营养补充时机和有氧耐力表现
为了维持生命,人体主要燃烧三种化合物(碳水化合物、脂肪和蛋白质)以产生驱动一系列化学反应所需的能量。碳水化合物是首选的燃料来源,但不幸的是,肌肉和肝脏中的碳水化合物供应有限(Coyle et al.,1986)。在长时间中高等强度运动(65%~85%最大摄氧量)期间,体内的碳水化合物储存耗尽(Hawley et al.,1997;Tarnopolsky et al.,2005),并导致运动强度降低(科伊尔等,1986)、肌肉组织分解(Saunders et al.,2004)和免疫系统功能的减弱(American College of Sports Medicine,American Dietetic Association and Dietitians of Canada , 2000;Gleeson et al., 2004)。
➤ 最大摄氧量——单位时间内身体可以利用的最大氧气量。较高的最大摄氧量,与较高的体适能水平和训练水平相关。
在安静时,经过训练的运动员的肌糖原水平足以进行60~90分钟的运动(Dennis et al.,1997)。假设没有严重的肌肉损伤,每天摄取8~10克 /千克体重的碳水化合物,并进行充分的休息,可以维持这种肌糖原水平。我们推荐每日摄入的能量中含有55%~65%的碳水化合物,这有助于维持肌糖原水平。当然,这一推荐量的前提是运动员可以根据体型和体力活动水平摄入足够的热量。对于经常在饮食中摄入推荐剂量的碳水化合物的运动员而言,在比赛前休息1~2天(或降低运动量和运动强度)就可以最大限度地恢复肌糖原。不幸的是,许多运动员并没有摄入足够的碳水化合物(Burke,2001)。因此,我们研究了一些营养策略,来帮助运动员快速使体内肌糖原水平达到最高。
➤ 肌糖原——完全存储于骨骼肌中的碳水化合物。肌糖原含量为250~300克,因肌肉体积不同而不同。在运动或压力期间,人体肌糖原先于肝糖原出现耗竭。
碳水化合物填充
碳水化合物填充是指在导致糖原储备耗尽的长时间运动之前,运动员所采取的促进内源性肌糖原达到饱和的措施。在传统的碳水化合物填充研究中,让未经训练的受试者在3~4天的时间内,摄取低碳水化合物的食物,并完成大量运动训练来耗尽糖原储备(Bergstrom and Hultman,1966)。之后,运动员在3~4天内进行高糖饮食(>70%或8~10克/千克体重/天的碳水化合物),并减少运动量,以促进肌糖原的超量恢复。早期研究证明,这种方法可以显著延长运动员特定速度下的持续时间(Karlsson and Saltin,1971)。
对经过良好训练的田径运动员(Sherman et al.,1983,1981)的一系列研究表明,≥3天持续减少运动量,并同时进行高糖饮食(65%~70%碳水化合物)可以提高肌糖原水平。人们普遍认为这是提高肌糖原的一个实用的方法。8位经过训练的田径运动员连续3天进行高糖饮食(10克/千克体重),同时完全停止运动,他们的肌糖原储备达到了最大(Bussau et al.,2002)。另外,受试者连续3天摄入特定含量的碳水化合物,之后以82%最大摄氧量的强度完成45分钟的自行车骑行。与低碳水化合物饮食相比(1.4克/千克体重/天或每天100克碳水化合物),高碳水化合物饮食(8.1克/千克体重/天或每天600克碳水化合物)显著提高了运动前糖原存储量。
剂量-反应效应可以解释当糖原没有耗尽时,人体需要摄入多少碳水化合物来提高肌糖原的存储量。例如,与每天摄入8克/千克体重碳水化合物相比,连续3天每天摄入10克/千克体重的碳水化合物,肌糖原存储量显著提高。目前,该效应还需进一步研究。因为早期有关碳水化合物填充的研究表明,较高的糖原水平是在糖原耗尽和长时间摄入高碳水化合物共同作用下获得的(Bergstrom et al.,1967)。
有氧耐力运动前的营养摄入
有氧耐力运动或者比赛前的几个小时是非常重要的,因为运动员在这期间可以采取许多措施以确保获取最佳剂量的碳水化合物和其他能源物质。这个时期分为两个阶段:(a)运动前的2~4小时和(b)
运动前的30~60分钟(Dennis、Noakes and Hawley,1997;Kerksick et al.,2008)。总的来说,研究表明,在运动前只摄入碳水化合物尽管对运动表现的影响并不明显,但可以提高肌糖原的水平和 更 好 地 维 持 ( 正 常 ) 血 糖 ( Coyle et al. , 1985;Dennis 、Noakes and Hawley,1997;Earnest et al.,2004;Febbraio et al.,2000b;Febbraio and Stewart,1996)。为了优化碳水化合物的利用,运动前的饮食应以高碳水化合物的食物或液体为主。
当运动员恢复得不好时(例如,低碳水化合物饮食,不能休息或不能减少训练量,或两者都有),这种做法变得尤为重要。在这种情况下或者当运动员整夜未进食(即睡眠)时,在运动前4小时摄入高碳水化合 物 饮 食 可 以 显 著 增 加 肌 糖 原 和 肝 糖 原 水 平 ( Coyle et al. ,1985)。见图9.1。
➤ 血糖——血液中的糖或葡萄糖的含量。假设人体有5升血液,葡萄糖含量为4~10克。
➤ 正常血糖——血糖水平在正常范围;通常认为正常血糖值是80~100毫克/分升(4.4~5.5毫摩尔/ 升)。毫摩尔葡萄糖单位/千克200 180* 160 140 120 100 80 60 40 20 0运动前禁食运动前进食* 运动后 运动前后图9.1 运动前进食对肌糖原水平的影响。运动前摄入高碳水化合物的饮食可以显著增加运动前的肌糖原水平,并且降低这些糖原储备在运动后耗尽的程度。这项研究首次提供了运动前进食会影响糖原状态的文献性证据。关注运动或比赛前如何补充碳水化合物,以及如何选择补充时机,是为了更好地维持运动或比赛期间的糖原水平* =与禁食相比差异显著。
[数据来源说明:Data from coyle et al.1985.]
➤ 肝糖原——只存储于肝脏中的碳水化合物。肝糖原含量为80~100克,因肝脏体积而不同。在运动或压力期间,肝糖原是人体最后参与供能的一类碳水化合物。
同样,相比于没有补充碳水化合物,运动前4小时补充大量碳水化合物(大约300克)能够显著缩短完成一组自行车运动的时间(Sherman et al., 1989)。其他研究也证实了这一结果,与在运动前不补充碳水化合物相比,在运动前3~4小时摄入富含碳水化合物的饮食(200~300克)可以提高有氧耐力或做功能力(Neufer et al.,1987;Wright et al.,1991)。基于这个原因,我们推荐有氧耐力运动员在运动前几小时通过加餐来补充1~4克/千克体重的碳水化合物(Tarnopolsky et al.,2005)。
如果运动是在早上进行,那么运动前2~4小时摄取富含碳水化合物的膳食是非常重要的。睡眠期间类似于禁食期,通常会导致肝糖原储备的减少,一旦运动开始就影响碳水化合物的可用性。但是,在实际操作过程中,运动前4小时(或甚至2小时)补充营养物质可能受到练习、训练课或比赛的开始时间的限制。早上的起床时间可能会让人们很难抉择,是提前起床补充能源物质,还是晚点起床以多睡1~2小时。在这种情况下,重要的是运动员不会为了给身体提供更多能量而吃得太多(消化时间较短),从而导致胃肠道不适。在这种情况下,运动员需要更加努力地避免可用碳水化合物的缺乏,摄入足够的碳水化合物以便在运动的第1个小时内获得最佳的碳水化合物水平。虽然许多食物都可以提供碳水化合物,但是运动员需要在训练期间进行尝试以便找出不会引起胃肠道不适的食物。
虽然人们已经接受在运动前摄入碳水化合物的必要性,但是关于哪些碳水化合物可以对代谢反应和随后的运动表现产生积极或消极影响,仍然存在很多争议和错误。摄入碳水化合物会增加胰岛素水平。
胰岛素可以促进身体细胞对葡萄糖的吸收并降低血液中葡萄糖的浓度。此外,与禁食状态相比,提高胰岛素水平可以减少脂肪组织分解并增加碳水化合物的氧化速率。这种生理反应导致低血糖(<3.5毫摩尔/升)、运动强度降低和疲劳感增加。
➤ 碳水化合物氧化——在特定时间内可以被分解或者使用的碳水化合物的量。
福斯特(Foster)及其同事(1979)首次发现运动前(<60分钟)摄入碳水化合物的降血糖反应。尽管文献对这种反应存在与否的报道并不一致(Hawley and Burke,1997),但是它仍然广为流传,并且是运动员和教练们关注的领域。摄入碳水化合物后的葡萄糖和胰岛素变化是非常短暂的。在运动期间,虽然开始会出现低血糖,但一些研究并未显示该反应对运动表现有负面影响。事实上,大多数研究认为,运动20~30分钟后,葡萄糖浓度恢复正常,对运动员没有不利影响。霍利(Hawley)等(1997)认为,在运动前60分钟内提供某种碳水化合物不仅对运动表现没有负面影响,甚至可能使运动表现提高7%~20%。
然而一些运动员在运动前摄入碳水化合物后确实会有不良反应。
至于为什么会发生这种反应还没有一致的解释。此外,人们也特别关注碳水化合物的血糖指数对葡萄糖、胰岛素动力学、糖原利用,以及随后的运动表现有何种程度的影响。据报道,人们最初偏向选择有较低血糖反应的碳水化合物类型(例如果糖),以避免低血糖反弹,并因此带来运动表现的提高。但是,研究并不支持这一理论。费布拉约等(Febbraio and Stewart,1996)认为,相比于低血糖反应的膳食或液体,运动前45分钟摄入高血糖膳食对135分钟自行车运动的肌糖原利用率和运动表现并无影响。
其他研究表明,改变运动前碳水化合物源的血糖指数对随后的运动 表 现 没 有 影 响 ( Earnest et al. , 2004;Febbraio et al. ,2000b)。进一步的研究表明,摄入果糖可能导致胃肠道不适,并对运动表现产生负面影响(Erickson et al.,1987)。因此,我们建议运动员避免在运动前和运动中将果糖作为主要的碳水化合物来源。
总之,运动员应进行高碳水化合物(8~10克/千克体重)的饮食,尤其是在比赛前几天。结合训练量减少的高碳水化合物饮食可以提高糖原储备。在运动前2-4小时补充碳水化合物(200~300克)有助于最大限度地提高糖原储备和运动表现。运动员应注意在运动前不要摄入过多食物,并限制果糖摄入量,因为过多的果糖摄入量可能导致胃肠道不适。
有氧耐力运动期间的营养摄入
因为有氧耐力运动员的能量需求更高,所以运动期间的营养考虑主要集中在有氧耐力运动方面。早期研究集中于通过补充碳水化合物来维持血糖水平和节省体内储存糖原的使用(Febbraio et al.,2000a;Koopman et al. , 2004;Nicholas et al. , 1995;Widrick et al.,1993)。最近的研究则关注在有氧耐力运动期间补充多种类型的碳水化合物,以及在其中加入不同剂量的氨基酸,以更好地促进恢复和预防/减缓肌肉损伤。
有氧耐力运动期间补充碳水化合物虽然一些研究表明,在运动前或运动期间摄入碳水化合物可能有不好的代谢反应(例如反应性低血糖)(Foster et al.,1979)。但是,绝大多数已发表的研究认为,补充碳水化合物可以提高(至少能够维持)运动表现(Febbraio et al.,2000a;McConell et al.,1999;Nicholas et al., 1995;Widrick et al.,1993)。运动中碳水化合物的代谢需求是相当高的。在运动前为肌肉提供碳水化合物可以减缓肌糖原分解(Erickson et al.,1987;Hargreaves et al.,1984)。但这一观点未得到一致认可,因为其他研究认为肌糖原分解速率不受碳水化合物供给量的影响(Coyle et al.,1985;Fielding et al.,1985)。运动期间身体(尤其是活动的肌肉)内的生物化学过程表明,此时摄入碳水化合物可能通过提供一种容易获得的葡萄糖供应来提高运动表现,同时节省了体内储存的肌糖原和肝糖原(Bosch et al.,1993;Coyle et al.,1986,1985)。
碳水化合物氧化率 不管碳水化合物是来自血糖、肝糖原还是肌糖原,碳水化合物氧化率都是一个重要的考虑因素。人们普遍认为,不管是何种碳水化合物来源(除果糖以外的高血糖指数或低血糖指数),长时间中等强度运动期间碳水化合物氧化的最大速率为1克/分钟(60克/小时)(Jeukendrup et al.,2005)。碳水化合物氧化率是指在特定时间段内可以分解或利用的碳水化合物的量。进食计划的改变似乎对碳水化合物的氧化速率没有影响。这使得一些人认为,碳水化合物在消化系统中的吸收速率以及随后进入血液中的速率是一个限制因素(Hawley et al.,1994)。
尽管已经确定碳水化合物的氧化峰值速率,但由阿斯克·朱肯德鲁(Asker Jeukendrup)领导的研究小组对混合碳水化合物进行了研究,试图提高碳水化合物的峰值氧化速率(Jentjens et al.,2004,2005;Jeukendrup and Venables , 2004;Jeukendrup and Jentjens,2000)。不同类型的碳水化合物具有不同的转运机制。因此补充多种碳水化合物可以增加血液中的碳水化合物含量,从而使更多碳水化合物氧化并提供能量。例如,研究人员发现,在中等强度运动期间补充葡萄糖和蔗糖混合物可提高21%的碳水化合物氧化速度(1.2克/分钟)(Jentjens et al.,2005)。类似地,麦芽糖糊精和果糖混合物使碳水化合物的峰值氧化速率达到1.5克/分钟,这比在长时间自行车运动(60%~65%最大摄氧量)期间单独补充麦芽糖糊精的峰值氧化速率高40%(Wallis et al.,2005)。
事实上,该研究小组的研究结果显示,当使用碳水化合物混合物时,碳水化合物的氧化速率为1.2~1.75克/分钟(Jentjens et al.,2004,2005)。最近,该研究组报道,受试者在摄入葡萄糖和果糖混合物后,以55%最大摄氧量的强度运动120分钟,计时赛成绩提高了8%(Currell and Jeukendrup, 2008)。在运动期间,摄入碳水化合物混合物对有氧耐力运动员有帮助,特别是当在运动前几个小时内没有食用富含碳水化合物饮食的时候,运动员需要尽可能弥补碳水化合物获取的不足来为运动肌提供能量。
碳水化合物摄入的频率和时间 其他研究集中在改变运动期间碳水化合物补充的频率或时间,以确定是否提升代谢适应性或运动表现( Fielding et al. , 1985;McConell et al. , 1999 ) 。 菲 尔 丁(Fielding)等(1985)认为,与一次补充大量碳水化合物(21克/小时)相比,在4小时的骑行中更频繁地摄入碳水化合物(每30分钟摄入10.75克)可以更好地维持血糖水平,但是这种差异不影响运动期间使用的肌糖原量。另一项研究发现,在持续4小时的计时赛中,频繁地摄取碳水化合物显著提高了运动成绩。4小时的运动时长比大多数训练或比赛时间都长,除了半铁人/铁人三项、超耐力比赛或马拉松比赛以外。补充碳水化合物可以在长时间比赛中继续提供足够的血糖来提高运动表现。这个发现有利于运动员在运动期间增加碳水化合物摄入量。在任何情况下,碳水化合物摄入的频率或剂量似乎不影响糖原变化(Fielding et al., 1985),但可能影响长时间运动后的运动表现。
麦克康那尔(McConell)及其同事(1999)研究了运动期间补充碳水化合物的影响。经过有氧耐力训练过的男性运动员参加两次自行车计时赛。受试者在运动前和运动期间每15分钟摄入250毫升含有8%碳水化合物的液体,或人工制造的香甜的安慰剂。与安慰剂组受试者相比,在整个实验期间补充碳水化合物的自行车运动员的力竭时间延长了30%(47分钟)。
费布拉约(Febbraio)及其同事(2000a)也证明了在运动中摄入碳水化合物的益处。在这项研究中,受试者分为以下4组,并以63%最大摄氧量完成120分钟的自行车运动:
1.运动前30分钟和运动期间补充非碳水化合物安慰剂。
2.运动前30分钟补充非碳水化合物安慰剂,运动期间补充2克/千克体重含有6.4%碳水化合物的溶液。
3.运动前补充2克/千克体重含有25.7%碳水化合物的溶液,运动期间补充非碳水化合物安慰剂。
4.运动前补充2克/千克体重含有25.7%碳水化合物的溶液,运动期间补充2克/千克体重含有6.4%碳水化合物的溶液。
只有当在运动期间提供碳水化合物时,整个运动期间血糖氧化速率和计时赛中的运动表现才有提高。因此作者认为,只有在整个运动期间持续补充碳水化合物,运动前补充的碳水化合物才能提高运动表现;并且无论运动前是否补充碳水化合物,在120分钟的自行车运动期间补充碳水化合物都可以提高计时赛成绩(Febbraio et al.,2000a)。见图9.2。
初始糖原水平的影响 费布拉约(Febbraio)等(2000a)的研究和麦克康那尔(McConell)及其同事(1999)的研究都清楚地说明了在运动中补充碳水化合物来维持血糖和碳水化合物氧化的重要性。
但是人们尚不确定运动前糖原状态的影响力。威德里克(Widrick)和他的同事(1993年)在四种不同的条件下让自行车运动员完成了70千米自主体力分配模式的计时赛:(1)高肌糖原+碳水化合物饮料;(2)高肌糖原+无热量饮料;(3)低肌糖原+碳水化合物饮料;(4)低肌糖原+无热量饮料(Widrick et al.,1993)。补充碳水化合物的受试者在运动开始和运动开始后每10千米进行补充,每次运动的补充量为116±6克。
* = CC(恒定碳水化合物;运动前30分钟补充2克/千克体重含有25.7%CHO的饮料,运动期间补充2克/千克体重含有6.4%CHO的液体)和CP(运动前补充碳水化合物,试验期间补充安慰剂;运动前30分钟补充2克/千克体重含有25.7%CHO的饮料,运动期间补充安慰剂)不同于PC或PP(在运动前和运动期间都补充安慰剂)。
[数据来源说明:Data from Febbraio et al. 2000a. ]充分补充碳水化合物可以维持血糖,而补充非碳水化合物时,血糖下降明显。与其他三种情况相比,在计时赛(9.8千米)的最后14%,低糖原和补充非碳水化合物会降低功率输出和速度(见图
9.3)。因此,在长时间运动之前,初始糖原水平是重要的考虑因素。
因为当肌糖原含量较高时,在运动期间补充碳水化合物不会改善运动表现。但是如果运动前肌糖原含量较低,补充碳水化合物会显著提升运动表现。
从整个讨论中我们可以看出,碳水化合物对运动表现有明显影响 。 大 多 数 研 究 使 用 长 时 间 ( 120~150 分 钟 ) 中 等 强 度(65%~70%最大摄氧量)的运动。对经过训练的田径运动员进行高强度间歇跑步的研究表明,补充碳水化合物可以提高运动表现。受试者在运动前补充5毫升/千克体重含有6.9%碳水化合物的溶液或无糖安慰剂,并且在运动中每15分钟补充2毫升/千克体重的碳水化合物。与补充安慰剂的运动员相比,补充碳水化合物的运动员能够坚持更长时间(Nicholas et al.,1995)。
* =和HG-CHO(运动前高水平肌糖原,在运动前和运动期间补充碳水化合物饮料)相比,LG-CHO(运动前低水平肌糖原,运动前和运动期间补充碳水化合物饮料)和LG-NCHO(运动前低水平肌糖原,运动前和运动期间补充非碳水化合物饮料)的平均输出功率较低和完成时间也较长。
++= LG-NCHO力竭时间明显长于HG-NCHO。
[数据来源说明:Data from Widricket al. 1993.]另一项研究显示,与安慰剂相比,碳水化合物凝胶制剂可以帮助足球运动员在高强度间歇性奔跑期间维持血糖和提高运动表现(Patterson and Gray, 2007)。
总之,在运动中补充碳水化合物可以维持血糖水平、节省体内储备糖原(Yaspelkis et al.,1993)并提高运动表现(Febbraio et al.,2000a;Nicholas et al.,1995)。这一观点得到了很多研究的支持,也有几篇综述文章对此话题进行了更为详细的介绍(Dennis et al.,1997;Jeukendrup,2004;Jeukendrup and Jentjens,2000)。
在有氧耐力运动期间补充碳水化合物和蛋白质近年来,人们研究了在有氧耐力运动期间将蛋白质加入到碳水化合物补剂中。虽然大部分研究仍处于起步阶段,但这些研究表明,加入蛋白质或氨基酸有助于提升运动表现、促进恢复和防止肌肉损伤。
在一项研究中,受试者先以45%~75%最大摄氧量进行3小时的自行车运动,然后以85%最大摄氧量的强度运动至力竭。
在每次运动期间,受试者分别补充安慰剂、含有7.75%碳水化合物的液体,或含有7.75%碳水化合物和1.94%蛋白质的液体。尽管碳水化合物组比安慰剂组延长了力竭时间,但补充蛋白质组受试者表现更好(Ivy et al.,2003)。
桑德斯(Saunders)及其同事(2004)研究了补充碳水化合物和蛋白质对运动表现和肌肉损伤的影响。受试者先以75%最大摄氧量的强度进行第一次运动,休息12~15小时后,再以85%最大摄氧量的强度进行第二次运动。在两次运动过程中,受试者每15分钟补充含有
7.3%碳水化合物的溶液或含有7.3%碳水化合物和1.8%蛋白质的溶液。运动结束后,他们立即补充10毫升/千克体重相同的溶液。每组补充相同剂量的碳水化合物,但能量略有不同(添加的蛋白质提供了更多的能量)。补充碳水化合物和蛋白质混合物后,第一次的运动表现(力竭时间)提升了29%,第二次的运动表现提升了40%(见图
9.4)。肌肉损伤的标记物也降低了83%,表明碳水化合物和蛋白质混合物或更高的总热量有助于减轻长时间运动中的肌肉损伤(Saunders et al., 2004)。
* =当与CHO(碳水化合物)组相比时,CHO + P(碳水化合物和蛋白质)组的力竭时间更长。
2007年,这一研究组在另一项研究中也有类似发现,该研究的独特之处在于受试者补充的碳水化合物和蛋白质混合物是凝胶状,而不是溶液(Saunders et al.,2007)。此外,2004年的一项研究以超长距离的耐力运动员为研究对象,探究了6小时有氧耐力运动后补充碳水化合物和补充碳水化合物+蛋白质混合物对蛋白质转换和恢复的影响(Koopman et al.,2004)。当只补充碳水化合物时,蛋白质为负平衡,这表明蛋白质分解速率(如肌蛋白分解)大于蛋白质合成速率。但将蛋白质添加到碳水化合物中时,尽管蛋白质仍为负平衡,但是蛋白质分解减少了。因此研究人员认为,补充蛋白质和碳水化合物混合物可以改善休息期间、运动期间和运动后恢复期间的净蛋白平衡(Koopman et al.,2004)。
➤ 蛋白质平衡——蛋白质合成和蛋白质分解之间的平衡。如果蛋白质合成速率大于蛋白质分解速率,蛋白质为正平衡。
➤ 蛋白质分解——通常是指细胞蛋白质的分解。整个过程通过多种机制发生,最终导致释放出越来越多的氨基酸进入血液。
➤ 蛋白质合成——通常是指细胞蛋白质的构建。在运动和营养方面的文献中,蛋白质合成通常是指肌肉蛋白的合成。
总 之 , 一 些 研 究 ( Ivy et al. , 2003;Koopman et al. ,2004;Saunders et al.,2004)表明,在长时间运动前后补充碳水化合物和蛋白质的混合物(4∶1)可以提升运动表现。其他研究(Koopman et al.,2004;Saunders et al.,2004)还发现这种混合物也可以减少肌肉损伤。
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