短期低能量可用性伴与不伴蛋白摄入保留对P1NP、CTX-1及炎症细胞因子急性运动反应的影响：一项随机、对照、多周期、交叉试验

《European Journal of Applied Physiology》：Bone biomarker and inflammatory cytokine responses to short-term low energy availability with and without preserved protein intake: a randomized, controlled, multi-period, cross-over trial

　　

引言：骨似乎对低能量可用性（low energy availability, LEA）敏感，长期暴露与骨健康受损相关。然而，因果关系、潜在机制以及宏量营养素可用性的作用仍不明确。目的：研究短期能量和蛋白质调控对急性运动后骨生物标志物和炎症细胞因子反应的影响。方法：19名健康、活跃的年轻成人（9名女性，10名男性）以随机交叉设计完成三种5天饮食条件：充足能量可用性（adequate energy availability, AEA；45 kcal·kg_FFM·day^-1）、LEA（15 kcal·kg_FFM·day^-1）和蛋白质与AEA匹配的LEA（LEA-P）。在第1天和第5天，参与者完成标准化运动方案，包括以预先设定的峰值功率输出65%骑行45 min，随后进行Wingate测试，并在预设时间点采集血样以评估空腹和运动后骨生物标志物和炎症细胞因子反应。结果：与AEA相比，两个能量限制试验后空腹P1NP较低，并且在LEA-P后运动后恢复期间仍较低。仅在LEA-P后运动后恢复期CTX-1较高。多种炎症细胞因子（IL6、IL8、IL10、ILRa和IL1β）在两个能量限制试验的不同时间点升高。总体而言，相对于AEA，LEA-P后的条件效应证据比LEA更一致。结论：短期能量限制抑制了指示骨形成的生物标志物，并增强了运动后的炎症细胞因子反应，有一些但较不一致的证据表明骨吸收增加。保留蛋白质摄入未减弱这些效应。相反，该条件与更一致和更明显的扰动相关，可能反映碳水化合物可用性降低而非蛋白质本身。

研究背景方面，长期、严重低能量可用性（low energy availability, LEA）被认为是骨健康的主要威胁。其可能通过多种整合通路发生，例如能量保存、将可用能量重新分配至更即时必需过程；也可能是生殖激素抑制的间接后果，或骨必需营养素可用性降低。但现有研究多基于观察性评估，LEA常以生殖激素谱或自报问卷等替代终点表示，因此难以建立因果关系、阐明机制及宏量营养素可用性的作用。随机对照研究一致报告，短期实验性LEA后，指示骨形成的生物标志物如I型前胶原N端前肽（procollagen type 1 N-terminal propeptide, P1NP）降低；一些研究也报告骨吸收标志物如β-I型胶原羧基端肽（beta-C-terminal telopeptide of type 1 collagen, CTX-1）同时升高，但较少见，且可能主要见于更严重LEA。仍需回答两个问题：刺激这些反应的潜在通路是什么；可用能量的宏量营养素组成能否调节这些反应。炎症细胞因子是免疫及其他细胞释放的小信号蛋白，参与炎症过程调节；通过骨免疫学，免疫系统与骨骼系统存在双向交流。白细胞介素6（interleukin 6, IL6）可能作为短期“能量分配器”感知并协调能量应激。蛋白质是在能量限制时经常建议保留或相对增加的宏量营养素，以保护肌肉骨骼健康，并可能影响运动诱导的炎症细胞因子反应，但证据不一致。一项仅7名参与者的预试验报告，5天LEA扰乱骨重塑，但高蛋白饮食未减弱这些变化，可能功效不足。因此，研究人员检验短期LEA，伴或不伴蛋白摄入保留，对健康成人急性运动后骨生物标志物和炎症细胞因子反应的影响。先验假设是：若能量可用性和蛋白质含量均影响骨重塑，则两个LEA试验会引起P1NP降低和CTX-1升高，而保留蛋白质摄入可能减弱这些反应。

关键技术与方法概括如下。研究为随机、多周期交叉试验，采用3×3拉丁方分配三种5天饮食：AEA 45 kcal·kg_FFM·day^-1，约60%碳水、15%蛋白（1.5 g·kg^-1·day^-1）、25%脂肪；LEA 15 kcal·kg_FFM·day^-1且宏量营养素按比例减少；LEA-P 15 kcal·kg_FFM·day^-1但蛋白匹配AEA。19名18–45岁健康活跃但非高度训练成人（9女10男），至少150 min/周活动但<10 h/周专项训练，完成巴西葡萄牙语版PAR-Q+。第1、5天完成45 min、65%峰值功率输出骑行加Wingate测试，六个时间点采血，检测P1NP、CTX-1、甲状旁腺激素（parathyroid hormone, PTH）及炎症细胞因子。采用贝叶斯分层协方差分析（analysis of covariance, ANCOVA）、信息先验和实际等效区域（Region of Practical Equivalence, ROPE）推断，分析在圣保罗大学医学院中心实验室完成。

结果部分：
参与者特征。19名健康、活跃年轻成人参与，其中9名女性、10名男性；16名完成全部测试，3名因与研究无关的个人原因错过一个试验（1个AEA，2个LEA-P）。
初步分析：对进食和运动的反应。使用三种饮食条件干预前合并评估。餐后CTX-1和P1NP均降低，后验概率大于0.999。CTX-1在运动后未明确改变，立即运动后P(Δ ∈ ROPE)=0.871，恢复期P(Δ ∈ ROPE)=0.648；P1NP立即运动后增加P(Δ > ROPE_UB)=0.999，恢复期回到类似运动前P(Δ ∈ ROPE)=0.671。PTH早餐后不变，运动后立即大幅增加，恢复期回到基线。多数炎症细胞因子不受进食影响，仅IL8降低P(Δ < ROPE_LB)=0.989；运动后细胞因子反应有限，除IL6立即增加并持续至恢复期，IL10和ILRa可能增加但证据较弱，P(Δ > ROPE_UB)分别为0.748和0.659。
主分析：饮食条件的影响。P1NP在两个能量限制试验全程较AEA降低，空腹LEA和LEA-P较AEA的P(Δ < ROPE_LB)≥0.959，LEA-P运动后恢复期P(Δ < ROPE_LB)>0.999。CTX-1改变较不明确，后验估计多为正，但除LEA-P恢复期P(Δ > ROPE_UB)=0.912外，概率≤0.731。直接比较LEA与LEA-P多数因后验不确定性大而分辨率低；仅恢复期P1NP显示LEA-P较LEA降低更大，中位差?5.20 ng·mL^-1（95% CrI ?10.17至?0.24；P(Δ < ROPE_LB)=0.909）。炎症方面，IL-6所有后验估计相对AEA为正，两个LEA恢复期P(Δ > ROPE_UB)≥0.981，LEA-P运动前和立即运动后≥0.968；IL8、IL10、ILRa和IL1β也在两个LEA试验较AEA增加，某些时间点P(Δ > ROPE_UB)>0.9。PTH未见饮食条件差异。
探索性分析：性别对关注结局的影响。CTX-1和P1NP女性低于男性，IL-6女性较高，PTH无清晰性别差异；CTX-1、P1NP、IL-6性别差异超过ROPE的后验概率在所有时间点>0.90。视觉趋势显示两性对饮食干预反应相似，但研究未设计且功效不足检验性别与饮食反应交互。

讨论部分总结：主要发现是短期能量可用性降低抑制指示骨形成的生物标志物，并增强急性运动后炎症细胞因子反应；有CTX-1增加证据但较不一致，仅见于LEA-P运动后恢复期。蛋白质保留未减弱这些反应，反而LEA-P相对AEA的条件差异证据通常更一致，可能反映该试验中碳水化合物可用性比例更低；但主分析比较LEA/LEA-P与AEA，而非直接比较二者，因此该模式应视为描述性和假设生成。P1NP降低与既往短期LEA研究一致，提示成骨细胞驱动胶原合成下调，可能为能量保存适应；但P1NP并非骨特异，可能部分反映其他胶原丰富组织。CTX-1增加与既往研究一致，但仅单一时间点，证据弱。急性生物标志物变化不能直接推断长期骨量、微结构或骨折风险，但若持续可能有害。炎症细胞因子增加，尤其IL6，可能作为能量分配器；然而既有证据显示阻断或输注IL6不影响CTX-1或P1NP，本研究无法区分因果或并行。蛋白质保留无保护；LEA-P中最一致的低P1NP、高炎症细胞因子和CTX-1增加，以及高强运动表现下降，提示可能碳水化合物而非蛋白质本身。不能在高蛋白下保持能量不变而不减少碳水与脂肪。钙摄入在两个LEA试验减少，LEA-P钙高于LEA，PTH未受饮食影响，因此钙不太可能解释LEA-P恢复期CTX-1升高。短期实验外推长期需谨慎。生物标志物变异大，可能影响检出小差异和性别反应分析。5天LEA暴露相对短；更长、更频繁采样、延长运动后采样，尤其IL6仍在上升，及非运动对照有用。CTX-1未如预期运动后升高，可能与骑车测试较短有关。健康活跃非训练者结果不能推广至精英、老年人、年轻人或慢性病患者。

研究结论翻译：短期能量可用性降低抑制指示骨形成的生物标志物，并增强急性运动后的炎症细胞因子反应，有一些但较不一致的证据表明骨吸收增加。保留蛋白质摄入未减弱这些效应。相反，该条件观察到最明显扰动，可能反映碳水化合物可用性降低而非蛋白质本身。这些发现强化，急性骨生物标志物和炎症细胞因子对运动的反应可能对能量和底物可用性敏感，低能量饮食中的宏量营养素分布可能是这些结局的重要决定因素。人体进化需要营养平衡，过度关注某一宏量营养素，若无意中导致其他营养素过度减少，可能弊大于利。虽然这些发现的长期意义尚待确定，重复暴露于此类条件可能对骨健康产生后果，强调当低能量可用性被期望或不可避免时需考虑整体饮食组成。