支鏈胺基酸搭配碳水化合物增補對下坡跑後蛋白質代謝的影響

全文

(1)國立臺灣師範大學體育學系博士學位論文. 支鏈胺基酸搭配碳水化合物增補對下坡跑後蛋白質代謝的影響. 研究生: 陳香吟指導教授: 指導教授: 林正常. 中華民國 101 年 6 月中華民國臺北市.

(2) 支鏈胺基酸搭配碳水化合物增補對下坡跑後蛋白質代謝的影響支鏈胺基酸搭配碳水化合物增補對下坡跑後蛋白質代謝的影響 2012 年 6 月研究生: 陳香吟指導教授: 林正常摘要目的: 目的本研究目的在探討下坡跑運動後增補支鏈胺基酸與支鏈胺基酸+碳水化合物對運動後胰島素、睪固酮、皮質醇、尿素氮、肌酸酐與肌酸激酶的影響，並進一步評估對肌肉最大自主等長收縮肌力的影響。方法方法: 方法本研究將 24 名受試者 (身高 179.00 ± 7.83 公分; 體重 75.97 ± 10.96 公斤; 年齡 21.88 ± 2.07 歲; 最大攝氧量 53.08 ± 6.74 毫升/公斤/分鐘) 依據最大攝氧量數值，以平衡次序法分成三組: 支鏈胺基酸組 (BCAA 組)、支鏈胺基酸+碳水化合物組 (BCAA+CHO 組) 與安慰劑組 (PLA 組)。在進行 30 ‧ 分鐘 70% VO2max 之下坡跑運動 (-15%) 前一天 (Pre 24 hr) 以及運動後兩天，受試者需接受膝伸肌群之最大自主等長收縮肌力測量。在各組實驗中，支鏈胺基酸與碳水化合物之攝取量分別為每次每公斤體重 232.50 mg 與 464.00 mg，且均於運動後第 15 分鐘與運動後第 24 小時 (測驗採血後) 進行增補。採血點: 運動前立即、運動後立即、運動後第 45、60 分鐘、24 與 48 小時 (Pre、Post 0、Post 45 min、Post 60 min、Post 24 hr 與 Post 48 hr)。結果結果: 結果在運動後第 24 小時，各組之最大自主等長收縮肌力皆顯著下降 (21-22%); 在運動後第 48 小時， BCAA 組之最大自主等長收縮肌力顯著高於 BCAA+CHO 與安慰劑組數值 (p< .05); 在運動後第 45 分鐘，BCAA 組之睪固酮/皮質醇比值顯著高於 BCAA+CHO 與安慰劑組; 在運動後第 45 分鐘， BCAA+CHO 組之胰島素濃度顯著高於 BCAA 與安慰劑組數值，但是其睪固酮/皮質醇比值卻顯著下降並且低於其他兩組; 比較運動後第 48 與 24 小時之 CK 差值 (∆CK (Post 48 hr-Post 24 hr))，BCAA+CHO 組之降低幅度 (-36%) 顯著低於安慰劑組 (-13%) 並且與 BAAA 組 ‧ (-30%) 相似。結結論: 30 分鐘 70% VO2max 之下坡跑運動誘發肌肉損傷後增補支鏈胺基酸可顯著提升運動後第 45 分鐘之睪固酮/皮質醇比值，更進一步顯著提升運動後第 48 小時之最大自主等長收縮肌力; 額外增補碳水化合物反而使睪固酮/皮質醇比值下降，對肌力產生些許恢復作用; 增補支鏈胺基酸+碳水化合物可使受試者之 ∆CK (Post 48 hr-Post 24 hr) 顯著低於安慰劑組，有利於降低升高的 CK 數值。關鍵詞: 關鍵詞胰島素、胰島素、皮質醇、皮質醇、睪固酮、睪固酮、肌酸激酶 i.

(3) The Effect of Branched-Chain Amino Acids and Carbonhydrate Supplementation on Protein Metabolism Following Downhill Running June 2012 Student: Hsiang-Yin Chen Adivsor: Jung-Charng Lin Abstract Purpose: This study was designed to examine insulin, testosterone, cortisol, urea nitrogen, creatinine, creatine kinase and maximal voluntary isometric contraction (MVIC), following downhill running, with ingestion of either branched-chain amino acids (BCAA) ‧ alone or a BCAA-CHO mixture. Methods: According to VO2max, twenty four subjects ‧ (height 179.00 ± 7.83 cm; weight 75.97 ± 10.96 kg; age 21.88 ± 2.07 years; VO2max 53.08 ± 6.74 ml/kg/min) were voluntary to participate in this study and randomly assigned to three groups: BCAA (232.50 mg．kg-1．day-1, n=8), BCAA+CHO (232.50 mg．kg-1．day-1 BCAA plus 464.00 mg．kg-1．day-1 CHO, n=8), and PLA (232.50 mg．kg-1．day-1 placebo, n=8). Doses were provided 15 min and 24 hr post exercise. Before (Pre 24 hr) and after a 30-min downhill ‧ running (-15%) at 70% VO2max, MVIC for knee extensors were measured. Blood was sampled immediately prior exercise (Pre) and 0, 45, 60 min, 24, 48 hr after exercise (Post 0, Post 45 min, Post 60 min, Post 24 hr and Post 48 hr) to determinate the indices of muscle protein metabolism and muscle damage. Results: At Post 24 hr, MVIC was significantly reduced by 21-22% relative to baseline for all experimental groups. At Post 48 hr, the BCAA group’s MVIC was significantly higher than that of the other two groups (p< .05). At Post 45 min, the BCAA group experienced a significant increase in testosterone/cortisol ratio compared to the other two groups. At Post 45 min, the BCAA+CHO group experienced a significant increase in insulin compared to that of the BCAA and PLA groups, but it’s testosterone/cortisol ratio was lower than the PLA group’s value. The BCAA+CHO group’s ∆CK (Post 48 hr-Post 24 hr) value was significantly lower than that of the PLA group (-36% vs -13%), but was similar to that of the BCAA group (-30%). Conclusion: After a 30-min ‧ downhill running (-15%) at 70% VO2max, these results indicate that BCAA supplementation could significantly increase testosterone/cortisol ratio at Post 45 min and accelerated recovery of subjects’ MVIC at Post 48 hr. Supplementation of BCAA+CHO had no effects on testosterone/cortisol ratio and MVIC. Co-ingestion of BCAA and CHO could significantly decrease subjects’ ∆CK (Post 48 hr-Post 24 hr) value lower than that of the PLA group. Key words: insulin, cortisol, testosterone, creatine kinase ii.

(4) 謝誌本研究得以順利完成，要感謝恩師林正常老師啟發我的思考，在公務與教學繁忙之際，仍不厭其煩地與我討論並且提供許多寶貴意見，此外也要感謝國立台灣師範大學體育學系王鶴森老師，細心認真地釐清我亂七八糟的研究想法，並且與我討論複雜難懂的生理機制。除此之外，還要感謝中國文化大學體育學系江界山老師、國立中正大學運動競技學系王順正老師、國立台灣師範大學體育學系方進隆老師提供許多精闢的見解與建議，讓學生受益良多，更增加了本論文的學術價值。另外還要特別感謝 24 位辛苦至極的受試者，他們在經過下坡跑後已經”鐵腿”，但仍然相當努力地配合我的實驗要求，對他們的感激之心實在無法形容; 感謝師大體育系劉一民老師，在我感到茫然無措時給與人生方向的指引; 感謝師大工教系李景峰老師與其學生們協助製作下坡跑不鏽鋼架; 感謝師大人類發展學系湯馥君老師熱心地提供許多相關的增補資訊; 感謝師大體育系詹俊成老師、師大競技系李佳融老師、師大競技系張恩崇老師在招募受試者時鼎力相助，讓我的實驗得以順利完成; 感謝國立台北體育大學體育室吳家慶老師、台大體育室林幸福老師、師大競技系鄭景峰老師在實驗期間給與器材上的緊急支援與專業諮詢; 感謝師大體育系力學實驗室李尹鑫學弟熱心的緊急支援與協助。接下來要感謝秀峰高中可愛同事們對我的包容; 我親愛的妹妹碧秀、已畢業導師班學生北醫藥學系曾瑋儒同學、淡江化學系柳沛君同學任勞任怨地當我的實驗助手; 師大人發系林芷筠學妹以其合格營養師背景，提供許多專業知識給我; 同學林瀛洲醫師、呂潔如老師與林致遠老師給我的精神指引與開導; 最後要特別謝謝師大物理系陳瑞虹老師、師大物理系林文隆老師與國立台北護理健康大學何澍老師在師大分部紅土網球場上陪我度過許多開心的網球時光，要謝謝的人實在很多很多，無法一一說出，但真的有滿滿的感謝要表達給所有人知道。念了九年終於畢業了，真的很感謝恩師林正常老師這些年的寬容與忍耐，有許多的感謝不知如何表達，老師話不多，但是卻總是可以感受到老師設身處地為學生著想的苦心，真的很榮幸可以在老師門下當弟子。在這九年期間，很開心能遇到形形色色的體育人，熱情、真誠與有話直說的個性，讓我覺得在這個系很開心，每次在工作心煩之於，只要和大家接觸後心情就會變好，因為大家有一種陽光正面的能量可以讓人開心。最後，僅以此論文獻給我親愛的老爸與老媽，感謝他們在背後的鼓勵與支持。陳香吟謹誌 2012 年 6 月. iii.

(5) 目次中文摘要…………………………………..…………………….……………………………..i 英文摘要…………………………………..…………………….…………………………….ii 謝. 誌………………………………………………………………………………………...iii. 目. 次………………………………………………………………………………………...iv. 表. 次…………………………………………………………………………………………vi. 圖. 次………..…………………………………………………................………..………..vii. 第壹章緒論…...……………………………………………………………..…1 緒論第一節問題背景...………………………………………...………………………….…1 第二節研究目的…...…….…………………..……………………………………….…3 第三節研究假設…………...……………..……………………………………..……....3 第四節名詞操作性定義………...…………………….………………..………….……3 第五節研究範圍與限制…...……………..……………………………………..……....5 第六節研究的重要性…...………………………………………..……………..……....6. 第貳章文獻探討…...…………………………………..………………………7 文獻探討第一節關於支鏈胺基酸…...…...…………………………………………………….…7 第二節蛋白質合成環境………………………………………………………..…….…9 第三節蛋白質合成環境之相關研究...…...………………………………………...…12 第四節文獻總結…...……………………………………………………...…………...19. 第叁章研究方法與步驟…...…………………………………………………21 研究方法與步驟第一節受試者…...………………………….………………………………….………21 第二節實驗時間………………...………………………………………………..……21 第三節實驗地點………………….…...………………………………………….……21 iv.

(6) 第四節實驗方法與步驟…...……………………………….…………..…..…….……22 第五節採血及血液分析…...……………………………….……..…………..….……27 第六節資料處理….....…………………………………………………………………29. 第肆章結果………………...…………………………………………………30 結果第一節受試者基本資料……...…………….………………………………….………30 第二節最大自主等長收縮肌力…….…………………………………………………30 第三節胰島素…………………...………………………………………………..……34 第四節睪固酮與皮質醇………….…...………………………………………….……36 第五節尿素氮與肌酸酐…...……………………………….…………..…..…….……39 第六節肌酸激酶…………...……………………………….……..…………..….……43. 第伍章討論………………...…………………………………………………47 討論第一節胰島素…………………...………………………………………………..……47 第二節睪固酮與皮質醇………….…...………………………………………….……48 第三節尿素氮與肌酸酐…...……………………………….…………..…..…….……53 第四節增補對肌力與睪固酮/皮質醇比值的影響..…………………………………..54 第五節增補對肌酸激酶的影響……………….………………………………………57 第六節結論與建議………………………………………………………….…………58. 參考文獻……………………………………………………………………….60 參考文獻. 附錄…………………………………………………………………………….71 附錄附錄一身體活動問卷調查表…………………………….……. ………….………….71 附錄二受試者須知及同意書………………………………………………………….72 附錄三人體試驗暨研究倫理委員會審核通過證明函……………………………….74 v.

(7) 附錄四不同組別與不同時間點之 MVIC% 變異數分析摘要表…………………...75 附錄五不同組別與不同時間點之 MVIC% 單純主要效果分析摘要表…………...75 附錄六不同組別之 ∆MVIC% 之單因子變異數分析摘要表…………....................76 附錄七不同組別與不同時間點之酸痛指數變異數分析摘要表…………………….77 附錄八不同組別與不同時間點之胰島素濃度變異數分析摘要表…….……….…...78 附錄九不同組別與不同時間點之胰島素濃度單純主要效果分析摘要表………….78 附錄十不同組別與不同時間點之睪固酮濃度變異數分析摘要表………………….79 附錄十一不同組別與不同時間點之睪固酮濃度單純主要效果分析摘要表….........79 附錄十二不同組別與不同時間點之皮質醇濃度變異數分析摘要表……………….80 附錄十三不同組別與不同時間點之睪固酮/皮質醇變異數分析摘要表……...........81 附錄十四不同組別與不同時間點之睪固酮/皮質醇單純主要效果分析摘要表…...81 附錄十五不同組別與不同時間點之尿素氮濃度之變異數分析摘要表…………….82 附錄十六不同組別與不同時間點之肌酸酐濃度變異數分析摘要表……………….82 附錄十七不同組別與不同時間點之尿素氮/肌酸酐比值變異數分析摘要表...........82 附錄十八不同組別與不同時間點之 CK 數值變異數分析摘要表………………...83 附錄十九不同組別與不同時間點之 CK% 變異數分析摘要表…............................83 附錄二十不同組別之 ∆CK% (Post 48 hr-Post 24 hr) 單因子變異數分析摘要表.............................................................................83 附錄二十一支鏈胺基酸等相關增補方式對蛋白質合成環境與肌肉損傷影響的文獻整理表………………….....…84. 表次表1. 依變項測量時間表…………….………………………………….……….……24. 表 2 受試者基本資料表….…………….……………………………….………..……30 表 3 各組下坡跑前、後最大自主等長肌力表.……………….…………..….……….31 表 4 各組下坡跑前、後 MVIC% 數值表…………………….…………….………..32 表 5 各組之 ΔMVIC% 數值表……………...……..…………..………….…………33 表 6 各組下坡跑前、後肌肉酸痛指數數值表……………………………....………..34 vi.

(8) 表 7 各組下坡跑前、後胰島素濃度數值表….…………….………………………..…35 表 8 各組下坡跑前、後睪固酮濃度表………...…………………………….…………36 表 9 各組下坡跑前、後皮質醇濃度數值表…..…………………………….………….38 表 10 各組下坡跑前、後睪固酮/皮質醇比值表………………………….……….…39 表 11 各組下坡跑前、後尿素氮濃度表………...………………………….…………40 表 12 各組下坡跑前、後肌酸酐濃度表………………………...………….…………41 表 13 各組下坡跑前、後尿素氮/肌酸酐比值表………………………….……….…42 表 14 各組下坡跑前、後 CK 數值表……………………..……………….………….44 表 15 各組下坡跑前、後 CK% 數值表.…………………………………….…….…44 表 16 各組之 ∆CK% 數值表.……………………………...………….……….……...46. 圖次圖 1 支鏈胺基酸化學結構圖..........…………………………………..………..………..7 圖 2 營養物質與運動調控 mTOR 機制.......…………………………….….………....8 圖 3 研究流程圖...……………………………………………………....……………...23 圖 4 下坡跑實驗流程圖...………………………………………….…………………..24 圖 5 下坡跑設備圖..........……………………………………………………..………..26 圖 6 下坡跑施測圖.......…………………………….….……………………………….26 圖 7 最大自主等長收縮肌力施測圖.………………………………....………..…..….26 圖 8 運動前、後 MVIC 數值變化圖.…………………..…………………….………31 圖 9 運動前、後 MVIC% 數值變化圖………………...…….………....…………….32 圖 10. △MVIC% 數值圖……..…………………………………….…………………33. 圖 11 運動前、後肌肉酸痛指數變化圖...……………………………………...………34 圖 12 運動前、後胰島素濃度變化圖……………….………….……………………..35 圖 13 運動前、後睪固酮濃度變化圖…………………………….……………..…….37 圖 14 運動前、後皮質醇濃度變化圖……………………………….………….………38 圖 15 運動前、後睪固酮/皮質醇比值變化圖…………………………....…………….39 圖 16 運動前、後尿素氮濃度變化圖……………………….……….…………………40 vii.

(9) 圖 17 運動前、後肌酸酐濃度變化圖…………………………………………..………41 圖 18 運動前、後尿素氮/肌酸酐比值變化圖........…………………………….………42 圖 19 運動前、後 CK 濃度變化圖……………………………………....…………….45 圖 20 運動前、後 CK% 濃度變化圖……………………………….…………………45 圖 21 運動前、後 △CK% (Post 48 hr-Post 24 hr) 數值圖…………………………….46. viii.

(10) 1. 第壹章緒論第一節問題背景運動對身體有許多體適能上面的助益，但是運動也可能會引發肌肉損傷，而導致運動表現下降，因此科學家們開始探討以增補來降低運動後的肌肉損傷。目前關於降低肌肉損傷的增補方式，大致可分為: 抗氧化劑、消炎藥物、β-hydroxy-β-methylbutyrate、碳水化合物與蛋白質 (胺基酸)，其中最廣泛探討與接受度最高的增補方式為蛋白質 (胺基酸) 或蛋白質 (胺基酸) 搭配碳水化合物的增補 (Howatson & Someren, 2008)。支鏈胺基酸 (branched-chain amino acids，簡稱 BCAA) 由白胺酸 (Leucine)、異白胺酸 (Isoleucine) 與纈胺酸 (Valine) 所構成，是屬於人體無法自行合成的必需胺基酸。大部分的胺基酸在人體肝臟中被吸收，但是支鏈胺基酸，尤其在運動期間主要被骨骼肌吸收利用 (Wagenmakers, Brookes, Coakley, & Edwards, 1989)，因此支鏈胺基酸在運動相關的研究探討上受到高度重視。蛋白質淨平衡是體內蛋白質合成與水解現象綜合之結果，若蛋白質淨平衡趨於正向增加，則有助於肌肉生長; 若蛋白質淨平衡趨於負向，則肌肉有損傷或流失的狀況發生。在運動的刺激下，運動後組織修復與再生的狀況，取決於肌肉蛋白質合成和水解速率的變化，在運動後立即的反應期期間，除非有營養物質增補，否則淨蛋白質平衡可能持續保持負值。要讓淨蛋白質平衡由負值轉向正值，可藉由攝取碳水化合物與蛋白質，這些營養物質的增補可以刺激蛋白質合成與降低蛋白質水解，達到蛋白質淨平衡趨於正值的目的 (Beelen 等, 2008; Koopman 等, 2004; Koopman 等, 2005; Rasmussen, Tipton, Miller, Wolf, & Wolfe, 2000)。目前為止，在探討蛋白質合成環境與肌肉損傷的相關研究上，蛋白質淨平衡是最常被討論到的觀念，其中科學家們觀察蛋白質合成環境時最常探討的荷爾蒙有皮質醇、胰島素、睪固酮與生長激素等。根據最近的研究發現，大部分文獻的胺基酸增補總劑量約在 6-12g 的範圍 (Hsu 等, 2011; Sharp & Pearson, 2010; Stephen, Tarpenning, & Marino, 2006)，而胺基酸增補對這些相關荷爾蒙濃度的影響，目前尚未有明確的實驗證據產生。 Stephen 等 (2006) 指出運動中單獨增補 6g 必需胺基酸，對皮質醇、睪固酮與生長激素濃度變化無影響; 運動中增補必需胺基酸與碳水化合物 (6g + 6%)，將降低運動後皮質醇濃度，但在提升睪固酮與生長激素濃度方面則是無顯著影響。綜合上述可知單.

(11) 2. 獨增補低劑量必需胺基酸可能對蛋白質合成環境無顯著影響; 低劑量胺基酸搭配碳水化合物增補可能會顯著降低皮質醇濃度，但是無法提升睪固酮與生長激素濃度。 Moore 等 (2009) 的研究顯示在阻力運動後增補足量蛋白質 (232.5 mg/kg BW)，可將肌肉蛋白質合成速率提升至達到最大值，並且有效降低蛋白質水解速率; 同時近來隨著 mTOR (mammalian target of rapamycin，簡稱 mTOR) 機制的研究與發展，發現支鏈胺基酸在影響蛋白質合成與水解上，佔有重要地位，因此本研究希望能探討增補足量支鏈胺基酸 (232.5 mg/kg BW) 對運動後肌肉蛋白質合成環境的影響。 mTOR 是一種蛋白質激酶，調控細胞的生長與增殖，受細胞中生長因子 (如: 合成荷爾蒙)、營養物質 (如:胺基酸分子)、細胞機械刺激及能量狀態高低所調控 (Wullschleger, Loewith, ＆ Hall, 2006)。當 mTOR 活化時會刺激 mRNA 的轉譯，促進細胞生長與複製，將有助於蛋白質合成；當 mTOR 被抑制時則可能活化自體吞噬系統加速產生蛋白質水解。支鏈胺基酸 (尤其是白胺酸) 在 mTOR 的訊息傳遞路徑上扮演重要角色，白胺酸具有調控身體蛋白質合成的功用 (Bolster, Jefferson, & Kimball, 2004； Garlick, 2005；Kadowaki & Kanazawa, 2003)，，其他與蛋白酶相關的蛋白質水解系統可能也受到白胺酸的影響 (Combaret 等, 2005)。另外研究發現當支鏈胺基酸同時搭配碳水化合物增補時，會更加提升體內胰島素濃度，如此將擴大肌肉蛋白質合成速率的增加幅度 (Bell, Fujita, Volpi, Cadenas, & Rasmussen, 2005; Biolo, Declan Fleming, & Wolfe, 1995; Biolo, Williams, Fleming, & Wolfe, 1999; Fujita, Rasmussen, Cadenas, Grady, & Volpi, 2006) 與抑制蛋白質水解速率 (Miller, Tipton, Chinkes, Wolf, & Wolfe, 2003)，對恢復肌肉損傷產生多重的正面影響，因此本研究希望能探討增補足量支鏈胺基酸 (232.5 mg/kg BW) 搭配碳水化合物對運動後肌肉蛋白質合成環境的影響。綜合上述所言，本研究將探討增補足量支鏈胺基酸 (232.5 mg/kg BW) 與足量支鏈胺基酸搭配碳水化合物此兩種增補方式，觀察不同增補方式對蛋白質的合成環境與肌肉損傷的影響，並且進一步探討對於提升肌肉蛋白質合成的效果，期待本研究結果能作為未來運動增補相關研究以及運動訓練後調整恢復時之參考。.

(12) 3. 第二節研究目的本研究的主要目的為: 一、探討肌肉損傷後增補支鏈胺基酸與支鏈胺基酸搭配碳水化合物對運動後蛋白質合成環境 (胰島素、睪固酮、皮質醇) 的影響。二、探討肌肉損傷後增補支鏈胺基酸與支鏈胺基酸搭配碳水化合物對運動後肌肉水解指標 (尿素氮與肌酸酐) 與肌肉損傷指標 (肌酸激酶) 的影響。三、探討肌肉損傷後增補支鏈胺基酸與支鏈胺基酸搭配碳水化合物對運動後肌肉最大自主等長收縮肌力與肌肉酸痛指數的影響。. 第三節研究假設本研究的虛無假設為: 一、肌肉損傷後增補支鏈胺基酸與支鏈胺基酸搭配碳水化合物對運動後蛋白質合成環境 (胰島素、睪固酮、皮質醇) 沒有影響。二、肌肉損傷後增補支鏈胺基酸與支鏈胺基酸搭配碳水化合物對運動後肌肉水解指標 (尿素氮與肌酸酐) 與肌肉損傷指標 (肌酸激酶) 沒有影響。三、肌肉損傷後增補支鏈胺基酸與支鏈胺基酸搭配碳水化合物對運動後肌肉最大自主等長收縮肌力與肌肉酸痛指數沒有影響。. 第四節名詞操作性定義名詞操作性定義一、蛋白質合成環境 (protein synthesis enviroment) 本研究的蛋白質合成環境，是指下坡跑運動後，體內同化荷爾蒙 (胰島素與睪固酮) 和異化荷爾蒙 (皮質醇) 的濃度，分析的採血點為: 運動前立即、運動後立即、運動後第 45 與 60 分鐘。二、睪固酮/皮質醇比值 (testosterone/cortisol ratio) 睪固酮是由人體睪丸內的間質細胞或由卵巢所分泌，並由腦下垂體前葉分泌的間質細胞刺激素所調節，血液中睪固酮的濃度被視為體內建構組織 (同化荷爾蒙) 的指標 (Kraemer, 1992)。皮質醇為情緒變化與身體活動時會釋放的荷爾蒙，對於骨骼肌而言皮質醇是屬於異化荷爾蒙，會同時刺激 Type I 與 Type II 肌肉纖維中肌肉蛋白的水解，.

(13) 4. 並且抑制蛋白質的合成 (Kraemer, 1992; Widmaier, Raff, & Strang, 2006)。本研究將每位受試者之睪固酮與皮質醇濃度相除可得睪固酮/皮質醇比值 (單位: nmol/nmol)，此數值代表同化環境與異化環境的比例，數值越高表示身體處於同化環境，有利於肌肉蛋白質的合成。三、足量支鏈胺基酸 (adequate branched-chain amino acids) 本研究的足量支鏈胺基酸，是指支鏈胺基酸之增補劑量為每公斤體重 232.50 mg，通常運動前、中、後支鏈胺基酸的增補劑量，最常見的範圍約為每公斤體重 70.00-100.00 mg，也有更低的劑量，相關文獻整理比較已列入附錄二十一。本研究的增補劑量是根據 Moore 等 (2009) 的實驗結果所決定的，研究顯示: 運動後增補足量蛋白質 (≧232.5 mg/kg BW)，可將肌肉蛋白質合成速率提升至達到最大值。四、下坡跑 (downhill running) ‧ 以最大攝氧量 (VO2max) 之測驗流程所得之攝氧量、心跳率及跑步速度等資料，以 ‧ 線性迴歸方式預測 70% VO2max 強度的各項數值，之後將跑步機設置在 -15% 的斜度， ‧ 再讓受試者以 70% VO2max 相對應之速度，進行 30 分鐘下坡跑，以誘發受試者之股四頭肌產生肌肉損傷，本研究下坡跑運動流程係修改自 Park, Sedlock, Navalta, Lee, 與 Kim (2011) 的研究。下坡跑前以 4 公里/小時的速度給予受試者在水平的跑步機上熱身 5 分鐘。五、最大自主等長收縮肌力 (maximal voluntary isometric contraction，簡稱 MVIC) 本研究是使用 Biodex 等速肌力分析系統 (System 3 Pro, Biodex Medical Systems Inc, America) 來測量慣用之膝伸肌 (knee extensors) 的最大自主等長收縮肌力，測驗時間點為: 運動前 24 小時、運動後第 24 與 48 小時。研究者先設定受試者膝關節活動角度範圍 (0-90 度)，之後將受試者之膝關節彎曲在 70 度的測試起始位置，之後開始進行 3 次測量，每次測量受試者須做最大向心等長自主收縮 3 秒鐘，次與次之間休息 1 分鐘，最後取 3 次之平均值做為本研究之肌力數據 (Maridakis, O’Connor, Dudley, & McCully, 2007)。六、肌肉酸痛指數 (perceived muscle soreness scale) 本研究肌肉酸痛的之資料是使用一種主觀自覺 0-100 mm 之肌肉疼痛視覺類比量表分數 (Visual-analogue scale，簡稱 VAS)，「0 mm」表示完全不會酸痛，「100 mm」代表非常、非常酸痛 (Nosaka, Newton, & Sacco, 2002)。在下坡跑或最大自主等長收縮肌力測量之後，隨即讓受試者在量表上指出於跑步中或最大自主肌力之施力的過程中，所.

(14) 5. 感受的肌肉酸痛感，測得數值為本實驗肌肉酸痛指數。本研究肌肉酸痛指數測驗的時間點為: 下坡跑運動前 24 小時、運動後立即、運動後第 24 與 48 小時。七、尿素氮與肌酸酐 (urea nitrogen and creatinine) 本研究之肌肉蛋白水解指標為尿素氮與肌酸酐，分析的採血點為: 運動前立即、運動後立即、運動後第 45、60 分鐘、運動後第 24 與 48 小時。尿素是體內蛋白質代謝的排泄終產物，可由尿液、血液及汗液中測得 (Williams, 2007)。Lemon, Deutsch, 與 Payne (1989) 證實在長時間耐力運動後，尿素濃度顯著提升，這可能是由於運動後體蛋白水解過程所造成。此外 Urhausen 與 Kindermann (2002) 指出，體內尿素濃度增加可作為蛋白質分解的指標，此現象可能表示肌肉使用過度，因此尿素氮濃度則可作為蛋白水解之指標 (Haralambie & Berg, 1976)。肌酸酐的濃度與身體之去脂體重成正比，且較不受飲食攝取及腎臟再吸收的影響，代謝量較為穩定，故得以用來校正血液中代謝物之濃度 (吳幸娟等，2001)。因此，本研究將以尿素氮除以肌酸酐所得之數值來探討肌肉蛋白質的代謝狀況，如此可以避免個體因肌肉量之不同 (胖或瘦) 或因液體攝取量之多寡，而導致濃度上之差異。八、肌酸激酶 (creatine kinase，簡稱 CK）本研究之肌肉損傷指標為肌酸激酶，分析的採血點為: 下坡跑運動前立即、運動後立即、運動後第 45、60 分鐘、運動後第 24 與 48 小時。Warren, Lowe, 與 Armstrong (1999) 指出血液中肌肉蛋白質的濃度最常被當作評估肌肉損傷的指標，在相關研究中，血液肌酸激酶濃度變化常被討論。. 第五節研究範圍與限制本實驗受試者來源為大學體育相關科系學生，在實驗期間會一直口頭提醒受試者要遵守受試者須知上的注意事項，並且統一控制受試者之飲食，所以本研究結果的推論也許會受到一些限制，且可能不適合推測到其他族群。同時由於受限於檢測方法，並未完整探討肌肉蛋白質合成與水解速率和 mTOR 機制之相關訊息傳遞分子 (70 kDa S6 protein kinase (簡稱 p70S6K 或 S6K1) 與 eukaryotic initiation factor 4E binding protein 1 (簡稱 4EBP-1)，因此本研究的結果在未來的推論上或許有其限制。.

(15) 6. 第六節研究的重要性有許多運動員在肌肉損傷及酸痛的情況下仍然會繼續運動，因此如何在損傷後加速恢復是很重要的課題。本研究希望能經由補充足量支鏈胺基酸 (232.5 mg/kg BW)，來觀察支鏈胺基酸對於蛋白質合成環境的影響，以作為增補效果之依據; 透過觀察肌肉蛋白質合成指標 (胰島素與睪固酮) 的變化，幫助運動科學研究人員了解影響蛋白質合成的機制; 透過觀察蛋白質合成相關荷爾蒙的變化，探討不同增補方式對蛋白質合成環境的影響。最後，期待本研究的結果能做為未來增補相關研究及運動訓練後恢復與調整時之參考。.

(16) 7. 第貳章文獻探討第一節關於支鏈胺基酸關於支鏈胺基酸一、支鏈胺基酸支鏈胺基酸為白胺酸 (Leucine)、異白胺酸 (Isoleucine) 與纈胺酸 (Valine)，因結構上含有支鏈，故稱為支鏈胺基酸，是屬於人體無法自行合成的必需胺基酸，其結構如圖 1 所示。胺基酸的代謝主要分成兩大部分: 胺基移除與碳骨架分解，當食物中的胺基酸被人體吸收後，將會分解形成氨離子 (進入尿素循環代謝) 與碳骨架 (進入檸檬酸環氧化分解)，大部分的胺基酸在肝臟中代謝，然而，由於肝臟中代謝支鏈胺基酸的酵素活性低，因此支鏈胺基酸須由非肝組織 (骨骼肌) 所代謝，故運動時骨骼肌中的支鏈胺基酸其氧化速率會增加數倍 (Gibala, 2007; Wagenmakers 等, 1989)，因此大部分支鏈胺基酸會在肌肉中被氧化，所以支鏈胺基酸在運動相關的研究探討上，引起高度重視。 CH 3. CH 3 H3C. COOH. H3C. H3C. NH2. CH 3. COOH. COOH NH2. (a). (b). NH 2. (c). 圖 1 支鏈胺基酸化學結構圖 (a) 為白胺酸 (b) 為異白胺酸 (c) 為纈胺酸. 二、支鏈胺基酸與 mTOR 機制 mTOR 是控制細胞週期由 G1 進入 S 期的蛋白激酶，是研究 Rapamycin 蛋白 (為一種 mTOR 抑制劑) 時而發現的，mTOR 能促進細胞生長且抑制細胞自噬，可以整合細胞內外各種刺激 (如: 合成荷爾蒙、細胞機械刺激與營養物質等)，透過調控蛋白質轉譯與轉錄速率，進而影響細胞生長及代謝。當 mTOR 活化時會刺激. mRNA的轉譯，. 促進細胞生長與複製，將有助於蛋白質合成; 當 mTOR 被抑制時則可能活化自體吞噬系統加速產生蛋白質水解 (Wang & Proud, 2006; Wullschleger 等, 2006)。目前科學家較常用來觀測 mTOR 的相關血液指標為受 mTOR 影響的下游因子: 70 kDa S6 protein kinase (簡稱 p70S6K 或 S6K1) 與 eukaryotic initiation factor 4E binding protein 1 (簡稱 4EBP-1)。mTOR 可以透過抑制 4EBP-1 與活化 S6K1 達到刺激各種幫助轉譯、轉錄之蛋白活化，使細胞合成新蛋白，讓細胞週期得以進行，促使細胞.

(17) 8. 分裂。當細胞處於低能狀態，此時. ATP/AMP （ adenosine triphosphate/adenosine. monophosphate）與 PCr/Cr（phosphocreatine/creatine）的比例會下降，身體會藉由活化 AMPK (5’-AMP-activated protein kinase，簡稱 AMPK)，而抑制 mTOR 的活性，進而導致肌肉細胞蛋白質合成速率降低 (Dreyer 等, 2006; Kimura 等, 2003; Miranda 等, 2008); 另外當細胞被合成荷爾蒙 (如: 胰島素) 與營養物質 (胺基酸) 所刺激時，將會活化 Akt (Protein kinase B，簡稱 Akt)，而刺激 mTOR 活性，進一步提升肌肉細胞蛋白質合成速率(Koopman, Saris, Wagenmakers, & Loon, 2007)，相關反應機制如下圖 2 所示。 Insulin/IGF-1. Nutrition. PI3-K Amino acids Leucine. Exercise Akt AMPK. eIF4E‧ 4E-BP1 eIF4F. mTOR. 6SK1 S6. Translation initiation Protein synthesis 圖 2 營養物質與運動調控 mTOR 機制圖資料來源: “Nutritional interventions to promote post-exercise muscle protein synthesis”. Koopman, R., Saris, W. H. M., Wagenmakers, A. J. M., & Loon, L. J. C. (2007). Sports Medicine, 37(10), 895-906.. 近年來科學家發現支鏈胺基酸在 mTOR 的訊息傳遞路徑上扮演重要角色，尤其是白胺酸具有調控身體蛋白質合成的功用 (Blomstrand, Eliasson, Karlsson, & Kohnke, 2006; Bolster 等, 2004; Garlick, 2005；Kadowaki 等, 2003; Kimball & Jefferson, 2006)，，其他與蛋白酶相關的蛋白質水解系統可能也受到白胺酸的影響 (Combaret 等, 2005)。目前關於支鏈胺基酸增補透過 mTOR 機制調控蛋白質合成的相關探討文獻如下: MacLean, Graham, 與 Saltin (1994) 指出運動前增補 77 mg/kg BW 支鏈胺基酸將.

(18) 9. 產生抑制肌肉蛋白質水解的現象; Yoshizawa (2004) 的研究顯示支鏈胺基酸對蛋白質合成具有重要的調節功能；Karlsson 等 (2004) 在 80 % 最大肌力阻力訓練中與訓練後，增補支鏈胺基酸溶液，結果顯示對 mTOR 的下游因子磷酸化具有顯著提升的效果。Apro 與 Blomstrand (2010) 在 40 分鐘單腿阻力運動前、中、後增補 85 mg/kg BW 支鏈胺基酸水溶液，結果發現增補支鏈胺基酸可以顯著促進 S6K1 磷酸化。綜合上述討論，發現支鏈胺基酸可透過 mTOR 機制來調控蛋白質合成，其重要性隨著 mTOR 機制日漸明朗而越來越重要。. 第二節蛋白質合成環境蛋白質淨平衡=蛋白質水解速率+蛋白質合成速率，運動後組織修復與再生的狀況，取決於因運動刺激而產生的肌肉蛋白質合成速率和水解速率，若蛋白質淨平衡趨於正向增加，則有助於肌肉生長，若蛋白質淨平衡趨於負向，則肌肉有損傷或流失的狀況發生。在運動後立即的反應期期間，除非有營養物質攝取，否則淨蛋白質平衡可能保持負值。要讓淨蛋白質平衡由負值轉向正值，可藉由攝取碳水化合物與蛋白質，這樣的增補可以降低蛋白質水解與刺激蛋白質合成，達到蛋白質淨平衡趨向正值的目的 (Beelen 等, 2008; Koopman 等, 2004; Koopman 等, 2005; Rasmussen 等, 2000)。一、觀測指標到目前為止，在探討與蛋白質合成環境相關的荷爾蒙上，最常被探討的荷爾蒙有皮質醇、胰島素、生長激素、睪固酮與類胰島素生長因子-1 等，又已知運動後體內異化荷爾蒙 (皮質醇) 會維持在較高濃度，將導致蛋白質水解現象明顯 (Biolo 等, 1995)，同時運動後將引發同化荷爾蒙 (胰島素、生長激素、睪固酮與類胰島素生長因子-1) 分泌，準備把在運動時所動員出來的各項能量受質 (血糖、脂肪酸與胺基酸) 召回體內儲存，因此同化荷爾蒙分泌有利於蛋白質合成。在運動後恢復期，若能快速降低異化荷爾蒙，並且加速同化荷爾蒙釋放，對蛋白質淨平衡由負值變成正值將有正面影響，同時對運動後肌肉損傷的修復應會有很大的助益。以下介紹與蛋白質合成環境有關係的荷爾蒙: (一) 胰島素胰島素 (insulin) 是一種多胜肽的荷爾蒙，由胰臟上蘭氏小島的 β 細胞所分泌，攝取碳水化合物可以增加胰島素的分泌。胰島素的功能包括 1. 促進細胞攝入葡萄糖降低血糖濃度; 2. 促進肝醣儲存; 3. 促進脂肪儲存; 4. 促進細胞攝入.

(19) 10. 胺基酸; 5. 促進蛋白質合成;. 6. 抑制蛋白質分解 (Kraemer, 1992)。. (二) 類胰島素生長因子-1 類胰島素生長因子-1 (insulin-like growth factor 1，簡稱 IGF-1) 由 70 個胺基酸所組成，屬於胰島素家族，與胰島素在葡萄醣代謝和促進生長方面有很多相似的作用，最大不同處為胰島素單由胰臟製造，而類胰島素生長因子-1 主要由肝臟細胞分泌，部分會從心血管系統中的血管平滑肌細胞與內皮細胞所分泌。血清中類胰島素生長因子-1 主要受生長激素調節，透過生長激素刺激肝臟，而使肝臟合成與釋放類胰島素生長因子-1，對於身體發育有很強的促進作用。 (三) 生長激素生長激素 (Growth Hormone，簡稱 GH) 是一種多胜肽的荷爾蒙，由 191 個胺基酸所組成，生長激素是由腦下垂體前葉所分泌，受到下視丘分泌的促生長激素釋放激素 (GH-releasing hormone) 與生長激素抑制素 (somatostatin) 調節。生長激素可以促進肌肉與骨骼的生長與刺激肝臟合成並且釋放類胰島素生長因子 -1; 在能量代謝的功能上，可以在運動時減少細胞組織對血糖的吸收、促進蛋白質合成、脂肪代謝與肝臟的糖質新生作用 (Kraemer & Ratamess, 2005)。 (四) 睪固酮睪固酮 (testosterone) 是由人體睪丸內的間質細胞或由卵巢所分泌，並由腦下垂體前葉分泌的間質細胞刺激素 (interstitial cells stimulating hormone) 所調節。血液中睪固酮的濃度被視為體內建構組織 (同化作用) 的指標。睪固酮除了可以直接刺激肌肉組織的合成之外，也可藉由刺激生長激素的分泌，引起肝臟合成與釋放類胰島素生長因子-1 (Kraemer, 1992)。 (五) 皮質醇皮質醇 (Cortisol) 為糖皮質素的一種 (glucocorticoid)，情緒的變化與身體活動皆會刺激下視丘分泌促腎上腺皮質素釋放荷爾蒙 (corticotrophin releasing hormone)，調節腦下垂體前葉分泌促腎上腺皮質激素，促腎上腺皮質激素則刺激腎上腺皮質分泌糖皮質素，特別是皮質醇。它的功能包括: 1. 促進蛋白質分解為胺基酸並送至肝臟進行糖質新生作用; 2. 與胰島素產生拮抗作用，抑制細胞對葡萄糖的攝取與氧化; 3. 促進三酸甘油酯在脂肪組織中分解成甘油與脂肪酸 (Kraemer, 1992; Widmaier 等, 2006); 4. 對於骨骼肌，皮質固醇是屬於異化的荷爾蒙會同時刺激 Type I 與 Type II 肌肉纖維中肌肉蛋白的降解，並且抑制蛋白質.

(20) 11. 的合成。二、支鏈胺基酸對同化、異化荷爾蒙的影響關於支鏈胺基酸對同化、異化荷爾蒙的研究探討，相關的文獻較少，目前相關的文獻如下: Hsu 等 (2011) 對 14 名男性進行實驗 (平均體重 70 kg)，在 30 分鐘 75% ‧ VO2max 跑步機運動後，以增加坡度的方式讓受試者跑到耗竭。在運動結束後 5 分鐘內分別飲用 200 ml 支鏈胺基酸與碳水化合物混合溶液 (總劑量:. 71.4 mg/kg BW 支. 鏈胺基酸; 345.7 mg/kg BW 碳水化合物) 或安慰劑水溶液。採血點: 運動前立即、運動後立即、運動後 10、20、40、60、120 分鐘與 24 小時。分析指標: 胰島素、CK 與睪固酮/皮質醇比值。結果: 在運動後 120 分鐘時，接受支鏈胺基酸與碳水化合物處理的受試者其睪固酮/皮質醇比值顯著高於接受安慰劑理者，顯示運動後增補支鏈胺基酸與碳水化合物對同化環境有正面影響，但是 CK 數值，兩種處理間沒有差異。 Sharp 等 (2010) 針對 8 名有阻力訓練經驗的男性進行實驗，連續 3 週增補支鏈胺基酸與麩醯胺酸混合物 (一天總劑量: 6.6g (= 82.5 mg/kgBW) 支鏈胺基酸; 4g (= 50.00 mg/kgBW) 麩醯胺酸) 或安慰劑。接著在第四週時進行一星期的阻力訓練，採血點: 增補前、增補後訓練前、訓練後第. 2 天與第. 4 天。分析指標: 皮質醇、睪固酮與 CK。. 結果：接受支鏈胺基酸處理的受試者其睪固酮顯著較接受安慰劑處理者高，同時皮質醇與 CK 數值顯著較低，顯示增補支鏈胺基酸可以讓訓練後身體處於一個同化的環境，進而降低訓練後的肌肉損傷數值。 Stephen 等 (2006) 對 32 名未受訓過男大生 (平均體重 80kg)，平均分成四組，分別接受必需胺基酸、碳水化合物與必需胺基酸+碳水化合物 (總劑量: 75mg/kg BW 必需胺基酸; 56.3 mg/kg BW 碳水化合物) 或安慰劑增補，在進行 60 分鐘阻力運動期間進行增補。採血點: 運動期間每 15 分鐘、運動後立即、運動後第 15 與 30 分鐘。分析指標:皮質醇、睪固酮、生長激素、胰島素與血糖。結果: 僅攝取胺基酸對皮質固醇、生長激素與睪固酮沒有顯著的影響，也就是單獨增補必需胺基酸不會對同化或異化性荷爾蒙產生顯著影響，上述 3 篇文獻整理比較表已列入附錄二十一。綜合上述文獻可知，支鏈胺基酸增補對運動後相關荷爾蒙的影響有不同的實驗結果，但上述文獻並未單獨探討只有增補支鏈胺基酸的情況，因此本研究對此方面的問題感到興趣，希望能更近一步探討支鏈胺基酸對同化或異化荷爾蒙的影響。.

(21) 12. 第三節蛋白質合成環境蛋白質合成環境之相關研究環境之相關研究一、胰島素濃度 (一) 機制胰島素是肌肉蛋白質合成環境的刺激物質，在安靜休息狀態下，胰島素可能刺激四肢血流量與提升胺基酸運輸到四肢內 (Biolo 等, 1995)。胰島素會透過調節 PI3-K/Akt 路徑來影響 mTOR 蛋白的活性，進而影響蛋白質合成時 mRNA 轉譯的能力 (Biolo 等, 1999; Gelfand & Barrett, 1987; Wang 等, 2006)，相關機制如圖 2 所示。因為胰島素有上述的功能，因此常見蛋白質或胺基酸搭配碳水化合物一起增補，希望能透過碳水化合物的刺激，而提升胰島素濃度 (Miller 等, 2003)，讓蛋白質的合成環境有加成的效果產生 (Cockburn, Stevenson, Hayes, Ansley, & Howatson, 2010)。 (二) 胰島素濃度對蛋白質合成與水解速率的影響開始有研究進行胰島素對蛋白質合成環境影響的劑量關係，發現在血液胺基酸濃度不足的狀況下 (或在沒有額外補充胺基酸的情況下)，較高胰島素濃度可以提升肌肉蛋白質合成速率 (Biolo 等, 1995; Fujita 等, 2006; Staple 等, 2011)，但是如果在血液胺基酸濃度足夠的狀況下 (此時體內產生最大蛋白質合成速率)，較高的胰島素濃度，似乎對蛋白質合成環境沒有更進一步的作用 (Staple 等; Glynn 等, 2010; Koopman 等, 2007)。Glynn 等在 20 g (= 240.8 mg/kg BW) 必需胺基酸 (此量已被 Moore 等 (2009) 證明可產生最大蛋白質合成速率) 中加入 30 或 90 克碳水化合物用以探討足量增補胺基酸下，胰島素濃度對蛋白質動力學的影響，結果發現兩種增補配方對運動後蛋白質的動力學影響相似，因此認為在足量胺基酸攝取的狀態下，胰島素濃度高低似乎對蛋白質動力學影響不大。 Greenhaff 等 (2008) 在固定高濃度血胺基酸下，測到胰島素與肌肉蛋白質合成環境的劑量關係 (測 mTOR 中間訊息分子、蛋白質合成與水解速率)。他們觀察到胰島素濃度超過 5 mU/l 就可以讓肌肉蛋白質合成速率達最大值; 胰島素在 5 mU/l 時無法顯著抑制蛋白質水解，胰島素在 30. ܷ݉/݈ 時則是可以顯現. 出最大的抑制效果，超過 30 mU/l 則不會有更進一步的抑制作用發生。而 Staple 等 (2011) 發現: 在增補足夠蛋白質 (≧ 232.5 mg/kg BW) 而產生的高血胺基酸濃度的狀況下，胰島素濃度在 11-19 mU/l 就已經可以達到抑制水解速率的最大效果了。綜合上述文獻，發現當體內蛋白質合成原料足夠 (胺基酸) 時，5 mU/l.

(22) 13. 的胰島素就已經足夠促進蛋白質合成環境，而要抑制蛋白質水解狀況，在 11-30 mU/l 的數值範圍就可以產生最大的抑制作用。由上述文獻可知: 1. 胰島素具有抑制蛋白質水解與透過 mTOR 機制提高蛋白質合成時 mRNA 轉譯的能力; 2. 血液胺基酸濃度不足的狀況下(或在沒有額外補充胺基酸的情況下)，較高胰島素濃度可以提升肌肉蛋白質合成速率; 3. 在足量胺基酸攝取的狀態下，胰島素濃度高低似乎對蛋白質動力學影響不大; 4. 當體內蛋白質合成原料足夠 (胺基酸) 時，5 mU/l 的胰島素就已經足夠促進蛋白質合成環境，而要抑制蛋白質水解狀況，在 11-30. mU/l 的數值範圍就可以產生最大的抑制作用。. 二、支鏈胺基酸等相關增補方式對蛋白質合成環境與肌肉損傷的探討相關文獻分成四部分詳細陳述如下，所有文獻整理比較表如附錄二十一所示: (一) 支鏈胺基酸增補的探討 Coombes 與 McNaughton (2000) 對 16 名男性大學生 (平均體重 76.3 kg)，於運動前連續 7 天和運動後連續 7 天，每天早晚各 6 g 支鏈胺基酸 (一天共 12g = 160 mg/kg BW)，與運動前、後立即各增補 20 g (= 260 mg/kg BW)。運動模 ‧ 式為 120 分鐘 70 % VO2 max 的固定式腳踏車運動。採血點:增補前、增補期每隔兩天、運動前立即與運動中每 20 分鐘。分析指標: 血中支鏈胺基酸、CK 與 LDH。結果: 增補支鏈胺基酸者的 CK 與 LDH 數值顯著低於增補安慰劑者。 Shimomura 等 (2006) 對 30 名無規律運動習慣的人 (男性: 14 人；女性: 16 人) 於運動前 15 分鐘增補支鏈胺基酸 (總劑量: 男性，77 mg/kg；女性，92 mg/kg) 或安慰劑後進行 7 × 20 次的蹲舉 (squate) 運動，總運動時間約為 23 分鐘。分析指標: 肌肉疼痛視覺類比量表分數 (Visual-analogue scale，簡稱 VAS)。結果: 運動前短期增補支鏈胺基酸將顯著降低肌肉疼痛視覺類比量表分數，對運動後肌肉酸痛呈現正面的影響。 Greer, Woodard, White, Arguello ,與 Haymes (2007) 對 9 名一般未受過訓練 ‧ 的男大生 (平均體重 84.2 kg) 以 55 % VO2 max 的強度進行 90 分鐘腳踏車運動，並於運動前 5 分鐘與運動中第 60 分鐘，增補總熱量約 200 kcal 的碳水化合物、支鏈胺基酸或安慰劑 (支鏈胺基酸總劑量: 50g= 600 mg/kg BW)。採血點：運動前立即、運動後立即、運動後第 4、24、48 小時。分析指標: 腿的等速肌力、 CK 與 LDH。結果: 運動後第 4、24 與 48 小時的採血點上增補支鏈胺基酸者的 CK 值顯著低於增補安慰劑者; 運動後第 24 小時的採血點上增補碳水化合.

(23) 14. 物者的 CK 值顯著低於增補安慰劑者，同時顯著高於增補支鏈胺基酸者; 運動後第 24 小時增補支鏈胺基酸者的 LDH 數值顯著低於增補安慰劑者。顯示: 運動前增補支鏈胺基酸可以顯著降低一般未受過訓練的男大生，在長時間耐力運動後所產生的肌肉損傷，同時其效果比運動前增補碳水化合物好。 Shimomura 等 (2010) 對 12 名未受過訓練女性 (平均體重 49 kg)，於運動前 15 分鐘增補支鏈胺基酸 (100 mg/kg BW) 或安慰劑後進行 7 × 20 次的蹲舉運動，總運動時間約為 23 分鐘。採血點：運動前立即、運動後立即、運動後第 0、 1、2 小時與運動後第 2、3 天。分析指標：肌肉疼痛指數、肌力、血中支鏈胺基酸、CK、肌紅蛋白與彈力膠原蛋白。結果: CK、肌紅蛋白與彈力膠原蛋白於不同處理間無顯著差異，顯示增補支鏈胺基酸對上述指標無影響。 Jackman, Witard, Jeukendrup , & Tipton (2010) 對 24 名非重訓選手 (平均體重 73、75 kg)，於運動前 30 分鐘、運動後第 1.5、9 與 15 小時與運動後連續 2 天 (每天 4 次)，增補支鏈胺基酸 (一天總劑量: 29.2g = 400 mg/kgBW)。運動模式: 12 × 10 次反覆單膝伸展運動 (最大肌力的 120 %)。採血點: 運動後第 1、 8、24、48 與 72 小時。分析指標：肌肉疼痛視覺類比量表、IL6、CK 與 myoglobin。結果: 所有血液數值於不同處理間無顯著差異存在，但增補支鏈胺基酸者其肌肉疼痛視覺類比量表分數顯著比增補安慰劑者低。 Sharp 等 (2010) 針對 8 名有阻力訓練經驗的男性進行實驗 (平均體重 77.9 kg)，每天增補 6.6g (= 82.5 mg/kg BW) 支鏈胺基酸. 與 4g (= 50.00 mg/kg. BW) 麩醯胺酸混合物或安慰劑，連續增補 3 週。然後在第四週進行為期一星期的阻力訓練。採血點: 增補前、增補後訓練前、訓練後第 2 天與第 4 天。分析指標: 皮質醇、睪固酮與 CK。結果：接受支鏈胺基酸處理的受試者其睪固酮顯著較接受安慰劑處理者高，同時皮質醇與 CK 數值顯著較低，顯示增補支鏈胺基酸可以讓訓練後身體處於一個同化的環境，進而降低訓練後肌肉損傷數值。 Apro 等 (2010) 針對 4 名男性 (平均體重 73kg) 與 5 名女性 (平均體重 56 kg) 在 40 分鐘單腿阻力運動前、中、後增補支鏈胺基酸水溶液 (總劑量 6g = 85 mg/kg BW，溶於 900ml 水中，分成 6 次增補)。採血點: 增補前、運動前立即、運動中 25 分鐘、運動後立即、運動後第 15、30 與 60 分鐘。肌肉穿刺時間: 增補前、運動後立即與運動後第 60 分鐘。分析指標：mTOR 下游訊息分子，結果：增補支鏈胺基酸可以顯著促進 p70S6K 磷酸化，顯示增補支鏈胺基酸有利於.

(24) 15. 蛋白質合成時 mRNA 轉譯進行。綜合上述文章可知: 1. 支鏈胺基酸增補對肌肉損傷恢復呈現正面影響，可降低訓練後 CK 數值或肌肉疼痛視覺類比量表分數; 2. 關於支鏈胺基酸對對同化與異化荷爾蒙的影響相關探討文獻較少。 (二) 支鏈胺基酸與碳水化合物增補之探討 Matsumoto 等 (2007) 對 8 名受試者 (平均體重 72.6 kg ) 進行 3 次 20 分鐘 50 % 之最大工作負荷的腳踏車運動 (間隔休息 3 分鐘)，在第一回合運動的第 10 分鐘給予支鏈胺基酸與碳水化合物溶液或安慰劑 (總劑量: 2g (= 27 mg/kg BW) 支鏈胺基酸; 0.5g (= 6.88 mg/kg BW) 精胺酸; 20g (= 275.5 mg/kg BW) 碳水化合物)。採血點: 每回合運動中第 10 分鐘。分析指標: 血液中支鏈胺基酸與其他胺基酸 (苯丙胺酸，Phenylalanine 簡稱 Phe) 的濃度。結果: 接受支鏈胺基酸與碳水化合物處理者在第三回合運動時，從腿中釋放出來的累積 Phe 顯著低於接受安慰劑處理者，顯示單次增補支鏈胺基酸與碳水化合物溶液可以有效抑制運動引發的肌肉蛋白水解的情況。 Koba 等 (2007) 對 8 名男性長跑選手 (平均體重 58 kg) 在進行 25 km 跑步前 3 天，每天早、中、晚增補支鏈胺基酸與碳水化合物溶液或安慰劑 (一天總劑量: 6g (= 103.4 mg/kg BW) 支鏈胺基酸; 1.5g (= 25.86. mg/kg BW) 精胺酸;. 60g (= 1034.5 mg/kg BW) 碳水化合物) 接著在進行 25 km 跑步前 30 分鐘與運動中增補支鏈胺基酸與碳水化合物溶液或安慰劑 (總劑量: 41.1 mg/kg BW 支鏈胺基酸; 10.3 mg/kg BW 精胺酸; 411.1 mg/kg BW 碳水化合物)。採血點: 運動前 30 分鐘、運動後立即。分析指標: 血中支鏈胺基酸濃度、CK 與 LDH。結果: 運動後增補支鏈胺基酸者 LDH 顯著低於增補安慰劑者，運動後 CK 數值兩種處理間沒有顯著差異。顯示: 支鏈胺基酸與碳水化合物混合增補可以顯著降低肌肉損傷的程度。 Matsumoto 等 (2009) 對 12 名長跑選手 (平均體重 52 kg)，在 3 天強烈的訓練期間，讓每位受試者每天增補支鏈胺基酸與碳水化合物溶液或安慰劑（一天總劑量: 20 g (= 384 mg/kg BW) 支鏈胺基酸; 87.5g (= 1682.4 mg/kg BW) 碳水化合物; 分三次增補）。採血點: 訓練開始前、訓練後。分析指標: 肌肉疼痛指數、疲勞感覺量表、CK、LDH、肌紅蛋白與 granulocyte elasase。結果: 增補支鏈胺基酸與碳水化合物者的 CK 與 LDH 數值顯著低於增補安慰劑者。結論: 在高強.

(25) 16. 度的訓練期中，連續增補支鏈胺基酸與碳水化合物溶液將有效地降低肌肉酸痛與疲勞感覺，同時可以延緩肌肉損傷的產生。 Stock 等 (2011) 年研究白胺酸與白胺酸+碳水化合物增補的差異，他們讓 17 名男性受試者 (平均體重 83kg) 與 3 名女性受試者 (平均體重 61kg)，在運動前 30 分鐘與運動後立即增補碳水化合物或白胺酸+碳水化合物，其中碳水化合物總攝取劑量為 25g (= 347 mg/kg BW)，白胺酸的總攝取劑量為 6.3 g (= 45mg/kg BW)。運動模式: 6 組蹲舉直到耗竭 (75% 1RM)。採血點: 運動前立即、運動後第 24、48 與 72 小時。分析指標: CK、LDH、運動立即的蹲舉次數與運動後第 72 小時的蹲舉次數。結果: 增補白胺酸對運動後蹲舉次數無顯著影響，同時對 CK 與 LDH 的影響與單獨增補碳水化合物者變化相似，因此在運動前、後增補碳水化合物時，有無搭配增補白胺酸並不會改變運動後肌肉損傷的恢復情形。 Hsu 等 (2011) 對 14 名男性進行實驗 (平均體重 70 kg)，在 30 分鐘 75% ‧ VO2max 跑步機運動後，以增加坡度的方式讓受試者跑到耗竭。在運動結束後 5 分鐘內分別飲用 200 ml 支鏈胺基酸與碳水化合物混合溶液 (總劑量: 71.4 mg/kg BW 支鏈胺基酸; 345.7 mg/kg BW 碳水化合物) 或安慰劑水溶液。採血點: 運動前立即、運動後立即、運動後 10、20、40、60、120 分鐘與 24 小時。分析指標: 胰島素、CK 與睪固酮/皮質醇比值。結果: 在運動後 120 分鐘時，接受支鏈胺基酸與碳水化合物處理的受試者其睪固酮/皮質醇比例顯著高於接受安慰劑理者，顯示運動後增補支鏈胺基酸與碳水化合物對同化環境有正面影響，但是 CK 數值，兩種處理間沒有差異。綜合上述文獻可知: 1. 額外攝取的胺基酸可以增加血液中胺基酸濃度，促進肌肉細胞攝入胺基酸而有利於運動後肌肉蛋白的合成，同時碳水化合物會提升胰島素的濃度讓蛋白質合成環境產生加成的效果。可能會限制蛋白質與細胞膜的水解狀況，因而接著抑制了肌肉表現改變與肌肉細胞內 CK 的釋放，因此對肌肉損傷的恢復有正面的影響; 2. 支鏈胺基酸與碳水化合物增補對肌肉損傷呈現正面影響，同時可以讓身體處於同化的環境，進而降低訓練後 CK 數值; 3. 關於支鏈胺基酸與支鏈胺基酸搭配碳水化合物增補效果比較，此方面的研究較少。 (三) 必需胺基酸與碳水化合物增補之探討 Stephen 等 (2006) 對 32 名未受訓過男大生 (平均體重 80kg)，平均分成四.

(26) 17. 組，分別接受必需胺基酸、碳水化合物與必需胺基酸+碳水化合物 (總劑量: 75mg/kg BW 必需胺基酸; 56.3 mg/kg BW 碳水化合物) 或安慰劑增補，在進行 60 分鐘 75% 1RM 全身阻力運動期間進行增補。採血點: 運動期間每 15 分鐘、運動後立即、運動後第 15 與 30 分鐘。分析指標:皮質醇、睪固酮、生長激素、胰島素與血糖。結果: 碳水化合物增補和必需胺基酸+碳水化合物增補可以顯著增加阻力運動後的胰島素濃度，同時在運動後可以顯著抑制皮質固醇的反應，而僅攝取胺基酸對皮質固醇的反應沒有顯著的影響。顯示: 運動中增補必需胺基酸 +碳水化合物將對降低運動後異化環境有幫助 (降低皮質醇)，但是對提升同化環境無顯著助益 (無法顯著提升睪固酮)。 Dryer 等 (2008) 對 16 名目前未受重訓的男性 (平均體重 80kg; 去脂體重 62 kg)，在 70% 1RM 阻力運動後 1 小時，進行必需胺基酸 (高比例白胺酸) 之醣類溶液增補或控制組 (總劑量: 271.0 mg/kg BW 必需胺基酸; 387.5 mg/kg BW 碳水化合物)。分析指標: 以肌肉穿刺測肌肉蛋白合成與水解速率和 mTOR 相關訊息傳遞分子。採血與穿刺點: 運動前、運動前立即、運動後立即、增補前立即與增補後 1 小時。結果: 必需胺基酸搭配碳水化合物增補組在運動後 2 小時的肌肉蛋白質合成速率顯著高於控制組且運動後 2 小時，增補組的 mTOR 相關訊息傳遞分子 (4EBP-1 與 S6K1) 顯著高於控制組。 Fujita 等 (2009) 對 22 名受試者 (平均體重 70kg; 去脂體重:52 kg)，在 70% 1RM 阻力運動前 1 小時增補必需胺基酸 (高比例白胺酸) 之醣類溶液或控制組. (總劑量: 260.0 mg/kg BW 必需胺基酸; 371.4 mg/kg BW 碳水化合物)。. 採血與肌肉穿刺點: 運動前 1 小時、運動前立即、運動後立即、運動後 1 小時與運動 2 小時。結果: 阻力運動前補充必需胺基酸與碳水化合物溶液可使肌肉蛋白質合成訊息活化增加蛋白合成能力，但此現象在運動開始後便下降，而且在整個運動與恢復過程中與控制組並無明顯差異，故 Fujita 等建議運動前補充對運動後的蛋白合成影響貢獻不大。綜合上述文獻可知: 1. 必需胺基酸 75 mg/kg BW 搭配碳水化合物增補可以顯著降低異化環境 (降低皮質醇)，但是對同化環境無明顯影響 (睪固酮)。2. 關於增補時間點，綜合 Fujita 等 (2009) 與 Dreyer 等 (2008) 的研究，建議運動後增補必需胺基酸與碳水化合物對蛋白質合成環境的影響較運動前增補效果佳。 (四) 蛋白質與碳水化合物增補之探討.

(27) 18. Moore 等 (2009) 讓 6 名年輕男性 (平均體重 86 kg) 在劇烈的雙腿阻力運動後立即增補 0、5、10、20 或 40g 的全蛋蛋白質 (whole egg protein)，再搭配灌流同位素追蹤劑與肌肉穿刺的方法，測量增補後肌肉蛋白質合成速率，研究顯示在運動後增補足量 20g (=232.5 mg/kg BW) 蛋白質，可以將肌肉蛋白質合成速率達到最大值。之後開始有研究以超過或等於 232.5 mg/kg BW 的蛋白質或胺基酸為增補劑量，進行對蛋白質合成環境影響的探討 (Breen 等, 2011; Glynn 等, 2010; Staples 等, 2011)，但是到目前為止卻較少有研究探討 232.5 mg/kg BW 支鏈胺基酸增補對蛋白質合成環境的影響 (Jackman 等, 2010)。 Staples 等 (2011) 針對 9 名男性 (平均體重 80.3 kg)，進行約 15 分鐘單膝伸展阻力運動，在運動後 15 分鐘增補乳清蛋白或乳清淡蛋搭配碳水化合物（總劑量: 25 g (= 311.3 mg/kg BW) 蛋白質; 50 g (= 622.6 mg/kg BW) 碳水化合物），再利用肌肉穿刺與同位素追蹤劑灌流的方式測量肌肉蛋白質合成與肌肉蛋白質水解速率，並採血測 mTOR 相關訊息傳遞分子 (Akt、S6K1 與 4EBP-1)。結果: 蛋白質合成與水解速率兩種處理沒有顯著差異，但是兩種處理的數值皆顯著高於安靜值，同時蛋白質淨平衡皆為正值，表示體內處於蛋白質累積的狀態; 接受乳清蛋白搭配碳水化合物處理者的 mTOR訊息傳遞分子 Akt，其磷酸化程度顯著高於接受乳清蛋白處理者。顯示: 當碳水化合物與足量蛋白質 (已知可最大促進蛋白質合成速率的劑量: ≧ 232.5 mg/kg BW) 一起增補時，因增補碳水化合物而產生較高胰島素濃度，似乎對蛋白質合成與水解速率不具有加成的作用。 Breen 等 (2011) 針對 10 名自行車選手（平均體重 77 kg）在進行 90 分鐘 70% VO2max 固定式腳踏車運動後，於運動後立即與運動後 30 分鐘，增補蛋白質+碳水化合物或碳水化合物 (總劑量: 20g (= 259.7 mg/kg BW) 乳清蛋白; 50g (= 649 mg/kg BW) 碳水化合物)。分析指標: mTOR 相關訊息傳遞分子 (eEF2 與 p70S6K) 與肌肉蛋白質合成速率。採血點: 增補前、運動前立即、運度後立即與運動後每 15 分鐘採血一次直到運動後 240 分鐘。結果: 增補蛋白質+碳水化合物的受試者其肌肉蛋白質合成速率顯著較高; 在運動後 240 分鐘，增補蛋白質+碳水化合物的受試者其 p70S6K 磷酸化程度顯著較高。顯示:運動後增補蛋白質+碳水化合物將透過提升 p70S6K 磷酸化程度而提升肌肉蛋白質合成速率。綜合上述文獻可知: 1. 運動後增補足量 232.5 mg/kg BW 蛋白質，可以將蛋白質合成速率達到最大值; 2. 當足量蛋白質 (≧ 232.5 mg/kg BW) 與碳水化合物一起增補時，.

(28) 19. 可以顯著提升蛋白質合成訊息與活化相關傳訊分子，但是與單純增補足量蛋白質者相比較，因增補碳水化合物而產生較高胰島素濃度，似乎對蛋白質合成與水解速率不具有加成的作用; 3. 較少有文獻研究探討增補 232.5 mg/kg BW 支鏈胺基酸對蛋白質合成環境的影響。. 第四節文獻總結文獻總結綜合上列文獻所述，可以歸納成下列幾點：一、大部分的必需胺基酸在肝臟中代謝，然而，支鏈胺基酸則由非肝臟組織 (如骨骼肌) 所代謝，因此支鏈胺基酸大部分在肌肉中被氧化，故支鏈胺基酸在運動相關的研究上，引起高度重視。二、當細胞被合成荷爾蒙 (如胰島素) 與營養物質 (如胺基酸) 所刺激時，將會活化 mTOR 機制而影響蛋白質合成。三、近年來的研究指出，支鏈胺基酸在 mTOR 機制的訊息傳遞路徑上扮演重要角色，尤其是白胺酸更具有關鍵的功能與角色。四、已知運動後體內異化荷爾蒙 (皮質醇) 維持在較高濃度時，將導致蛋白質水解現象明顯，同時運動後將引發同化荷爾蒙 (胰島素、生長激素、睪固酮與類胰島素生長因子-1) 的分泌，將有利於蛋白質合成。因此在運動後恢復期，若能較快速降低異化荷爾蒙，並且加速同化荷爾蒙釋放，將有助於將蛋白質淨平衡由負值變成正值，如此對運動後肌肉損傷的修復應會有很大的助益。五、胰島素是肌肉蛋白質合成環境的刺激物質，可提升胺基酸運輸到四肢內進行蛋白質合成; 胰島素亦具有抑制蛋白質水解與提高蛋白質合成時 mRNA 轉譯的能力，因此近年來胺基酸增補的相關研究常以搭配碳水化合物的模式來進行，希望能透過碳水化合物的刺激，提升胰島素濃度並增進增補效果。六、在血液胺基酸濃度不足的狀況下，胰島素可以提升肌肉蛋白質合成速率，但是如果在血液胺基酸濃度足夠的狀況下，較高的胰島素濃度，似乎對蛋白質合成環境沒有更進一步的作用。相關研究更進一步證明，在增補足夠蛋白質 (≧ 232.5 mg/kg BW) 的狀況下，胰島素濃度超過 5 mU/l 就會讓肌肉蛋白質合成速率達最大值; 而要抑制蛋白質水解，胰島素濃度在 11-30 mU/l 就會產生最大的抑制效果。七、支鏈胺基酸與碳水化合物增補對肌肉損傷呈現正面影響，同時可以讓身體處於同化.

(29) 20. 環境，進而降低訓練後 CK 數值，同時關於支鏈胺基酸與支鏈胺基酸搭配碳水化合物此兩種增補方式的效果比較，相關的研究較少。八、75 mg/kg BW 必需胺基酸搭配碳水化合物增補可以顯著降低異化環境 (皮質醇)，但是對同化環境無明顯影響 (睪固酮)。九、關於增補時機對蛋白質合成環境與肌肉損傷的影響，運動後與運動前增補相比較，運動後增補的效果較好。十、運動後增補足量 232.5 mg/kg BW 蛋白質，可以將蛋白質合成速率提昇到最大數值，但是較少有文獻探討增補 232.5 mg/kg BW 支鏈胺基酸後的反應。十一、綜合上述，本研究希望以足量支鏈胺基酸 (232.5 mg/kg BW) 或是足量支鏈胺基酸搭配碳水化合物進行增補，觀察蛋白質合成環境變化，進而找尋對運動損傷恢復較有效的增補方式。.