浅谈运动营养对身体机能的改善

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摘要：运动营养对于个体运动过程中的调节具有重要作用,本文通过对运动营养进行综述,讨论糖、脂肪、蛋白质和其他营养素在运动调节中的调节能力;同时对目前应用的运动营养补剂,包括中草药、咖啡因、碳酸氢钠、丙酮酸肌酸和无机盐等营养补充剂进行述评,以期为运动营养改善机体健康提高依据。

　　关键词：营养,健康促进,营养补剂,运动

　　运动营养食品是与运动相关的一类特殊食品,为了完善中国运动营养食品产业的良性循环,国内已经着手建立“运动营养食品的行业标准”,以此满足运动员、参加体育锻炼者或体力活动者的生理、身体机能代谢需求[1]。随着我国体育人口的蓬勃发展,健身人群对于运动营养的了解亟待提高,一是为运动员科学选择营养补剂提供理论依据,同时也是为运动营养在生活方式干预中提供理论基础,最终推动运动与营养结合的体系发展。研究发现,运动营养在运动员获取优异的运动成绩,以及运动员的运动疲劳恢复中均起到非常重要的作用,运动营养的研究也一直是竞技体育运动中最为重要的热点之一。除了传统性营养物质代谢以外,关于咖啡因、丙酮酸肌酸、碳酸氢盐等降低疲劳感提高成绩有较多的研究[2]。

　　1基本营养素

　　常规的能量摄入主要有糖、脂肪、蛋白质共三大营养物质组成,各物质之间的动态平衡伴随着多种能量变化;同时水、钠、钾等无机物代谢过程及其调节,对机体调控也具有重要的作用。

　　1.1糖代谢

　　糖代谢是哺乳动物细胞重要的能量来源和碳源之一,也是重要的运动燃料。葡萄糖吸收入血后,通过浓度差进行转运,此过程主要依赖于葡萄糖转运体(GlucoseTransporters,GLUTs),一旦进入细胞内,葡萄糖受到己糖激酶的磷酸化变为葡萄糖-6-磷酸(Glucose-6-Phosphate,G6P),作为糖原储备、ATP或合成代谢中产物。中等强度运动利用储存的糖原作为能量来源,可防止糖原以脂肪的形式储存[2]。在耐力运动中糖代谢则发生显著变化,由此对运动过程中糖摄入提出更具体和更个性化的建议。新提出的指导方针认为,进行持续性的运动时,尤其是长时间、大强度的干预,建议不限制摄糖水平。研究表明,在持续约1h的运动中,单一的糖来源可以高达约60g/h的氧化速率,尤其针对长时间(2-3h)的运动;而对于大强度耐力运动,建议高于约90g/h水平。以如此高的摄取率摄取糖必须是多种可运输的糖代谢水平,以允许高氧化速率,并防止糖代谢在肠道中的累积。糖的来源可以是液体、半固体或固体,并且当绝对运动强度低,并且糖氧化率也低时,可能需要向下调整糖摄入量[3]。在预防肥胖、糖尿病的水平上,ACSM建议每周5d,每天至少30min的中等强度运动,达到减肥或预防的效果[2]。在耐力训练和适量限食的运动干预中发现,训练和限食显著降低体重和体脂成分,还会显著降低血糖恢复水平和血清胰岛素水平,训练+限食的干预则会改善股四头肌肌糖原含量,进而提高骨骼肌糖代谢[4]。

　　1.2脂类代谢

　　运动不仅涉及到补糖,还涉及到改善糖和脂肪代谢,研究发现,在营养干预下,运动还会改善脂类代谢水平[5],内源性甘油三酯是耐力运动的重要能量来源。运动中甘油三酯氧化逐渐增加,其具体比率取决于肌肉工作的能量需求、脂肪酸向肌肉线粒体的输送以及其他底物的氧化。儿茶酚胺对运动的反应增加了脂肪组织中甘油三酯的脂肪分解。另外,脂肪组织和肌肉血流增加减少了脂肪酸再酯化,并促进释放的脂肪酸向骨骼肌的传递。脂肪酸动员的改变以及运动过程中脂肪和肌内甘油三酯的相对利用率在很大程度上取决于运动强度。与未经训练的人以相同强度进行锻炼,接受耐力训练的人在运动时脂肪氧化程度更高,而不增加脂肪分解。现有证据表明,训练诱导的脂肪氧化水平增加,主要是由于非血浆衍生的脂肪酸氧化增加。高强度运动中的脂肪氧化比中等强度运动更低,部分原因是由于运动肌肉的脂肪酸递送减少。高强度运动期间肠外脂质补充可增加脂肪氧化,但长链或中链甘油三酯对运动过程中底物代谢的影响较不明显[6]。

　　1.3蛋白质代谢

　　蛋白质及其肽类食品,是人体重要的营养物质,动物对蛋白质的需求即是对氨基酸的需要,氨基酸代谢则是蛋白质研究中的重点,蛋白质营养包括氨基酸营养和肽营养2个方面[7]。和氨基酸相比,短肽更容易被其运载体(PepT1)吸收,更有利于机体中组织和器官的利用,从而构成氨基酸营养吸收和利用的基础[8]。氨基酸循环水平升高可刺激肌肉蛋白质合成能力,引起骨骼肌蛋白质合成需要激活雷帕霉素复合物1(mTORC1)信号传导,运动可激活mTORC1信号并调节骨骼肌蛋白质代谢,虽然骨骼肌对氨基酸可利用性的敏感性似乎随着年龄而降低,但至少当摄取少量时,氨基酸摄取能力可刺激骨骼肌蛋白质合成的能力[9]。研究发现,老年人的膳食蛋白质需求量大于目前的推荐量,尤其是通过运动更有利于肌肉蛋白质的合成,还发现渐进式阻力训练或力量训练可导致肌肉尺寸和力量的增加,这对于肌肉量和肌无力显著缺陷的老年人来说尤为重要[10]。

　　1.4其他营养素的调节

　　水在维持机体中代谢平衡发挥重要作用,每天摄入水较少或轻微失水会增加患慢性病的风险,过度脱水会出现严重的健康问题,例如肾功能、免疫功能、胃肠功能受损,甚至会导致意识模糊[11]。对马拉松运动员的调查发现,水分的摄入需要依据天气、比赛速度、海拔、个人身体差异性等[2]。在对6-19岁年龄段人群的调查中发现,54.5%的人体积水合成水平不充分[11],这说明,充分的了解和评估不同个体和人群的差异性,对于科学合理的利用水资源尤为重要。

　　维生素是维持人体正常物质代谢和特殊生理功能不可或缺的低分子有机化合物。维生素E具有:抗氧化能力作用:清除脂质过氧化物和自由基;抑制核酸内切酶的活性;促进受损DNA的清除;预防和减缓运动性自由基损伤[12]。维生素C同样能够清除细胞外液和内液中超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基、次氯酸等自由基,当服用维生素C时,会明显减轻运动后体内自由基含量[13]。研究指出,运动过程中产生的自由基被维生素C和维生素E等抗氧化即及时清除后,能够保证骨骼肌维持在正常水平。同样的,大剂量补充维生素A或胡萝卜素也可引发促氧化反应,通过电子转移、脱氢反应和加和反应发挥抗氧化能力,基于此,“抗氧化剂复合物链”假说得到了进一步的探索,主要包括维生素间的协调性作用、维生素与无机盐之间的协调性作用、维生素与其他有机成分之间的协调性作用[13]。其中维生素D主要与骨骼代谢相关联,是骨生长的必须激素,研究发现,年龄、季节、海拔等和维生素D状态密切相关,尤其是老年人皮肤维生素D含量显著下降,其主要原因是由于老年人表皮中7-脱氢胆固醇含量下降所致[14],薛瑜等人的研究发现,钙剂联合普通维生素D或活性维生素D对改善绝经后女性生活质量没有显著性变化,而强化运动对于提高绝经后女性生活质量有明显帮助[15],推测认为,运动干预和维生素D的补充对于骨骼质量的提高更加明显。

　　2目前应用的运动营养补剂功效和机制

　　2.1中草药功能调节

　　我国作为一个中医药大国,草本植物的研究一直是研究的热点,中药作为功能性食品或运动功能补剂,在国内外已经得到了广泛的认可,相比于化学合成的药物补剂或其他生物制剂等,中药可对运动生理机能状态进行整体提高与改善,尤其表现在免疫能力、抗氧化能力、以及抗疲劳能力,从而提高机能储备,血红蛋白含量,有氧工作能力,细胞免疫,抑制淋巴细胞凋亡,调节细胞因子和机体内分泌水平,最终提高增强运动水平[16]。中草药能够有效消除骨骼肌内乳酸堆积,增强代谢酶活性。研究指出,利用养肝揉筋方对运动大鼠进行干预,发现养肝揉筋方可有效改善大鼠运动过程中骨骼肌能源物质的储存和代谢状况;涉及到有氧氧化方面,通过健脾理气中药可将脾气虚状态纠正后,线粒体的氧化能力提高,肌肉的能量来源得到补充[17]。从灵芝、冬虫夏草、芦荟等提取出来的多糖物质,具有抗运动疲劳的能力。在植物多糖方面,板栗多糖能够显著提高运动耐力,并降低血乳酸和血尿素氮的含量[18]。马齿苋又名“酸苋”,富含胡萝卜素、硫胺素、核黄素、钙、铁和锌等营养物质,并具有抗肿瘤、抗缺氧、降血糖、增强免疫功能和松驰骨胳肌等作用,对小鼠进行野生马齿苋灌胃后发现,小鼠游泳至力竭时间有所延长,表现出明显的运动性抗疲劳作用,同时还呈现出剂量依赖性[19]。

　　2.2咖啡因

　　咖啡因是一种能提高耐力、性能和力量的有效成分,同时降低血糖值,调节心血管反应,并在运动过程中充当营养素,以更好的适应运动水平。有证据表明,小剂量和重复剂量(60mg/d)的咖啡因能够改善士兵的肌肉能力。咖啡因刺激Ca2+肌质网释放、引起AMPK磷酸化水平增强、钙调蛋白依赖性蛋白激酶II(calmodulindependentproteinkinase,CaMKII)激活、促进GLUT4转运升高,最终引发更高的葡萄糖摄取。咖啡因摄入量与有氧运动相关,并控制正常大鼠和糖尿病大鼠的葡萄糖水平,对大鼠进行40min的游泳训练后发现,糖尿病大鼠摄入咖啡因后,葡萄糖水平得到改善[20]。对女大学生每天进行3.3mg/kg的咖啡因摄入,能够有效缩短大强度运动后恢复时间,同时提高耐力运动水平[2]。

　　2.3碳酸氢钠

　　碳酸氢钠(NaHCO3)是体液酸碱平衡中重要的缓冲剂,同时,NaHCO3还能降低乳酸水平。研究发现,急性中度低氧暴露会严重影响运动水平,并伴随氢阳离子(H+)的恶化,通过补充NaHCO3能够有效缓解酸性应激。在急性常压低氧条件下对11名活动锻炼者进行干预,发现急性中度缺氧条件下,在间歇性运动期间NaHCO3起到积极的作用[21]]。在应对力量或短跑运动项目时,对篮球运动员进行NaHCO3补充发现,葡萄糖和NaHCO3的补充在篮球比赛的第四节中,会延缓运动性疲劳的发生[2]],甚至于还可以通过提高体液缓冲能力,最终提高篮球运动员的运动表现。也有研究指出,虽然NaHCO3的补充能够显著性提高运动员的抗疲劳水平和运动能力,但仍然存在运动员胃肠道不适等问题。

　　2.4丙酮酸肌酸

　　肌酸有助于提高运动是ATP和CP的再合成,进而提高运动能力,但会导致体重增加、肌肉酸胀;丙酮酸具有减脂、减重、抑制自由基等效果;丙酮酸肌酸具有丙酮酸和肌酸的双程作用,并克服乳酸的不足。其原因可能是由于丙酮酸肌酸的主要效应产物就是机体内的丙酮酸和肌酸成分。在运动干预中,选取36名国家青年篮球队运动员,随机分为对照组和补给组,经过6周的常规训练后,使用丙酮酸肌酸补剂的运动员,其体质成分下降、肌肉重量和去脂体重明显增加,并显著提高运动水平,尤其是在系统训练中,使用丙酮酸肌酸比肌酸效果更加明显[22]。与对照组相比,在对SD大鼠进行7周的灌胃丙酮酸肌酸实验,大鼠的腿肌质量相对提高,大鼠血清和骨骼肌中生糖氨基酸的含量显著提高[23]。丙酮酸肌酸还具有控制大鼠能量重分配的作用,降低脂肪量、提高蛋白质沉积水平。

　　2.5无机盐的补充

　　无机盐是一种无机化合物,在生物细胞内只占到鲜重的1%至1.5%,其成分主要包括,钙、磷、钾、钠、镁等大量元素;铁、锌、硒等微量元素。钙是骨骼重要组成成分,钙磷比例直接影响着骨健康水平,当钙摄入不足后,会降低骨密度,甚至引起骨质疏松和骨折风险,尤其是对患有骨质疏松的运动员,可进行适量的补钙和维生素D。骨骼损伤会引起机体产生高钙血症和高磷酸盐血症,运动能够增加血磷和尿磷水平,主要是由于运动的机械作用促进骨细胞增殖,钙盐的沉积会相应的导致血磷升高[24]。钾可以维持细胞内容量、渗透压、细胞内酸碱平衡等细胞代谢水平,当出现低钾血症时,会引起神经系统、消化系统、心血管系统和泌尿系统等功能障碍,适量补充钾元素对于改善机体内环境具有重要作用[25];同时钾元素在运动损伤中也具有治疗效果[26]。镁能够调节细胞代谢,对低于正常水平的女运动员进行为期3周的补镁,每天mg的天门冬氨酸镁后,发现补镁可以降低运动引起的细胞膜损伤,运动后的血清总肌酸激酶和骨骼肌中肌酸激酶同工酶也低于对照组[25]。

　　机体内的铁成分在神经系统、免疫系统和行为系统中至关重要,铁作为血红蛋白和肌红蛋白的必要元素,也是能量酶的必要元素,低铁储备是运动员(尤其是女性运动员)最为常见的营养缺乏症,而针对缺铁性贫血的治疗需要3个月以上,及时进行营养干预是作为有效的手段,对缺铁性运动员而言,补铁能够有效降低运动心率和运动过程中的乳酸浓度。有研究指出,通过4到6周摄入mg硫酸亚铁可减弱肌肉疲劳[27]。锌在机体内可作为抗氧化剂,并与蛋白质一起构成生物学作用,当锌与其他微量元素共同补充时能够提高儿童的注意力,同时增加免疫功能[25]。对为期6周的运动SD大鼠进行补锌实验,发现耐力训练后大鼠腓肠肌谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性、增加腓肠肌Bcl-2mRNA表达,降低BaxmRNA表达[28]。硒元素在人体蛋白质合成和肌肉功能中具有重要功能,同时还具有抗疲劳和抗氧化作用,通过4周大强度运动干预后,含硒蛋白补剂对运动员产生的运动性疲劳症状具有显著的缓解[29]。

　　小结

　　随着运动大健康的提出,运动营养逐渐受到重视,除了机体基本的营养物质以外,对于其他元素的把握同样尤为重要。基于此,进一步提出深入研究:第一,三大营养物质的补充和运动消耗评定,并针对不同的人群,包括维持身体机能水平的运动员和减肥人群;第二,其他营养素的补充,进行合理的膳食引导;第三,关于摄入运动营养补剂的指导,开展针对性的研究和评定。

　　参考文献 　　[1]杨则宜.运动营养食品的现状和未来[J].中国食品学报,,6(5):1-5. 　　[2]刘玉倩,杨雯茜,殷娟娟.运动营养研究的新进展[J].北京体育大学学报,,38(8):58-64.

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