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科普常见运动补剂对人体机能和运动能力
运动补剂对运动员和健身爱好者的运动能力有着重要的影响。合理搭配运动补剂，不但能在较短的时间提高运动水平，还能能够起到增加肌肉力量、改善机体组成、促进快速恢复、增强免疫的作用。本文介绍常见的运动补剂：乳清蛋白、肌酸、谷氨酰胺在人体内的生理作用，分析补剂对机体产生的影响以及营养对运动的重要性。
首先，蛋白质是人体所必须的营养素，它参与机体组织的基本构成，维持机体的基本生命活动，与人体运动能力有关的许多因素，如肌肉收缩，氧的运输与储存，物质代谢与生理机能的调节等，都与蛋白质有密切的关系。正常人每天的蛋白质摄入量不低于0.8g/kg体重，运动员对蛋白质的需求量为一般人群的2~3倍。
膳食是人体蛋白质的基本来源，但普通膳食蛋白的质量已不能满足当今竞技体育对运动员体力和体能的要求。近十年来，一种高生物利用效价的蛋白质---乳清蛋白作为运动营养食品已广泛应用于专业运动队和健美人群，它增加机体蛋白质合成，抗疲劳能力和增强机体免疫力的功能越来越受到重视。肌酸是人体重要的营养补充剂之一，对于促进核酸、蛋白质的合成，增加体内能量物质的储备，促进人体肌肉体积的增大，以及延缓疲劳的产生和加速疲劳的恢复等具有重要意义。
谷氨酰胺是肌肉中最丰富的游离氨基酸，约占人体游离氨基酸总量的60%，其利用率等于或大于葡萄糖，另外，谷氨酰胺还对胃肠粘膜的增生，维持肠道的完整性起着重要的作用，淋巴细胞的增殖以及蛋白质的合成都必须依赖充足的谷氨酰胺，故谷氨酰胺也就成为近年来较为引入注目的免疫营养剂之一。
下面是几种运动补剂的功能介绍以及对人体机能和运动能力的作用。
一、乳清蛋白
1、优质的蛋白质和钙源
与其他的运动营养需要相比，运动员比久坐不动的人需要更多的蛋白质摄入。其原因是包括，运动会导致蛋白质需要量相应增加，高强度训练会导致蛋白质分解增加，力量项目需要肌肉蛋白合成增加，耐力项目使氨基酸供能需要增加，热环境中训练使蛋白质丢失增加，高原环境训练时血红蛋白合成增加，控制体重项目需要补充能量、维持肌肉蛋白生长。
乳清蛋白是天然的完全蛋白质，含有人体所需要的所有必需氨基酸，且氨基酸模式几乎与骨骼肌中氨基酸模式完全一致。乳清蛋白的独特之处在于它的消化吸收特性不同于其它蛋白质，具有可溶性好、易吸收和高吸收率的特性，有“快蛋白(fastprotein)”的美誉。乳清蛋白能被快速吸收，输送更多的氨基酸到组织中，并可刺激蛋白质快速合成，从而提高净蛋白获得率。
因此，乳清蛋白是运动前、中、后理想的蛋白质补充剂。运动员可在运动前和后的饮料和液体食物中加入乳清蛋白提高运动表现。对运动员来说，良好的钙营养是优良运动表现所必须的。钙不仅是维持骨骼健康必不可少的，也是神经传导、肌肉收缩和其他生理学功能所必需。如果每天钙摄入不足，机体就开始利用骨骼内钙的储备资源，来满足这些需求。
我国运动员钙的平均摄入量不足mg／d，低于运动员钙的推荐摄入量mg／d。较弱的骨质因训练导致的骨折会抵消多个月或多年训练的效果。因此，运动员应该充分意识到优质的钙来源的重要性。乳清蛋白产品含有—mg的乳钙。乳钙是最佳的生物可利用钙来源。研究表明，乳强化豆奶的钙的吸收率比乳钙低25%。因此，乳清蛋白是一种经济实惠、高品质、易被机体吸收的钙源。
2、增加肌肉维度和力量
运动员需要在阻力训练期间每天适当增加蛋白质的摄入量。研究表明，碳水化合物和脂肪的存在可以增强乳清蛋白对肌肉组织的合成代谢作用。与其它优质蛋白相比，如酪蛋白，在混合膳食中添加乳清蛋白可提供更高的净蛋白获得率。在几组涉及力量训练的试验中，与碳水化合物和其他蛋白质组相比，连续6-12周，摄入1.2-1.5g／(kg．d)乳清蛋白，肌肉力量在一系列的测试中均显著提高。在其中两个试验中，摄人乳清分离蛋白后，运动员在关键的训练中，如杠铃台式床和蹲坐运动，力量增强，提高了10%—20%。给18名男子补充乳清蛋白(10g，2次/d)3个月，最大做功量和30s做功量均大于酪蛋白对照组。两组受试者体重没有差异，但乳清蛋白组体脂明显下降，同时淋巴细胞谷胱甘肽水平增加。因此，乳清蛋白补充可以帮助运动员增强力量。
3、改善机体组成
参加各项运动的运动员不仅要增加肌肉力量，而且要增加肌肉质量，理想的身体成分组成有助于运动能力的发挥。研究证实，谷胱甘肽与机体成分组成有关。机体中各类细胞的低谷胱甘肽水平预示着免疫抑制和肌肉损失，而维持谷胱甘肽水平则意味着肌肉组织的保持和机体脂肪的减少。这些影响不仅是由于半胱氨酸和谷胱甘肽对整个机体的蛋白质代谢具有积极的调控作用，而且是因为半胱氨酸和谷胱甘肽具有通过抑制泛素—蛋白酶体途径，从而直接降低肌肉降解的作用。含有乳清蛋白的营养补充物不仅可以提高谷胱甘肽的水平，也可以直接改善机体组成。在一项研究中，每天补充20g乳清蛋白即可以明显降低机体脂肪，而不需要任何专门训练。大鼠在训练前1h内摄人20-50g乳清蛋白，试验结束后，它们的机体脂肪水平降低而瘦体重增加。这是乳清蛋白具有促进脂肪利用，将其转化成能量的作用。
4、促进训练恢复
糖元是体内供应运动训练的能量储备。组织内的低糖元储备与疲劳和较差的运动表现相关。因此，对运动员来说，组织内足够的糖元储备是相当重要的。研究表明，训练后立即补充含有蛋白质和碳水化合物的饮料可提供更多有效的糖元储备，更多地刺激蛋白质的合成速率和代谢激素的合成，促进更有效的恢复，加速训练适应过程。肌肉谷氨酸是启动一些不可或缺的细胞功能包括免疫应答和大多数细胞复制的基础能量来源。机体对谷氨酸的需求非常大，肌肉中如果没有持续的支链氨基酸合成谷氨酸，那么机体内谷氨酸将在几小时内耗竭。同时，肌肉的支链氨基酸可以在运动训练中供给能量，是运动能量来源之一。因此，支链氨基酸有助于提高碳水化合物的生物利用率，延迟疲劳和抑制肌肉蛋白质分解。与其它膳食来源相比，乳清蛋白是支链氨基酸最丰富的天然来源，其支链氨基酸含量高达26%。
5、总结乳清蛋白
乳清蛋白是牛乳中天然存在的一组蛋白，它具有改善肌体组分，促进肌肉快速恢复，增强免疫，提升健康的作用。乳清蛋白可以为运动员提供多种独特的功能和益处，但有关乳清蛋白在优化健康和提高运动能力方面的应用研究仍处于起始阶段，有关乳清蛋白提高运动能力的荐摄入量仍需要更多的临床试验进行深入研究。
二、肌酸
1、肌酸介绍
肌酸在人体内的存在形式有两种：一种是游离态的，即肌酸；另一种是化合态的，即磷酸肌酸．游离的肌酸既是合成磷酸肌酸的底物，又是磷酸肌酸分解的产物，在运动中磷酸肌酸可将贮存的能量快速地转变为ATP．为机体提供能量，CP不但是从事时间短、强度大运动的重要能源，还是人体启动、加速和适应环境条件迅速改变的应急能源，肌细胞内磷酸肌酸的另一个作用是，它能将线粒体有氧代谢所产生的能量输送到所需要的部位，即：磷酸肌酸是能量的传递者。
2、肌酸的代谢
肌酸或胍基乙酸是一种氨基酸，为一种天然的化合物，其95%在骨骼肌内，另外5%存在于其他部分，含量最高的是心脏、脑和睾丸、精液，其余少量肌酸分布于肝、肾等组织。正常情况下，人体骨骼肌总肌酸池水平为~mmol/kg干肌。在人的骨骼肌中高能的磷酸肌酸占总肌酸的60%到65%。
肌酸可以从肉类食物的消化获得或在肝、肾、胰等组织中合成．多种食物中含有不同浓度的肌酸，含量最高的是瘦红肉，1磅瘦红肉或大马哈鱼含肌酸1g，蔬菜中含量较低，这些食物中储存的肌酸，在烹调过程中会部分丧失。食物中肌酸很容易由小肠吸收进入血液。当膳食补充不足时，人体的肝脏、胰脏和肾脏也能合成肌酸，而肌肉本身不能合成肌酸，在体内磷酸肌酸的生物合成从肾脏开始，由甘氨酸与精氨酸反应生成胍基乙酸，然后在肝脏经甲基化形成肌酸，最后在各组织中被磷酸化后形成磷酸肌酸。肌酸在合成与吸收部位通过血流被运到肌肉组织，然后依赖位于肌细胞膜上的一种Na-依赖性转运蛋白将肌酸运到肌细胞浆之中。
在肌肉收缩时，ATP在肌球蛋白的催化活性下变成ADP，在磷酸肌酸提供的高能磷酸下，ADP再磷酸化迅速发生，结果，游离的肌酸被释放。释放的游离肌酸将在线粒体内在肌酸激酶的作用下消耗氧化得到的ATP再磷酸化，可以看出磷酸肌酸在高强度的运动时是维持ATP供给的极其重要的物质，而维持肌酸的最适含量对维持磷酸肌酸的储量是极其重要的，体内肌酸的1.5%-2%经过降解产生肌酸酐，肌酐是肌酸和磷酸肌酸分解代谢的终产物，即肌酸脱水或磷酸肌酸去磷酸化、脱水生成。在肾脏肌酸酐完全从血浆中被滤出而不被重吸收，最后由尿排出。
3、肌酸对运动能力的影响
ATP是人体细胞能够直接利用的能源物质，而骨骼肌内ATP的贮量少，运动训练不能明显增加ATP贮量，肌细胞也不能直接吸收血液或邻近细胞的ATP。运动时骨骼肌消耗的ATP必须随时得到补足，才能维持正常的能量平衡。从能量观点看，肌内ATP消耗后的恢复速度是影响运动能力的最重要因素，然而ATP的补足通过磷酸肌酸分解释放能量再合成，这样可利用的磷酸肌酸的量就成为限制最大运动强度的运动能力的因素，最近研究结果表明，低剂量补充肌酸后，在大强度运动后的恢复期，骨骼肌吸收的肌酸能够加速磷酸肌酸的再合成。现有研究结果表明，补充肌酸对爆发性项目的运动能力有提高作用，许多资料表明，补充肌酸会使肌肉内磷酸肌酸的含量增加，在运动中有更多的磷酸肌酸可以利用，在运动后恢复期有助于磷酸肌酸的再合成。口服肌酸可以改善短跑、全力骑自行车、重复跳、游泳、划船和抗阻运动的能力。
但也有不同的研究结果。也有试验表明：补充肌酸可以提高肌肉中肌酸的含量，但不能改善短跑运动成绩。而且口服补充肌酸也不能明显改变未受正规训练男子在高强度自行车运动中的能量与疲劳的产生。
研究结果的差异可能与补充肌酸后骨骼肌中肌酸含量的变化惰况有关。补充肌酸对骨骼肌肌酸的总量的影响主要与运动、补糖、补充剂量和持续时间等因素有关。除此之外，骨骼肌肌酸池的库含量与补充效果也呈负相关．体内肌酸匮乏时，补充效果显著，体内肌酸达到饱和后，再补充也无益于肌酸总量的增加，人体肌肉肌酸含量的上限为mmol/kg干重肌肉，当肌酸的补充达到这一量时，肌肉肌酸含量就不再增加了。摄入的多余的肌酸由肾脏排出体外。
研究证明，补充肌酸只能对骨骼肌中肌酸浓度低于mmol/kg干肌（正常安静时平均值约为76.8mmol/kg干肌）的个体起作用，只有这些个体才能在恢复期中加快磷酸肌酸的再合成。对于那些补充肌酸后没有吸收或吸收甚少的个体，磷酸肌酸再合成在恢复期没有变化。综合大量的文献得出结论：虽然有个别研究认为肌酸补充没有强力作用，大多数研究指出补充肌酸（每天20g，5-7d）冲刺能力增加1%—5%；反复冲刺所作的功可以增加15%。这一强力作用与肌肉摄取的肌酸量增加有关。训练期补充肌酸1-2个月，可以使冲刺能力进一步提高达5%-8%，力量增长5%-15%，瘦体重增加1%一3%。
4、肌酸对增肌的影响
大阻力训练的同时补充肌酸可刺激肌肉肥大，研究发现补充肌酸可促进大鼠代偿性肥大过程中卫星细胞的有丝分裂。卫星细胞的增殖受胰岛素样生长因子-1调控，提示补充肌酸可能通过影响相关生长因子（如胰岛素样生长因子-1）的调节来促进阻力训练过程中的肌肉肥大。肌肉内肌酸含量的提高可能与蛋白质合成增加有关。体外实验表明，细胞外高浓度肌酸可刺激培养的胚胎骨骼肌细胞肌动蛋白和肌球蛋白重链的合成。
三、谷氨酰胺
1、谷氨酰胺的意义
谷氨酰胺(Gln)是人体血浆和骨骼肌含量最丰富的氨基酸，它是蛋白质的一种构成成分以及机体组织间氮的转载体，在调控酸碱平衡、糖质增（新）生和作为核营酸与谷胱甘肽过氧化酶抗氧化剂的前体物也有重要作用。成人禁食一夜后正常的血浆谷酰胺浓度为-mmol/L，骨骼肌谷酰胺浓度为20mmol/kg湿肌。骨骼肌是合成谷酰胺的主要组织，它在饱腹状态下以50mmol/h的速度释放谷酰胺于循环系统。研究认为，它对合成代谢和免疫系统产生影响。谷氨酰胺被白细胞（尤其是淋巴细胞）高度利用以提供核背酸合成与随后的细胞增殖所需的能量和最佳环境。事实上，即使是非必需，谷氨酰胺被认为对白细胞、肠道黏膜和骨髓干细胞在内的细胞而言都很重要。和骨骼肌不同的是，白细胞不具有从氨中催化谷酰胺合成酶。因此，骨骼肌合成白细胞所需的谷氨酰胺并释放于血液来满足新陈代谢的需求。
2、补充谷氨酰胺剂量对肌肉合成代谢的影响
在禁食状态，肌肉蛋白质会发生分解。研究表明，阻力运动能降低这种蛋白质分解代谢的程度，但是合成代谢（肌肉生长）必须在运动后的恢复阶段摄入必需氨基酸（饮食蛋白质）。这也能促进肌肉摄人氨基酸并且能在不受蛋白质分解速率影响的基础上增加组织蛋白的合成。假设被摄人的蛋白质包含8种必需氨基酸，此时补充非基本氨基酸不太可能有什么作用。
有研究显示，在运动后恢复阶段的最初几小时补充谷氨酰胺能促进糖原合成：在一次消耗糖原的运动后，摄入8g的谷氨酰胺和61g葡萄糖聚合物相对于单独摄入葡萄糖聚合物而言能在2小时内导致葡萄糖整体利用水平增加25%。然而，进一步的研究表明运动后优选补充碳水化合物的方法，被证实更具实际意义。在运动后2小时，摄取碳水化合物并不是最佳摄入量；只有摄人量超过g时肌肉糖原合成率达最高．因此，运动后的膳食主要由碳水化台物g与一些蛋白质20g构成似乎是运动后促进肌肉糖原和蛋白质合成的最佳方案。一项研究报告，在口服2克谷氨酰胺之后90分钟，血浆生长激素浓度增加四倍。然而，1小时的适度高强度可能导致血浆生长激素含量增加20倍，因此这不是参与训练的运动员要补充谷氨酰胺的一个原因。异常运动导致肌肉损伤并不影响血浆谷氨酰胺的浓度；没有科学证据表明口服补充谷氨酰胺能有效作用于运动导致损伤后的肌肉修复，也没有证据证明（与服用安慰剂相比），补充谷氨酰胺可以缓解肌肉酸痛。
3、补充谷氨酰胺剂量对运动能力的影响
在对10名运动员分别进行两次75%最大摄氧量的功率自行车运动，运动员在两次测试中分别补充谷氨酰胺（补充组）和安慰剂（不补维）饮料的研究显示，不补组血浆谷氨酰胺浓度在运动后即刻有所降低；而在补充组，受试者进行第一次谷氨酰胺或麦芽糖糊精饮料的补充剂薰为mL，然后每隔45min服用等剂量的饮料，再服用4次，直到运动结束后2h。血浆谷氨酰胺浓度基本没有变化。在运动后2h，补充组和不补组，血浆Gln浓度虽然都有所降低，但是在Gln补充组，血浆Gln的降低没有统计学意义，而在不补组，降低结果具有显著性。对10名优秀激流回旋运动员补充谷氨酰胺的实验中，实验期间每日给实验组运动员按0.2g/kg剂量补充谷氨酰胺，研究结果认为，适量补充谷氨酰胺能够通过影响T/C值，有利于机体蛋白质的合成代谢，对于保持人体在长时间、大运动量训练时良好的机能状态，延缓疲劳的发生有积极的生物学作用。在对赛艇运动员补充谷氨酰胺的8周大强度运动的实验研究发现，每天补充谷氨酰胺0.3g／kg可以提高赛艇运动员细胞免疫功能。对游泳运动员补充外源性谷氨酰胺的追踪研究显示，实验组两次大运动量训练结束后立即补充各氨酰胺0.15g/kg．持续服用30天补充谷氨酰胺可以在一定程度上削弱由训练引起的血浆谷氨酰胺水平下降。口服谷氨酰胺可以对血红蛋白、血清中的肌酸激酶的水平有显著影响。以上几项研究在实验过程中都未考虑其它营养物质摄入导致肌源性谷氨酰胺分泌增加，进而对机体产生良好效用，这些研究结果仅只说明谷氨酰胺浓度的变化，对运动能力的影响到底如何缺乏实证。也有研究证明，每天摄入20–30g蛋白质能使过度训练的运动员恢复下降的血浆谷氨酰胺水平。如上所述，笔者推测，如果采用补充蛋白质等营养物质，可能比补充谷氨酰胺的效果还好。因此，上述的研究并不能说明运动前、后补充谷氨酰胺的必要性，有待进一步的研究。
参考文献：
（1）乳清蛋白与碱性电解质应用于运动保健固体饮料的研究-饮料工业,3(4)
（2）乳清蛋白在运动营养方面的作用-中国食物与营养(12)
（3）酪蛋白糖巨肽的分离纯化及其对小鼠免疫功能影响的研究
（4）补充肌酸及间歇性运动对大鼠内源性肌酸合成的影响-河南师范大学学报（自然科学版）,35(2)
（5）肌酸对游泳大鼠乳酸、糖原含量和乳酸脱氢酶活性的影响-氨基酸和生物资源,23(3)
（6）补充谷氨酰胺对持续性运动后血浆谷氨酰胺浓度的影响-北京体育大学学报,28(3)
（7）补充谷氨酰胺对间歇性运动中血液LA、LDH等指标的动态影响-北京体育大学学报,27(1)
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