运动营养生物化学研究进展
现代竞技体育对运动员体力、体能、能量动员、肌肉力量和神经反射等方面的要求越来越高,成功与失败之间只有百分之几秒或零点几厘米之差。为了在竞赛中取胜,运动员的训练必须适应现代体育科学的发展。运动营养生物化学是运用营养学和生
物化学的手段来研究和评估运动人体的代谢和体能状况,并提供营养学强力和恢复手段的科学,在竞技体育和全民健身运动中发挥增强体能和保证健康的积极作用。
运动营养生物化学大体分为四部分,即:
(1) 人体营养素代谢、需要量及其与运动能力的关系;
(2) 运动员营养生化监控系统的形成及其在运动实践中的应用;
(3) 合理膳食营养和营养学强力手段在训练和比赛中的应用;
(4) 运动员机体对运动训练的不适应及其相应的干预措施。
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1 人体营养素代谢、需要量及其与运动能力的关系
关于运动中能量、碳水化合物(糖) 、蛋白质、脂肪、水、电解质、微量元素代谢的研究一直非常活跃。研究的手段越来越先进,研究的内容越来越深入,与运动实践的结合也越来越紧密。
1. 1 运动员能量需要量的研究
能量消耗的测试方法有了新的发展。过去认为,运动员出现能量负平衡是由于营养调查中低报了食物的摄入量(特别是女子) 。然而近期采用双标水技术测试能量消耗,则证明并没有出现负平衡[1 ] 。Burke 等人的研究发现,除了越野滑雪项目以外,像游泳和跑步这样的项目中,女运动员每公斤体重的糖和能量的消耗只有男运动员的70 % 。
许多运动员,特别是女运动员和那些从事有耐力、美学和有体重级别要求的运动员存在长期的能量摄入不足。这种能量的缺乏将损害运动能力、生长和健康(尤其是生殖系统和骨骼的健康) 。女运动员生殖系统的功能紊乱,即月经失调,不是由运动应激造成的,主要是因低能量摄入所致。这种紊乱可以在不调整训练安排的情况下,通过膳食的补充予以防治。能量平衡并不是竞技训练的最终目标,能量平衡的信息也不仅仅用于指导训练。其目的是使运动员努力去达到该项目所需要的最佳体型、体成分和混合的能量储存,从而最大程度地提高运动能力。为了使运动员获得成功,运动员需要特殊的、准确的和便于应用的证明能量摄入不足的生理生化指标。正在开发研究的指标涉及女运动员生殖系统的功能紊乱(月经失调等) 、物质代谢(血糖、尿酮体、β羟基丁酸等) 和激素(黄体素、胰岛素、睾酮、皮质醇、生长激素、瘦素等) [3 - 5 ] 。
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1. 2 运动员碳水化合物(糖) 和脂肪代谢的研究
20 世纪60 年代开展的肌肉活检技术使人们可以直接研究肌糖原。1991 年以后,核磁共振成为一个新的、无创性的评估肌糖原的方法,增加了从事这方面研究的可能性[6 ] 。关于糖原合成和动用的研究,不少学者提出了前糖原、大糖原和糖原生成素参与的代谢理论,并进一步阐明它们在糖原合成的不同阶段的作用[7 - 9 ] 。还有人研究糖代谢的性别差异。他们认为,女运动员的月经状态影响糖原储存,黄体期的糖原储存高于卵泡期[10 ] 。Walker 等的研究认为,女子对糖负荷的反应小于男子[11 ] 。关于糖补充的研究是糖代谢中最为活跃的部分。这一研究涉及糖补充的量[12 ] 、时间[13 - 15 ] 、种类及随糖补充的其他营养素,如蛋白质、氨基酸等[16 ] 。这些因素都可以直接影响糖原的恢复率和改善糖摄入目标的可实践性。通过这些研究,不少学者对每日训练的糖需求的指导量进行了修订。在低糖高脂肪膳食对训练适应和运动能力的作用方面也有不少研究。一些学者认为,经过对低糖高脂肪膳食2～4 周的适应后,运动中脂肪的氧化率会提高,但这没有对运动能力产生正作用[17、] 。也有人提出不一致的观点[19 ] 。
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1. 3 运动员蛋白质代谢的研究
多年来,关于运动员蛋白质的需要量一直有争议。有人以亮氨酸为代表,发现运动中氨基酸氧化增加,以此说明有规律的反复运动会增加蛋白质的需要量[20、21 ] 。有人则认为亮氨酸的氧化不能代表总体氨基酸的氧化, 而且亮氨酸氧化不生成尿素[22 ] ,训练也不造成支链氨基酸的氧化[23 ] 。以氮平衡来评价运动员的蛋白质需要量的研究也有不同的结论。Lemon[24 ]和随后的一些研究认为,运动员需要更多的蛋白质;另一派则认为运动训练只会提高蛋白质动员的效率,而不增加需要量25 ] 。对于力量项目运动员的蛋白质需要量也有同样的争议。尽管没有完善的关于运动员蛋白质需要量的答案,仍然有人主张为了肌肉的增长,推荐运动员,特别是优秀运动员使用相对多的蛋白质。同时还提倡推荐量的制定一定要项目化和个体化[26 ] 。耐力运动员每天每公斤体重的蛋白质摄入量不能高于2克,因为超过1. 7 克就会出现过剩蛋白质的氧化[27 ] 。集体项目的运动员既要增长肌肉又要有很好的耐力,摄入蛋白质的种类和时间尤为重要。近些年来,除关于运动员蛋白质需要量的研究以外,更多的研究注重蛋白质和氨基酸补充与肌肉合成的关系。总结起来大概有以下几方面:(1) 摄入氨基酸的组成影响阻力运动后的肌肉蛋白质平衡反应,只有在摄入必需氨基酸时才有肌肉合成的净增长,而且还存在剂量效应[28 - 30 ] 。这同细胞内氨基酸的可用性相关[31、32 ] 。还有研究认为,细胞内氨基酸的可用性调节肌肉蛋白合成和肌肉蛋白的正平衡[33 ] 。
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(2) 摄入不同蛋白质时,因为其消化特性不同,所引起的血液氨基酸浓度增高和增高的持续时间长短不同,因而引起的合成反应也不一样[34、35 ] 。近年来,寡肽的吸收和促肌肉合成代谢作用优于蛋白质和氨基酸的研究开始成为热点,并开始应用于运动实践[36 ] 。
(3) 阻力运动后摄入氨基酸可造成肌肉合成的正反应, 对于耐力运动来说不一定有同样的结果[37 ] 。
(4) 蛋白质摄入与运动能力的关系。同时摄入的其他营养素,如碳水化合物、脂肪等和膳食总能量均会通过各种渠道影响肌肉的蛋白质代谢[38、39 ] 。对于耐力运动来说,这些因素也同样重要[40 ] 。关于运动员蛋白质代谢的研究还有更多的问题
需要深入研究,要从分子机制入手,阐明不同蛋白质摄入对优秀运动员运动能力、体成分和肌肉蛋白质代谢的作用。
1. 4 运动员水和电解质的需要
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对于一名从事规律运动的人,任何一次训练课造成的液体缺失如果没有足够的液体补充,对下一堂训练课将产生潜在的危害。近10 年来,有人研究运动前的超水合。有的采用高浓度的钠溶液( >100mmol/ L) [41 ] ,也有的用甘油[42、43 ] ,其目的是增加水在体内的滞留,并取得有益于运动的效果。然而,有研究认为,甘油摄入会产生副作用,而不会取得有意义的优势[44 ] 。美国运动医学会推荐,运动前2 小时摄入400～500ml 水。影响运动后复水合的因素包括摄入液体的量和所含的成分。运动后补大量的纯水会引起明显的多尿、脱水,血浆渗透压和钠浓度迅速下降[45 ] 。钠是运动后饮料中最重要的电解质。它可以刺激葡萄糖在小肠的吸收,阻止血液稀释引起的多尿,增加血容量[46 ] 。钾的作用主要是帮助细胞内的复水合,但是这一作用还需要进一步的研究[47 ] 。汗液中大量的镁丢失会造成肌肉痉挛。但也有研究认为,体内镁的重新分布可能是造成肌肉痉挛的更重要的原因,所以没有理由在运动后饮料中加入镁离子。为了达到良好的水合状态,运动后液体补充量一定要大于汗液的丢失量(150～200 %汗液丢失量) [48 ] 。运动后固体食物加运动饮料复水合的方法比单纯用饮料更有效。因为固体食物中钠、钾浓度高,高电解质浓度使尿生成减少[49 ] 。近几年有人采用经静脉复水合。但是研究发现这种补液方法同口服补充在效果上没有差异[50 ] 。还有人发现,口服补液时肛温和心率下降较静脉补液快[51 ] ,而静脉补液复水合后,口渴的感觉更重。
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2 运动员营养生化监控系统的形成及其在运动实践中的应用
正常的训练疲劳与过度疲劳的界限往往难以界定,而生化指标却能准确地给教练员提示,使他们作出明确的判断,从而对训练计划和恢复措施进行及时的调整。生化监控主要检测血样和尿样。根据检测指标所反映的机体物质代谢和机能状况的不同,一般将检测分为以下几类[52 ] :
2. 1 运动员体能状态和能力的评定指标:定量运动负荷后不同恢复时间血乳酸值的测定或定量的逐级递增负荷时的乳酸变化曲线都是判断运动员训练后有氧和无氧能力水平的准确方法。根据这一数值的改变,教练员可以科学地安排和调整运动员的训练计划[53 - 55 ] 。
2. 2 血液学指标: 血红蛋白(Hb) 、血球压积容量(HCT) 、红细胞数(RBC) 、铁蛋白等多项反映红细胞代谢状况和铁储备的指标,可用以判断运动员血液的携氧能力和蛋白质的营养状况等[56 - 58 ] 。
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2. 3 反映肌肉状态及蛋白质代谢的相关指标:运动训练的一个最主要的目的就是要促进肌肉体积和力量的增长。要达到这一目标,就必须给运动员安排足以造成肌肉微结构改变的运动强度和运动量。与此同时,又要保证肌肉的这一变化在训练后得到及时的恢复。寻求能够间接反映肌肉状况的生化指标是运动生化专家的重要任务。血尿素氮(BUN) 、肌酸激酶(CK) 、乳酸脱氢酶(LDH) ,尿蛋白、尿潜血、尿胆原、尿3 - 甲基组氨酸(3 - MH) 等,均可从不同的角度反映肌肉蛋白质的分解和合成代谢状况、大强度训练后骨骼肌细胞的损伤及恢复状况[59 - 63 ] 。
2. 4 内分泌学指标:血睾酮(T) 、皮质醇(Cor) 反映下丘脑- 垂体- 性腺和肾上腺轴的功能,同时也反映机体合成与分解代谢的平衡状况。这些指标正常与否与运动员能否承受大强度训练、训练是否能达到预期效果和运动后疲劳能否及时消除密切相关[64 - 66 ] 。
2. 5 免疫学指标:大运动量训练和比赛可导致运动员免疫功能损害,造成对感染的易感性增加,尤其是上呼吸道感染。为此,了解运动员训练期的免疫机能状况是很重要的。研究认为,淋巴细胞亚群CD4/CD8 是反映运动性免疫机能低下的最早期出现的灵敏指标[67 ,68 ] 。血清免疫球蛋白IgG、IgA、IgM和唾液IgA 测试的难度较小、费用低,能从体液免疫的角度粗略地反映免疫状况[69 ] 。近几年来,研究者发现,大运动量训练的后期,会出现血浆谷氨酰胺浓度的明显下降,所以他们认为血浆谷氨酰胺浓度可以反映机体的免疫状态[69 - 72 ] 。
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2. 6 自由基生成及抗过氧化能力的评定指标:肌肉运动导致大量的自由基生成。
直接测定自由基目前仍然十分困难。血液丙二醛(MDA) 作为组织的脂质过氧化降解产物,能够在一定程度上反映自由基对组织的损伤情况,所以是了解运动员的蛋白质氧化、肌肉疲劳和损伤的间接指标[73 ] 。超氧化物歧化酶(SOD) 、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH - Px) 等是人体酶类抗氧化物质,可用以判断机体清除自由基的能力[74 ] 。
3 合理膳食营养和营养学强力手段在训练和比赛中的应用
3. 1 运动员膳食营养研究的现状和展望
膳食营养是保证运动员对营养素的需要和维持体能的最重要的物质基础。与其重要性不相适应的是运动员膳食的不平衡现象普遍存在,严重影响训练的效果和训练后的恢复。国内外膳食营养调查发现运动员膳食失衡主要涉及6 个方面: (1) 碳水化合物(糖) 摄入严重不足; (2) 脂肪或蛋白质摄入过多; (3) 部分维生素摄入不足; (4) 三餐摄食量分配不合理; (5) 钙摄入不足; (6) 运动中忽视了水和无机盐的及时补充。为了解决运动员膳食不合理的问题,运动营养学家积极开展运动员营养素推荐供给量的制定工作。运动员膳食中各种营养素推荐供给量发布形式通常应包含两方面内容,即推荐的运动员膳食营养素日供给量(RDA) 和各种营养素安全摄入上限(UL) 。在发布了运动员营养素推荐供给量以后,可根据这一推荐供给量进一步制定运动员膳食各种食物供给标准,作为管理部门制订伙食标准、运动员膳食的组织和食物采购、运动员食物供给量的评价、运动员平衡膳食指南的参考标准。遗憾的是各国都没有一个成熟的运动员营养素的RDA。
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运动员膳食的营养配餐和营养评价要进行复杂的计算,随着计算机软件的不断更新换代,各种功能更齐全、运算速度更快捷的膳食调查软件应运而生。目前,周丽丽等开发的“运动员及大众膳食分析与管理系统软件”可以使营养调查的工作量和复杂性降低,并将有可能帮助非营养学专业人员定期监测运动员的膳食摄入,并形成一种常规管理制度[77 ] 。
3. 2 运动员强力营养素补充
有些营养素或者是其在机体内代谢的中间体不仅直接参与机体代谢,还具有调节机体新陈代谢和生理机能的作用。通过这些物质的补充,可以提高训练的效果,并有助于消除疲劳,从而改善和提高运动能力[78 - 81 ] 。根据强力营养素的作用目标,我们通常将其分成4 类: (1) 增加肌肉合成代谢和肌力的强力营养素; (2) 促进能量代谢的强力营养素; (3) 促进疲劳消除和体能恢复的强力营养素; (4) 减轻和控制体重的膳食安排和特殊营养素补充。
, 百拇医药 3. 2. 1 增加肌肉体积和收缩力的营养强力剂
肌肉体积的增大和肌力的增长需要两个条件,即: (1) 蛋白合成的原料; (2) 最佳蛋白合成的环境。营养强力剂还能提高肌肉收缩能力,达到增长肌力的目的。
(1) 高生物活性的优质蛋白质和氨基酸是蛋白合成的最佳原料,它们包括乳清蛋白、酪蛋白、卵白蛋白、大豆蛋白及这些蛋白的分离制剂和水解产物(含寡肽和游离氨基酸) 、谷氨酰胺、鸟氨酸和α- 酮戊二酸合剂(OKG) 、支链氨基酸、β- 羟基、β- 甲基丁酸盐(HMβ) 、牛磺酸等。这些高生物活性的优质蛋白质和氨基酸除了作为蛋白合成的原料以外,像谷氨酰胺、鸟氨酸和α- 酮戊二酸合剂(OKG) 、β- 羟基、β - 甲基丁酸盐( HMβ ) 等还具有促合成作用[82 - 85 ] 。
(2) 促进机体自身睾酮、生长激素、胰岛素和相关激素的分泌,创造肌肉合成的最佳激素环境的强力营养素,包括肌酸、精氨酸、鸟氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、铬、硼、维生素C、锌等。关于肌酸促合成的研究十分活跃,包括其分子学机理的探讨。人们还发现,肌酸增加肌肉对肌动蛋白和肌球蛋白的摄取,从而增强肌肉收缩力[86 ] 。
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3. 2. 2 促进能量代谢的营养补充
在竞技体育运动中,促进能量代谢效率和刺激能量生成的营养补剂,一直受到大家的青睐和关注,它们包括:
(1) 保证糖的种类、补充量和补充时间的科学性是促进训练后肌糖原恢复和后续训练课的高效能的重要因素[12 - 15 ] 。
(2) 肌酸进入肌肉同磷酸结合成磷酸肌酸,可快速提供肌肉收缩所需的能量。所以,肌酸的补充除促进肌肉的合成代谢以外,还可以为反复进行的运动训练及时提供充足的能量[86 ] 。
(3) 1 ,6 - 二磷酸果糖(FDP) 不但是细胞内供能物质,尤为重要的是它通过改善和增强糖无氧代谢的调节能力,加速糖酵解合成ATP ,提供能量[87 ] 。
3. 2. 3 加速训练后疲劳消除和体能恢复的营养强力剂系统补糖,使用能消除氧自由基和保护细胞膜的抗氧化剂和增强免疫能力的谷氨酰胺、维生素E、维生素C、胡萝卜素、番茄红素、硒和中药保健品等,都能有效地促进疲劳消除和体能恢复。
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近几年,关于运动后补糖的同时补充蛋白质和寡肽以减少肌肉蛋白降解、增进蛋白合成和肌肉恢复的研究取得进展,这些成果的应用成为加速训练后疲劳消除和体能恢复的一个重要手段。
3. 2. 4 减轻和控制体重的膳食安排和特殊营养素补充
竞技体育的不少项目中,运动员的体重已经成为影响比赛成绩的重要因素之一。这些运动项目大体可以分为两类:一类是举重、摔跤、拳击、柔道等有体重级别规定的项目,运动员为参加较低级别的比赛而减体重;另一类是体操、技巧、跳水、花样滑冰等技巧性很强的项目,他们减轻和控制自身体重,是为了取得生物力学上的优势,使动作的难度更高,完成得更轻松,姿态更优美。可以说减体重和控体重已成为上述运动项目训练和比赛计划的重要内容之一。单纯控体重的运动员应以缓慢的能量负平衡为主,减少的体成分应尽量是脂肪;对于比赛中有体重级别要求的运动员,应在平时采用控体重的方法,使体重保持在略高于目标体重的水平,赛前采用控食和发汗相结合的手段减去余下的体重。多数人不主张采用单纯急性脱水减重的办法,特别是限制水的摄入和利尿剂的使用对多种体能均有损害。我们的最新研究认为,通过膳食的个体化干预同时配合使用减体重系列食品,如魔芋食品、复合电解质补充剂和复合能量冲剂等,可以减轻饥饿造成的心理压力和机体代谢的紊乱,同时在称重后快速为肌肉提供能源和复水合,从而保证运动员以最佳竞技状态进入比赛。
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4 运动员机体对运动训练的不适应及其相应的干预措施
训练的目的是提高运动能力,这就要求运动员在超生理极限的强度下训练。超负荷的运动量将带来疲劳并打破运动员的机体内环境原有的平衡。当运动员通过综合的恢复手段从疲劳中恢复后,就会形成机能的超代偿。如果疲劳得不到消除,并发生积累,就可能带来一些与代谢失衡伴随发生的医学问题。这些医学问题可能涉及以下几个方面: (1) 中枢神经系统疲劳; (2) 内分泌功能抑制; (3) 免疫机能下降; (4) 造血系统功能抑制; (5) 机体抗过氧化能力下降等。运动员在训练中出现以上医学问题是一个逐步加重的过程,最初并无明显的临床表现。一旦出现临床病象,就难以恢复到正常的训练状态。因此,训练期中定期的生化监控就显得非常重要。目前采用的各种检测指标中,生化指标最能灵敏地反映运动员各方面的代谢和机能状态。只要某生化指标发生了改变,就可以初步判定机体内相应的那一个系统出现了问题。根据这一判断,我们即可对症下药,给运动员开出有针对性的运动营养品和保健品处方,从而促进运动员的机体尽快回到正常状态,保证训练计划的顺利实施和训练效果的提高。
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4. 1 中枢神经系统疲劳的防治
从理论上讲,人体的中枢疲劳可能有两方面原因:其一是运动中作为能源的糖的供给不足;其二是涉及多种神经递质代谢紊乱。如果运动员在运动训练过程中注意了糖的补充,就可消除第一种原因造成的中枢疲劳。摄入一些支链氨基酸或富含支链氨基酸的食品,如乳清蛋白(富含亮氨酸) ,可以防止中枢疲劳的发生。
4. 2 内分泌功能的激活
长期大运动量训练中出现的低血清睾酮是较为头痛的问题,它会伴随产生竞争意识下降、兴奋性差、训练后体力恢复慢等问题。其发生机理是:训练刺激对下丘脑- 垂体- 性腺轴的抑制导致低睾酮,从而造成运动中和运动后恢复期的肌肉蛋白质降解增强,合成能力降低。经过大量测试,我们认为中国男、女运动员血清总睾酮的理想值应在558 和37ng/dl 以上[52 ] 。也有不少研究用睾酮与皮质醇的比值作为衡量指标。当运动员睾酮值低下时,切忌使用合成类固醇。合成类固醇的使用有可能改变训练的不良状况,但也会进一步抑制内源性睾酮分泌,造成药物依赖。同时合成类固醇也是国际奥委会禁用的药物。采用中药补剂调理运动员的内分泌功能,提高血睾酮水平,可以取得良好的效果。
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4. 3 免疫功能失调的预防和治疗
运动员,尤其是优秀运动员在大强度训练或比赛期间,可能发生细胞免疫、体液免疫和非特异免疫机能抑制,从而使机体对病原微生物的易感性增高或所患感染性疾病症状加重。血液检测主要表现为: (1) 辅助/ 诱导T 细胞亚群(CD4) 比例下降,细胞毒/ 抑制T 细胞亚群(CD8) 比例增高, 从而导致CD4/ CD8 比值下降; (2) 血清免疫球蛋白IgG、IgA、IgM和唾液IgA 降低; (3) 血清谷氨酰胺浓度降低。谷氨酰胺是很好的免疫增强剂,因为它是多种免疫细胞复制的原料[101 ,102] 。某些中成药也是很好的免疫调节剂,只要使用得及时和对症,可以有明显的效果。
4. 4 运动员低血色素和贫血的预防和治疗
运动训练过程中确实存在着与运动训练有关的血红蛋白下降问题,它是影响运动员运动能力和运动成绩提高的一个重要因素。然而运动性贫血和运动性血色素下降的机理仍然是运动医学界甚为关注、却尚未完全解决的一个难题。经大量测试,我们将我国运动员血红蛋白的理想值定为男运动员高于150g/ L ,女运动员高于130g/ L[52 ] 。当运动员的血红蛋白低于这一数值或出现铁储存下降时,需要采取综合的营养学措施。这些措施包括: (1) 补充促进红细胞生成的中药生血剂和铁剂; (2) 补充减少氧化应激,抗红细胞老化,维持红细胞寿命的抗氧化剂和红细胞保护剂,如1 ,6 - 二磷酸果糖等] 。
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4. 5 清除机体内的过量自由基,促进运动后疲劳的及时消除
激烈的体力活动时,氧耗增加达休息时的10～15 倍。这一氧耗的增加可引起自由基产生的增加高达2～3 倍。过量的自由基将造成肌肉和红细胞膜的脂质过氧化损伤,致使肌肉疲劳的过早发生和体能难以恢复,并加速红细胞的老化和溶解。丙二醛(MDA) 可用以间接评估机体的过氧化损伤的程度,超氧化物歧化酶(SOD) 、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH - Px) 等是人体酶类抗氧化物质,对它们的测定可以评估机体的抗氧化能力。水果和蔬菜是富含抗氧化物质的食物。维生素C、维生素E、β胡萝卜素和微量元素硒及绞股兰皂甙、灵芝多糖和番茄红素等保健品均具有一定的清除体内自由基的功效[107 - 110 ] 。
随着竞技体育和全民健身运动的不断发展,运动营养生物化学工作日益受到广泛的重视。随现代科学技术的渗入,运动营养生化的研究和应用将进入一个高速发展的新时期。, http://www.100md.com(csq1998)
物化学的手段来研究和评估运动人体的代谢和体能状况,并提供营养学强力和恢复手段的科学,在竞技体育和全民健身运动中发挥增强体能和保证健康的积极作用。
运动营养生物化学大体分为四部分,即:
(1) 人体营养素代谢、需要量及其与运动能力的关系;
(2) 运动员营养生化监控系统的形成及其在运动实践中的应用;
(3) 合理膳食营养和营养学强力手段在训练和比赛中的应用;
(4) 运动员机体对运动训练的不适应及其相应的干预措施。
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1 人体营养素代谢、需要量及其与运动能力的关系
关于运动中能量、碳水化合物(糖) 、蛋白质、脂肪、水、电解质、微量元素代谢的研究一直非常活跃。研究的手段越来越先进,研究的内容越来越深入,与运动实践的结合也越来越紧密。
1. 1 运动员能量需要量的研究
能量消耗的测试方法有了新的发展。过去认为,运动员出现能量负平衡是由于营养调查中低报了食物的摄入量(特别是女子) 。然而近期采用双标水技术测试能量消耗,则证明并没有出现负平衡[1 ] 。Burke 等人的研究发现,除了越野滑雪项目以外,像游泳和跑步这样的项目中,女运动员每公斤体重的糖和能量的消耗只有男运动员的70 % 。
许多运动员,特别是女运动员和那些从事有耐力、美学和有体重级别要求的运动员存在长期的能量摄入不足。这种能量的缺乏将损害运动能力、生长和健康(尤其是生殖系统和骨骼的健康) 。女运动员生殖系统的功能紊乱,即月经失调,不是由运动应激造成的,主要是因低能量摄入所致。这种紊乱可以在不调整训练安排的情况下,通过膳食的补充予以防治。能量平衡并不是竞技训练的最终目标,能量平衡的信息也不仅仅用于指导训练。其目的是使运动员努力去达到该项目所需要的最佳体型、体成分和混合的能量储存,从而最大程度地提高运动能力。为了使运动员获得成功,运动员需要特殊的、准确的和便于应用的证明能量摄入不足的生理生化指标。正在开发研究的指标涉及女运动员生殖系统的功能紊乱(月经失调等) 、物质代谢(血糖、尿酮体、β羟基丁酸等) 和激素(黄体素、胰岛素、睾酮、皮质醇、生长激素、瘦素等) [3 - 5 ] 。
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1. 2 运动员碳水化合物(糖) 和脂肪代谢的研究
20 世纪60 年代开展的肌肉活检技术使人们可以直接研究肌糖原。1991 年以后,核磁共振成为一个新的、无创性的评估肌糖原的方法,增加了从事这方面研究的可能性[6 ] 。关于糖原合成和动用的研究,不少学者提出了前糖原、大糖原和糖原生成素参与的代谢理论,并进一步阐明它们在糖原合成的不同阶段的作用[7 - 9 ] 。还有人研究糖代谢的性别差异。他们认为,女运动员的月经状态影响糖原储存,黄体期的糖原储存高于卵泡期[10 ] 。Walker 等的研究认为,女子对糖负荷的反应小于男子[11 ] 。关于糖补充的研究是糖代谢中最为活跃的部分。这一研究涉及糖补充的量[12 ] 、时间[13 - 15 ] 、种类及随糖补充的其他营养素,如蛋白质、氨基酸等[16 ] 。这些因素都可以直接影响糖原的恢复率和改善糖摄入目标的可实践性。通过这些研究,不少学者对每日训练的糖需求的指导量进行了修订。在低糖高脂肪膳食对训练适应和运动能力的作用方面也有不少研究。一些学者认为,经过对低糖高脂肪膳食2～4 周的适应后,运动中脂肪的氧化率会提高,但这没有对运动能力产生正作用[17、] 。也有人提出不一致的观点[19 ] 。
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1. 3 运动员蛋白质代谢的研究
多年来,关于运动员蛋白质的需要量一直有争议。有人以亮氨酸为代表,发现运动中氨基酸氧化增加,以此说明有规律的反复运动会增加蛋白质的需要量[20、21 ] 。有人则认为亮氨酸的氧化不能代表总体氨基酸的氧化, 而且亮氨酸氧化不生成尿素[22 ] ,训练也不造成支链氨基酸的氧化[23 ] 。以氮平衡来评价运动员的蛋白质需要量的研究也有不同的结论。Lemon[24 ]和随后的一些研究认为,运动员需要更多的蛋白质;另一派则认为运动训练只会提高蛋白质动员的效率,而不增加需要量25 ] 。对于力量项目运动员的蛋白质需要量也有同样的争议。尽管没有完善的关于运动员蛋白质需要量的答案,仍然有人主张为了肌肉的增长,推荐运动员,特别是优秀运动员使用相对多的蛋白质。同时还提倡推荐量的制定一定要项目化和个体化[26 ] 。耐力运动员每天每公斤体重的蛋白质摄入量不能高于2克,因为超过1. 7 克就会出现过剩蛋白质的氧化[27 ] 。集体项目的运动员既要增长肌肉又要有很好的耐力,摄入蛋白质的种类和时间尤为重要。近些年来,除关于运动员蛋白质需要量的研究以外,更多的研究注重蛋白质和氨基酸补充与肌肉合成的关系。总结起来大概有以下几方面:(1) 摄入氨基酸的组成影响阻力运动后的肌肉蛋白质平衡反应,只有在摄入必需氨基酸时才有肌肉合成的净增长,而且还存在剂量效应[28 - 30 ] 。这同细胞内氨基酸的可用性相关[31、32 ] 。还有研究认为,细胞内氨基酸的可用性调节肌肉蛋白合成和肌肉蛋白的正平衡[33 ] 。
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(2) 摄入不同蛋白质时,因为其消化特性不同,所引起的血液氨基酸浓度增高和增高的持续时间长短不同,因而引起的合成反应也不一样[34、35 ] 。近年来,寡肽的吸收和促肌肉合成代谢作用优于蛋白质和氨基酸的研究开始成为热点,并开始应用于运动实践[36 ] 。
(3) 阻力运动后摄入氨基酸可造成肌肉合成的正反应, 对于耐力运动来说不一定有同样的结果[37 ] 。
(4) 蛋白质摄入与运动能力的关系。同时摄入的其他营养素,如碳水化合物、脂肪等和膳食总能量均会通过各种渠道影响肌肉的蛋白质代谢[38、39 ] 。对于耐力运动来说,这些因素也同样重要[40 ] 。关于运动员蛋白质代谢的研究还有更多的问题
需要深入研究,要从分子机制入手,阐明不同蛋白质摄入对优秀运动员运动能力、体成分和肌肉蛋白质代谢的作用。
1. 4 运动员水和电解质的需要
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对于一名从事规律运动的人,任何一次训练课造成的液体缺失如果没有足够的液体补充,对下一堂训练课将产生潜在的危害。近10 年来,有人研究运动前的超水合。有的采用高浓度的钠溶液( >100mmol/ L) [41 ] ,也有的用甘油[42、43 ] ,其目的是增加水在体内的滞留,并取得有益于运动的效果。然而,有研究认为,甘油摄入会产生副作用,而不会取得有意义的优势[44 ] 。美国运动医学会推荐,运动前2 小时摄入400～500ml 水。影响运动后复水合的因素包括摄入液体的量和所含的成分。运动后补大量的纯水会引起明显的多尿、脱水,血浆渗透压和钠浓度迅速下降[45 ] 。钠是运动后饮料中最重要的电解质。它可以刺激葡萄糖在小肠的吸收,阻止血液稀释引起的多尿,增加血容量[46 ] 。钾的作用主要是帮助细胞内的复水合,但是这一作用还需要进一步的研究[47 ] 。汗液中大量的镁丢失会造成肌肉痉挛。但也有研究认为,体内镁的重新分布可能是造成肌肉痉挛的更重要的原因,所以没有理由在运动后饮料中加入镁离子。为了达到良好的水合状态,运动后液体补充量一定要大于汗液的丢失量(150～200 %汗液丢失量) [48 ] 。运动后固体食物加运动饮料复水合的方法比单纯用饮料更有效。因为固体食物中钠、钾浓度高,高电解质浓度使尿生成减少[49 ] 。近几年有人采用经静脉复水合。但是研究发现这种补液方法同口服补充在效果上没有差异[50 ] 。还有人发现,口服补液时肛温和心率下降较静脉补液快[51 ] ,而静脉补液复水合后,口渴的感觉更重。
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2 运动员营养生化监控系统的形成及其在运动实践中的应用
正常的训练疲劳与过度疲劳的界限往往难以界定,而生化指标却能准确地给教练员提示,使他们作出明确的判断,从而对训练计划和恢复措施进行及时的调整。生化监控主要检测血样和尿样。根据检测指标所反映的机体物质代谢和机能状况的不同,一般将检测分为以下几类[52 ] :
2. 1 运动员体能状态和能力的评定指标:定量运动负荷后不同恢复时间血乳酸值的测定或定量的逐级递增负荷时的乳酸变化曲线都是判断运动员训练后有氧和无氧能力水平的准确方法。根据这一数值的改变,教练员可以科学地安排和调整运动员的训练计划[53 - 55 ] 。
2. 2 血液学指标: 血红蛋白(Hb) 、血球压积容量(HCT) 、红细胞数(RBC) 、铁蛋白等多项反映红细胞代谢状况和铁储备的指标,可用以判断运动员血液的携氧能力和蛋白质的营养状况等[56 - 58 ] 。
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2. 3 反映肌肉状态及蛋白质代谢的相关指标:运动训练的一个最主要的目的就是要促进肌肉体积和力量的增长。要达到这一目标,就必须给运动员安排足以造成肌肉微结构改变的运动强度和运动量。与此同时,又要保证肌肉的这一变化在训练后得到及时的恢复。寻求能够间接反映肌肉状况的生化指标是运动生化专家的重要任务。血尿素氮(BUN) 、肌酸激酶(CK) 、乳酸脱氢酶(LDH) ,尿蛋白、尿潜血、尿胆原、尿3 - 甲基组氨酸(3 - MH) 等,均可从不同的角度反映肌肉蛋白质的分解和合成代谢状况、大强度训练后骨骼肌细胞的损伤及恢复状况[59 - 63 ] 。
2. 4 内分泌学指标:血睾酮(T) 、皮质醇(Cor) 反映下丘脑- 垂体- 性腺和肾上腺轴的功能,同时也反映机体合成与分解代谢的平衡状况。这些指标正常与否与运动员能否承受大强度训练、训练是否能达到预期效果和运动后疲劳能否及时消除密切相关[64 - 66 ] 。
2. 5 免疫学指标:大运动量训练和比赛可导致运动员免疫功能损害,造成对感染的易感性增加,尤其是上呼吸道感染。为此,了解运动员训练期的免疫机能状况是很重要的。研究认为,淋巴细胞亚群CD4/CD8 是反映运动性免疫机能低下的最早期出现的灵敏指标[67 ,68 ] 。血清免疫球蛋白IgG、IgA、IgM和唾液IgA 测试的难度较小、费用低,能从体液免疫的角度粗略地反映免疫状况[69 ] 。近几年来,研究者发现,大运动量训练的后期,会出现血浆谷氨酰胺浓度的明显下降,所以他们认为血浆谷氨酰胺浓度可以反映机体的免疫状态[69 - 72 ] 。
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2. 6 自由基生成及抗过氧化能力的评定指标:肌肉运动导致大量的自由基生成。
直接测定自由基目前仍然十分困难。血液丙二醛(MDA) 作为组织的脂质过氧化降解产物,能够在一定程度上反映自由基对组织的损伤情况,所以是了解运动员的蛋白质氧化、肌肉疲劳和损伤的间接指标[73 ] 。超氧化物歧化酶(SOD) 、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH - Px) 等是人体酶类抗氧化物质,可用以判断机体清除自由基的能力[74 ] 。
3 合理膳食营养和营养学强力手段在训练和比赛中的应用
3. 1 运动员膳食营养研究的现状和展望
膳食营养是保证运动员对营养素的需要和维持体能的最重要的物质基础。与其重要性不相适应的是运动员膳食的不平衡现象普遍存在,严重影响训练的效果和训练后的恢复。国内外膳食营养调查发现运动员膳食失衡主要涉及6 个方面: (1) 碳水化合物(糖) 摄入严重不足; (2) 脂肪或蛋白质摄入过多; (3) 部分维生素摄入不足; (4) 三餐摄食量分配不合理; (5) 钙摄入不足; (6) 运动中忽视了水和无机盐的及时补充。为了解决运动员膳食不合理的问题,运动营养学家积极开展运动员营养素推荐供给量的制定工作。运动员膳食中各种营养素推荐供给量发布形式通常应包含两方面内容,即推荐的运动员膳食营养素日供给量(RDA) 和各种营养素安全摄入上限(UL) 。在发布了运动员营养素推荐供给量以后,可根据这一推荐供给量进一步制定运动员膳食各种食物供给标准,作为管理部门制订伙食标准、运动员膳食的组织和食物采购、运动员食物供给量的评价、运动员平衡膳食指南的参考标准。遗憾的是各国都没有一个成熟的运动员营养素的RDA。
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运动员膳食的营养配餐和营养评价要进行复杂的计算,随着计算机软件的不断更新换代,各种功能更齐全、运算速度更快捷的膳食调查软件应运而生。目前,周丽丽等开发的“运动员及大众膳食分析与管理系统软件”可以使营养调查的工作量和复杂性降低,并将有可能帮助非营养学专业人员定期监测运动员的膳食摄入,并形成一种常规管理制度[77 ] 。
3. 2 运动员强力营养素补充
有些营养素或者是其在机体内代谢的中间体不仅直接参与机体代谢,还具有调节机体新陈代谢和生理机能的作用。通过这些物质的补充,可以提高训练的效果,并有助于消除疲劳,从而改善和提高运动能力[78 - 81 ] 。根据强力营养素的作用目标,我们通常将其分成4 类: (1) 增加肌肉合成代谢和肌力的强力营养素; (2) 促进能量代谢的强力营养素; (3) 促进疲劳消除和体能恢复的强力营养素; (4) 减轻和控制体重的膳食安排和特殊营养素补充。
, 百拇医药 3. 2. 1 增加肌肉体积和收缩力的营养强力剂
肌肉体积的增大和肌力的增长需要两个条件,即: (1) 蛋白合成的原料; (2) 最佳蛋白合成的环境。营养强力剂还能提高肌肉收缩能力,达到增长肌力的目的。
(1) 高生物活性的优质蛋白质和氨基酸是蛋白合成的最佳原料,它们包括乳清蛋白、酪蛋白、卵白蛋白、大豆蛋白及这些蛋白的分离制剂和水解产物(含寡肽和游离氨基酸) 、谷氨酰胺、鸟氨酸和α- 酮戊二酸合剂(OKG) 、支链氨基酸、β- 羟基、β- 甲基丁酸盐(HMβ) 、牛磺酸等。这些高生物活性的优质蛋白质和氨基酸除了作为蛋白合成的原料以外,像谷氨酰胺、鸟氨酸和α- 酮戊二酸合剂(OKG) 、β- 羟基、β - 甲基丁酸盐( HMβ ) 等还具有促合成作用[82 - 85 ] 。
(2) 促进机体自身睾酮、生长激素、胰岛素和相关激素的分泌,创造肌肉合成的最佳激素环境的强力营养素,包括肌酸、精氨酸、鸟氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、铬、硼、维生素C、锌等。关于肌酸促合成的研究十分活跃,包括其分子学机理的探讨。人们还发现,肌酸增加肌肉对肌动蛋白和肌球蛋白的摄取,从而增强肌肉收缩力[86 ] 。
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3. 2. 2 促进能量代谢的营养补充
在竞技体育运动中,促进能量代谢效率和刺激能量生成的营养补剂,一直受到大家的青睐和关注,它们包括:
(1) 保证糖的种类、补充量和补充时间的科学性是促进训练后肌糖原恢复和后续训练课的高效能的重要因素[12 - 15 ] 。
(2) 肌酸进入肌肉同磷酸结合成磷酸肌酸,可快速提供肌肉收缩所需的能量。所以,肌酸的补充除促进肌肉的合成代谢以外,还可以为反复进行的运动训练及时提供充足的能量[86 ] 。
(3) 1 ,6 - 二磷酸果糖(FDP) 不但是细胞内供能物质,尤为重要的是它通过改善和增强糖无氧代谢的调节能力,加速糖酵解合成ATP ,提供能量[87 ] 。
3. 2. 3 加速训练后疲劳消除和体能恢复的营养强力剂系统补糖,使用能消除氧自由基和保护细胞膜的抗氧化剂和增强免疫能力的谷氨酰胺、维生素E、维生素C、胡萝卜素、番茄红素、硒和中药保健品等,都能有效地促进疲劳消除和体能恢复。
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近几年,关于运动后补糖的同时补充蛋白质和寡肽以减少肌肉蛋白降解、增进蛋白合成和肌肉恢复的研究取得进展,这些成果的应用成为加速训练后疲劳消除和体能恢复的一个重要手段。
3. 2. 4 减轻和控制体重的膳食安排和特殊营养素补充
竞技体育的不少项目中,运动员的体重已经成为影响比赛成绩的重要因素之一。这些运动项目大体可以分为两类:一类是举重、摔跤、拳击、柔道等有体重级别规定的项目,运动员为参加较低级别的比赛而减体重;另一类是体操、技巧、跳水、花样滑冰等技巧性很强的项目,他们减轻和控制自身体重,是为了取得生物力学上的优势,使动作的难度更高,完成得更轻松,姿态更优美。可以说减体重和控体重已成为上述运动项目训练和比赛计划的重要内容之一。单纯控体重的运动员应以缓慢的能量负平衡为主,减少的体成分应尽量是脂肪;对于比赛中有体重级别要求的运动员,应在平时采用控体重的方法,使体重保持在略高于目标体重的水平,赛前采用控食和发汗相结合的手段减去余下的体重。多数人不主张采用单纯急性脱水减重的办法,特别是限制水的摄入和利尿剂的使用对多种体能均有损害。我们的最新研究认为,通过膳食的个体化干预同时配合使用减体重系列食品,如魔芋食品、复合电解质补充剂和复合能量冲剂等,可以减轻饥饿造成的心理压力和机体代谢的紊乱,同时在称重后快速为肌肉提供能源和复水合,从而保证运动员以最佳竞技状态进入比赛。
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4 运动员机体对运动训练的不适应及其相应的干预措施
训练的目的是提高运动能力,这就要求运动员在超生理极限的强度下训练。超负荷的运动量将带来疲劳并打破运动员的机体内环境原有的平衡。当运动员通过综合的恢复手段从疲劳中恢复后,就会形成机能的超代偿。如果疲劳得不到消除,并发生积累,就可能带来一些与代谢失衡伴随发生的医学问题。这些医学问题可能涉及以下几个方面: (1) 中枢神经系统疲劳; (2) 内分泌功能抑制; (3) 免疫机能下降; (4) 造血系统功能抑制; (5) 机体抗过氧化能力下降等。运动员在训练中出现以上医学问题是一个逐步加重的过程,最初并无明显的临床表现。一旦出现临床病象,就难以恢复到正常的训练状态。因此,训练期中定期的生化监控就显得非常重要。目前采用的各种检测指标中,生化指标最能灵敏地反映运动员各方面的代谢和机能状态。只要某生化指标发生了改变,就可以初步判定机体内相应的那一个系统出现了问题。根据这一判断,我们即可对症下药,给运动员开出有针对性的运动营养品和保健品处方,从而促进运动员的机体尽快回到正常状态,保证训练计划的顺利实施和训练效果的提高。
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4. 1 中枢神经系统疲劳的防治
从理论上讲,人体的中枢疲劳可能有两方面原因:其一是运动中作为能源的糖的供给不足;其二是涉及多种神经递质代谢紊乱。如果运动员在运动训练过程中注意了糖的补充,就可消除第一种原因造成的中枢疲劳。摄入一些支链氨基酸或富含支链氨基酸的食品,如乳清蛋白(富含亮氨酸) ,可以防止中枢疲劳的发生。
4. 2 内分泌功能的激活
长期大运动量训练中出现的低血清睾酮是较为头痛的问题,它会伴随产生竞争意识下降、兴奋性差、训练后体力恢复慢等问题。其发生机理是:训练刺激对下丘脑- 垂体- 性腺轴的抑制导致低睾酮,从而造成运动中和运动后恢复期的肌肉蛋白质降解增强,合成能力降低。经过大量测试,我们认为中国男、女运动员血清总睾酮的理想值应在558 和37ng/dl 以上[52 ] 。也有不少研究用睾酮与皮质醇的比值作为衡量指标。当运动员睾酮值低下时,切忌使用合成类固醇。合成类固醇的使用有可能改变训练的不良状况,但也会进一步抑制内源性睾酮分泌,造成药物依赖。同时合成类固醇也是国际奥委会禁用的药物。采用中药补剂调理运动员的内分泌功能,提高血睾酮水平,可以取得良好的效果。
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4. 3 免疫功能失调的预防和治疗
运动员,尤其是优秀运动员在大强度训练或比赛期间,可能发生细胞免疫、体液免疫和非特异免疫机能抑制,从而使机体对病原微生物的易感性增高或所患感染性疾病症状加重。血液检测主要表现为: (1) 辅助/ 诱导T 细胞亚群(CD4) 比例下降,细胞毒/ 抑制T 细胞亚群(CD8) 比例增高, 从而导致CD4/ CD8 比值下降; (2) 血清免疫球蛋白IgG、IgA、IgM和唾液IgA 降低; (3) 血清谷氨酰胺浓度降低。谷氨酰胺是很好的免疫增强剂,因为它是多种免疫细胞复制的原料[101 ,102] 。某些中成药也是很好的免疫调节剂,只要使用得及时和对症,可以有明显的效果。
4. 4 运动员低血色素和贫血的预防和治疗
运动训练过程中确实存在着与运动训练有关的血红蛋白下降问题,它是影响运动员运动能力和运动成绩提高的一个重要因素。然而运动性贫血和运动性血色素下降的机理仍然是运动医学界甚为关注、却尚未完全解决的一个难题。经大量测试,我们将我国运动员血红蛋白的理想值定为男运动员高于150g/ L ,女运动员高于130g/ L[52 ] 。当运动员的血红蛋白低于这一数值或出现铁储存下降时,需要采取综合的营养学措施。这些措施包括: (1) 补充促进红细胞生成的中药生血剂和铁剂; (2) 补充减少氧化应激,抗红细胞老化,维持红细胞寿命的抗氧化剂和红细胞保护剂,如1 ,6 - 二磷酸果糖等] 。
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4. 5 清除机体内的过量自由基,促进运动后疲劳的及时消除
激烈的体力活动时,氧耗增加达休息时的10～15 倍。这一氧耗的增加可引起自由基产生的增加高达2～3 倍。过量的自由基将造成肌肉和红细胞膜的脂质过氧化损伤,致使肌肉疲劳的过早发生和体能难以恢复,并加速红细胞的老化和溶解。丙二醛(MDA) 可用以间接评估机体的过氧化损伤的程度,超氧化物歧化酶(SOD) 、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH - Px) 等是人体酶类抗氧化物质,对它们的测定可以评估机体的抗氧化能力。水果和蔬菜是富含抗氧化物质的食物。维生素C、维生素E、β胡萝卜素和微量元素硒及绞股兰皂甙、灵芝多糖和番茄红素等保健品均具有一定的清除体内自由基的功效[107 - 110 ] 。
随着竞技体育和全民健身运动的不断发展,运动营养生物化学工作日益受到广泛的重视。随现代科学技术的渗入,运动营养生化的研究和应用将进入一个高速发展的新时期。, http://www.100md.com(csq1998)