营养和运动表现
在有关运动员饮食的研究中,运动营养师关注的领域有三个:宏量营养素、水合作用和营养强化剂。宏量营养素的类型和剂量,以及摄入的时间对运动表现、恢复和身体健康都有重大影响。宏量营养素摄入的相关变量通常包括宏量营养素的摄入种类、摄入时间和摄入量,这些变量经常会立即影响运动员的感受。水合作用不仅涉及降低体温,也会影响电解质水平和营养物质的输送。最后,营养强化剂很受那些想在比赛中占据优势的运动员的欢迎。强化剂是非常大的补剂门类。不同强化剂在效果和安全性方面各不相同,有些强化剂有效果,有些没有效果;有些强化剂用起来会有危险,而有些强化剂却很安全。
宏量营养素
对于维持生命的众多活动(包括保持人类身体结构和功能完整性)而言,宏量营养素(碳水化合物、蛋白质和脂肪)的摄入是很重要的。在运动营养领域,宏量营养素通常与能量产生和骨骼肌合成有关,这两个因素都是可以通过训练改变并促进力的产生的(见表1.1)。碳水化合物和脂肪是产生能量的主要营养物质。蛋白质产生的能量只占总能量利用的一小部分(Lemon and Nagle,1981;van Loon et al.,1999)。
➤ 宏量营养素——人体所需的大量物质。碳水化合物、蛋白质和脂肪都是宏量营养素。
三磷酸腺苷(ATP)是细胞的能量货币,它能够实现化学能向机械能的转化。食物中的能量(化学量)不能直接输送到细胞进行生物活动。但是,宏量营养素会通过富含能量的三磷酸腺苷化合物把能量输送给细胞(McArdle et al., 2008)。该过程分为两个基本步骤:
(1)从宏量营养素中提取化学能并将其转移到ATP的键上;
(2)进行ATP中的化学能的提取和转移,以便为诸如骨骼肌收缩之类的生物活动提供能量(McArdle et al.,2008)。
在运动中,这三种宏量营养素会被氧化,转变为能量。有几种因素能决定宏量营养素的氧化程度,包括营养状态、运动强度和训练状态。接下来的章节将从为身体活动供应能量和增加去脂体重这两个方面来简要讨论宏量营养素的主要作用。
有氧运动和无氧运动所需的燃料
在长时间运动中,骨骼肌主要通过氧化碳水化合物和脂肪(以脂肪酸的形式)来提供能量。随着运动强度增加,由碳水化合物转化而成的能量将占据更大的比重。当运动强度接近百分之百最大摄氧量时,骨骼肌将逐步使用更多的碳水化合物,而使用更少的脂肪(Mittendorfer and Klein,2003;van Loon et al., 1999)。
但是,随着运动持续时间的延长,脂肪代谢增加,碳水化合物代谢下降(Jeukendrup,2003)。碳水化合物的主要来源是肌糖原、肝糖原、肝脏的糖异生作用(由非碳水化合物来源生成的碳水化合物),以及摄入的碳水化合物。虽说碳水化合物和脂肪是有氧运动中的主要能量来源,但是长期进行有氧训练的运动员可以改变这两种宏量营养素各自的能量贡献总额。全身量热法测量已经清楚地表明,有氧耐力训练可以增加既定运动强度下脂肪的氧化,减少碳水化合物的氧化(Coggan et al.,1990;Friedlander et al.,1997;Hurley et al., 1986)。虽然氨基酸不是能量的主要贡献者,但是一些临床研究已经证实,氨基酸对有氧运动能量的贡献与运动强度呈线性关系(Brooks,1987;Lemon and Nagle,1981;Wagenmakers,1998)。
短时间高强度无氧运动的能量来自体内储存的ATP-PC(三磷酸腺苷-磷酸肌酸)和可经糖酵解供能的碳水化合物(第2章将深入探讨碳水化合物代谢和糖酵解)(Maughan et al.,1997)。事实上,宏量营养素的无氧能量代谢只来自于糖酵解反应过程中的碳水化合物分解(McArdle and Katch, 2008)。此外,糖的无氧酵解还是ATP再合成的最快速的来源。由于其氧化速率和数量上的原因,糖酵解是持续时间为7秒到1分钟的全力运动中ATP再合成的主要来源(Balsom et al.,1999;Mougios,2006)。
蛋白质与瘦体重
在短时间高强度运动中,氨基酸对总能量供应的贡献微不足道,可能只占据3%~6%。但是研究表明,在长时间运动中,氨基酸对总体ATP的贡献却高达10%(Hargreaves and Spriet,2006;Phillips et al.,1993;Brooks,1987)。蛋白质作为运动过程中的一种能源物质,其发挥的作用在很大程度上取决于支链氨基酸和丙氨酸的可利用性(Lemon and Nagle,1981)。在产生能量方面,蛋白质的作用有限。蛋白质的主要功能是增加和保持瘦体重。在为运动个体确定最佳膳食蛋白质剂量的时候需要考虑蛋白质的品质、能量摄入、碳水化合物摄入量、运动方式和强度,以及蛋白质摄入的时机等多个要素(Lemon,2000)。想要深入了解蛋白质的各种类型和特定蛋白质的摄入建议,请参看第3章。对进行锻炼的个人而言,每天摄入1.5~2.0克/千克体重的蛋白质不仅非常安全,而且还有助于提升对训练的适应性(Campbell et al.,2007)。
水合作用
水合作用不仅仅涉及身体水分的补充,同时也是为身体输送电解质、糖和氨基酸的一种方式。脱水和血钠过少(低钠血症,通常是因为身体中水分过多或钠的含量过少)都会影响“周末战士”和有训练经验的运动员。此外,脱水会增加核心体温,导致热病(Greenleaf and Castle,1971)。即使是更为常见的轻度缺水,也会导致力量和有氧耐力的下降,进而影响运动表现(Bigard et al.,2001;Schoffstall et al.,2001;Walsh et al.,1994)。青少年和老年人是最易患热病的两大群体,这些热病包括热痉挛、热衰竭和中暑(Wexler,2002)。造成青少年面临高热疾病危险的两大因素是:
(1)青少年不像成年人一样易出汗(出汗有助于散热);(2)相同体重下,青少年的相对体表面积更大,当环境温度上升时,他们吸收的热量就更多(Delamarche et al.,1990;Drinkwater et al.,1977)。
对老年人而言,年龄增长会带来口渴感和体温调节的变化,这会导致他们更容易脱水。老年人血容量下降时口渴感下降,肾脏的蓄水能力降低,且体液和电解质平衡会发生紊乱(Kenney and Chiu,2001)。一些处方药和心血管疾病(在美国,心血管疾病依旧是造成死亡的第一大诱因)也会影响体液平衡(Naitoh and Burrell,1998)。
对加强水合作用的诉求促使人们开始研究超级保湿剂(例如甘油)。此外,营养学家研究了在运动饮料和普通电解质饮料中加入氨基酸对水合作用和肌肉损伤的影响。幸运的是,饮料公司持续赞助关于其产品功效的研究。这也说明人们一直在关注水合作用及其对人体健康和运动表现的作用。对其产品进行研究的饮料公司,应该雇用与公司没有利益往来的独立实验室来进行公正的、精心设计的临床试验。
强化剂
当代奥林匹克运动员和那些想要成为校篮球队成员的高中运动员没有任何区别,他们都想提升自身的运动表现。所有想要提升运动表现的运动员自然都会持续改善他们的训练方案。人们不仅关注训练方法,而且也同样关注使用强化剂来提升运动表现。强化剂是用于改善运动表现的一些营养类、生理类、器械类、心理类或医药类的物质或设备。根据这一定义,强化剂可以提升人体做功的能力(McNaughton,1986),其不仅包括有氧耐力运动员使用的咖啡因,还包括滑雪运动员使用的护目镜。营养强化剂受到运动员和运动行业其他人的广泛关注。它们可以直接影响个体的生理能力(进而提升运动表现),也能加快从训练和竞赛中恢复的速率。
➤ 强化剂——一种提高人体做功能力的物质或设备,包括一些能够提升运动表现的营养类、生理类、器械类、心理类或医药类的物质或设备。
宏量营养素和运动补剂
营养强化剂分为两大类:宏量营养素的摄入方法(糖负荷、在力量训练阶段增加蛋白质摄入量等)和膳食补剂的摄入。膳食补剂是一种用于完善饮食营养成分的产品,其包含以下一种或多种成分:维生素、矿物质、氨基酸、草药或其他植物性药材。膳食补剂通过增加某种宏量营养素的总摄入量或总卡路里(热量)来完善饮食。膳食补剂是上述提到的任意一种或多种成分的浓缩物、代谢产物、化学成分、萃取物,其可以以液体、胶囊、粉末、软胶囊或新椭圆胶丸(囊形片)的形式补充。膳食补剂不是一种传统的食物,也不是膳食或饮食中的一种单一物质(Antonio and Stout,2001;U.S.Food and Drug Administration,1994)。只有当运动员出现相应的营养素缺乏问题时,一些经常使用的膳食补剂(例如维生素和矿物质)才被称之为强化剂。其他强化剂并非专门用来弥补营养缺失,而是能带来其他的特殊功效。例如,一名曲棍球运动员在季前赛之前连续4~6周服用一种控释性β-丙氨酸补剂,以改善某一特定的训练和恢复过程(即缓解疲劳)。营养强化剂和运动补剂都属于膳食补剂的范围。在通常情况下,补剂提供一种物质(单水合肌酸、α-酮戊二酸等),这种物质是正常生理和生物化学过程的一部分。其他营养强化剂通过增加生理或生物能量的途径来增加能量产成(例如单水合肌酸、咖啡因)或骨骼肌质量(单水合肌酸、亮氨酸等)。表1.2 列出了常见的运动补剂及其对身体健康和运动表现的一些裨益。
强化剂使用的普遍性
在人类历史发展过程中,运动员不断在尝试使用营养强化剂来改善运动表现。古希腊人可能是最早考虑通过适当的饮食和补剂来获取竞争优势的群体(Antonio and Stout,2001)。据说,公元前5世纪的希腊战士通过食用迷幻蘑菇和鹿肝等物质来增强身体机能( Applegate and Grivetti , 1997;McArdle and Katch ,2008)。想要了解古代运动员饮食习惯的历史信息,请参看葛雷维提(Grivetti and Applegate,1997)以及格朗让(Grandjean,1997)的研究。
对以往营养补剂食用行为的回顾可以发现,不同文明时代的运动员都摄入了营养强化剂。但是在现代社会,食用营养强化剂的个体类别和普遍性已经发生变化。有关高中生运动员的统计数据已经说明了这一变化(Hoffman et al.,2008)。一份自我报告调查询问了大约3000名美国8年级到12年级的中学生(男女生人数几乎相同)的饮食补剂摄入情况。结果表明,71.2%的青少年食用至少一种补剂,最常用的补剂是多种维生素和高能饮料。年级越高,使用补剂(例如肌酸、蛋白粉和增重制剂)来增加体重和力量的学生越多,且男生比女生更普遍使用。该调查的作者认为青少年对营养补剂和强化剂的依赖更大。其他基于调查的研究也有类似的发现(Bell et al.,2004;O’Dea, 2003)。
随着越来越多的青少年和高中生运动员摄入营养强化剂,他们的教练、运动防护师、私人教练、康复医生和父母需要增加这方面的知识储备。“周末战士”、对肌酸给孩子带来的长期效果感兴趣的妈妈们、努力想要更瘦的健身达人都应该了解营养和强化剂的相关知识,以及它们影响人体生理的方式。得益于运动营养学研究的不断增加,关于这方面的信息越来越多。
专业应用运动员、教练、体能教练、运动防护师和其他支撑人员对准确的营养和补剂信息的需求很明确。人们通过各种调查,包括一般营养知识调查问卷(GNKQ)和营养态度测试(EAT-26)来评估运动员在营养方面的认知(Raymond-Barkeret al.,2007)。其中大部分研究表明运动员这方面的知识很有限。研究已经发现,营养学或与营养学相 关 的 学 科 的 正 规 教 育 对 运 动 员 营 养 方 面 的 知 识 并 没 有 影 响(Raymond-Barkeret al.,2007)。此外,营养知识也不一定会影响患有女性运动员三联征(饮食失调、骨质疏松、闭经)风险的运动员的饮食态度(Raymond-Barkeret al.,2007)。女性青少年可能存在营养误区(Cupisti, 2002)。大学生运动员总体上不能辨别所有宏量营养素的推荐用量,并且很多人也不知道各种维生素对身体的作用)(Jacobson et al.,2001)。而且,教练员对运动营养学相关知识也知之甚少(Zinn et al.,2006)。
想要弥补运动营养学知识欠缺需要进行测试和教育。在测试完运动员的体成分和骨密度,以及分析完饮食记录和主观数据(运动员的感觉和能量水平等)后,运动营养师可以利用这些结果作为教育的起点。此外,对运动员进行一对一咨询也能使运动员有更多的机会来询问相关问题。运动营养师对当前研究知识的了解和掌握如何将这些知识应用到运动员身上,对于帮助运动员提升其运动表现至关重要。运动营养师利用这些知识为运动员制订计划和进度表,提出有效的建议,并帮助饮食失调的运动员制订治疗计划。
小结
■ 运动营养师是运动训练团队不可或缺的一部分。该运动训练团队还包括专项教练、体能教练、运动防护师、运动心理师、队医和物理治疗师。
■ 碳水化合物和脂肪是为运动员提供能量的两大营养物质。
■ 碳水化合物的主要来源是肌糖原、肝糖原和肝脏的糖异生作用(由非碳水化合物来源生成的碳水化合物),以及摄入的碳水化合物。
■ 有氧耐力训练会增加既定运动强度下总脂肪的氧化量,降低总碳水化合物氧化量。
■ 由于氧化速率和氧化数量方面的特征,碳水化合物是在持续时间为7秒到1分钟的最大强度运动中ATP再合成的主要来源。
■ 蛋白质的主要功能是增加和保持瘦体重。
■ 对进行身体活动/运动的个体而言,每天摄入1.5~2.0克/千克体重的蛋白质不仅非常安全,而且还有助于提升对运动训练的适应性。
■ 脱水会导致核心体温上升,从而导致热病。即使是更为常见的轻度缺水,也会导致力量和有氧耐力的下降,进而影响运动表现。
■ 青少年和老年人是最易罹患高热疾病的两大群体。这些高热疾病包括热痉挛、热衰竭和中暑。
■ 虽然尚未证明摄入超过每日营养推荐摄入量(RDI)的微量营养素能够改善体能,但是基于大样本量人群的研究发现,一些人的某种微量元素的摄入量没有达到每日营养推荐摄入量,还有一些人甚至缺乏一种或多种微量元素。而且,某种营养素的摄入不足或缺乏会直接或间接影响运动表现。
■ 目前研究最多的补剂包括肌酸、蛋白质、咖啡因、氨基酸、电解质运动饮料、丙氨酸和高分子量淀粉类碳水化合物(第7章和第8章会对其进行详细说明)。
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