马拉松运动的营养问题及解决策略研究

汪 琦，刘 军

(西安体育学院a.研究生部; b.运动与健康科学学院,西安 710068)

随着《“健康中国2030”规划纲要》、《全民健身计划(2021—2025年)》等国家战略的贯彻实施，运动作为促进健康的手段逐渐被民众认可，包括马拉松等极限耐力运动赛事的参与人数越来越多.据中国田径协会《2019中国马拉松大数据分析报告》数据，国内马拉松及相关路跑赛事自2016年开始快速增长，新冠疫情之前的2019年全国共举办包括357场认证赛事在内的各类马拉松比赛1 828场，总参赛规模达到712.56万人次[1].但与之而来的是，因为大多选手缺乏对马拉松等极限耐力运动的科学认知，每年因参加马拉松赛事发生各类损伤甚至发生意外死亡等事件屡有发生，损伤率高达77.36%[2]；广为人知的有2016年广东清远马拉松近2万人参赛，1.2万余人因各种原因接受治疗[3]；几乎每年都有报道因为参加马拉松比赛发生猝死的案例，在2021年，甘肃白银山地马拉松更因为造成21名参赛人员遇难而受到举国关注[4].

因此，正确认识马拉松运动的生理特点，并采取营养措施保证比赛中的能量供应、电解质平衡、体温调节，减轻氧化应激和胃肠道不适，对于降低马拉松参赛选手损伤发生率、避免出现猝死等极端事件发生，提升运动表现、减缓运动疲劳、促进恢复等具有重要作用.

1 马拉松运动的生理特点

标准马拉松全长42.195 km，完赛时间需2 h以上；超级马拉松则设有限定赛程距离的50 km、100 km，和限定完赛时间的6 h、12 h等比赛[5]，这些项目都具有比赛距离长、耗时长、强度大、场地开放等特点，是体能主导类耐力性项目.在马拉松运动中，磷酸原系统、酵解能系统和氧化能系统以不同比例进行协调供能，其中氧化能系统是其最主要的供能方式，在赛中有氧供能和混氧供能(酵解能系统和氧化能系统)的比例大概为95%∶5%[6]，相较另外两个供能系统，氧化能系统输出功率最低，但因为体脂肪贮存较多，理论上可持续供能数小时.

高水平马拉松运动员最大通气量可达(142±20)L/min，最大呼吸交换率为1.05±0.07，比赛时每千米摄氧量为(191±19)mL/kg(指每千克体重，下同)，摄氧量峰值(peak oxygen uptake, VO2peak)为(71.0±5.7)mL/(kg·min)，同时也会产生肌肉适应性，主要表现为血容量、毛细血管密度及线粒体密度增加等[7].中低水平马拉松运动员乳酸阈(lactate threshold, LTh)速度为(10.48±1.42)km/h，此时强度可达(73.83%±4.91%)最大摄氧量(maximal oxygen uptake, VO2max)，乳酸积累起点(lactate turn-point, LTP)速度为(12.43±1.52)km/h，此时强度可达(85.21%±4.13%)VO2max[8].业余选手的比赛用时可长达4.5 h以上[9].

不同水平马拉松运动员跑步时的运动参数见表1.由表1可知，虽然高水平运动员配速更高，完赛用时更短，但因为更出色的最大有氧能力和最大有氧速度，动作经济性更好，相比中低水平运动员能耗更低，这又为其高速运动提供了动力基础.无论专业选手还是业余选手，要满足比赛期间总的能量需求和为提高比赛成绩而维持的较高功率输出，对训练和比赛期间的营养支持都有较高要求.因此，一般膳食并不能满足马拉松运动员赛前的营养储备、赛中的能量消耗和赛后的机能恢复，尤其是高水平运动员为提高成绩和突破生理极限，应该有更科学、精细和严格的营养策略.本文以马拉松项目的生理特点为依据，分析马拉松运动过程中可能出现的营养学问题，并给出相应的解决策略.

表1 不同水平马拉松运动员跑步运动参数[7-11]

2 马拉松运动常见营养问题的解决策略

2.1 马拉松运动中的能量保障策略

选手完成一场标准马拉松比赛大约会消耗2 400～3 600 kcal能量[11]，用时6 h以上的超级马拉松(如100英里)每日能量消耗可达7 000 kcal[12].马拉松选手每日所需能量中，碳水化合物供能占比60%～70%[13]，蛋白质为5%～15%，脂肪为20%～35%[14]；超级马拉松的碳水化合物、脂肪、蛋白质的摄入策略仍遵循马拉松的营养策略[15].研究表明，能量摄入不足的马拉松选手会加快疲劳产生和应激激素释放，从而产生较高水平的促炎症因子白细胞介素-8(Interleukin-8，IL-8)或肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α, TNF-α)，且抗炎细胞因子白细胞介素-10(Interleukin-10, IL-10)的产生与碳水化合物摄入量呈正相关，赛后即刻TNF-α产生与膳食纤维和碳水化合物摄入量呈负相关[16].为防止能量负平衡和运动损伤必须保证马拉松运动员有充足且全面均衡的营养摄入.

碳水化合物是马拉松比赛最主要的供能物质.由于马拉松持续时间长、能量消耗大，赛前肌糖原贮备对于赛中表现有直接影响，低碳水饮食的选手则因肌糖原不足而降低运动耐力.传统观点认为在赛前1周利用糖原负荷法可以有效增加运动员机体的糖原储备，但最近研究表明，在赛前36～48 h每日摄入10～12 g/kg碳水化合物即可使机体糖原储备大幅增加，可有效避免在赛前利用糖原负荷法充糖所需要的耗竭糖原的训练、非常复杂的饮食要求以及由此导致的疲劳[17]；赛前1～4 h继续摄入1～4 g/kg[18]，可显著增加体内糖原的储备，并且能补充夜间睡眠期间消耗的肝糖原[16].马拉松运动员在赛中可选择糖电解质溶液(运动饮料)及时补充糖，以保持身体机能稳定，维持血糖平稳，还可提供能量物质，延缓或减轻疲劳[19].也可选择碳水化合物漱口水作为补充剂，通过作用于神经系统，使大脑产生与奖赏有关的情绪和反应行为，从而提升运动表现[20].在运动过程中，建议马拉松运动员在比赛时间为1～2.5 h时，每小时摄入30～60 g糖；当比赛持续时间在2.5～3 h时，每小时最高可摄入90 g糖[19].在恢复早期(运动结束后的4～6 h)内，每小时摄入1～1.2 g/kg糖，可提高肌糖原的再合成率[19]；赛后糖补充不足则会减慢炎症和疲劳消除，运动性损伤恢复缓慢，机体耐力降低.

脂肪是马拉松的重要供能物质，如果马拉松运动员长期摄入脂肪过多，会引起体内的酮体生成增多，对运动产生不利影响；脂肪过少则供能不足，会降低运动成绩，免疫力降低，疲劳消除缓慢.脂肪代谢提供能量所需时间几乎是碳水化合物的2倍，且会消耗更多的氧[21]，提高脂肪的供能效率能够有效提升选手的运动表现.长链脂肪酸(Long-chain fatty acids, LFCs)分解代谢需通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisome proliferators-activated receptors, PPARs)后加速肝脏脂代谢过程[22].左旋肉碱可通过促进长链脂肪酸转运进入线粒体氧化以节省肌糖原，马拉松运动员可在运动前和运动后24 h内补充2 g左旋肉碱，能够减轻肌肉损伤和肌肉酸痛，减少细胞损伤和自由基形成[23].与长链脂肪酸相比，中链脂肪酸(Medium-chain triglycerides，MCTs)更易被机体吸收，可在机体摄入数分钟内进入血液循环快速供能.推荐每日中链脂肪酸摄入量应在30 g以内，通过被机体快速吸收利用，从而增强有氧代谢，但每日摄入超过30 g易引起胃肠道症状[24].不饱和脂肪酸氧化较快，也易被利用和吸收，饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸建议摄入比例为1∶2[25]，另外ω-3系列多不饱和脂肪酸已被证实可以降低马拉松运动员比赛过程中的炎症反应，改善肌肉适能和能量代谢，提高运动成绩[26].

蛋白质不是马拉松供能的主要物质，但仍对马拉松运动员具有重要作用.有研究测试了50名马拉松和超级马拉松运动员比赛前后的肌酸激酶、肌红蛋白、乳酸脱氢酶、丙氨酸转氨酶、γ-谷氨酰转肽酶等表达水平，发现赛后均明显升高，说明马拉松运动时肌肉和肝脏均存在不同程度的运动损伤[27]，因此运动员必须摄入足量蛋白质以预防器官损伤和促进赛后肌肉恢复.推荐马拉松运动员蛋白质摄入方法为每3～5 h摄入一次，每日总量为1.2～2.0 g/kg[28].研究表明，在赛中，与只摄入碳水化合物相比，碳水化合物加蛋白质的混合摄入策略会显著降低运动员在赛后72 h的疼痛、能量缺乏、疲劳评分[29].在赛中或赛后的恢复期摄入约20～30 g蛋白质，或约10 g必需氨基酸可以增加全身各肌肉的蛋白质合成，改善氮平衡[19].其中酪蛋白这类缓释蛋白，在餐后7 h内可降低蛋白质分解约30%，对蛋白合成促进作用较为有限；而游离氨基酸、乳清蛋白等吸收较快的氨基酸，只可短暂适度抑制蛋白质分解，但会增加蛋白质合成速度约68%[30].也可在赛前摄入77 mg/kg支链氨基酸(Branched-chain amino acids, BCAAs)[31]，因其消化吸收较快，可通过胰岛素效应促进葡萄糖摄取和骨骼肌蛋白质合成，提高骨骼肌、脂肪组织和肝脏中的糖代谢，提升运动员赛中的表现和延缓疲劳产生.

2.2 马拉松运动中的电解质平衡策略

马拉松赛中产生的大部分热量主要以汗液蒸发的形式排出，但高出汗率会导致机体水分流失.在高温高湿环境下进行马拉松比赛，运动员的失水量会超过2.5 L/h[32]，不补水的选手脱水发生率为4.6%～5.3%[33]；即使在凉爽适宜的环境下进行马拉松比赛，也会使运动员总失水量达到(3.6±1.1)L[34]，不补水的选手脱水发生率为1.4%～3.3%[33]；大量失水会影响心血管系统和体温调节系统，使运动员体能下降，甚至导致中暑和运动性横纹肌溶解.尤其当在寒冷环境中比赛时，运动员因气温较低使液体主动摄入不足，会导致更严重的脱水，甚至降低肾小球滤过率和渗透清除率[35].

马拉松运动中液体摄入严重不足时，会导致高钠血症(完赛运动员中发生率约13%)，主要表现为体重快速降低、血清钠浓度升高等，晕倒的马拉松选手中有58%是由于高钠血症，补充低渗液体可以预防和治疗高钠血症[36]；但当摄入过多低渗液或抗利尿激素分泌增加时会增加出现低钠血症(Exercise-associated hyponatremia, EAH)的风险(完赛运动员中发生率约6%)，主要表现为体重增加、腹胀、恶心呕吐、血浆钠浓度降低等[36]，根据运动员口渴量饮水并监测运动员赛中体重变化是预防低钠血症的主要措施，当出现低钠血症时可口服高渗液体缓解[37]，如每10 min静脉注射100 mL的3%浓度生理盐水直至症状缓解.马拉松赛会致K+随汗液流失增加，骨骼肌内Na+/K+-ATP酶活性提高，增加选手运动后短暂、可能并无明显症状的低钾血症的风险，长期训练的长跑运动员在运动后低钾血症发生率约为60%[36]；Na+、K+、Mg2+等电解质缺乏也常会导致运动相关的肌肉痉挛[34]，Mg2+、Ca2+、Cl-等与运动相关的电解质紊乱则较为少见.

合理补液能够保持马拉松运动员体温平衡、电解质平衡、酸碱及能量平衡，并保持足够的血容量.运动员应至少在赛前4 h缓慢摄入液体5～7 mL/kg[38]，在赛中补水应遵循少量多次的补水原则，可每隔15～20 min补液170～340 mL[14]，或每小时补液300～600 mL，并补充1.7～2.9 g盐[39]，能降低运动相关低钠血症风险和改善血清钠浓度.运动后补液摄入量应根据丢失体重的150%进行补充[32].补液还应根据环境条件、运动强度、运动时间、体温、体重、肾功能和胃肠道状况进行适当调整.

2.3 马拉松运动中的体温调节策略

人体肌肉在持续快速收缩时产生的大量热量导致运动员核心体温逐渐升高，严重时甚至会升至40℃以上[40]，导致认知能力下降，人体蓄热率增加、中暑风险增高.长期训练且已经产生热适应的马拉松运动员出汗阈值降低，出汗率升高[41]，体温调节能力增强.

运动员在赛前采取预冷降温措施能够有效散发机体热量，增大机体的蓄热能力，有效降低皮肤温度和核心温度，保证运动过程中的良好耐力表现[42].在高温高湿环境下运动时，运动员面部的皮肤血流量较身体其他部位增加更多，通过冷却面部皮肤温度可减少头部散热和脑血流量的负担，并抑制大脑温度的增加[43].低浓度(<2%，质量分数)的薄荷醇涂抹于面部时可以产生清凉感，但不会降低机体的核心温度，其产生原因是通过对瞬时受体电位通道M8(Transient receptor potential melastatin 8, TRPM8)的刺激缓解热应激症状[44].薄荷漱口水可以改变口咽温度和湿度的感觉，在吸入时产生冷气流的感觉并降低口渴感，降低对运动和锻炼的不适感知度[45].当运动持续时间较长时，在心率持续增加的同时，每搏输出量却减少，这称为心血管循环转换(cardiovascular drift)，是导致耐力运动疲劳的心血管因素之一.研究表明，相比直接摄入液体，运动前使用冰浆预冷可降低心血管循环转换导致的心血管循环压力[46]，可提供足够的热缓冲去降低热量累积，能够降低核心体温约0.5℃，运动能力提高16%～19%[47].有研究表明，运动员热身后摄入7.5 g/kg 冰浆，并在摄入后间歇20 min左右开始运动或比赛能更快降低核心温度，改善运动能力[48].但冰浆温度较低(<0℃)，所以需考虑运动员个体的肠胃耐受问题，防止出现胃肠道不适症状.混合预冷方式对运动员也具有较好的效果，如铁人三项运动员在30℃、80%湿度的高温高湿环境下进行比赛时，采用摄入冰浆结合冰毛巾覆盖皮肤表面的混合预冷方式，运动员计时赛成绩提高了2.9%[49].无论何种预冷措施，体温降低不能超过1.5℃，以防止肌肉温度过低而造成运动损伤或降低运动表现[48].

马拉松选手在突发的极端低温天气或在高原、山地等特殊环境下比赛时，运动员机体的新陈代谢和正常生理功能会被损害，糖氧化速率加快，脂肪氧化速率减慢，皮肤及肢体末端的血流量减少，去甲肾上腺素升高，外周血管收缩，体温骤降，运动能力减弱[50].在低温环境的比赛开始前，运动员可着保暖衣物，既能防止头部和手足等肢体末端冻伤，还可以预先提高运动员的核心和皮肤温度[51].在比赛时，需摄入高于正常建议热量的食物，以防赛中能量消耗过快，并有助于保持体温[52].在赛后15～30 min内，及时补充碳水化合物和蛋白质，使身体机能和代谢水平恢复到正常状态[53].若没有科学的保温措施极易导致机体大量散热、能量供应不足、核心温度骤降等现象，从而出现失温症，失温症表现及应对措施见表2[54].在复温时也应分级、温和、循序渐进地进行，复温过快会导致外周血管中冰冷的血液回流入心脏，引起核心温度降低，增大猝死风险.

表2 失温症分级及处理措施[54]

2.4 马拉松运动中的氧化应激缓减策略

在马拉松赛中机体需氧量增加，耗氧量和血流量也随之有较大增加，从而引起机体产生过量自由基和氧化应激，导致细胞的氧化损伤[55].在运动过程中适度的活性氧(Reactive oxygen species, ROS)产生能通过调节血流等方式促进骨骼肌进行积极适应，高水平的活性氧则会破坏大分子结构，及时补充清除自由基的抗氧化物质，会延缓疲劳及降低炎症反应，避免肌肉损伤.

运动员可通过食物补充或摄入外源性补剂增加机体抗氧化物质.如摄入维生素C、维生素A(β-胡萝卜素)、维生素E、维生素D，微量元素硒、锌等均被证实可通过抗自由基、保护细胞膜完整性等促进运动能力[56]，运动员可通过摄入维生素和微量元素含量较高的新鲜果蔬、全谷、海产品等增加食物中抗氧化剂的供给.

此外，植物来源的食物中，多酚、黄酮、多糖等功能性物质也可能发挥重要抗氧化作用，其可能机制是猝灭过多的氮氧自由基，增强线粒体生物合成、改善血管功能和血流、增强脂肪氧化[57].常见的多酚类物质有虾青素、儿茶素、槲皮素、白藜芦醇等.研究发现，每天摄入多酚类补剂(688±478)mg，并持续至少7天可以提高约1.9%的运动表现[58].绿茶含有儿茶素等多种生物活性物质，具有较强的抗氧化特性，在不干预其他生活状态时，每天摄入绿茶儿茶素270～1 200 mg，能帮助马拉松运动员保持体重和优化体成分[59].连续3～12天内，每天摄入花青素80～547 mg也可提高运动员的最大摄氧量，并改善血管功能[57].

2.5 马拉松运动中的胃肠道不适调整策略

马拉松运动员赛中胃肠道不适的发生率为30%～50%[60].主要症状为头晕、恶心、胃肠道痉挛、呕吐和腹泻等，严重者赛后几小时内便血，症状大多虽较轻，但却是造成马拉松选手中途退赛的主要原因之一[61].胃肠道症状发生率随着比赛时间的持续而增加[62]，这是由于比赛中血液重新分布，更多地流向肌肉和皮肤，减少了胃肠道的供血，从而导致运动期间和运动后腹痛等症状[63].

影响胃肠道功能的内部因素有运动员个体的进食耐受性、胃肠道疾病活跃或易感度、胃肠道生物细菌的多样性等，外部因素主要有运动项目、强度、时间、环境条件等[64].赛前较为紧张的选手可选择摄入液体膳食补充剂降低胃肠道反应[19]，膳食纤维不提供能量，也不易被胃肠道吸收，适量摄入可以减缓胃排空，防止腹泻，但摄入过多会产生胀气等不适感.在运动过程中摄入复合碳水化合物，并减少可发酵低聚糖、单糖、双糖摄入可降低胃肠道问题的发生率[65].补充益生菌可缓解胃肠道症状，降低赛中的胃肠道症状发生率和严重程度，帮助马拉松运动员维持跑速，以提高马拉松选手运动成绩[66]；此外，益生菌与膳食纤维的组合摄入可以改善氧化应激和免疫能力[63].研究表明，在赛前2周用不同形式和浓度的碳水化合物对胃肠道进行预适应，可有效减少比赛时高糖膳食引起的肠道不适和胃肠道症状，可改善比赛时因碳水化合物吸收不良而导致的血糖浓度下降，显著提高60% VO2max强度进行2 h跑步的速度[67].

2.6 马拉松运动中的补剂摄入策略

马拉松运动只通过日常膳食补充能量和营养物质时，并不能满足比赛时机体的大量消耗，科学、有计划地选择在最佳时期摄入营养补剂能够提高运动员的身体机能水平，延长肌肉工作时间，延缓疲劳，加速恢复.

咖啡因是耐力运动中使用最广泛的补剂之一，广泛存在于咖啡、能量饮料、咖啡因凝胶等多种食品和运动补剂中[72].其作用机制是通过增加肾上腺素和去甲肾上腺素的含量,使脂肪动员加快，节省赛中肌糖原消耗，增加肌浆网对Ca2+的释放，抑制对Ca2+的重摄取，延长肌肉收缩活动持续时间，以及作为腺苷受体的非特异性拮抗剂，作用于中枢产生包括掩盖努力、疲劳和疼痛的感觉，以及提高警戒心及运动动机，延缓疲劳[73].建议马拉松运动员可按3～6 mg/kg剂量摄入咖啡因，有研究证实中低剂量使用咖啡因可使耐力运动员运动至疲劳的时间延长20%～50%[74].咖啡因对运动表现具有促进作用，但使用不当也可能会出现胃肠道不适、注意力无法集中、失眠紧张等现象，因此咖啡因的摄入应考虑个体差异性，并在赛前充分实践摄入策略，特别注意不应该摄入过大剂量，以避免副作用.

3 结论

根据马拉松运动的生理特征，采用周期性、多样性、高碳水化合物为主的均衡膳食优先策略、有针对性的营养补剂有助于马拉松运动员提升身体机能和高效利用能量，获得更佳的运动表现.马拉松项目的大强度和长时间等特点增加了比赛的风险因素，合理的补液措施可预防脱水和钠血症.不同比赛环境下采用不同的体温调节方式可有效降低猝死风险，及时清除过多自由基可加快炎症消除和运动疲劳消除，预防胃肠道不适保证马拉松运动员顺利完赛.根据马拉松运动员的特殊需求，合理选用甜菜根汁、咖啡因等营养补剂可减缓疲劳，有助于运动能力的提升.因此，马拉松运动员的营养补充须全面、均衡、个性化.