维生素和运动表现
人体需要13种维生素。这些维生素分为水溶性维生素和脂溶性维生素。摄入充足的维生素B很重要,因为维生素B能够确保最佳的能量供应,很好地构建和修复肌肉组织(Woolf and Manore,2006)。
维生素B复合物具有一些与运动有直接关系的重要功能,如能够促进运动中的能量供应,促进红细胞生成,参与蛋白质合成和组织修复/维护(包括中枢神经系统)。尽管维生素具有这么多重要的作用,但鲜有研究报道维生素能够增进运动员的身体机能。一些维生素(维生素E和维生素C)可能通过减少氧化性损伤来帮助运动员承受更高强度的训练,帮助运动员在高强度运动中保持健康的免疫系统(维生素C),或两者兼备。接下来的章节将详细讨论维生素在运动员饮食和运动表现提升中的特殊作用。
水溶性维生素
水溶性维生素共有9种(8种B族维生素和1种维生素C),其溶水性导致这些维生素不能在体内长时间存在。如果摄入过多的水溶性维生素,那么多余的维生素会通过尿液排出体外。
➤ 水溶性——可以溶于水的。
硫胺素
硫胺素也被称为维生素B1。维生素B1的生物活性形式是焦磷酸硫胺素,其作为碳水化合物和蛋白质的代谢中的辅酶协助产生能量(IOM,1998)。在三羧酸循环中,它协助将丙酮酸转化为乙酰辅酶A,将α-酮戊二酸转化为琥珀酰辅酶A来产生能量,在运动中尤其如此(见表6.1)。硫胺素也参与支链氨基酸的脱羧反应(去除一个CO2基团),从而有助于肌肉产生能量。很多食物中都含有硫胺素,包括全谷物和强化谷物以及面包、豆类、绿叶蔬菜、猪肉、葵花籽和橘子。
➤ 生物活性物质——指对活细胞的新陈代谢活动具有作用的特定物质。
➤ 辅酶——酶发挥作用时所需的小分子。
男性和女性的硫胺素推荐膳食摄入量(RDA)分别是1.2毫克/天和1.1毫克/天。而且,该RDA与能量摄入也有关系,大约为0.5毫克/1000千卡/天(IOM,1998)。研究显示,女子体操运动员和摔跤运动员的维生素B1的摄入量比推荐膳食摄入量要低一些(Short,1983;Loosli and Benson,1990;Economos et al.,1993)。
因此,通过限制饮食来达到体重标准的运动员似乎面临低硫胺素的风险。但是目前缺乏关于硫胺素摄入过少带来负面作用的证据。一项经典的研究发现,年轻运动员膳食中的硫胺素含量的变化(0.23、0.33、0.53和0.63毫克/1000千卡/天)没有对运动员的肌肉力量和跑步能力带来负面影响(Keys et al.,1943)。对男性运动员的研究表明,硫胺素的摄入量(0.5vs.5毫克/天)尽管会对硫胺素有关的生化标志物产生影响(红细胞转酮醇酶活性降低,焦磷酸硫胺素活性增加),但不会改变运动员的有氧耐力(Wood et al.,1980)。其他研究尽管发现补充硫胺素能够改善相应的营养状况,但未能证明其对肌肉力量或运动表现的益处(Fogelholm et al.,1993;Doyle et al.,1997;Webster,1998)。
核黄素
核黄素也被称为维生素B2。核黄素在线粒体电子链传递系统中作为辅酶黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)发挥作用。碳水化合物和脂肪分解后,这些酶会参与电子传递来生成三磷酸腺苷(ATP)。维生素B6转化为活性形式时也需要核黄素(IOM,1998)。核黄素的食物来源包括牛奶和奶制品、蛋类、全谷物和谷类食物、瘦肉、花椰菜、酸奶、乳清蛋白和杏仁。
男性和女性的核黄素推荐膳食摄入量(RDA)分别是1.3毫克/天和1.1毫克/天,或者0.6毫克/1000千卡/天(IOM,1998)。在通常情况下,运动员核黄素的摄入是充足的,但是女体操运动员除外(Short,1983;Loosli and Benson,1990;Economos et al.,1993;Beshgetoor and Nichols , 2003;Kirchner et al. ,1995)。身体训练能够增加成人的核黄素需求。在训练过程中,运动员的核黄素状态会下降(Fogelholm et al.,1993;Keith and Alt,1991)。在一项持续12周的代谢研究中,两组女性受试者每天分别摄入0.2毫克和0.6毫克的核黄素,结果发现尽管二者的核黄素都下降了(红细胞谷胱甘肽还原酶活性降低),但前者体重减轻而后者体重没减轻(Belko et al., 1984,1985)。虽然训练后峰值摄氧量的增加没有区别,但该研究并不是为了检测运动能力差异而设计的(Belko et al.,1984,1985)。19%的青少年运动员在刚进入研究项目时存在核黄素水平较低的状况,但是补充核黄素后(每天2毫克,每周补充6天,连续补充2个月)核黄素水平得到改善,体能水平也得到提升(Suboticanec et al.,1990)。这一发现与先前观察到的在补充多种B族维生素后有氧耐力得到改善(van der Beek et al.,1994)的研究结论相一致。
烟酸
烟酸也被称为维生素B3。这种B族维生素以烟酸和烟酰胺的形式存在。烟酸代谢后形成烟酰胺腺嘌呤核苷酸(NAD)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)。NAD和NADP可用作辅酶。NAD是碳水化合物、脂肪、蛋白质和糖原分解产生ATP过程中的一种电子载体。NADP是磷酸戊糖旁路中的一种氢供体(IOM,1998)。富含蛋白质的食物是烟酸的最佳来源。瘦肉、鱼肉、家禽、全谷物制品、豆类、花生和强化食物都能提供充足的烟酸。
男性和女性的烟酸推荐膳食摄入量(RDA)分别是16毫克/天和14毫克/天(IOM,1998)。虽然烟酸是能量代谢的必需营养物质,但是没有证据表明超过推荐膳食摄入量的烟酸会带来益处(Health,2006)。运动前摄入超过50毫克的烟酸将会阻碍脂肪动员,影响有氧耐力的表现(Pernow and Saltin,1971;Galbo et al.,1976;Murray et al.,1995)。
维生素B6维生素B6通常也被称为吡哆醇,该术语包含维生素B6的所有生物活性形式。食物中常见的维生素B6的形式有吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。磷酸吡哆醛是转化氨基酸的酶的辅酶。它也是糖原磷酸化酶的辅酶,其能调节运动时的糖异生和糖原分解(IOM,1998)。维生素B6通常存在于高蛋白的食物中(肉、家禽、鱼肉、小麦胚芽、全谷物制品和蛋类)。其他的食物来源包括香蕉、大豆、生胡萝卜、花椰菜、菠菜和牛油果。
男性和女性的维生素B6推荐膳食摄入量(RDA)分别是1.7毫克/天和1.5毫克/天(IOM,1998)。大约三分之一的女性和百分之十的男性每天维生素B6的摄入量都不能达到维生素B6的推荐膳食摄入量(Leklem,1990;Manore,2000)。能量摄入少和食物种类少都会导致维生素B6的摄入不足。一项针对男女运动员的研究发现,5%~60%的运动员缺乏维生素B6(Fogelholm et al.,1993;Stacewicz-Sapuntzakis and Borthakur,2006)。连续9天摄入不同剂量(2.3或22毫克/天)的维生素B6并没有造成男性运动员有氧耐力的变化(Virk et al.,1999)。但是由于尿液中维生素B6的排泄量增加,研究人员建议参加有氧耐力训练的成人需要每天摄入
1.5~2.3毫克的维生素B6,以保持充足的维生素B6供给(Fogelholm et al.,1993;Manore,2000)。
叶酸
叶酸也被称为维生素B9。它是体内一碳单位转移酶系的辅酶,起着一碳单位传递体的作用,这对DNA合成和氨基酸代谢很重要。叶酸也可以促进细胞修复和生长,包括红细胞的形成(IOM,1998)。叶酸的食用来源包括绿叶蔬菜、强化谷类食品、谷物、坚果、豆类、肝脏和啤酒酵母。谷类食品、面包和其他谷物制品也是叶酸的最佳来源。
叶酸的推荐膳食摄入量(RDA)为每天400微克的膳食叶酸当量(DEFs)。DEF相当于1微克的食物叶酸、强化食品中0.6微克的叶酸或者叶酸补剂中0.5微克的叶酸(IOM,1998)。经常运动的男性叶酸摄入量充足,但是女性需要每天摄入130~364微克的叶酸(Woolf and Manore,2006;Keith et al.,1989;Faber and Benada,1991)。8%~33%的女性有氧耐力运动员的血浆叶酸浓度都较低(Matter et al.,1987;Beals and Manore, 1998)。业余有氧耐力运动员(平均为8.6纳克/毫升)和同性别的对照组人群(8.3纳克/毫升)的血浆叶酸浓度没有差异(Herrmann et al.,2005)。对于那些缺乏叶酸但不贫血的运动员而言,补充叶酸不能提升他们的运动表现。与那些服用安慰剂的叶酸偏低的对照组相比,血浆叶酸浓度较低(<4.5纳克/毫升)的女性马拉松运动员通过补充叶酸(每天补充5毫克叶酸,连续补充10周)提高了血象指标,但是没有提高跑步能力、心肺功能或代谢反应(Matter et al.,1987)。
维生素B12维生素B12也被称为钴胺素。钴胺素是所有被叫作类咕啉的含钴化合物的统称。钴胺素是一种辅酶,在DNA的形成过程中用来转移甲基,特别是和叶酸一起参与形成血红蛋白(IOM,1998)。多种动物制品中都含有维生素B12,例如肉类、家禽、鱼类、蛋类、奶酪和牛奶。
成人的维生素B12推荐膳食摄入量(RDA)是2.4毫克/天。不偏食者饮食中一般含有5~15毫克的维生素B12(IOM,1998)。女性有氧耐力运动员维生素B12的摄入量较低(Keith et al.,1989),但是其他男性和女性运动员群体维生素B12的摄入量充足(Steen et al.,1995;Ziegler et al.,1999)。如果不食用动物制品,维生素B12摄入量过低的风险就会加大。关于维生素B12能够提升运动表现的证据比较匮乏。早期研究已经明确补充维生素B12不能够提升运动表现。即便连续7周每天补充50微克的维生素B12,青少年男性运动员的跑步能力和做功能力也没有得到提升(Montoye et al.,1955)。此外,研究人员也对其他的男性运动员进行了补充各种不同剂量维生素B12的实验[每天补充1毫克维生素B12,每周3天,连续6周(Tin-May-Than et al.,1978)或者每天补充0.5微克维生素B12,连续补充6周(Read and McGuffin, 1983)],但是这些实验都无法证明补充维生素B12对力量和有氧耐力有裨益。
其他B族维生素
泛酸是辅酶A的一种组成成分。辅酶A是三羧酸循环中用于产生能量的主要成分(见表6.2)。泛酸也用于糖异生(IOM,1998)。生物素是参与氨基酸代谢的辅酶,也是一种用于糖异生的辅酶(IOM,1998)。很多动物和植物制品中都含有泛酸,其中包括肉类、蛋类、豆类和全谷类。生物素的食物来源包括蛋黄、肝脏、豆类、深色绿叶蔬菜、坚果和大豆。
泛酸和生物素的推荐膳食摄入量(RDA)分别是5毫克和30微克(IOM, 1998)。但是关于这两种维生素B的通常摄入量和生化指标的数据却很匮乏。补充泛酸(每天补充1.8克,连续补充7天)对50千米计时赛的代谢反应和运动表现没有任何益处(Webster,1998)。
现在也没有数据证明补充生物素能提升运动表现。
胆碱作为一种神经递质(乙酰胆碱)和一种甲基供体来形成肌酸和一种脂类转运蛋白(磷脂酰胆碱或卵磷脂)。虽然运动会不同程度地影响血浆胆碱水平(例如运动强度和运动时长),但是初步证据表明,在长时间运动中定期补充胆碱会提升运动表现(Deuster and Cooper,2006)。但是,需要进行更多研究来确定补充胆碱是否真的能够提升运动表现。
维生素B复合物
人们了解到维生素B能够逐渐影响能量的新陈代谢,这使人们开始研究补充多种维生素对于提升运动表现的影响。针对经过较好训练的男性自行车运动员的研究发现,同时限制饮食中的硫铵素、核黄素和维生素会极大地降低峰值有氧能力(大约12%)和最大功率(大约10%),加速血乳酸积累(7%)(van der Beek et al.,1994)。
虽然没有证据表明哪一种维生素B会影响运动表现,但是该项发现也强调,人们需要将维生素B看作是实现最佳运动表现的一种必要物质。
维生素C
维生素C也被称为抗坏血酸。维生素C具有多种能够影响运动表现的生物功能。虽然维生素C不会直接影响酶作用,但是人体需要使用维生素C来合成儿茶酚胺和肉碱,肉碱可以将脂肪酸转运到线粒体来产生能量。维生素C可以减少无机铁在肠中的吸收,也可以作为一种强有力的抗氧化剂从其氧化的副产品中再生成维生素E(IOM,2000)。维生素C的食物来源有水果和蔬菜(特别是柑橘类水果和绿叶蔬菜),例如花椰菜、土豆、西红柿和草莓。
➤ 抗氧化剂——一种能够预防由自由基引起的损伤的物质。自由基通常是含有氧的高反应性化学物质,当分子被分裂产生具有不成对电子的产物时,就产生了自由基。这一过程被叫作氧化。
男性和女性的维生素C的推荐膳食摄入量(RDA)分别是90毫克和75毫克(IOM,2000)。生理应激会增加维生素C的需求。虽然很多运动员摄入充足的维生素C,但是10%~30%的男性大学生运动员和女性有氧耐力运动员的维生素C摄入量低于维生素C的推荐膳食摄入量(RDA)(Keith,2006)。高达15%的运动员的血浆维生素C浓度都较低(Telford et al.,1992)。在一项经典研究中,研究人员发现维生素C的水平较低会影响运动表现。两组青少年受试者都存在维生素C摄入量较低的问题,其中对照组使用安慰剂进行治疗,而实验组补充维生素C(连续4个月每天补充100毫克维生素C),结果发现,对照组和实验组的做功能力分别提高了12%和48%(Lemmel,1938)。维生素C缺乏的成人在补充维生素C(500毫克/天,共2周;或RDA水准,8周)后,其跑步的效率和有氧功率都得到极大提升(van der Beek et al.,1990;Johnston et al.,1999)。
脂溶性维生素
维生素A、维生素D、维生素E和维生素K与膳食脂肪的来源有关,并且存储在脂肪组织中(IOM,1997,2000,2001)。这些脂溶性维生素在能量产生过程中不直接发挥作用(见表6.1和表6.2)。维生素A和维生素E作为抗氧化剂,可以阻止啮齿动物与年龄相关的蛋白质合成速率的下降(Marzani et al., 2008)。维生素D的状态与肌肉力量有关,但是没有证据表明维生素K和运动表现有关系。
➤ 脂溶性——可以溶于脂肪的。
维生素A
维生素A的生物活性形式是视黄醇,其可以由β-胡萝卜素(维生素原)形成。维生素A保护上皮细胞免受损伤,在保护视力中起重要作用,并且有助于维持免疫功能(IOM,2001)。在运动中,维生素A主要被用作一种抗氧化剂。维生素A的饮食来源包括肝脏、黄油、奶酪、蛋类和强化牛奶制品。β-胡萝卜素是视黄醇的前体,主要存在于黄橙色的蔬菜和水果中,以及深色绿叶蔬菜中。
维生素A有多种化学形式(视黄醇、β-胡萝卜素和类胡萝卜素),这些形式在推荐膳食摄入量中都归属维生素A。该推荐膳食摄入量用视黄醇当量(RE)表示。男性和女性的维生素A的推荐膳食摄入量分别为900RE/4500IU和700RE/3500IU(IOM,2001)。在通常情况下,运动员报告的维生素A的摄入量会超过维生素A的推荐膳食摄入量。
长跑运动员(Peters et al.,1986)、专业芭蕾舞演员(Cohen et al., 1985)以及女性(Welch et al.,1987)和男性大学生运动员(Guilland et al.,1989;Niekamp and Baer,1995)的维生素A摄入量都比较充分。针对青少年和年轻成年运动员[摔跤运动员(Steen and McKinney,1986;芭蕾舞演员(Benson et al.,1985)和体操运动员(Loosli et al.,1986)]的研究发现,运动员维生素A的摄入量仅为30%~40%的推荐膳食摄入量,原因是这些项目的运动员限制膳食脂肪摄入。与之相对,另外一些研究报道,青少年体操运动员和芭蕾舞演员(Soric et al.,2008;Filaire and Lac,2002)能够摄入充足的维生素A。对不同国家运动员的调查没有发现低血浆视黄醇值,但是这些值的分布范围较广(Stacewicz-Sapuntzakis and Borthakur,2006)。有关维生素补剂对运动表现的作用的研究还不多。在早期的一项研究中,男性运动员先保持6个月的低维生素A摄入,再进行为期6周的维生素A补充,结果显示,这些受试者的跑步能力没有发生变化(Wald et al.,1942)。
维生素E
维生素E有时候也被称为α-生育酚,不过α-生育酚只是维生素E家族八个同分异构体中的一个。通常所指的维生素E是指天然存在的生育酚和生育三烯酚的化合物,其中α-生育酚被认为是最具生物活性的。
维生素E是细胞膜的抗氧化剂,防止氧化应激(IOM,2000)。膳食维生素E的主要来源包括蔬菜、坚果、全谷类食物、小麦胚芽和花生酱。
成人维生素E的推荐膳食摄入量为15毫克的α-生育酚(IOM,2001)。研究表明,运动员通过饮食和补剂摄入了充足的维生素E(Economos et al., 1993)。但是,如果只考虑维生素E的膳食来源,53%的大学生运动员(Guilland et al.,1989)、50%的青少年 体 操 运 动 员 ( Loosli et al. , 1986 ) 和 38% 的 芭 蕾 舞 演 员(Benson et al.,1985)摄入的维生素还不到推荐膳食摄入量的70%。有趣的是,运动员的平均维生素E摄入量为推荐膳食摄入量的77%,而作为对照组的久坐人群的维生素E的摄入量为推荐膳食摄入量的60%。这意味着进行身体锻炼的人群和久坐不动的人群的维生素E的摄入量相似,尽管久坐人群的维生素E摄入量稍低(Guilland et al.,1989)。
补充维生素E对运动表现的影响并不一致。连续6周每天补充400毫克的α-生育酚对男性青少年运动员3千米跑、台阶测试、400米游泳测试和体能测试的运动表现没有任何影响(Sharman et al.,1971)。同样,连续85天、每天补充1200IU的维生素E对男性大学生游泳运动员的做功能力和肌肉力量(Shephard et al.,1974),连续50天、每天补充800毫克的维生素E对冰球运动员的峰值摄氧量(Watt et al.,1974),连续6个月、每天补充600毫克维生素E对竞技游泳运动员的有氧耐力和血乳酸反应(Lawrence et al.,1975),连续6周、每天摄入400毫克的维生素E对男女游泳运动员的体能测试、功率自行车心肺功能测试以及400米游泳测试(Sharman et al., 1976)都没有效果。因此,补充维生素E不会提升运动表现。类似地,优秀自行车运动员连续5个月补充α-生育酚(400毫克)
也没有提升运动表现(Rokitzki et al.,1994)。相反,与补充安慰剂的对照组相比,在高原环境下补充α-生育酚(400毫克,10周)的男 性 在 运 动 中 的 乳 酸 水 平 降 低 ( Simon-Schnass and Pabst ,1988)。单独或与维生素C组合补充维生素E的一个潜在益处是减少氧化应激的产生。这些组合抗氧化剂对于运动表现的效果还无法确定(Gaeini et al.,2006;Aguilo et al.,2007;Ciocoiu et al.,2007)。
维生素D
维生素D有时候也被称为胆钙化醇。虽然维生素D的主要作用是促进钙吸收和骨骼代谢(IOM,1997),但是流行病学数据显示维生素D与肌肉力量有关。维生素D缺乏与肌肉骨骼疼痛和神经肌肉功能障碍有 关 ( Plotnikoff and Quigley , 2003;Hoogendijk et al. ,2008)。维生素D的食物来源包括强化牛奶制品、蛋类、金枪鱼、鲑鱼、鲱鱼、牡蛎、虾和鲭鱼。此外,晒太阳也会促进维生素D的合成。
对成年人而言,每天摄入5微克的维生素D就足够了(IOM,1997)。在了解了维生素D受体存在于骨骼肌中之后,研究人员就对维 生 素 D 和 运 动 表 现 之 间 的 关 系 产 生 了 兴 趣 ( Pfeifer et al. ,2002)。有关运动表现和维生素D的一篇综述指出,身体和运动表现具有周期性:当维生素D水平达到峰值时,运动表现达到峰值;当维生素D水平处于最低时,运动表现也下降,达到最低点(Cannell et al.,2009)。与之一致的是,那些在室内训练和比赛的运动员全年没有阳光照射,他们就面临着维生素D含量过低的风险(Cannell et al., 2009,2008;Holick,2007)。具有低血清25-羟基维生素D浓度(<40纳摩尔 /升)的老年人会出现下肢力量下降的问题(Pfeifer et al.,2002;Bischoff-Ferrari et al.,2004)。对于年轻的成年人、青少年和儿童而言,较低的维生素D水平是否意味着力量受限还有待商榷。同样地,补充维生素D和力量增加间的关系也有待进一步研究。
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