运动员膳食营养管理研究进展

荆西民

(河南机电职业学院体育健康学院，河南 郑州 451100)

合理的膳食营养是保障运动员能量供给顺畅进行，维系机体各类代谢活动的主要途径。研究[1-2]表明，过低的能量摄入将引起肌体关节疲劳损伤、内分泌系统紊乱及其肌肉酸性物质积累等不良生理反应，进而影响运动员的健康状况与竞技表现。此外，过高的能量补充则会导致个别项目的选手运动反应衰退、身体负担加剧、综合运动能力下降等负面影响[3]。Joy等[4]调查发现，处于剧烈运动状态下运动员更易引发日常饮食失调、膳食营养过度(或不足)，这就为针对运动员膳食营养监控与管理领域的相关研究与开发应用提出了现实要求。运动营养学 (Sports Nutrition)这一旨在优化调节运动员日常训练及其竞赛期间身体机能、维持高水平竞技水平，结合运动学、营养学、体育医学以及生物化学等跨学科的应用科学应运而生，在行业应用逐渐发展成为现代食品产业的重要分支之一[5-6]。据不完全统计，仅2017年度以“sports nutrition”为关键词，在SCI、SCCI、PubMed、Google Scholar等英文文献检索平台上查得相关论文总数达2 082篇之众[7]。然而，笔者通过中国知网，以“运动营养学”为检索主题，得出截止目前该领域的期刊发表论文仅有93篇，从中可看出中国该领域研究与国际同行仍然具有非常明显的差距。

以2008年北京奥运会的盛大召开为重要标志，近年来中国运动员在国际大型赛事中多次获得优异成绩，在竞技体育方面取得重要进展。截至2018年底，中国运动员在奥运会、世界杯、世界锦标赛等各类国际大赛中，共获得世界冠军3 458个，奥运冠军237个，累计创超世界纪录1 332次[8]。2019年9月2日，国务院印发《体育强国建议纲要》[9]，提出“建立中国特色现代化竞赛体系、推进职业体育发展等方面，提升竞技体育综合实力”，为包括竞技体育在内的体育事业全面发展指明了新的方向。作为现代职业体育领域的重要环节之一，运动员膳食营养管理对于保障运动员训练水平与竞技表现具有突出地位[10-11]。早在20世纪90年代末期，中国自主研发设计的“运动营养生化监控恢复系统”，主要监测运动员综合体能、血液、自由基、内分泌和免疫系统以及肌肉蛋白代谢等参数变化，已被应用于女子曲棍球等部分体育项目中[5,12]。此外，大量学者以探究运动过程中碳水化合物、脂肪、蛋白质(类)、维生素、电解质等功能性成分代谢活动与生理机制为主导方向的理论研究[12-14]，和以研发运动营养食品制备工艺为主要目标的应用层面[15-17]，共同推动了中国运动营养学领域不断迈向独立学科发展之路。

基于上述新的时代背景，为进一步提升运动员膳食营养精细化管理水平，文章拟通过在PubMed、SCI、Google Scholar、中国知网、维普等文献检索网站以“sports nutrition”和“运动营养学”为关键词或主题，开展文献查阅、整理，并对这些文献进行较为系统的梳理、归纳，厘清运动营养管理研究的发展脉络、最新进展及其存在问题，并为后续研究提出相关展望。

1 运动营养领域发展概论

现代意义上的运动营养研究起源于近代体育事业的逐渐兴起和西方营养学体系的建立，至19世纪中后叶，随着有机化学物定量检测技术的不断完善，为糖类、脂肪和蛋白质三大能源物质为核心内容的运动营养监控与人为干预研究框架逐渐形成。早在20世纪20年代就已发现，碳水化合物作为能源可明显促进马拉松运动员比赛表现和缓解低血糖疲劳[18]；1975年，英国运动与训练学学会(BASES)创立，大量探究葡萄糖饮料对自行车项目运动员竞技表现的影响；1984年，囊括当时世界各地知名学者和营养师在内的“运动食品基金会”(SNF)在伦敦成立，为传播运动营养知识和制定营养指导指南作出了重要贡献；1991年瑞士洛桑展开的“食品·营养和运动表现”的运动营养学术会议上形成共识——“膳食对运动员的竞技表现具有显著影响，即优质、合理的膳食配给，无论是在训练，还是比赛前、中、后各阶段，都有助于促进运动员比赛潜力的发挥”[19]。经过近一个世纪的不断发展，随着肌肉活检、放射性同位素示踪、核磁共振、高血糖钳微透等试验检测技术的相继投入应用，膳食中的基础能源物质、电解质、激素以及维生素等代谢过程与作用机制越来越得以深入认识与理解。

中国运动营养领域研究整体上晚于国际20～30年。中国首个运动营养学专门研究机构—北京医科大学运动医学研究所运动营养生化研究室，是由陈吉棣教授在20世纪50年代后期创建的，为中国运动营养学科体系的创建、发展与营养食品工艺研发作出了突出贡献。1987年成立的国家体委运动医学研究所运动营养中心，目前已发展成为中国运动营养领域科研水平最为出众的官方研究机构[20]。近年来，随着中国竞技体育事业的蓬勃发展以及国际反兴奋剂要求的不断提升，各大综合性大学与体育专门性院校陆续开设运动营养学本科课程及科研课题，基于现代精密仪器分析技术和分子生物学、代谢组学等方法的应用，全面推动了中国运动营养领域向着定量试验、精准预测以及高效管理等更高阶段迈进[13-14,21-22]。

2 运动营养学研究基本范畴

现代运动营养学奠基人之一的Clyde Williams认为，运动营养学主要研究“营养对人体赛前、赛中、赛后恢复能力影响的程度、强度、幅度与持续性”[23]。传统运动营养学的研究内容主要包括：① 运动过程中能量消耗、代谢规律及其需求状况；② 蛋白质、脂肪、糖类三大热源物质在运动状态下代谢过程、作用机制以及与运动表现的关系；③ 水和电解质对运动状态的影响；④ 维生素对运动状态的影响；⑤ 微量元素对运动状态的影响。近年来随着竞技体育活动风靡全球，应用营养学知识研发、制备各类运动功能性食(药)品[24-25]以及研制、制订相关辅助医疗器材[26]、营养供给指南[27]等成为当前该领域的新兴热点之一。基于分子生物学、计量化学以及精密测试仪器艺术的临床运动营养学、应用运动营养学等将成为未来研究重点。

3 运动员营养供给管理及代谢机制

3.1 能量

长期以来，运动营养领域主要集中于通过营养摄入来保障运动员在运动过程中所造成的卡路里消耗，并赛后及时补充，以此优化训练和比赛成绩[28-30]。研究[31]发现，在中度以上的训练环境下(每周5～6次，每次2～3 h)，每小时约需要消耗能量2 508～5 016 kJ，个别运动量较大的项目(例如自行车、举重等)所需能量值更高。研究[32-33]表明，在参加环法自行车赛中，运动员的能量消耗最高可达50.160 MJ/d，即一名体重约为60～80 kg的运动员每日、每千克体重所耗能量为627～836 kJ。体重更高的运动员(约100～150 kg)每日卡路里消耗量高达25.080～50.160 MJ[34]。

对于能量补给具体方式而言，长期存在着两种截然不同的观点：其中一方认为，“通过合理的日常膳食供给及营养管理，运动员所消耗的能量基本能得以恢复”[35-36]；另一类较为主流的看法认为，“就大部分集体项目和运动消耗较高的个人项目而言，仅采用膳食营养调控方式，难以达到能量需求”[33-34,37]。另一方面，在极端训练和比赛状况下，运动员很难适时补充足够的膳食营养，并可能引发肠胃不适[38]。Loucks[31]研究发现，运动员在训练过程中食用能量较低的膳食，将导致诸如游离脂肪团损耗、睡眠质量降低、荷尔蒙代谢紊乱等生理病症，以及训练专注度下降、情绪焦虑等心理问题。

对运动员膳食的营养学分析进一步证实，运动员能量补给的功效与个人差异、文化背景、项目类型等诸多因素具有密切关联[39-40]。过低或降低的能量可利用率(LEA)，近年来被用于评估女性运动员因能量摄入不够合理而引发下丘脑功能紊乱，并造成的少经/无经等临床症状[41]。然而，就运动员日常训练和膳食管理而论，尽管获取运动员个体能量消耗状况并无技术性障碍，但是在剧烈训练状态下，运动员机体通常会发生一系列应激性生理骤变，例如抑制食欲、改变饥饿感接受模式等，从而诱使运动员对膳食的接受力降低[40]。

3.2 碳水化合物

一般地，在训练及比赛过程下，运动员的体能保障主要通过碳水化合物、蛋白质、脂肪三大能源物质的消耗[7,15]。碳水化合物及其分解质作为主要的供能物质，大量研究集中于探究碳水化合物对运动员，特别是参加耐力性或集体性项目选手，提升竞技能力的作用机理[42-44]。Romijn等[45]运用稳定同位素示踪和间接测热法探讨了运动员体内内源性脂肪与葡萄糖代谢之间的关系，表明血浆葡萄糖的组织摄取和肌肉糖原氧化与训练强度呈正相关；相反地，外围脂肪团在最低训练强度下被最大程度激活，血浆中脂肪酸浓度随着训练强度的升高呈降低趋势。

通常而言，成年人通过日常膳食[45%～55%葡萄糖3～5 g/(kg·d) ]就可基本达到所需碳水化合物的需求。但是随着训练强度的增加，职业运动员每日所需碳水化合物当量将达到8～10 g[46]，且膳食中碳水化合物的供给最好以谷物、蔬菜和水果等植物原为主[47]。在碳水化合物的运动代谢机理方面，Cermak等[48]研究发现，在整个训练期内，运动员经过2～3 h的滞后期后，对碳水化合物的氧化速率可达到60 g/h，建议处于训练期内的运动员每小时补充碳水化合物为0.7 g/kg。研究[49-52]表明，不同类型的碳水化合物因参与转运的蛋白差异，在骨骼肌等组织的氧化速率存在明显差异，且葡萄糖、蔗糖或麦芽糖和果糖的混合产物具有更高的外源性碳水化合物氧化速率。一些研究[53-55]也发现，高分子量支链淀粉有利于在胃中形成较低的渗透压，导致碳水化合物的氧化速率显著升高(通常可达100 g/h)。

关于碳水化合物氧化速率与最佳训练状态的持续间隙周期的关系，也是近年来的热点方向。已有报道[48,56-57]发现，中等以上训练强度下，运动员训练前、后碳水化合物的摄入与补充的间隙时长应控制在60～90 h。

3.3 蛋白质

运动员日常膳食中所需蛋白质的建议供给量，一直是运动营养学领域长期争论的焦点[58-59]。早期研究[7]建议，人体膳食营养中每日蛋白质供给量(RDA)以0.8～1.0 g/kg为宜；近年来，大量研究[58-60]发现，就在职运动员而言，其每日蛋白质供给推荐值应达到1.4～1.8 g/kg才能维持机体正常蛋白质代谢平衡。一旦运动员摄入蛋白质不足，将会诱发机体氮循环失衡，进而引起蛋白质异化代谢受阻，最终导致肌组织耗损、受伤，甚至出现对训练不耐性等症状[61-63]。对于参加健身或者有意愿提升个人健康的普通群体而言，近期一些研究[60,64-65]表明，每日蛋白质的建议摄入量需达到1.2～2.0 g/kg。Morton等[66]对49篇文献中1 863名受访者开展meta分析发现，每日蛋白质的最佳摄入量阈值为1.62 g/kg，超过该值将不会增加体内脱脂质量。年龄较高、不参加训练的居民(53～71岁)每日蛋白质摄入推荐量高于DRA值(达到1.0～1.2 g/kg)。研究[67-68]发现，年长的人群肌肉代谢较慢，需要40 g剂量的蛋白质摄入才能有效刺激肌蛋白的合成。Moore等[69]调查未参加过体育活动的青少年群体后发现，20 g剂量就能最大限度地促成肌蛋白的合成。因此，在中等强度训练下，建议运动员每日蛋白质摄入量维持在1.2～2.2 g/kg。

就蛋白质代谢特性而言，因其来源、组成氨基酸的谱系以及合成和分离方法上的差异，决定分解产物氨基酸和多肽的可利用率，进而对一系列重要合成蛋白(诸如α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、糖巨肽、免疫球蛋白、乳过氧化物酶等)生理活动造成影响[60]。与此同时，外源性蛋白质的消化、合成以及参与各类代谢活动的速率也是影响其代谢机制的重要因素。例如，Tang等[70]研究表明，提取自干酪素、乳清、大豆等的不同类型蛋白质，由于其消化速率的差异，对机体一系列代谢以及肌蛋白的合成造成不同程度的影响。

3.4 脂肪

运动员日常膳食摄入的脂肪建议值与非运动人群无明显差异。为了维持能量均衡、储备肌内三酰甘油以及补充必需的外源性脂肪酸，在运动营养领域脂肪供给也是重要议题之一[71]。不同项目的运动员所需脂肪的推荐值因训练状态和目标而存在一定差别。已有研究[72-73]证实，摄入高含量脂肪的膳食对于维持体内睾丸酮代谢浓度具有紧密关系。Fry等[74]研究发现，在发生训练过度的情景下，较高的脂肪摄入将会引起睾丸酮生理活动抑制。因此，在高密度训练下，运动员脂肪摄入量应达到日常能量供给的50%左右[71]。在运动员实施减脂训练情况下，其每日膳食中脂肪摄入量应控制在0.5～1.0 g/kg，即当天总热量输入的20%[75]。因此，对于运动员脂肪调控来看，指导其各类食物所含有的类型以及估算其重量是应用较为广泛的现实策略[34,75]。另一方面，以往运动员长期摄入高脂肪食物，越来越多的证据表明并没有产生明显的功效，并且还有可能增加肠胃消化的负担[76]。

然而，近年来一些研究披露，关于运动状态下高脂肪摄入与代谢机理的认识发生严重翻转。其中一种观点认为，对于脂肪的管理策略应遵循“训练低，比赛高”，指的是通过严格的周期性饮食建立的一种精准化管理模式：在再次摄入碳水化合物之前，运动员进行1～3周以高脂肪、低碳水化合物为营养搭配的膳食计划。然而，来自肌肉内适应的证据[77]表明，上述脂肪管理策略并非与观测资料相吻合。关于脂肪的膳食营养管理的认识还不够清晰，例如不同学者[77-78]关于生酮节食功效及其作用机制的研究结果存在明显差异，今后该方向的研究需要开展更加深入与微观的探讨。

4 结束语

随着国家对体育事业的重视力度不断提高，以及人们的参与热情持久不息，针对运动员，特别是职业优秀运动员的膳食营养管理呈越来越专业化、精细化和计量化的特征。尽管制约运动员竞技水平的因素众多，但是优质的、科学的膳食营养供应与管理是取得优异比赛成绩的必要条件。作为运动营养管理领域的核心所在，能量、碳水化合物、蛋白质及其脂肪的摄入—消耗的代谢平衡与精准监控，使运动员营养策略建立与应用成为可能。除了文中所综述的碳水化合物等基本能源物质的代谢机制及其管理建议，目前众多的新兴功能性运动食品的作用机理、功效状况以及日常管理也值得进一步梳理与探究。