6月 13日 2019年
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HMB与运动,疾病和衰老方面的临床研究与展望

上一篇文章提到,β-羟基-β-甲基丁酸,即HMB(β-Hydroxy β-Methylbutyrate)在体内代谢过程中担任了许多不同的角色(如图1所示),并具有帮助蛋白合成及抑制蛋白水解的性质[1]。这一篇文章将更加详细的展开对HMB在运动,疾病,和衰老方面功效的探讨。

图1. HMB补充剂可能的有利于骨骼肌的作用机制[1]

国际运动营养学会立场

基于对HMB作为营养补充剂的文献进行批判性分析后,国际运动营养学会(International Society of Sports Nutrition)发布关于HMB的立场声明[2],现总结如下:
1. HMB的作用机制包括抑制蛋白水解和增加蛋白质合成。
2. 目前有两种形式的HMB:HMB钙盐(HMB-Ca)和游离酸形式的HMB(HMB-FA)。与HMB-Ca相比,HMB-FA可以更大程度地增加HMB在血浆中的吸收和保留。然而,对HMB-FA的研究仍处于起步阶段,并没有足够的研究证据来评估这两种形式功效的优劣。
3. 专业运动员或业余爱好者服用HMB可减少由运动诱发的骨骼肌损伤,从而增强恢复效果。
4. HMB效果与服用的时间节点有关,临近训练前服用HMB能让专业运动员受益。
5. HMB-FA在运动前0.5-1小时使用最为有效,而HMB-Ca在运动前1-2小时服用可发挥最佳效果。
6. 在进行适当的锻炼的前提下,每天服用38毫克/每千克体重的HMB可增强专业运动员或业余爱好者的骨骼肌耐力和爆发力。
7. 就长期收益而言,一般认为在进行一场高强度运动/比赛前,以3克/天的剂量,连续服用至少2周方可取得最理想效果。
8. 摄入HMB与结构化锻炼计划相结合可能减少更多脂肪量。
9. 实验已经证明HMB可以增加老年人和久坐不动的人群的瘦体重和机体功能。
10. 目前的证据显示长期服用HMB对于年轻人群和老年人群都是安全的。

运动员及运动表现

对于运动员来说,HMB帮助肌肉生长及修复运动受损肌肉的功效[3]也在很早之前就得到了关注。在这一人群中,HMB的作用机制主要是围绕在其在mTOR (mechanistic target of rapamycin) pathway中提高蛋白合成的作用[4]。很多针对运动员人群开展的HMB试验都提到了HMB能增加瘦体重,降低体脂,加强肌肉力量,但关于HMB是否能提高有氧运动表现(摄氧量,换气阀值,最大负荷心率等)指标和无氧运动的表现结论却并不统一[5][6][7][8]。对于之前未受过专业训练的受试者来说,一旦开始训练,HMB补充剂似乎有增加肌肉数量和质量,增加瘦体重方面,和减少肌肉损伤的效果[9][10]。尽管国际营养学会的立场声明中也提到HMB对业余爱好者比专业运动员更有效果,但具体的原因和机制却尚未知晓。

危重病人

与运动员不同,对于危重病人来说,HMB的作用机制主要聚焦于通过向下调节泛素 - 蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome)活动中的关键性控制成分以减少蛋白水解,从而减少瘦体重的流失[11]。甚至有试验提及HMB在抗炎症,提高免疫力及改善癌症细胞生长方面的影响[12][13][14]。目前已经有研究着眼于将HMB作为单独的补充剂或与传统营养补充剂相结合,看其是否能表现出同等或者更卓越的功效。当作为单独补充剂时,以3克/天的剂量,连续一周的干预,HMB在重症病房的慢性阻塞性肺病患者中表现出了抗炎症的效果。病人的白细胞,C反应蛋白,及肌氨酸酐降低,胆固醇和总蛋白数量提高,并且有超过半数的实验组病患的肺功能(对照组仅有四分之一的患者)得到提升[12]
一项包含100位危重创伤病人的三臂随机双盲试验中,研究者对比了三种同等能量和氮量的营养补充剂:单独HMB补充剂(3g HMB)、HMB复合营养补充剂(3g HMB + 14g精氨酸arginine + 14g谷氨酰glutamine: HMB/ARG/GLN)、和安慰剂在危重创伤病人的氮平衡(衡量人体蛋白质代谢趋势的指标)方面的疗效。 经过28天的试验后,HMB组无论是与对照组相比(p=0.05)还是在与HMB/ARG/GLN相比(p<0.02),在氮平衡的改善方面都表现出治疗优势[15]。与这个研究的结果不同,同样的复合补充剂在四期癌症病人身上的体现出更好的保存去脂组织体重(Fat-free mass)的功效[13]。同样的,HMB/ARG/GLN的复合营养补充剂在携带HIV的病人身上也体现出改善瘦体重并加强免疫指标(CD3、CD8和HIV病毒量)等效果[14]。也有在小鼠身上的研究指出,当携带癌症小鼠摄取大于每千克体重0.125克的HMB时,体重降低的速度明显放缓。在这一实验中,无论是单方面补充0.25g/kg HMB, 还是单方面补充0.6g/kg EPA(另一公认的抑制肌肉流失的营养素),抑或是将两者相结合,携带癌症的小鼠都表现出抗恶病质(增加肌肉合成,减少肌肉分解)的效果,其中HMB与EPA结合的干预措施效果最明显[16]。 尽管HMB在人类与试验小鼠的作用机制上必然会存在差异, 而HMB具体如何在人体中抗恶病质的具体机制还需要更多研究来证实,但结合不同的研究可以看出,HMB在优化危重病人及高肌肉流失风险的病人的治疗方案中存在一定潜力。

老龄人口

少肌症 (sarcopenia) 或是瘦体重的流失是健康衰老过程一个常见的难题,而HMB促进细胞修复和肌肉合成及抑制蛋白水解等特性也在这一人群的需求中找到用武之地。 随着老龄人口的人数日益增加,目前研究也开始围绕着HMB对老龄人群的功效展开探索。
对于65岁以上的老年人,在没有抗阻力训练的情况下,有实验提到连续24周每日3克的HMB补充剂可提高整体及腿部瘦体重、腿部屈伸能力或肌肉质量等指标。在加入了24周抗阻力训练后, HMB除了提高上述指标的,在体脂肪,握力和“坐起-前进”等测试中也比服用HMB前有显著改善。但实验组和对照组之间并无明显治疗效果(treatment effect)区别[17]。另一项为期8周,在65岁以上老年女性中进行的实验也加入了中等强度的锻炼干预,并且同样发现HMB能提高类似的运动指标(握力及一项下躯体肌肉能力指标-Short Physical Performance Battery除外)[18]。当把HMB与精氨酸(arginine)和赖氨酸(lysine)同时补充时,瘦体重、蛋白质转换、运动机能指标及体脂率等方面也会有显著改善[19][20]。尽管实验结论显示HMB在提高老年人群的肌肉质量方面似乎有一定功效,但抗阻力运动在提高肌肉质量等指标中似乎承担更加重要的角色[18],而HMB与其他氨基酸的复合补充剂功效似乎也带着“双保险”的光环。
如果老年人处于长期卧床、无法运动的状态,HMB对于保存肌肉是否依然有效呢?在一项平行对照研究中,卧床且接受管饲的疗养院老人每天摄入含有2g HMB的肠内营养制剂,持续14-28天后,实验组和对照组的体重与BMI变化无明显差异。实验组血液尿素氮(BUN)和尿液尿素氮(UUN)有明显降低,但对照组的BUN无明显变化,UUN存在明显增加趋势,两个组别之间存在显著治疗差异。由生物指标可见,补充HMB对于防止卧床且接受肠内营养的老年人这一高危人群具有一定防止肌肉流失的效果[21]

小结与展望

就像一枚硬币的正反两面,HMB促进肌肉合成和抑制蛋白水解的性质正在被人们加以研究,并利用到提高运动员表现,防止危重病人瘦体重流失,及优化老龄群体的机体功能等方面。尽管除了国际运动营养学会的立场声明外,关于HMB的具体功效仍未有统一定论,但从目前的研究看来,HMB不仅可以作为目前公认治疗方案的一项支持性干预措施,也可当作一个独立方案被不同需求的人群纳入考量。从另一方面来看,年龄、运动情况、干预方式等诸多变量对HMB的效果都会存在影响。在未来,除了开展更多研究阐明作用机制外,无论是学术界还是产业界都需结合精准营养的发展趋势,针对不同人群的需求探索个性化的应用方案。届时,更多人群与产业将会得益于HMB带来的潜在积极效应。

参考文献

[1] Holeček, M. (2017). Beta‐hydroxy‐beta‐methylbutyrate supplementation and skeletal muscle in healthy and muscle‐wasting conditions. Journal of cachexia, sarcopenia and muscle, 8(4), 529-541.
[2] Wilson, J. M., Fitschen, P. J., Campbell, B., Wilson, G. J., Zanchi, N., Taylor, L., ... & Ziegenfuss, T. N. (2013). International society of sports nutrition position stand: beta-hydroxy-beta-methylbutyrate (HMB). Journal of the International Society of Sports Nutrition, 10(1), 6.
[3] Knitter, A. E., Panton, L., Rathmacher, J. A., Petersen, A., & Sharp, R. (2000). Effects of β-hydroxy-β-methylbutyrate on muscle damage after a prolonged run. Journal of Applied Physiology, 89(4), 1340-1344.
[4] Wilkinson, D. J., Hossain, T., Limb, M. C., Phillips, B. E., Lund, J., Williams, J. P., ... & Rathmacher, J. A. (2018). Impact of the calcium form of β-hydroxy-β-methylbutyrate upon human skeletal muscle protein metabolism. Clinical nutrition, 37(6), 2068-2075.
[5] Durkalec-Michalski, K., & Jeszka, J. (2015). The efficacy of a β-hydroxy-β-methylbutyrate supplementation on physical capacity, body composition and biochemical markers in elite rowers: a randomised, double-blind, placebo-controlled crossover study. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 12(1), 31.
[6] Durkalec-Michalski, K., & Jeszka, J. (2016). The effect of β-hydroxy-β-methylbutyrate on aerobic capacity and body composition in trained athletes. Journal of strength and conditioning research, 30(9), 2617-2626.
[7] Durkalec-Michalski, K., Jeszka, J., & Podgórski, T. (2017). The effect of a 12-week beta-hydroxy-beta-methylbutyrate (HMB) supplementation on highly-trained combat sports athletes: a randomised, double-blind, placebo-controlled crossover study. Nutrients, 9(7), 753.
[8] Portal, S., Zadik, Z., Rabinowitz, J., Pilz-Burstein, R., Adler-Portal, D., Meckel, Y., ... & Nemet, D. (2011). The effect of HMB supplementation on body composition, fitness, hormonal and inflammatory mediators in elite adolescent volleyball players: a prospective randomized, double-blind, placebo-controlled study. European journal of applied physiology, 111(9), 2261-2269.
[9] Panton, L. B., Rathmacher, J. A., Baier, S., & Nissen, S. (2000). Nutritional supplementation of the leucine metabolite β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB) during resistance training. Nutrition, 16(9), 734-739.
[10] Van Someren, K. A., Edwards, A. J., & Howatson, G. (2005). Supplementation with β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB) and α-ketoisocaproic acid (KIC) reduces signs and symptoms of exercise-induced muscle damage in man. International journal of sport nutrition and exercise metabolism, 15(4), 413-424.
[11] Smith, H. J., Wyke, S. M., & Tisdale, M. J. (2004). Mechanism of the attenuation of proteolysis-inducing factor stimulated protein degradation in muscle by β-hydroxy-β-methylbutyrate. Cancer research, 64(23), 8731-8735.
[12]Hsieh, L., Chien, S., Huang, M., Tseng, H., & Chang, C. (2006). Anti-inflammatory and anticatabolic effects of short-term beta-hydroxy-beta-methylbutyrate supplementation on chronic obstructive pulmonary disease patients in intensive care unit. Asia Pacific journal of clinical nutrition, 15(4), 544.
[13] May, P. E., Barber, A., T D’Olimpio, J., Hourihane, A., & Abumrad, N. N. (2002). Reversal of cancer-related wasting using oral supplementation with a combination of β-hydroxy-β-methylbutyrate, arginine, and glutamine. The American journal of surgery, 183(4), 471-479.
[14] Clark, R. H., Feleke, G., Din, M., Yasmin, T., Singh, G., Khan, F. A., & Rathmacher, J. A. (2000). Nutritional Treatment for Acquired Immunodeficiency Virus‐Associated Wasting Using β‐Hydroxy β‐Methylbutyrate, Glutamine, and Arginine: A Randomized, Double‐Blind, Placebo‐Controlled Study. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition, 24(3), 133-139.
[15] Kuhls, Deborah A., John A. Rathmacher, M. Diana Musngi, Donald A. Frisch, Jeremiah Nielson, Annabel Barber, Allan D. MacIntyre, Jay E. Coates, and John J. Fildes. "β-Hydroxy-β-methylbutyrate supplementation in critically ill trauma patients." Journal of Trauma and Acute Care Surgery 62, no. 1 (2007): 125-132.
[16] Smith, H. J., Mukerji, P., & Tisdale, M. J. (2005). Attenuation of proteasome-induced proteolysis in skeletal muscle by β-hydroxy-β-methylbutyrate in cancer-induced muscle loss. Cancer research, 65(1), 277-283.
[17] Stout, J. R., Smith-Ryan, A. E., Fukuda, D. H., Kendall, K. L., Moon, J. R., Hoffman, J. R., ... & Mustad, V. A. (2013). Effect of calcium β-hydroxy-β-methylbutyrate (CaHMB) with and without resistance training in men and women 65+ yrs: a randomized, double-blind pilot trial. Experimental gerontology, 48(11), 1303-1310.
[18] Berton, L., Bano, G., Carraro, S., Veronese, N., Pizzato, S., Bolzetta, F., ... & Coin, A. (2015). Effect of oral beta-hydroxy-beta-methylbutyrate (HMB) supplementation on physical performance in healthy old women over 65 years: an open label randomized controlled trial. PLoS One, 10(11), e0141757.
[19] Baier, S., Johannsen, D., Abumrad, N., Rathmacher, J. A., Nissen, S., & Flakoll, P. (2009). Year‐long Changes in Protein Metabolism in Elderly Men and Women Supplemented With a Nutrition Cocktail of β‐Hydroxy‐β‐methylbutyrate (HMB), L‐Arginine, and L‐Lysine. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition, 33(1), 71-82.
[20] Flakoll, P., Sharp, R., Baier, S., Levenhagen, D., Carr, C., & Nissen, S. (2004). Effect of β-hydroxy-β-methylbutyrate, arginine, and lysine supplementation on strength, functionality, body composition, and protein metabolism in elderly women. Nutrition, 20(5), 445-451.

[21] Hsieh, L. C., Chow, C. J., Chang, W. C., Liu, T. H., & Chang, C. K. (2010). Effect of β-hydroxy-β-methylbutyrate on protein metabolism in bed-ridden elderly receiving tube feeding. Asia Pacific journal of clinical nutrition, 19(2), 200-208.

本文作者

万 林 美国注册营养师
营养学硕士,毕业于美国哥伦比亚大学教师学院。
现任职于法国梅里埃营养科学集团,从事营养临床研究。梅里埃营养科学集团致力于为食品和营养品行业提供全方位的服务来保护全球消费者的健康。