科普 | 合成肌肽，提高运动持续力——β-丙氨酸的科学

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什么是β-丙氨酸？

β-丙氨酸（Beta-alanine）是一种天然存在的非蛋白质氨基酸，由肝脏合成 [1][2]。虽然身体可以合成它，因为肝脏包含合适的分子和酶，但它只能用于代谢中间体（从一种分子转变为另一种分子），以及某些细胞壁的组成，而不能用于蛋白质合成或任何需要分子结合以形成结构的过程，如肌肉 [3]。它与非必需氨基酸丙氨酸的结构相似，但构象略有不同 [4]。

它的功能是什么？

有研究表明，β-丙氨酸可以提高肌肉在中高强度运动中的持续能力，尤其是持续时间在1-4分钟左右，或者重复次数在8-15次之间的运动 [1][4]。然而，进一步的证据表明，任何因酸中毒引起的急性疼痛（即“灼烧感”）而主动停止的运动，或因酸中毒导致肌肉衰竭的运动，都能从β-丙氨酸的补充中受益 [5][6]。基本上，虽然功率输出可能不受影响，但β-丙氨酸能够将高强度运动持续时间增加12-13% [1][6]。

理解生理机制

首先，当摄入β-丙氨酸后，它被吸收到血液中，最终被肌肉细胞摄取 [8]。在肌肉细胞中，一种名为肌肽合成酶的酶作用于β-丙氨酸分子和蛋白质氨基酸组氨酸，合成了二肽肌肽 (carnosine)[1][9]。这种分子在生理上起到了重要作用，帮助肌肉在特定强度的运动中坚持更长时间 [1][4][6]。肌肽主要存在于肌肉组织中，这也是其功能的一个主要原因 [1][9]。肌肽在肌肉内的酸中毒条件下起到氢离子缓冲作用 [1][6]。

当我们处于静止状态时，身体使用多种燃料来源，如葡萄糖和脂肪。然而，当我们的身体在不同程度的身体压力下（例如，通过运动）时，这些燃料来源需要以更快的速度供应，以满足肌肉运动对能量的需求。因此，随着强度的增加，身体使用更多的葡萄糖（具体来说是糖原）和更少的脂肪，因为葡萄糖更容易获得。然而，当强度增加到氧气供应无法满足肌肉需求的程度时，葡萄糖代谢会从依赖氧气的代谢转变为不依赖氧气的代谢。在此过程中，身体产生了氢离子，导致肌肉的pH值下降 [15]。乳酸最终通过另一种代谢途径被用作能量，但氢离子仍留在肌肉细胞中，正如初中化学课上学到的那样，这些额外的氢离子会降低肌肉细胞的pH值。那么，结果是什么呢？肌肉细胞变得酸性，而这种酸性会引起疼痛（因此产生“灼烧感”）。然而，除了酸性引起的疼痛之外，它还会降低肌肉细胞收缩的能力，而收缩能力的降低意味着性能的下降（甚至可能导致肌肉衰竭）。

那么，肌肽在其中起到什么作用呢？

我们的身体有防御机制来对抗肌肉内部突然下降的pH值（酸性增加），这些防御机制试图提高pH值（减少酸性），以便肌肉细胞能够再次正常工作。肌肽恰好是这些防御系统之一。肌肽通过依赖氢离子的转运体，将氢离子跨细胞壁转运 [9][10][11][14]。然后，由于肌肉内部的氢离子减少，pH值保持较高，从而导致更好的酶活性和整体肌肉细胞功能，从而转化为更好的运动表现。之后，肌肽会被血清中高水平的肌肽酶水解 [9]。

然而，肌肽也可能通过几种不同的机制具有抗氧化功能。肌肽似乎能够中和超氧化物和过氧自由基，并且能够螯合（结合）铁分子，防止它们产生羟基自由基 [5][9]。最后，肌肽可能在减少糖化反应方面有用——糖化是一种不依赖于酶的过程，在这个过程中，糖分子与氨基基团结合，使两者在生理上变得不太有用（这种过程在糖尿病患者中很常见）；肌肽可能对糖有亲和力，从而防止其他氨基基团与其结合 [5][9]。然而，这方面的研究在体内（in vivo）仍需进一步验证，因为糖化在血液循环中是主要威胁，而肌肽在这种糖化条件下的分解效率将是其特性有用性的一个重要因素。

为什么不直接补充肌肽？

这就引出了一个问题：为什么不直接补充肌肽呢，毕竟它是功能性成分，β-丙氨酸只是中间体？你可以选择这样做。简单地说，肌肽补充和β-丙氨酸补充对肌肉肌肽水平的饱和程度是相等的 [5][13]。

然而有趣的是，肌肽并不是其肌肉内受益的限制因素——相反，肌肽的反应受到肌肉内β-丙氨酸的可利用性限制 [1][9]。这意味着内源性（即体内）β-丙氨酸的产生不足以最大程度地促进肌肽的产生。然而，这取决于基因和肌肉发育，因为有些人产生的β-丙氨酸比其他人多 [5]。这表明，为了获得好处，很可能需要补充β-丙氨酸。

剂量？

β-丙氨酸的有效剂量通常约为每天2-5克 [4]。虽然根据研究，肌肽的有效剂量在每天4-6.4克之间 [13]。然而，并没有找到任何权威的临床网站对肌肽的推荐剂量。

开始看到明显的效果需要多长时间？

要开始看到明显的好处，应该连续服用β-丙氨酸3-4周 [1][5][13]。（对肌肽也是同样的建议。）

安全性？

β-丙氨酸被认为对健康的成年人群是安全的 [1][4]。唯一的副作用是感觉异常（即麻刺感），这很可能是因为β-丙氨酸可能促使神经兴奋导致皮肤发麻；考虑到一些与肌肽密切相关的神经益处，以及没有证据表明它有害，这并不令人担忧 [1]。然而，如果感到麻刺感不适，另一种选择是服用缓释胶囊的β-丙氨酸，或者将单次剂量分成多次服用 [1]。

除了感觉异常外，β-丙氨酸确实会显著降低细胞中的牛磺酸水平（由于共享的细胞内转运体），但似乎没有生理上的后果 [1]。此外，β-丙氨酸的长期安全性研究仅限于一年的使用，但是再次强调，风险很低 [1]。

哪种类型的运动员适合使用β-丙氨酸

从实际角度来看，可能会受益于增加肌肉组织中肌肽储存量的运动表现包括400米、800米和1500米跑步；4公里骑行；以及100米、200米和400米游泳等。而像100米跑步和25米游泳这样持续时间较短的运动表现则不太可能受益。

总结

β-丙氨酸通过促进肌肉中肌肽的合成，可以略微延长中高强度运动的持续时间，从而帮助提升运动表现。耐力运动员要获得β-丙氨酸的效果，必须进行补充。建议每天补充2-5克，持续3-4周后即可见效。

参考文献

[1] Trexler, E. T., Smith-Ryan, A. E., Stout, J. R., Hoffman, J. R., Wilborn, C. D., Sale, C., … Antonio, J. (2015). International society of sports nutrition position stand: Beta-Alanine. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 12(1). doi:10.1186/s12970-015-0090-y

[2] Beta-alanine metabolism. (n.d.). Retrieved from https://lsresearch.thomsonreuters.com/maps/804/

[3] non-proteinogenic amino acid (CHEBI:83820). (n.d.). Retrieved from http://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=CHEBI:83820

[4] BETA-ALANINE Supplement: Usage, Dosage, Side Effects & Benefits - Examine.com | Examine.com. (n.d.). Retrieved from https://examine.com/supplements/beta-alanine/

[5] Sale, C., Saunders, B., & Harris, R. C. (2009). Effect of beta-alanine supplementation on muscle carnosine concentrations and exercise performance. Amino Acids, 39(2), 321-333. doi:10.1007/s00726-009-0443-4

[6] Hobson, R. M., Saunders, B., Ball, G., Harris, R. C., & Sale, C. (2012). Effects of β-alanine supplementation on exercise performance: a meta-analysis. Amino Acids, 43(1), 25-37. doi:10.1007/s00726-011-1200-z

[7] Hill, C. A., Harris, R. C., Kim, H. J., Harris, B. D., Sale, C., Boobis, L. H., … Wise, J. A. (2006). Influence of β-alanine supplementation on skeletal muscle carnosine concentrations and high intensity cycling capacity. Amino Acids, 32(2), 225-233. doi:10.1007/s00726-006-0364-4

[8] Helms, E. R., Aragon, A. A., & Fitschen, P. J. (2014). Evidence-based recommendations for natural bodybuilding contest preparation: nutrition and supplementation. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 11(1), 20. doi:10.1186/1550-2783-11-20

[9] Derave, W., Everaert, I., Beeckman, S., & Baguet, A. (2010). Muscle Carnosine Metabolism and β-Alanine Supplementation in Relation to Exercise and Training. Sports Medicine, 40(3), 247-263. doi:10.2165/11530310-000000000-00000

[10] Caruso, J., Charles, J., Unruh, K., Giebel, R., Learmonth, L., & Potter, W. (2012). Ergogenic Effects of β-Alanine and Carnosine: Proposed Future Research to Quantify Their Efficacy. Nutrients, 4(12), 585-601. doi:10.3390/nu4070585

[11] Acid-Base Imbalances. (n.d.). Retrieved from http://www.mhhe.com/biosci/ap/saladin/student/olc/u-reading5.html

[12] Heisler, N. (2004). Buffering and H+ ion dynamics in muscle tissues. Respiratory Physiology & Neurobiology, 144(2-3), 161-172. doi:10.1016/j.resp.2004.06.019

[13] Harris, R. C., Tallon, M. J., Dunnett, M., Boobis, L., Coakley, J., Kim, H. J., … Wise, J. A. (2006). The absorption of orally supplied β-alanine and its effect on muscle carnosine synthesis in human vastus lateralis. Amino Acids, 30(3), 279-289. doi:10.1007/s00726-006-0299-9

[14] Culbertson, J. Y., Kreider, R. B., Greenwood, M., & Cooke, M. (2010). Effects of Beta-Alanine on Muscle Carnosine and Exercise Performance: A Review of the Current Literature. Nutrients, 2(1), 75-98. doi:10.3390/nu2010075

[15] Phypers, B., & Pierce, J. T. (2006). Lactate physiology in health and disease. Continuing Education in Anaesthesia, Critical Care & Pain, 6(3), 128-132. doi:10.1093/bjaceaccp/mkl018