运动营养生物化学研究进展

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1、?研究进展? 运动营养生物化学研究进展 通讯作者: 杨则宜, Email: zeyiyangpublic3, bta. net. cn? ? 杨则宜 国家体育总局运动医学研究所( 北京 100029) 摘要? 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。本文从人体营养素代谢、 需要量及其与运动能力的 关系; 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; 合理膳食营养和营养学强力手段 在训练和比赛中的应用和运动员机体对运动训练的不适应及其相应的干预措施等四个方面阐述了 国内外的研究进展, 并提出了有待进一步探讨的

2、问题。 ? ? 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

3、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。 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,

4、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% 2 。 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

5、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、 ? 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 。 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

6、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 ? ?158? ?中国运动医学杂志 2004 年 3 月第23卷第 2 期 Chin J Sports Med, March 2004, Vol. 23, No. 2 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

7、, 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、 18。也 有人提出不一致的观点 19。 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

8、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。Lemon24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

9、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。 ( 2) 摄入不同蛋白质时, 因为其消化特性不同, 所引起的血液

10、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

11、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 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

12、。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

13、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。 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 中国运动医学杂志 2004 年 3月第 23 卷第 2期 Chin J Sports Med,March 2004, Vol. 23, No. 2?159? ? 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

14、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

15、养状况等56- 58。 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-

16、 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