2. 新疆伊犁哈萨克自治州昭苏县种马场, 昭苏 835000
2. Yili Kazak Autonomous Prefecture of Zhaosu Racecourse, Zhaosu 835000, China
β-羟基-β-甲基丁酸(beta-hydroxy-beta-methylbutyrate,HMB)是亮氨酸代谢的中间产物[1],具有促进肌肉蛋白质合成[2-3]、抑制蛋白质降解[3-4]、维护细胞膜完整性[1]等方面的生物学作用。HMB由亮氨酸经过一系列作用合成,首先亮氨酸在肌肉组织中通过支链氨基酸转移酶的作用生成α-酮异己酸(α-ketoisocaproic acid,KIC),KIC在肝脏组织通过细胞质中的KIC二氧化酶生成HMB,KIC是肝脏HMB生成的直接底物[1]。HMB生成的β-羟甲-β-甲基戊二酸单酰辅酶A(β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA,HMG-CoA)是合成胆固醇的前体物,参与机体细胞膜胆固醇的合成。当机体处在严重应激状态时,HMB能够产生大量的HMG-CoA来满足胆固醇的需要量,促进机体应激状态下的细胞修复,从而减少细胞蛋白质的分解释放[5]。
Ostaszewski等[6]研究发现,给运动马补喂HMB能够降低运动后血浆中磷酸肌酸激酶(creatinine phosphokinase,CPK)和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)的活性,缓解运动疲劳,防止运动引起的肌肉损伤。研究发现,给高强度训练的运动员服用HMB能够增加运动员的力量[7],减少体脂[8],加快运动后的疲劳恢复[9]。并且,给高强度运动员服用HMB是安全的,不会对机体产生危害[10],HMB被作为高强度运动员的营养补充剂在国外已得到广泛应用。鉴于HMB具有提高高强度运动员运动表现以及缓解运动马运动疲劳的研究结果,本试验选用速度赛用伊犁马为研究对象,探究饲粮中添加不同剂量的HMB对伊犁马2 000 m速度赛成绩和血浆生化指标的影响,确定HMB在运动马上的适宜补喂量,并初步探讨HMB对运动代谢的可能作用机制,为HMB在运动马饲粮中的应用提供科学参考依据。
1 材料与方法 1.1 试验动物与试验设计试验选取20匹年龄为2岁、平均体重为(384.11±25.44) kg且经过良好训练的速度赛用伊犁马,随机分为4组,每组5匹(3♂+2♀),分别为对照组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组、试验Ⅲ组,所有试验马匹所喂试验饲粮组成及营养水平一致,试验饲粮组成及营养水平见表 1。每匹马每天饲喂干牧草8 kg,精料补充料4 kg,在此基础上,试验组补喂不同剂量的HMB。HMB以钙盐(购自武汉远程科技发展有限公司,纯度为99%,有效含量为86%)的形式进行补喂。HMB钙盐与玉米和次粉按照1 : 1制作成颗粒后与精料补充料混合补喂。本试验中HMB的补喂量参照Ostaszewski等[6]的研究结果,试验Ⅰ组每匹马HMB有效补喂量为7.5 g/d,试验Ⅱ组每匹马HMB有效补喂量15.0 g/d,试验Ⅲ组每匹马HMB有效补喂量22.5 g/d,进行为期31 d的补喂训练试验。
所有试验马匹均单厩饲养,自由饮水,每天每匹马饲喂8 kg干牧草和4 kg精料补充料。补喂的HMB与精料补充料平均分为2份装入封口袋,每日分2次饲喂,分别在09:00和21:00;干牧草每日分4次饲喂,分别在08:30、13:30、18:30和23:30。饲喂时采用先粗后精的饲喂方法,马匹先采食2 kg干牧草,再采食精料补充料,待精料补充料采食完毕后,继续添加干牧草。每天按时打扫马厩,清除粪便和垫草,并更换为干燥柔软的垫草。
1.3 训练场地及方案试验马匹在伊犁昭苏种马场伊犁马测试调训中心进行训练,赛道周长800 m。所有试验马匹每天进行1次训练,训练时间为11:00—13:00或者16:00—18:00。骑手将马匹备好鞍后牵至赛道,骑手骑乘试验马先进行2圈慢步热身,然后3圈快步训练,接下来2圈慢步训练,最后以2圈快跳结束训练。
1.4 指标测定 1.4.1 比赛成绩测定试验第0天(正试期开始前)和试验第30天在昭苏县中国西域赛马场进行2 000 m速度赛,赛道周长为2 000 m,用秒表记录每匹马的比赛用时,作为比赛成绩。
1.4.2 心率测定在试验第30天进行2 000 m速度赛,用脉搏仪记录每匹马赛前2 h、赛后即刻以及赛后2 h的心率。
1.4.3 血浆生化指标测定在试验第30天进行2 000 m速度赛,分别在赛前2 h、赛后即刻、赛后2 h使用5 mL肝素钠抗凝管于每马匹颈静脉采血2管,以3 500 r/min离心10 min,收集血浆,分装完毕后在-20 ℃冰箱中冷冻保存。
血浆样品均送至北京华英生物技术研究所测定血浆生化指标。其中,胰岛素(INS)、胰高血糖素(Gc)含量采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定;葡萄糖(GLU)、总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)、乳酸(LA)含量与肌酸激酶(CK)、乳酸脱氢酶(LDH)活性采用比色法测定。
1.5 数据处理与分析试验数据采用Excel 2010进行初步整理,比赛用时、心率采用SPSS 19.0统计软件的ANOVA程序进行单因素方差分析,差异显著时则采用Duncan氏法进行多重比较,结果以平均值±标准差(mean±SD)表示,以P < 0.05为差异显著水平。血浆生化指标采用SAS 8.1软件中混合模型统计有重复观测的数据,固定效应有试验处理(Trt)、采样时间点(Date,本试验中是指赛前2 h、赛后即刻和赛后2 h)及二者之间的交互作用(Trt×Date),以试验处理为主进行分析讨论。方差结构采用自回归(AR)模型,数据以最小二乘均数和均值标准误(SEM)表示,采用Pdiff方法进行多重比较,以P < 0.05为差异显著水平,P < 0.01为差异极显著水平。
2 结果与分析 2.1 补喂HMB对伊犁马运动性能的影响 2.1.1 补喂HMB对伊犁马2 000 m速度赛成绩的影响补喂HMB对伊犁马2 000 m速度赛成绩的影响见表 2。与对照组相比,试验Ⅰ组、试验Ⅱ组、试验Ⅲ组在试验初始和试验第30天时2 000 m速度赛成绩均无显著差异(P>0.05);与试验初始相比,在试验第30天时对照组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组、试验Ⅲ组2 000 m速度赛成绩均有所提高,其中对照组比赛用时缩短了3.72%,试验Ⅰ组缩短了6.24%, 试验Ⅱ组缩短了7.45%, 试验Ⅲ组缩短了4.73%。
补喂HMB对伊犁马2 000 m速度赛赛前、赛后心率的影响见表 3。在2 000 m速度赛前2 h,各组马匹生理状态稳定,心率差异不显著(P>0.05)。在2 000 m速度赛赛后即刻,与对照组相比,试验Ⅰ组、试验Ⅱ组、试验Ⅲ组心率差异不显著(P>0.05);在赛后2 h,各组马匹心率均恢复到正常水平,各组间没有显著差异(P>0.05)。
补喂HMB对伊犁马血浆CK、LDH活性和LA含量的影响见表 4。试验Ⅱ组血浆CK活性较对照组降低了12.48%(P < 0.05);试验Ⅰ组血浆LDH活性较对照组降低了7.38%(P < 0.05),试验Ⅱ组较对照组降低了13.51%(P < 0.01),试验Ⅱ组较试验Ⅲ组降低了9.66%(P < 0.05);试验Ⅱ组、试验Ⅲ组血浆LA含量分别较对照组降低了11.91%(P < 0.05)、19.57%(P < 0.01),试验Ⅲ组较试验Ⅰ组降低了8.70%(P < 0.05)。试验处理对血浆LDH活性和LA含量有极显著影响(P < 0.01),采样时间点对血浆CK、LDH活性和LA含量有极显著影响(P < 0.01)。
补喂HMB对伊犁马血浆糖代谢指标的影响见表 5。在血浆GLU、INS、Gc含量方面,对照组与试验Ⅰ组、试验Ⅱ组、试验Ⅲ组差异不显著(P>0.05)。采样时间点对血浆GLU含量有极显著影响(P < 0.01),对Gc含量有显著影响(P < 0.05),且试验处理与采样时间点的交互作用对血浆INS含量有显著影响(P < 0.05)。
补喂HMB对伊犁马血浆胆固醇含量的影响见表 6。在血浆TC、HDL、LDL含量方面,各组间均无显著差异(P>0.05)。采用时间点对血浆TC、HDL含量有极显著影响(P < 0.01)。
亮氨酸代谢产物HMB作为一种机能增进补剂被广泛运用,可通过补充HMB来提高骨骼肌肌肉量,增强肌肉有氧能力,提高运动成绩[11],增强免疫系统功能等[12-13]。Vukovich等[14]研究结果显示,补喂HMB能够增强机体最大摄氧量(VO2max),促进耐力增长及提高耐力成绩。本试验结果显示,给伊犁马补喂15.0 g/d的HMB,在试验第30天,2 000 m速度赛比赛用时比对照组缩短了2.58%,比试验第0天缩短了7.45%,说明补喂HMB能够改善伊犁马的运动性能,这与彭慧慧[15]得出的补充HMB可以显著延长大鼠力竭运动时间,提高了大鼠的运动能力的结果相一致。补喂HMB能够提高运动机体的运动水平可能与增强骨骼肌蛋白质合成和力量有关。研究显示,HMB能够增加骨骼肌蛋白质的合成和肌肉的力量,在骨骼肌蛋白质合成代谢中发挥重要作用[16]。
3.2 补喂HMB对伊犁马血浆生化指标的影响 3.2.1 补喂HMB对伊犁马血浆CK、LDH活性和LA含量的影响消除运动疲劳是竞技运动研究的热点,提高机体运动后的疲劳恢复,是提高运动成绩的手段之一。马匹经过高强度运动后会产生运动疲劳,严重影响其运动能力的发挥。大负荷的运动可能通过对肌肉纤维和结缔组织造成微创伤而导致肌肉损伤。正常情况下,CK、LDH主要存在于肌肉中,因为其分子质量较大,不易透过细胞膜进入血液。当剧烈运动后肌细胞损伤,此时细胞膜通透性增加,造成血液中二者的活性上升。LA是肌细胞供氧不足时进行无氧呼吸形成的产物。机体进行高强度运动时,糖原无氧酵解速度加快,肌细胞中LA含量增加,造成肌肉中LA堆积,从而产生疲劳感[17]。因此,降低血液中CK、LDH活性和乳酸含量对机体运动损伤的保护作用意义重大。Knitter等[9]研究证实,服用6周HMB的长跑运动员在20 km长跑后,体内CK、LDH活性显著降低。Vukovich等[14]研究发现,补充HMB能够增加自行车运动员的LA阈值,提高运动员对LA的耐受力。在本试验中,补喂HMB显著降低了伊犁马血浆中CK、LDH的活性和LA的含量,说明HMB对机体运动损伤和疲劳恢复有一定的作用,这与Van Someren等[18]和Crowe等[19]的研究结果一致。Van Someren等[18]给男性补充HMB和KIC后,能够显著降低运动后血清中CK活性,且24 h后的迟发性肌肉酸痛(DOMS)明显减轻。
3.2.2 补喂HMB对伊犁马血浆糖代谢指标的影响糖是机体最主要的供能物质,在机体内以血糖和糖原的形式存在。运动时GLU的利用增加是通过降低血浆中INS含量、增加Gc含量来实现的。当血糖含量降低时,机体运动能力下降,为了满足运动的需要,肌糖原分解加强,当肌糖原下降到最低水平时,会发生力竭。Choi[20]基于在HMB能促进蛋白质合成的可能途径上的研究,推测HMB可能有2种机制增强肌糖原恢复:1)增强胰岛素样生长因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)基因在骨骼肌中的表达;2)通过调节骨骼肌雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路促进蛋白质合成。IGF-Ⅰ是磷脂酰肌醇-3-羟激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信号传导通路的激活剂[21-22]。IGF-Ⅰ通过对PI3K/Akt信号传导通路的激活来促进蛋白质合成。在本试验中,补喂HMB对伊犁马血浆GLU、INS、Gc含量无显著影响。Vukovich等[14]指出,与服用亮氨酸相比,服用HMB能够显著提高运动后血浆GLU含量,但是与对照组无显著差异。马友彪[23]研究发现,胚蛋给养HMB有提高21日龄肉仔鸡血浆GLU含量的趋势,对血浆INS含量没有显著影响。这些研究与本试验结果相似,有关HMB对机体糖代谢的影响机制还需要进一步研究。
3.2.3 补喂HMB对伊犁马血浆胆固醇含量的影响胆固醇是构成细胞膜的重要组成成分,对维持细胞膜完整性以及调节许多细胞内的代谢过程至关重要。在剧烈运动后,受损的肌肉细胞缺乏产生稳定肌细胞膜所需要的胆固醇量的能力。正常情况下,机体在肝脏中合成和从食物中摄取的胆固醇,将作为甾体激素的原料或成为细胞膜的组分,并使血液中胆固醇的含量保持在恒定范围,胆固醇含量过高或过低都会影响机体的健康。补充HMB可以有效地修复剧烈运动后受损的细胞膜,从而防止CK等肌肉酶的漏出[24]。本试验结果显示,补喂HMB后对伊犁马血浆中TC、HDL、LDL含量无显著变化,这与Nissen等[10]和彭慧慧[15]的研究结果一致,即补喂HMB不会增加正常机体外周血液中胆固醇的含量。HDL和LDL是2种运输血液中胆固醇的重要载体,二者发挥功效不同。HDL能够将肝外组织的胆固醇运送到肝脏,避免游离的胆固醇在肝外组织堆积,有抗动脉粥样硬化的作用[25]。LDL除了与胆固醇结合后,通过细胞膜上的LDL受体将胆固醇运输到细胞内发挥作用外,也会将携带的胆固醇运送到动脉血管壁上形成动脉粥样硬化斑块,有致动脉粥样硬化的作用[26]。本试验结果显示,补喂不同剂量的HMB均可增加伊犁马血浆中HDL的含量,说明HMB在胆固醇代谢过程中发挥着调控作用,这与其保护机体细胞损伤有一定关系。
4 结论在本试验条件下,补喂HMB可以缩短伊犁马2 000 m速度赛的比赛用时,降低血浆中CK、LDH活性和LA含量,对血浆中糖代谢指标和胆固醇含量无显著影响。HMB能够作为营养调控剂缓解运动马运动疲劳或促进疲劳后的恢复,以每匹马补喂15.0 g/d时效果最佳。
[1] |
NISSEN S, ABUMRAD N N. Nutritional role of the leucine metabolite β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB)[J]. The Journal of Nutritional Biochemistry, 1997, 8(6): 300-311. |
[2] |
KORNASIO R, RIEDERER I, BUTLER-BROWNE G, et al. β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB) stimulates myogenic cell proliferation, differentiation and survival via the MAPK/ERK and PI3K/Akt pathways[J]. Biochimica et Biophysica Acta:Molecular Cell Research, 2009, 1793(5): 755-763. |
[3] |
OSTASZEWSKI P, KOSTIUK S, BAŁASIŃ SKA B, et al. The leucine metabolite β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB) modifies protein turnover in muscles of laboratory rats and domestic chickens in vitro[J]. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 2010, 84(1/2): 1-8. |
[4] |
HE X, DUAN Y H, YAO K, et al. β-hydroxy-β-methylbutyrate, mitochondrial biogenesis, and skeletal muscle health[J]. Amino Acids, 2016, 48(3): 653-664. |
[5] |
潘进, 陈谦. HMB与运动能力[J]. 浙江体育科学, 2002, 24(3): 49-52. |
[6] |
OSTASZEWSKI P, KOWALSKA A, SZARSKA E, et al. Effects of β-hydroxy-β-methylbutyrate and γ-oryzanol on blood biochemical markers in exercising thoroughbred race horses[J]. Journal of Equine Veterinary Science, 2012, 32(9): 542-551. |
[7] |
NISSEN S, SHARP R, RAY M, et al. Effect of leucine metabolite β-hydroxy-β-methylbutyrate on muscle metabolism during resistance-exercise training[J]. Journal of Applied Physiology, 1996, 81(5): 2095-2104. |
[8] |
CHENG W, PHILLIPS B, ABUMRAD N. Beta-hydroxy-beta-methylbutyrate increases fatty acid oxidation by muscle cells[J]. The FASEB Journal, 1997, 11: A381. |
[9] |
KNITTER A E, PANTON L, RATHMACHER J A, et al. Effects of β-hydroxy-β-methylbutyrate on muscle damage after a prolonged run[J]. Journal of Applied Physiology, 2000, 89(4): 1340-1344. |
[10] |
NISSEN S, SHARP R L, PANTON L, et al. β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB) supplementation in humans is safe and may decrease cardiovascular risk factors[J]. The Journal of Nutrition, 2000, 130(8): 1937-1945. |
[11] |
张庆. 机能增进补剂HMB的补充效用及机制研究[J]. 南京体育学院学报, 2019, 2(4): 50-58. |
[12] |
耿文静, 王改琴, 张政, 等. 饲粮中添加β-羟基-β-甲基丁酸对母猪繁殖性能及免疫机能的影响[J]. 家畜生态学报, 2018, 39(3): 34-37, 80. |
[13] |
郭俊清.亮氨酸及β-羟基-β-甲基丁酸钙对绒山羊免疫机能和生产性能影响的研究[D].硕士学位论文.呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2009. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10129-2009131312.htm
|
[14] |
VUKOVICH M D, DREIFORT G D. Effect of β-hydroxy β-methylbutyrate on the onset of blood lactate accumulation and Vo2peak in endurance-trained cyclists[J]. Journal of Strength and Conditioning Research, 2001, 15(4): 491-497. |
[15] |
彭慧慧.补充HMB对不同运动时间后大鼠骨骼肌损伤的保护作用及机制研究[D].硕士学位论文.扬州: 扬州大学, 2006. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-11117-2006122321.htm
|
[16] |
KOVARIK M, MUTHNY T, SISPERA L, et al. Effects of β-hydroxy-β-methylbutyrate treatment in different types of skeletal muscle of intact and septic rats[J]. Journal of Physiology and Biochemistry, 2010, 66(4): 311-319. |
[17] |
BANGSBO J, JUEL C. Counterpoint:lactic acid accumulation is a disadvantage during muscle activity[J]. Journal of Applied Physiology, 2006, 100(4): 1412-1413. |
[18] |
VAN SOMEREN K A, EDWARDS A J, HOWATSON G. Supplementation with β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB) and alpha-ketoisocaproic acid (KIC) reduces signs and symptoms of exercise-induced muscle damage in man[J]. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2005, 15(4): 413-424. |
[19] |
CROWE M J, CONNOR D M, LUKINS J E, et al. The effects of β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB) and HMB/creatine supplementation on indices of health in highly trained athletes[J]. International journal of sport nutrition and exercise metabolism, 2003, 13(2): 184-197. |
[20] |
CHOI R H.The effects of carbohydrate and HMB supplementation on glycogen synthesis post-exercise[D].Master's Thesis.Austin, Texas: The University of Texas at Austin, 2013.
|
[21] |
BODINE S C, STITT T N, GONZALEZ M, et al. Akt/mTOR pathway is a crucial regulator of skeletal muscle hypertrophy and can prevent muscle atrophy in vivo[J]. Nature Cell Biology, 2001, 3(11): 1014-1019. |
[22] |
GERLINGER-ROMERO F, GUIMARÃES-FERREIRA L, GIANNOCCO G, et al. Chronic supplementation of beta-hydroxy-beta methylbutyrate (HMB) increases the activity of the GH/IGF-Ⅰ axis and induces hyperinsulinemia in rats[J]. Growth Hormone & IGF Research, 2011, 21(2): 57-62. |
[23] |
马友彪.胚蛋给养β-羟基-β-甲基丁酸对肉仔鸡肌肉发育的影响[D].硕士学位论文.北京: 中国农业科学院, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-82101-1016171401.htm
|
[24] |
PORTAL S, ELIAKIM A, NEMET D, et al. Effect of HMB supplementation on body composition, fitness, hormonal profile and muscle damage indices[J]. Journal of Pediatric Endocrinology & Metabolism, 2010, 23(7): 641-650. |
[25] |
FARMER J A, LIAO J H. Evolving concepts of the role of high-density lipoprotein in protection from atherosclerosis[J]. Current Atherosclerosis Reports, 2011, 13(2): 107-114. |
[26] |
NIJJAR P S, BURKE F M, BLOESCH A, et al. Role of dietary supplements in lowering low-density lipoprotein cholesterol:a review[J]. Journal of Clinical Lipidology, 2010, 4(4): 248-258. |