运动营养指南

矿物质是以固体形式存在的无机元素（IOM，1997，2001，2005）。钠、钾、氯、钙、磷、镁和硫都是宏量元素，因为它们的日推荐摄入量超过了100毫克/天，而且这些矿物质在人体内的含量超过5克。激素控制体内多种宏量元素的含量。铁、铜、铬、硒和锌是微量元素，因为这些矿物质的推荐摄入量低于100毫克/天。人体内有精确的吸收和排泄机制来控制细胞内的微量元素的含量。氟、硼、碘、锰和钼是超微量元素，因为它们的日摄入量低于5毫克/天（见表6.1和表6.2）。

与维生素的情况不同，有越来越多的数据表明，如果一些矿物质的摄入量过低，就会对身体表现带来不利影响。但是，对于身体表现和铜、磷、硒、碘、钼、钾和氯化物等矿物质摄入量和矿物质状态之间的相互作用的研究还很匮乏。因此，本章节主要讨论铁、镁、锌和铬，并重点介绍矿物质的膳食参考摄入量（DRI）发布后的一系列发现。

宏量元素

矿物质分为宏量元素和微量元素。人体内矿物质的含量大约占据4%的人体体重。人体内宏量元素的含量比微量元素的含量高。宏量元素包括钙、磷、镁、钠、氯化物和钾。

钠、钾和氯化物

这些矿物质主要以电解质的形式存在于体液中（IOM，2005）。

钠是一种细胞外的阳离子，用来保持体液平衡、酸碱平衡和维持神经功能。钾是一种细胞内的阳离子，用来调节体液平衡，神经到肌肉间的信号传递，肌肉细胞中的能量利用和ATP的产生。氯化物主要是一种细胞外的阴离子，用来保持体液平衡和完成神经脉冲传递。钠和氯化物存在于大部分的食物中，钾主要存在于水果、蔬菜、奶制品、肉类和鱼类中。

钠、氯化物和钾用来调节体内液体空间内的体液交换，能够很好地管理细胞和外部体液环境之间的营养物质和废弃物的交换。钠的推荐摄入量取决于运动中的出汗速度和钠流失的情况。例如，在每天进行两次训练的训练营中，大学一级联赛的橄榄球运动员的钠丢失情况各不相同。尤其是，有热痉挛史的橄榄球运动员通过出汗丢失的钠是那些没有热痉挛史的运动员的两倍（Stofan et al.，2005）。对于大多数没有热痉挛史的人，达到推荐的钠摄入量（1.5克/天）足以维持钠平衡。

钙和磷

钙和磷主要用来形成骨骼，而且超过90%的钙和磷都存在于骨骼中（IOM， 1997）。钙是神经传导、肌肉收缩以及糖原合成和分解所必需的。磷作为DNA、ATP、磷酸肌酸和2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）的组成分别存在于每个细胞中，2,3-DPG调节运动期间向肌肉释放的氧气。钙和磷的膳食来源包括牛奶、奶制品、花椰菜、甘蓝、萝卜叶、坚果和豆类。

成年人钙的适当摄入量为每天1000毫克。对于男性和女性成年人，磷的推荐膳食摄入量（RDA）均为700毫克。关于运动员和钙补剂关系的研究很少。在进行研究的时候，研究人员为受试者提供一定剂量的钙或磷，这个剂量比充足的钙和磷的摄入量或者推荐膳食摄入量要高一点。

在一项研究中，受试者连续4周每天都摄入35毫克/千克体重的钙，同时每天进行90分钟的有氧耐力训练，每周训练5天。在训练前后，研究人员分别测试了总睾酮和游离睾酮水平。4周后，那些只参加训练的运动员，与训练并补充钙的运动员的总睾酮和游离睾酮水平差别并不显著。有关磷补剂的科学文献更为普遍，但是大部分已发表的研究都认为补充磷不会提升有氧耐力能力（Bredle et al.，1988；Kreider et al.，1990）。

镁

人体内60%的镁存在于骨骼当中。只有一小部分的镁存在于软组织中，这些镁是300多种酶的组成成分（IOM，1997）。镁能够调节许多生理过程，包括作为三磷酸腺苷酶（ATP酶）和2,3-DPG的组分参与能量代谢和糖异生。含有镁的食物包括水果、蔬菜、坚果、海产品、全谷物产品和奶制品。一些瓶装水和硬水中也含有镁。

男性和女性镁的推荐膳食摄入量分别为400毫克/天和310毫克/天（IOM，1997）。有关运动员膳食的研究发现，男性运动员镁的摄入量等于或大于推荐膳食摄入量，但是女性运动员镁的摄入量却只有推荐膳食摄入量的60%~65%（Nielsen and Lukaski，2006）。不考虑性别因素，有体重级别的运动员或者难美类项目的运动员可能没有通过膳食摄入充足的镁（小于推荐膳食摄入量的55%）（Hickson et al.，1986）。然而，当运动员在训练中心就餐时，他们镁的摄入量就会超过推荐膳食摄入量（Fogelholm et al.，1992）。

在剧烈运动后，镁丢失的速率加快。相比于对照组或不运动，高强度的无氧运动将导致运动当天尿镁丢失增加21％，镁的含量会在第二天恢复到运动前的水平（Deuster et al.，1987）。尿液中镁的含量与运动导致的无氧代谢强度有关，该强度可以通过运动后过量氧耗和血乳酸浓度来评价（Deuster et al.， 1987）。因此，糖酵解代谢主导时需要更多的镁。

竞技运动员补充镁可以提升细胞功能。如果女性竞技运动员的血浆镁浓度处于正常范围值的下限，那么与只补充安慰剂的运动员相比，每天补充镁（每天360毫克，连续3周）的运动员会在训练后拥有更低的血清总肌酸激酶（Golf et al.，1993）。对血镁浓度偏低的一组女子赛艇运动员连续4周补充镁（每天360毫克），发现与安慰剂组相比，实验组在力竭性赛艇测试中的血乳酸浓度和摄氧量都发生了下降（Golf et al.，1993）。在为期7周的力量训练中，年轻运动员在膳食摄入镁外还额外进行镁的补充（每天250毫克），结果发现这些运动员的腿部力量比安慰剂组增加得更多（Brilla and Haley，1992）。

膳食镁的变化会影响镁的营养和运动表现（Lukaskiand Nielsen，2002）。与镁摄入充足的女性相比，镁摄入不足的女性（180vs.320毫克）的镁代谢量为负（摄入量-流失量），镁状态的指标（红细胞和肌内镁浓度）也下降了。在次最大强度运动中，镁摄入量的减少会增加心率（每分钟增加10次），降低做功效率（10％）。

微量元素

根据定义，微量元素是在土壤、植物和动物中以微小浓度天然存在的化学成分。虽然与宏量元素相比，微量元素的需要量要小得多，但是微量元素（也称为微量矿物质）对于最佳的健康和运动表现是必需的。

铁

这种金属元素对于形成用于氧气输送和利用的化合物至关重要。

血红蛋白是最主要的含铁化合物，能够将氧输送到细胞。细胞的铁化合物包括肌红蛋白、细胞色素和三羧酸循环中的一些酶（顺乌头酸酶，NADH脱氢酶和琥珀酸脱氢酶）。几乎30％的铁储存在组织中，70％的铁参与氧代谢（IOM， 2001）。含铁的食物来源包括在动物肉制品中发现的血红素蛋白（血红蛋白和肌红蛋白）。非血红素铁的来源包括果干、蔬菜、豆类、全谷物食物和强化谷类。与非血红素铁相比，血红素铁更易于吸收和使用（10%~35% vs.2%~10%）。膳食成分基本不会影响血红素铁的吸收（Monsen，1988），但是会影响非血红素铁的吸收（IOM，2001；Hallberg et al.，1997）。肉类蛋白质和维生素C能促进非血红素铁的吸收（IOM，2001；Siegenberg et al.，1991）。丹宁酸（主要存在于茶叶、酒和一些食物中）、钙、多酚和植酸（主要存在于多谷类食物中）等会影响非血红素铁的吸收（IOM，2001；Siegenberg et al.，1991；Cook et al.，1997；Hallberg et al.，1991；South and Mille，1998）。

男性和女性的铁推荐膳食摄入量分别是8毫克/天和18毫克/天（IOM， 2001）。男性运动员通常能够摄入足够量的铁。但是，有氧耐力运动员或需要较轻体重（如芭蕾舞演员和体操运动员）的女运动员摄入的铁量要比推荐的铁量少（Haymes，2006）。补充铁剂的女运动员铁的摄入量超过了推荐的量（Deuster et al.，1986）。铁摄入量过低是女性缺铁的主要原因。

铁缺乏的发生是分阶段的。早期阶段为组织铁储备下降，其特征是血清铁蛋白下降（<12微克/升）和总铁结合力增加（>400微克/分升），这一现象可发生于15%~20%的女性，20%~37%的女性运动员，20%~25%的女孩以及25%~47%的年轻女性运动员。虽然在临床上把低于12微克/升的血清铁蛋白视为铁损耗的临界值，但是女性运动员缺铁的临界值范围通常界定为20~35微克/升（至少在实践中如此）。低血清铁蛋白提示机体增加对铁的吸收。接下来发生的是红细胞的铁含量降低，细胞的转铁蛋白受体数目增加，以及之后这些受体的数量在血清中增加。可溶性血清转铁蛋白受体（sTfR）浓度的升高（大于8.5毫克/升）意味着功能性铁缺乏。这个阶段发生在真正的缺铁性贫血之前，是缺铁的第二阶段，也叫作非贫血性铁缺乏或IDNA。

缺铁的最后阶段是贫血，血红蛋白降低（男性和女性的血红蛋白分别低于130克/升和120克/升）。贫血的发生率为5%的女性、5%~12%的女性运动员和6%的女孩（无论她们是否参与运动）（IOM，2001）。

➤ 贫血——红细胞数量减少，从而减少了输送到组织的氧量。

人们已经确定贫血将会导致峰值摄氧量、做功能力和有氧耐力下降，血乳酸增加。这种损害可以通过补铁来进行弥补（Gardner et al.，1977；Edgerton et al.，1981）。但是关于IDNA对运动表现和代谢的影响也存在很多争议（Haas and Brownlie，2001）。

研究人员开展了一项对贫血的女性运动员补充铁剂的实验，虽然实验结果显示在运动期间血清铁蛋白增加和乳酸减少，但运动能力没有改善（Matter et al.，1987；Schoene et al.，1983；Lukaski et al.，1991）。但是其他关于青少年女性运动员和贫血女性的研究却表明，补铁能够提升有氧耐力和峰值摄氧量（Rowland et al.，1988）。有一个因素可以解释实验结果的不一致性，那就是炎症的混杂效应降低了循环的铁蛋白水平（McClung et al.， 2006）。为了澄清这个问题，有必要区分炎症和铁摄入对铁状态标记物的影响。

越来越多的证据表明，补铁对功能性铁缺乏人群的运动表现有裨益。在有氧训练期间，功能性铁缺乏的女性补铁（8毫克/天，连续6周）后，sTfR显著降低，铁蛋白明显增加，而血红蛋白没有任何变化。虽然两组受试者都缩短了骑行时间，但是与安慰剂组相比，补铁组15千米骑行的时间缩短而且血乳酸也降低（Hinton et al.，2000）。此外，与只补充安慰剂的女性相比，IDNA即功能性铁缺乏（sTfR> 8.5毫克/升）的女性在补铁（8毫克/天，连续10周）和功率自行车训练后，以更高的功率和更低的耗氧量百分比缩短了15千米计时赛的完成时间（Brownlie et al.，2004）。与此类似，与安慰剂组相比，在补铁后（10毫克/天，连续6周），功能性铁缺乏的女性在膝关节伸肌运动中的肌肉疲劳感下降（Brutsaert et al.，2003）。DRI小组总结发现，定期进行有氧耐力训练会将铁损耗增加到3毫克/天（IOM， 2001）。因此，定期参加有氧耐力训练的个人应该增加30%~70%的铁摄入量，来补充损失的铁。

铜

铜的功能是可以参与构成金属酶，用来帮助摄取非血红素铁和形成血红蛋白（血浆铜蓝蛋白）以及在线粒体中产生能量（细胞色素C氧化酶）。此外，铜也可以用作抗氧化剂（过氧化物歧化酶）（IOM，2001）。尽管铜有可能会影响运动表现，但是没有确切证据表明不摄入充足的铜就会影响运动表现。铜广泛分布在各种食物中，特别是坚果、豆类、全谷物食品、甲壳类动物和动物内脏中铜的含量较为丰富。成年男性和女性的铜推荐膳食摄入量为900微克/天。

锌

锌存在于身体的各个组织中，是100多种金属酶的组成成分。含有锌的酶参与能量代谢，包括氧气-二氧化碳传输（碳酸酐酶）和乳酸代谢（乳酸脱氢酶），还能控制大量营养元素的分解和合成、生长和发展、免疫功能和伤口愈合（IOM，2001）。海鲜、肉类、利马豆、黑眼豆、白豆、全谷物产品和强化谷物是锌的来源。蛋白质高的饮食也含有大量的锌。富含纤维和植酸的食物会降低锌的利用率。

在通常情况下，经常参与身体活动的成年人锌的摄入量可以达到推荐膳食摄入量的标准（男性和女性分别为11毫克/天和8毫克/天）（Lukaski， 2006）。耐力项目和体操项目的女性运动员的锌摄入量仅达到推荐量的临界值，部分原因是这些女性运动员需要限制摄入的食物（Short，1983）。锌状态是运动表现的一个指标。25%的男性长跑运动员的血清锌水平低于正常值范围，而且这也与训练距离呈负相关（Dressendorfer and Sockolov，1980）。对有氧耐力运动员和跑步者的调查显示，20%~25％的运动员的血清锌水平都较低，而对照组（性别匹配）的血清锌水平较低者只有13%（Singh et al.，1990；Lukaski et al.，1990）。

越来越多的证据表明，低锌会影响运动表现。锌能够增强机体的肌肉收缩（Isaacson and Sandow ，1963；Richardson and Drake，1979）。与安慰剂相比，补充锌后中年妇女的肌肉力量和耐力都得到增加（Krotkiewski et al.，1982）。因为这些肌肉功能依赖于快肌酵解型肌纤维的募集。补充锌可以增强乳酸脱氢酶的活性。

乳酸脱氢酶是一种锌依赖性酶。与摄入足量锌的运动员相比，摄入低量锌的男性受试者（1毫克/天 vs.12毫克 /天）体内的血清锌水平和锌储量都下降了，而且上下肢肌肉力量下降（Van Loan et al.，1999）。与年龄和性别匹配的不运动的对照组相比，青少年体操运动员体内的血清锌浓度有所降低，且一半的运动员表现为亚临床性缺锌。体操运动员的血清锌浓度与内收肌力量呈正相关（Brun et al.，1995）。血清锌浓度低的优秀的男性足球运动员与血清锌浓度正常的运动员相比，在功率自行车测试中最大功率输出小，且血乳酸高（Khaled et al.，1997）。饮食中锌含量偏低（3~4毫克/天）的男运动员在长时间次最大强度运动中的通气率上升，氧摄取减少，二氧化碳排出量和呼吸交换比下降（Lukaski，2005）。低锌饮食会导致锌状态下降（血清锌浓度和锌储备下降）。低锌饮食还将导致红细胞的碳酸酐酶（锌依赖性酶）的活性降低。

硒

硒以硒蛋白的形式存在并发挥其生物学作用，包括防止对细胞的氧化损伤（谷胱甘肽过氧化物酶）。硒和维生素E一起作为抗氧化剂（IOM，2000）。关于硒能改善运动表现的证据比较匮乏。硒与饮食中的蛋白质含量有关。富含硒的食物包括海产品、肉类、全谷类食物、肝脏、麦麸和一些蔬菜（花椰菜和菜花）。成年男性和女性的锌推荐膳食摄入量为55微克/天。

铬

新的证据表明，铬能够促进胰岛素在具有胰岛素抵抗的人体细胞中的作用。人们对铬是否能改善运动表现有很多争议（Short，1983）。全谷类食物、奶酪、豆类、蘑菇、牡蛎、酒、苹果、猪肉、鸡肉和啤酒酵母都是铬的食物来源。

铬是一种暂时的必需物质。男性和女性的铬摄入量分别为35微克/天和25微克/天（IOM，2001）。现在人们对食用铬和铬状态的评估是有问题的（Lukaski，1999），这也就限制了人们关于铬对身体活动的重要性的评估。由于铬在调节葡萄糖代谢和潜在的合成代谢中的促进作用（Evans，1989），许多研究开始探究补充三价铬（通常作为甲基吡啶铬）对力量增长和体成分变化的影响。但是目前仍然缺乏关于健康男性和女性运动后补充铬增加力量、肌肉或促进糖原合成的一致性结果（Vincent，2003；Volek et al.，2006；Lukaski，2007）。

其他矿物质

据报道，硼、矾、钴、氟、碘、锰和钼都具有一定的生物功能，如果这些矿物质的摄入量没有达到最佳剂量，理论上说，都会影响运动表现（IOM， 1997，2001）。但是，现在还没有任何已发表的研究确切表明如果这些矿物质的摄入量不达标，就一定会影响运动表现。此外，矾和锰对动物的碳水化合物和脂质代谢具有作用，但是人体内很少缺乏这两种矿物质。