膳食脂肪与运动表现
一些临床试验的案例表明,脂肪会对运动员和久坐不动的健康人或病人产生不同的影响。例如,体育锻炼可以积极地改变体内脂肪酸的组分比例(Andersson et al.,2000;Helge et al.,2001)。
这种非饮食性的、更高比例的omega-3的有益转变在不运动的人身上无法得以体现。另外,经常食用低脂肪饮食的运动员可以有效改变脂肪酸的组分比例(Raatz et al.,2001)。导致这种情况的部分原因是体内较少的omega-6的脂肪酸(进而较少的竞争)。许多运动员并没有意识到他们只需通过降低整体膳食脂肪的摄入,就可以降低体内omega-6的组分比例,并把它们转化为omega-3组织。
然而,极端的饮食很有可能成为问题。举个例子,一些研究人员建议低脂、高纤维的饮食方式,但这种饮食方式带来的所谓的“好处”会导致运动员不希望看到的某些变化。比如,这种摄入量造成的睾酮浓度的降低(Dorgan et al.,1996;Hamalainen et al.,1983;Reed et al.,1987)可能有利于一个患有雄激素依赖性的病患减少得前列腺癌的风险,但却不利于一名需要额外10%~15%的循环睾酮的运动员。大多数运动员都了解睾酮对于运动恢复和肌肉增长的重要性。
另一个流行但有时又显得极端的饮食建议就是减少能量的摄入,这对于运动员来说很可能也是一个问题。通常,在训练过程中需要大量的能量消耗,而要想增加瘦体重也需要热量,在这些时候,过度限制能量摄入对运动员并无半点益处。总而言之,当饮食中的脂肪含量占总能量摄入的20%~40%时,力量运动表现不会受到影响。
脂肪作为运动燃料
对运动员来说,膳食脂肪的长期效应并不是唯一考虑的因素,还需关注脂肪在运动中的重要性。当膳食脂肪作为运动中的能量来源时,有两个重要的现象:其一是“代谢的交叉效应”(见表4.2),其二是“持续时间效应”或“脂肪转移”(见表4.3)。所谓交叉效应是指,在机体处于休息和低强度时以脂肪氧化为主,随着运动强度的增加,高强度时供能物质变为以碳水化合物为主。也就是说,脂肪燃烧比例(通过呼吸交换率来测量)与运动强度(通过心率或心肺功能来测量)成反比(Brooks,1997;Klein et al.,1994;Sidossis et al., 1997)。生化代谢和能量的即时需求是造成这种交叉效应的直接原因。即使是训练有素的有氧耐力运动员(他们氧化脂肪的能力更强),也同样存在代谢交叉效应。尽管他们在高强度运动时达到交叉点所对应的运动强度比普通人群更高,其代谢也会转移到以碳水化合物供能为主。
但是,持续时间效应却是一种相反的关系,即运动持续时间与脂肪使用呈正比(Lowery,2004)。长时间的低强度运动(超过30分钟),能量代谢的来源物质会逐渐由以碳水化合物为主转向以脂肪为主。测量血液中的甘油水平可以证明人体对脂肪的依赖性。如前所述,甘油三酯分子由甘油和三个脂肪酸分子组成。假如脂肪即将作为一种运动燃料,那么甘油三酯分子需要被分解成(化学家把这种反应称作水解)一个游离的甘油分子和三个游离的脂肪酸。之所以称甘油和脂肪酸为“游离”,是因为它们没有像组成甘油三酯分子一样,通过化学键结合在一起。随着运动持续时间的延长,相应的血液中的甘油含量增加(见表4.3),这表明甘油三酯分解,脂肪酸被用作低强度运动中的燃料。
*低强度运动可以持续很长时间(几个小时),中等强度运动要少一些(可能1~4小时),而高强度运动只需几分钟。
**呼吸交换率(RER)用于评估代谢(产生的CO2/每分钟消耗的O2),通常与呼吸商(RQ)交替使用。从技术上来讲,RQ是一个细胞呼吸术语。RER用来验证表格中最右列的生化过程。
***注意:根据RER测量,棕榈酸酯燃烧产生的CO2/消耗的氧气为16 / 23 = 0.70,而高强度运动代谢葡萄糖则为6 / 6 = 1.00。
†血清甘油浓度(脂肪分解和动员)经过长时间的禁食(即使在休息的时候)较高,低到中等强度的长时间运动也是如此。一般来说,运动期间更大的脂肪动员与更大的脂肪氧化有关。
关于运动减肥,有两点值得重申。第一,并不是所有身体脂肪都储存在脂肪细胞内,还有大约300克以甘油三酯的形式存储在肌肉内。研究表明,这些需要借助于代谢测定方法才能观察到的肌内脂滴是脂肪氧化的一部分。第二,交叉效应和持续时间效应并非表明减少身体脂肪只有当禁食、低到中等强度长时间运动的时候才会发生。事实上,重复性的高强度运动可以刺激线粒体的生物作用,并提高运动员在一整天中的脂肪利用。此外,高强度训练会减少糖原存储,这些被消耗的糖原随后会被摄入的碳水化合物所填充;这些被摄入的碳水化合物如果不用于填充被消耗的碳水化合物,则有可能被转换成脂肪储存在体内(这就是许多力量型运动员精瘦的关键原因)。至于运动强度和持续时间的选择,则部分取决于运动员有氧能力的状况,以及休息和预防过度训练(交感神经型)的需求。
脂肪填充
为了提高训练的适应性效果,运动员也在积极寻求膳食脂肪的策略。这些策略包括饮食手段和膳食补剂两种形式。饮食手段的核心要点是摄入更多的脂肪甚至“脂肪填充”,从而增加肌肉中存储的甘油三酯的浓度,并增强“脂肪燃烧”酶的活性。提高大约300克的肌内甘油三酯对能量供应会产生有利的一面。观察肌细胞可以发现,肌内甘油三酯毗邻线粒体,在有氧耐力运动有能量需求时,更容易动用这些燃料库。还有一项事实表明,与不运动的人群相比,有氧耐力运动员具有更强的存储这些肌内脂肪的能力(van Loon et al., 2004)。有趣的是,细胞内的脂肪堆积是造成糖尿病的一部分原因,但对于运动员并没有危害。然而,多吃膳食脂肪并不是简单地为了增加肌内“燃料箱”。通过适应高脂肪的饮食,运动员在使用存储的脂肪上变得得心应手(Fleming et al.,2003;Zderic et al.,2004)。因此,其中的一个策略就是,设计一种赛前饮食方案,以便在1~2个星期内增加脂质的存储和提高酶的活性(脂肪氧化)。
遗憾的是,脂肪填充研究的主要发现似乎是主观疲劳等级(RPE)的增加(而不是减少),以及整体运动表现的下降。尽管已有一些研究表明脂肪填充可以延长运动至力竭的时间(好的效果),但是运动员疲劳等级的上升和对有氧运动能力提升的无效(Fleming et al. , 2003;Hargreaves Hawley and Jeukendrup , 2004;Stepto,2002)还是使很多研究人员和教练抛弃或修改了先前的脂肪填充策略。在大多数运动项目中,单纯地获得更多的肌内脂肪甚至强化脂肪氧化作用并不等同于能取得更好的成绩。这促使研究人员尝试在运动前与运动中充分消耗碳水化合物之后实施脂肪负荷方案。尽管研究显示,这些方案的实施在燃料代谢中有了一些有利的变化,但对于实际运动能力的效果仍不明确。
运动员的脂肪补充
尽管在西方食品供应中相对少见,但特殊脂肪补剂却令人颇感兴趣,这是由两个生物学现象导致的。首先,一个值得注意的现象是细胞膜通常会合并新摄取的脂肪。比如,相对大量的EPA和DHA可以置换细胞膜内更容易引起炎症的花生四烯酸(全顺式,n-6,20︰4),改变细胞前列腺素级联反应(Boudreau et al.,1991)。用一个水气球来比喻一个细胞,这意味着从“水”气球到“橡胶”气球,不仅材质发生了变化,碳水化合物的摄入也相应有了改变。此外,细胞膜可以长时间地保持发生的变化。一些以鱼油为研究题材的报告显示,这种变化可以持续10~18周(Endres et al.,1989;Kremer et al.,1987)。其次,当使用不常见的脂肪作为燃料的时候,细胞内的成分和代谢过程就会发生改变。例如,中链三酰甘油补剂(通过脂肪酸链长而不是饱和度来区分)在细胞内更容易被吸收和燃烧(氧化)。这在下一节会有详细描述。
鱼油
也许最普遍的一种特殊的脂质补剂当属鱼油。这些鱼油同时提供EPA和DHA,并且可以占到胶囊内容物(凝胶)的50%。EPA通常占主要地位。一些浓缩产品,有时也被称为强力鱼油,含有更多的活性成分的EPA和DHA;或者也可能改变二者的比例,含有更多或更少的DHA。这就是鱼油爱好者们为什么总是特别关注并计算EPA和DHA的总剂量,而并非简单地只注意鱼油中蕴含的总克剂量的原因。另一方面,高脂肪的食物有时也为人类提供了一些混合式的脂肪酸,但倾向于以一种脂肪酸为主。
通常,关于运动补剂所声称的多种益处或功效,皆为故意夸大或蓄意误导。但是摄入EPA-DHA补充剂所带来的诸多效果都是有据可循的,因此它们广受欢迎。事实上,omega-3脂肪的摄入量在多数西方国家中过低,处于一种相对缺乏或失衡的状态。这种相对缺乏造成了前面章节提到的各种生理影响。例如,阿切尔(Archer)和他的同事(1998)报道,在美国,尤其是中西部地区,人们食用富含脂肪的鱼类过少,而这种鱼类对心肌具有保护作用。这让食品增补变得备受关注。另一方面,这使鱼油补剂变得有趣起来,这种补剂与海鲜相比(Lowery,2004)较少受到重金属的污染(汞)。美国心脏协会(American Heart Association,AHA)也建议,特定人群进行选择性补充膳食补剂是必要的(Breslow,2006)。作为一种通则,营养学家认识到,纠正摄入不足的问题比摄入过量的额外营养补剂,效果更可靠,作用更积极。
由于缺乏对特定人群的研究,EPA和DHA能给运动员带来何种好处目前还不明朗。当然,也有针对健康人群和运动损伤人群的研究存在。洛厄里(Lowery,2004)的研究表示,omega-3脂肪酸带来的抗炎和抗抑郁(情绪调节)的效果很有可能使训练刻苦或训练过度的运动员受益。辛默珀罗斯(Simopoulos,2007)在后期的研究中也得出结论,抗炎作用能使运动员获益,建议每天服用EPA 和 DHA共1~2克。
肌腱炎、滑囊炎、骨关节炎甚至训练过度综合征(如抑郁),都是运动员常见的疾病,这些疾病很有可能通过补充omega-3脂肪酸而得到改善。omega-3脂肪酸还可以对软骨破坏起到保护作用,例如关节炎(Curtis et al.,2000),从而延长运动员的职业生涯,预防骨质疏松(Fernandes et al., 2003)。但是,更多针对运动的研究尚未开展。也有报道称omega-3脂肪酸对运动性支气管狭窄有益(Mickleborough et al.,2003)。此外,新兴研究显示,omega-3脂肪可能对于减少体内脂肪起到关键作用。人们对肥胖症,尤其是内脏型肥胖的炎症性质[如细胞激素(Bastard et al.,2006)]和鱼油的抗炎特征的认识为这类研究提供了良好的理论基础。然而,该研究目前尚处于早期阶段,现有证据还不足以给出基于体成分的推荐量建议。最后,关于omega-3脂肪与肌肉运动后恢复和肌肉酸痛之间关系的研究结果是不一致的,其原因可能与不同的年龄段以及补充剂量有关。
共轭亚油酸
下一个受运动员欢迎的脂肪酸补剂也许是共轭亚油酸(CLA)。
事实上,共轭亚油酸是一组位置异构体。自2001年第一次CLA国际会议以来,研究人员发现,与动物(如老鼠)相比,人类是弱应答群体。从某种意义上说,这非常不幸,因为它在动物身上表现出了戏剧性的抗分解作用和降低身体脂肪的特性(Pariza et al.,2001;Park et al.,1997)。第二代动物实验研究表明,异构体顺-9、反-11(促进增长)与异构体反-10、顺-12(抑制脂肪生长、分解脂肪,或者两者皆有)皆和个体素质息息相关(Pariza et al.,2001)。但是,关于共轭亚油酸对人类尤其是运动员是否具有益处,还未形成一致认识。人类研究相对无效的原因可能是摄入剂量(通常人类研究中为每天3克,而在动物研究中则占到食品质量或总热量的0.5%~1.0%)、研究方法、研究时长,以及物种的差异等。与人类相比,啮齿动物的生长曲线和代谢更快,这可能是导致这种现象的干扰因子。
➤ 异构体——具有相同的分子式但原子键合的性质和顺序不同的化合物。
据报道,女性每天从奶制品和肉类中摄取的CLA为151毫克,而男性则为212毫克,它们几乎都是顺-9、反-11 类型(Terpstra,2004)。针对人类的有限研究显示,这类补剂可以增加肌肉力量或瘦体重,或者两者同时增长(Lowery,1999;Terpstra,2004),而其他数据则表明身体脂肪少量减少(Williams,2005)。然而,在针对人类的研究中,个体的力量和体成分方案尚未标准化,因此还不能证实CLA的明显益处。自从基于体成分的少量阳性结果发表以来,人们开始关注CLA对胰岛素敏感性和脂肪肝的影响(Ahrén et al.,2009;Wang and Jones,2004),以及其对动物和人体重与脂肪减少的不利影响(Wang and Jones,2004)。相比于动物研究,针对人类的研究过少,这一现状仍在持续。尽管有一项Meta分析显示,CLA减少脂肪的效应适中且变化幅度为12周内导致人体脂肪缓慢减少近1千克(Whigham et al., 2007),但目前CLA同分异构体似乎并不像其他脂肪酸补剂一样对人类有效。
中链脂肪酸
如前所述,脂肪酸在运动营养方面具有的另一个重要意义是脂肪酸的链长。短链、中链与长链脂肪酸分别发挥不同的生理效应。比如,尽管对于EPA和DHA在“碳碳双键位置”章节已有描述,但它们的链长也不容忽视。它们比较为常见的脂肪酸更长,因此通过它们的碳链长度而不是简单地以是否存在omega-3双键来区分。中链脂肪酸癸酸(10个碳原子,见图4.2)和月桂酸(12个碳原子)通常来自椰子油和棕榈仁油,它们的碳链长度只有EPA和DHA一半。相对较短的脂肪酸链长使中链甘油三酯(MCT)在体内表现得非常不同。
与常见的16个和18个碳原子的脂肪相比,MCT水溶性足以被直接吸收到血液中,而不再需要淋巴管(见图4.1)。一旦进入血液并到达组织如肝脏或骨骼肌,MCT也可以直接被细胞的线粒体所吸收,无须肉碱转移酶的帮助。因此,在20世纪80年代科学界对此产生了极大的兴趣,并考虑将MCT作为运动的即时能量来源。遗憾的是,研究表明,运动前使用25~30克MCT和碳水化合物对于在运动中改善运动能力或节省糖原无任何益处(Horowitz et al.,2000;Vistisen et al.,2003;Zderic et al.,2004)。之后人们推测,可能需要更大的剂量来产生益处,但这又导致许多受试者产生胃肠道的不适感。后来人们又进行了MCT为71~85克的大剂量研究,但是诸如痉挛和腹泻的症状再次成为问题(Calabrese et al.,1999;Jeukendrup et al., 1998)。
然而,过于关注MCT在运动能力提升方面的效果,可能会让人们忽视它对运动员其他潜在的好处。MCT在运动营养,包括体重增加和身体重建方面的商业价值很可能是未来MCT的一个新的研究方向。中链甘油三酯是一种热量来源,与长链甘油三酯相比,它能增加生热作用(Aoyama et al.,2007)。因为MCT能快速地传输到肝脏(脂肪酸的氧化和酮的形成),所以它几乎不可能存储为体内脂肪。事实上,一项新的研究表明,摄入一段时间的MCT,能减少身体脂肪(Aoyama et al.,2007)。研究人员解释说,额外的脂肪和热量普遍能使营养不良的运动员获益(Horvath et al.,2000;Lowery,2004;Venkatraman et al.,2000),MCT或相似的营养物质可能是提供给他们的有益方式。
结构化甘油三酯
中链脂肪酸再次成为焦点,一部分原因是结构化甘油三酯研究的更新(实际上正在进行)。结构化甘油三酯是一种由特殊的甘油三酯分子通过化学过程酯化而成。在这个过程中,特定选择的脂肪酸被放置到一个甘油主链上。早期研究表明,体内脂肪的减少和肠道疾病的少 发 是 由 于 含 有 混 合 的 中 链 和 长 链 脂 肪 酸 的 结 构 化 甘 油 三 酯(Aoyama et al.,2007;Takeuchi et al.,2008)。此外,中间或sn-2位置上带有目标脂肪酸的结构化三酰甘油,能更好地把该脂肪酸送入身体。与临床中简单的物理混合型的各种脂肪相比,结构化甘油三酯能增加氮潴留和减少肝脏的压力(Lindgren et al.,2001;Piper,2008)。但是,某些障碍(如技术或成本的原因)限制了结构化甘油三酯在运动营养学中的广泛应用。
除了结构化甘油三酯(也称为结构化三酰甘油)以外,全脂肪分子的另一个主要调整是甘油二酯。1999年,这些分子以食用油的形式相继在日本和美国出现(Flickinger and Matsuo,2003)。甘油二酯是甘油三酯上的甘油主链在中间位置(sn-2)的脂肪酸被移除所形成的。当它们替代典型的油时,这些油更容易被氧化(而并不储存在体内)(Flickinger and Matsuo,2003)。该机制与消化期间缺乏2-单酰基甘油有关,这种机制会影响吸收和代谢。
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