而下调GULT4的表达与活性,导致细胞对葡萄糖的摄取能力受到限制,引起血糖供应异常。美国营养协会等专家们指出在运动后恢复期可以通过健康饮食手段提高血糖浓度,从而促进肌糖原恢复,保持血糖浓度维持在正常范围当中。恢复期摄入一定量的大豆多肽可以增加肌糖原的储备,缓解机体疲劳症状。
修复肌肉损伤
大豆多肽和大豆分离蛋白都可以预防运动性骨骼肌微损伤的发生,但是大豆活性多肽的作用要明显强于大豆分离蛋白,而且在促进运动后微损伤修复方面的效果也更为明显。大豆多肽可以补充运动过程当中缺乏的某些氨基酸,促进骨骼肌蛋白质的合成,从而最终强化导致骨骼肌肌力以及功能。此外,大豆多肽含有Asp和Glu,这也有助于延缓训练疲劳的发生。
改善氧化应激
大豆多肽具有比完整蛋白更高的抗氧化活性。同时大豆多肽还具有溶解性好、黏度低、抗凝胶形成、蛋白质利用率高、抗原性低和不致敏等优点,因此是非常优良的活性多肽补充剂。同时,已经有小鼠实验证明,从大豆蛋白水解液中纯化出的黑大豆肽具有非常高的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除活性,能够显着减轻小鼠的身体疲劳。
结 语
已有人体实验证实,可以通过补充大豆多肽固体饮料缓解运动性疲劳、促进运动性损伤的恢复,并且其效果比传统方法更为显着。本文结合大豆多肽的蛋白质资源丰富、营养价值高、易于吸收等特点,针对运动性疲劳所引起的氧化应激、血糖浓度降低,以及骨骼肌氧化应激等症状,从理论和已有的实验结果出发,探讨了大豆多肽在缓解运动性疲劳方面的可行性,为抗疲劳营养补足品的研究提供理论依据。