脂肪的种类
脂肪由碳、氢、氧三种元素组成,但这些元素彼此键合的数量和方式不一,导致脂肪种类繁多且具备生物功能多样性的特点。下文将介绍这些不同之处。一名运动员对这些差异的不同理解会直接导致他是否能够选择合适的脂肪类型来优化健康与运动表现。
脂肪类型的化学差异
脂肪主要分为两类,即饱和脂肪与不饱和脂肪,但它们之间的差异不仅仅只是这些。图4.2有助于大家更好地理解这些差异。在过去的20年里,营养学家们发现差异能够影响一名运动员的生理机能,并对此深信不疑。事实上,研究人员已经通过控制不同类型的脂肪来提高运动表现、增长体重、降低身体脂肪、预防炎症以及调整精神状态,等等。那么,这些差异到底是什么?
■ 饱和度:碳碳双键的数目。
■ 碳碳双键的位置:双键的位置从脂肪酸碳氢链的任意一端起计算。
■ 链长:不同的碳链长度构成不同的脂肪酸。
■ 脂肪酸排列:脂肪酸碳氢链在脂肪分子甘油主链上的位置不同,可增加或减少。食品化学家可以通过操控脂肪酸的位置来达到增加效果促力的作用。
饱和度
最先需要注意的是,脂肪酸是脂肪(甘油三酯)分子的“作用端”。脂肪酸碳氢链具有大量的能量,而且有类似于药物作用的效应。
根据脂肪酸分子的不饱和程度(碳碳双键的数目),其母体甘油三酯分子被分为饱和、单不饱和多不饱和脂肪。这也意味着脂肪酸可以分别包含0个、1个或多个碳碳双键(见图4.2)。脂肪酸上的碳碳双键越多,其氢原子的“饱和”程度越低。
饱和脂肪酸,其脂肪酸碳氢链中包含0个碳碳双键(见图4.2中的癸酸和硬脂酸,a和b),因其对肝脏的低密度脂蛋白(LDL)胆固醇受体产生负面的影响而饱受责难。这种消极影响会增加血清LDL胆固醇,进而诱发心脏疾病。自20世纪70年代起,该发现已在教材中出现。但近来越来越多的研究表明,在饱和脂肪酸中也存在着各种差异。硬脂酸,一种带有18个碳原子的脂肪酸(见图4.2b),并未像其他饱和脂肪酸那样形成动脉粥样硬化(Mensink, 2005)。而且近来的研究也确切表明了高血清胆固醇浓度对于力量型的运动员带来的一些帮助,以下章节中将提到这一点。
单不饱和脂肪酸较受膳食学家的欢迎。例如,油酸(见图4.2e)
在橄榄油中含量丰富,具有延年益寿和减少发病率的功效。这种功效在以富含大量橄榄油为特色的地中海式饮食中效果显著,人们坚信具有此种饮食习惯的人会更长寿。对照研究表明,与高碳水化合物饮食或多不饱和脂肪的饮食相比,单不饱和脂肪酸里富含的油脂能够改善血压和增强葡萄糖代谢(Park et al., 1997;Rasmussen et al.,1995;Thomsen et al.,1995)。菜籽油也含有丰富的油酸,物美价廉且用途广泛。坚果、花生以及坚果黄油也是油酸的优质来源。
多不饱和脂肪(即多不饱和脂肪酸,根据其母体脂肪分子命名)
含有2个或多个碳碳双键。众所周知,多不饱和脂肪包括了亚油酸(包含2个双键,见图4.2c)和亚麻酸(包含3个双键,见图4.2d),前者在西方饮食文化中被大量摄入,后者却是摄入不足的物质;鱼油中的脂肪酸二十碳五烯酸(简称EPA,包含5个双键)和二十二碳六烯酸(简称DHA,包含6个双键)也都是摄入不足的物质。这后几种脂肪酸,由于它们大量的双键,也被称为高度不饱和脂肪酸(简称HUFA)。各种多不饱和脂肪酸的平衡是很重要的,因为这些脂肪酸在体内可以具有相反的作用。例如,过多富含亚油酸的饮食增加了与心血管疾病、糖尿病,以及与西方饮食文化中普遍存在的其他慢性疾病有关的低度炎症状态(Boudreau et al.,1991;Calder,2006;Kapoor and Huang, 2006;Simopoulos,2002)。而高强度运动导致的炎症状态,可以根据摄入的亚麻酸和亚油酸的量而改善或恶化。具体来说,摄取具有抗炎特性的EPA和DHA可以抵消由高强度运动引起的低度炎症(有关EPA和DHA的详细内容,请参考“必需脂肪酸”一节)。因此,一种物质里包含的鱼油脂肪酸越多,就能越快地缓解这种症状。但是遗憾的是,目前几乎没有文献能证明亚油酸导致的炎症是否会致使运动产生炎症(如滑囊炎、肌腱炎等)的进一步恶化。
碳碳双键的位置
如果没有对碳碳双键位置的描述,任何对多不饱和脂肪酸(PUFA)的讨论都是徒劳的。因此,对omega-3和omega-6的描述变得意义重大(单不饱和脂肪酸中的omega-9,相对来说关注较少)。“omega”代表第一个碳碳双键的位置,从脂肪酸甲基端开始计数(见图4.2)。这对于一些营养药物的效应很重要。比如,鱼油富含的omega-3脂肪酸可以抑制炎症,而大多数植物油所含的omega-6脂肪酸却能促发炎症。通常,两个常规碳碳单键会分隔PUFA分子里的碳碳双键。这些双键也可以从“delta”或羧基末端(羧基端连接在甘油分子时则表示一个完整的脂肪分子形成)通过计算而指定。因此,亚麻酸,亚麻籽粉或核桃中含有的一种低摄入的物质,从碳链的两端开始命名,它叫作“omega-3,delta9,12多不饱和脂肪酸”。常见的脂肪补剂是在牛肉和乳制品中发现的共轭亚油酸(CLA),它具有比其他分子更接近的双键位置,它又可以称为“omega-7,delta9,11脂肪酸”。在“运动员的脂肪补剂”一节将会更详细地讨论此种特殊的脂肪补剂。
另一个有关碳碳双键的位置差异并不涉及脂肪酸链上的数值位置,相反,它涉及一种特定双键的局部类型。双键具有顺式和反式之分。最具“自然性”的脂肪酸呈现出顺式结构。在这些脂肪中,碳碳双键是在脂肪酸碳氢链中同一侧丢失的氢原子,油酸中“发夹”形状的显现印证了这一结果(见图4.2e)。反之,反式结构脂肪酸(或反式脂肪),被食品生产商通过氢化作用创造而成。在这种类型的脂肪中,脂肪酸碳氢链的相对一侧丢失氢原子,它们的直线条造型看起来类似于反油酸所呈现出来的形状(见图4.2f)。事实上,糕点、饼干、炸鸡和薯条等蕴含这种人造反式脂肪的食物对体内代谢和身体带来的危害非常类似于饱和脂肪(如诱发冠心病)。例如,与带有弯曲形脂肪酸的甘油三酯相比,带有三个直线形脂肪酸的甘油三酯连接在甘油主链上,会将它的同伴紧紧地包裹在细胞膜内。
➤ 反式脂肪——又名反式脂肪酸,通常是指一种加工脂肪。它们被广泛应用于焙烤食品中,如甜甜圈、面包、饼干、薯条、曲奇,以及其他加工食品,如人造黄油和沙拉酱。
➤ 氢化作用——食品工业中,氢气通过油的高温沸腾产生反式脂肪酸来增加原油的保质期或便于储存(或两者兼有)。氢化油还在成品食品上赋予某些有益于“口感”的特性。
链长
从不饱和度的更深层面上来讲,碳链长度也很重要。脂肪酸链含碳原子数可从4~22个不等,但通常情况下为16~22个。(罕见的)
短链脂肪酸(碳原子少于6个)由肠道细菌产生,存在于膳食纤维或牛油中。(罕见的)中链脂肪酸(碳原子6~12个)主要为癸酸和月桂酸,它们衍生自热带油脂并以运动补剂的形式出售。长链脂肪酸(碳原子16~22个)最为常见,涉及所有前文提及的单不饱和脂肪和多不饱和脂肪,包括亚油酸(omega-6,顺式结构,18个碳原子)、亚麻酸(omega-3,顺式结构,18个碳原子)、油酸(omega-9,顺式结构,18个碳原子)、反油酸(omega-9,反式结构,18个碳原子)、EPA(omega-3,顺式结构,20个碳原子)和DHA(omega-3,顺式结构, 22个碳原子)。见表4.1。作为中链脂肪酸(碳原子6~12个)的脂肪酸链已被用于研究如何提高有氧耐力的表现。摄取这些中链甘油三酸酯(MCT)的基本原理是,它们可节省肌糖原并提高有氧耐力。遗憾的是,大多数的研究调查表明,摄取MCT并不能提高有氧耐力的表现。但是,运动员摄取此类脂肪会有其他方面的益处。
可参看“中链脂肪酸”一节。
†推荐方法可能有所不同:总热量的百分比或总脂肪摄入的百分比;克或毫克;根据美国农业部(USDA)建议,每日剂量,足够的摄入量,干预和观察研究,以及作者的计算估计。
* 必需脂肪酸。
** 共轭亚油酸实际上是多种脂肪酸,通常有cis-9、trans-11、trans-10和cis-12这4种。
脂肪酸排列
脂肪酸排列是本章要讨论的最后一个因素,这个因素可以人为去控制。食品化学家们可以在甘油三酯分子的甘油主链上刻意排列或去除脂肪酸,结果就是得到一个结构化的甘油三酯(在甘油分子上排列不同的脂肪酸)或一个甘油二酯(去除中间部位或sn-2脂肪酸)。这些处理很有可能代表着可应用于运动员的前沿脂肪技术,下文“膳食脂肪与运动表现”一节将进行阐述。
必需脂肪酸
人类可以通过摄取某些脂肪酸来预防缺乏症状,这一事实是许多脂肪酸具有多样的和有效的生理效应的最好例证。人体的两类营养必需脂肪酸为亚油酸(omega-6)和亚麻酸(omega-3)。因为人类缺乏delta-12和delta-15脱氢酶,因此非常有必要摄取这些脂肪酸。
这些脱氢酶的作用是在脂肪酸合成链构建完成时,在脂肪酸链碳位置12和15处增加碳碳双键(不饱和点)。再次重申,亚麻酸是一个双键位置在9、12和15处的(必需)omega-3脂肪酸,从delta(羧基)
末端开始计算。没有含有这些双键的脂肪酸,脊椎动物(如人类)会表现出生长阻滞、皮炎、肾脏损伤等明显症状,甚至死亡。部分原因是因为摄取的亚油酸和亚麻酸是用来构建更长的具有重要生理功能的脂肪酸,这些重要的脂肪酸成为细胞膜的一部分并形成类二十烷酸。
类二十烷酸来源于必需脂肪酸,影响着身体系统并在炎症和免疫中扮演着关键的角色。
➤ 亚油酸——两种必需脂肪酸之一,是一种包含18个碳原子并具有两个双键的脂肪酸,也称为omega-6脂肪酸。在大多数西方饮食中,相对于亚麻酸脂肪酸(omega-3)而言,亚油酸是一种过量摄入的脂肪酸。
➤ 亚麻酸——两种必需脂肪酸之一,是一种包含18个碳原子并具有三个双键的脂肪酸,也称为omega-3脂肪酸。在大多数西方饮食中,这种脂肪酸摄入不足。
一个有趣的实例是一种名为二十二碳六烯酸(DHA)的omega-3脂肪酸,它是能对细胞膜、类二十烷酸(如前列腺素)、基因的交互作用产生影响的另一种脂肪酸,同时也会带来有价值的生理效应(Arterburn et al.,2006)。事实上,一些人认为,DHA作为一种必需脂肪酸,不仅仅是因为这些影响对人体有益。动物、流行病学和人工干预的研究表明,DHA能改善婴儿的神经系统和视觉功能( Innis , 2008;Hoffman et al. , 2004;Weisinger et al. ,1996)。二十二碳六烯酸还是脑灰质的组成部分,作为鱼油补剂主要成分的DHA可以改善情绪和缓解心理抑郁。
DHA不仅对大脑和眼睛有益。补充含有DHA的n-3脂肪酸可以减少 一 些 慢 性 疾 病 的 炎 症 成 分 ( Browning , 2003;Calder ,2006)。经证实,含有1.1克 EPA和0.7克 /天DHA的鱼油补充剂降低了产生压力的皮质醇反应(Delarue et al.,2003)。同时补充EPA和DHA,能够减少血清总甘油三酯的浓度,降低血压,分散血小板聚集、减少炎症和降低因心律失常心脏病猝死的概率(Breslow,2006;Richter,2003)。的确,研究表明,DHA在某些功效方面表现得比某些亚麻酸(必需脂肪酸,omega-3)更为突出(Breslow,2006;Calder , 2006;Ehringer et al. , 1990;Su et al. ,1999)。基于这些原因,DHA堪称第三种人体必需脂肪酸(Muskiet et al.,2004)。
但是,有必要进行更多的研究以说明DHA、EPA或一些组合具有对心血管系统以及其他方面的好处(Breslow,2006)。这些变化和男运动员息息相关,他们的高睾酮浓度会抑制DHA的组织水平( Childs et al. , 2008 ) 。 关 于 剂 量 , 阿 特 伯 恩 和 他 的 同 事(Arterburn,2006)指出,每日服用含有大剂量(2克)的DHA会在一个月之内使体内血浆浓度达到顶峰。表4.1显示了不同脂肪酸的每日推荐摄入量。还需注意的是,DHA可在体内转化成EPA,反之却不会发生(Arterburn et al.,2006)。许多天然食品和膳食补剂都包含混合的DHA和EPA(混合omega-3),而有些研究建议每人每天组合摄入量不能超过3.0克(Morcos and Camilo,2001)。
尽管如此,强调膳食脂肪对健康的影响,仅仅只针对必需脂肪酸的探讨是远远不够的。在“平衡膳食”概念的背景下,人们很容易发现在摄入膳食脂肪方面并不均衡。根据美国医学研究所(Institute of Medicine,IOM)的发现,摄入的omega-6与omega-3脂肪酸的比例应近似于7∶1(IOM, 2002),而一些科学家和营养学家甚至建议一个更低的比例。而西方人17∶1的实际摄入比例与这些基于生理学、营 养 学 以 及 其 他 证 据 而 给 出 的 建 议 相 去 甚 远 ( Simopoulos ,2002)。很多研究证实,西方人如美国人、英国人和澳大利亚人在过多摄入了omega-6脂肪酸的同时,却过低摄入omega-3脂肪酸( Simopoulos , 2002;Mann et al. , 1995;Meyer et al. ,2003)。由于这些类型的脂肪在细胞膜合成、前列腺素产生、细胞因子浓度、基因相互作用和其他效应方面的竞争,不合理的膳食脂肪比例成为炎症、血栓症以及其他生理畸变的致因。这种平衡膳食的概念也让人联想到著名的以橄榄油为主的地中海饮食的健康益处。这种富含ω-9的脂肪酸(油酸)是地中海饮食被认为是健康膳食的一部分原因(Perez-Jimenez Lopez-Miranda and Mata, 2002)。虽然油酸相对于炎症更为“中性”,而不是发挥抗炎本身的作用,但是如果油酸代替了omega-6脂肪酸中的一部分,就能通过改变omega-6脂肪酸与omega-3脂肪酸之间的比例来改善炎症程度。
在对必需脂肪酸和运动能力的科学研究上,人类仍处于起步阶段。尽管必需脂肪酸的摄入能使运动员在健康上获益这一点毋庸置疑,但对运动能力影响的研究却十分缺乏。最近一项研究,旨在调查在高强度摔跤训练中omega-3的补充能否对年轻摔跤选手(18岁左右)的肺功能产生影响。在该研究中,摔跤手需每天服用含有1克omega-3(180毫克EPA和120毫克DHA)的胶囊,并且进行为期12周、每周3次的摔跤训练。最终结果表明,在这12周的训练中,与同期接受相同训练却只服用安慰剂的组相比,持续摄入omega-3的摔跤手的肺功能得到了显著的改善。随着必需脂肪酸的普及和人们对它的关注,未来可能出现更多有关必需脂肪酸与运动能力关系的研究。
胆固醇
胆固醇并不是膳食脂肪,但它是一种重要的脂质。尽管对大多数美国人来说胆固醇可能是不好的东西,但实际上膳食胆固醇是一类有争议的物质。首先,美国和加拿大对于胆固醇的有害影响的处理方式是不同的。加拿大不强调它在血清胆固醇浓度和心血管疾病方面的影响(McDonald,2004),并且不认为美国膳食指南中每天膳食胆固醇摄入量不得超过300毫克的内容应该写进加拿大饮食指南。这并不意味着加拿大人认为循环胆固醇对心血管疾病没有风险,相反,他们实际上认为膳食胆固醇对血液胆固醇水平和心血管疾病存在相对较小的影响。
➤ 胆固醇——一种复杂的具有诸多重要功能的脂肪物质;可由机体自身生成或从动物源性食品中获得。
其次,膳食胆固醇可能对力量型运动员存在潜在的未被认可的好处。里希曼(Riechman)和他的同事(2007)研究了老年抗阻训练者(60~69岁)膳食胆固醇摄入量与瘦体重和力量增加之间的关系。
尽管没有因果联系,但与瘦体重增长之间具有显著相关(R2=0.27)。这表明在抗阻训练中,观察到的瘦体重增加的四分之一以上的方差归因于膳食胆固醇。有趣的是,这也给教练们一些科学证据的支持,即力量型运动员多吃鸡蛋和牛肉是有助于力量增长的。这还需要对年轻人群进行更多的实验研究。目前,针对胆固醇的研究尚处于初级阶段,如何最好地平衡胆固醇对血管健康存在的潜在利弊,还没有明确的答案。
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