運動訓練對骨骼肌蛋白質代謝的影響

網友在網站討論區上討論如何促進肌肉肥大(大部分是健美愛好者)與增進肌肉功能(通常是一般運動員)，包括如何訓練肌肉？補充蛋白質的時間？營養補充的方式？事實上，運動訓練的刺激才是達成肌肉肥大或功能增進的主要原因。畢竟，沒有使用與消耗，哪裡會有補償，甚至額外的補償(或超額補償)。

由於人體內蛋白質分解成胺基酸(amino acids) 以後，胺基酸的再利用現象(再合成蛋白質)很廣泛，因此，很難正確的定量分析蛋白質的合成與分解(代謝)作用。一般來說，分析骨骼肌蛋白質轉換(turnover)的方法，包括：全身的氮平衡(whole body nitrogen balance)、尿與汗中的氮與尿素測量(nitrogen excretion of sweat and urea)、尿液中的3-甲基組胺酸測量(excretion of 3-methylhistidine)與注射或食用放射性同位素 (infusing or feeding radioative isotopes)等方法。通常，人體實驗的研究主要以非侵體性的尿液中的3-甲基組胺酸測量為主，不過，研究進行過程中，還必須配合飲食控制(避免攝取肉類食物)、縱向研究(建立受試者的骨骼肌蛋白質代謝基準線[baseline])、以及考量受試者的肌肉量(尿中肌酸酐[creatinine]的量)等。

透過尿液中的3-甲基組胺酸測量結果顯示，運動訓練對於骨骼肌蛋白質的立即(acute)效果並不明確，包括運動方式的差異、運動強度的大小、運動的持續時間、以及是否有適當的飲食控制等，都可能影響尿液中的3-甲基組胺酸測量值；長期(chronic) 或單次長時間的運動訓練，則會顯著增加骨骼肌蛋白質的代謝(包括分解與合成)。

圖1為Dohm等人(1985)的研究結果。連續七天、每天90分鐘、以最大攝氧量強度70%至75%進行跑步訓練，受試者在訓練第五天以後，才有顯著提高骨骼肌蛋白質代謝的現象，而且停止訓練後一天，骨骼肌蛋白質的代謝就恢復到運動訓練前的水準(圖中的*代表與運動訓練前有顯著差異)。圖2則為 Pivarnik等人(1989)的研究結果。連續20天的研究期間內，第九天起，每天進行30至35分鐘的舉重運動訓練，受試者在第十一天以後(舉重運動訓練開始後的第二天)，骨骼肌蛋白質的代謝即顯著的提高，而且持續維持到第二十天研究結束，可惜沒有停止舉重運動後的資料。似乎，運動方式的差異會影響骨骼肌蛋白質代謝的變化，舉重運動對於骨骼肌蛋白質代謝的促進效果，顯然比跑步運動有效。

圖1. Dohm等人(1985) (圖片來源：運動生理學網站)

圖2. Pivarnik等人(1989) (圖片來源：運動生理學網站)

Booth等人(1982)提出運動訓練對骨骼肌蛋白質分解合成速率 (degradation and synthesis rate)的兩相(biphasic) 改變假說：運動訓練後的短時間內，骨骼肌蛋白質的分解與合成速率會降低；運動後的較長時間與長時間的運動訓練時，骨骼肌蛋白質的分解與合成速率會增加。而且，骨骼肌蛋白質的分解速率，往往要在運動後的十小時以上，才能夠逐漸的恢復到運動前的基準值(baseline)；骨骼肌蛋白質的合成速率，則可成提早到運動後的 2小時以後，即會顯著的高於運動前的基準值。運動促成的骨骼肌蛋白質代謝影響，似乎是合成的效益高於分解的效果，而且，這種抑制分解、提早增加合成的效果，可能是骨骼肌所以能夠因運動訓練而肥大的主要原因。

儘管運動對骨骼肌蛋白質代謝的兩相反應假說，受到很多的研究結果支持，但是有關運動方式的差異、運動強度的大小、運動持續時間的長短與評估骨骼肌蛋白質代謝的時機等，都是影響測量結果的重要條件。當人體在營養不足、禁食或長時間運動(4至6小時以上)時，蛋白質成為部分能量供應來源(儘管只是次要的能量供應來源)的現象，可能是長時間運動時，增加骨骼肌蛋白質代謝速率的主要原因。此外，葡萄糖-丙胺酸循環(glucose-alanine cycle)的代謝作用，亦是形成長時間運動時增加骨骼肌蛋白質代謝的因素。不過，血中丙胺酸的來源並不是骨骼肌蛋白質的分解，而是由丙酮酸和支鏈胺基酸的轉胺基作用而來，因此，葡萄糖 -丙胺酸循環僅是形成骨骼肌蛋白質代謝增加的次要原因。

運動訓練會立即降低骨骼肌蛋白質代謝的原因，可能是骨骼肌蛋白質合成增加或胺基酸的再利用效率提高，也可能是肌肉中的ATP含量(energy charge)降低，而抑制蛋白質的代謝。不過，運動訓練立即降低骨骼肌蛋白質代謝的假說，到目前為止仍然受到相當多的研究反駁，還需要進一步的探究。不過，長期的運動訓練會顯著提高骨骼肌蛋白質的代謝已無庸置疑。


參考資料：

王順正(1993)：運動訓練對骨骼肌蛋白質的影響-以尿中3甲基組胺酸的變化來評量，中華體育，25，54-64頁。

Booth,F.W., Nicholson,W.F., & Watson,P.A. (1982). Influence of muscle use on protein systhesis and degradation. Exercise and Sports Sciences Review,10,27-48.

Dohm,G.L., Israel,R.G., Breedlove,R.L., Williams,R.T. & Ashew,E.W. (1985). Biphasic changes in 3-methylhistidine excretion in human after exercise. American Journal of Physiology,284,E588-E592.

Houston,M.E. (1999). Gaining weight : the scientific basis of increasing skeletal muscle mass. Canadian Journal of Applied Physiology,24(4),305-316.

Pivarnik,J.M., Hickson,J.F., & Wolinsky,I. (1989). Urinary 3-methylhistidine excretion increases with repeated weight training exercise. Medicine and Science in Sports and Exercise,21(3),283-287.

文章來源：運動生理學網站