生酮饮食控体重及对竞技运动表现的影响

余今红 刘 军

(1.西安体育学院 研究生部, 陕西 西安 710068;2. 西安体育学院 运动与健康科学学院, 陕西 西安 710068)

生酮饮食(Ketogenic Diets, KD)是指饮食中碳水化合物(Carbohydrate，CHO)摄入<50 g/d，或CHO供能百分比在总热量的10%以内，以极低碳水化合物和高脂肪为特点的饮食策略，可作为多种疾病的辅助治疗措施[1].

KD最早用于治疗癫痫，通过诱导酮症，减缓患者的发作频率，改善认知功能[2].后来研究发现其对癌症、多囊卵巢综合征、痤疮、阿尔兹海默症以及2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus, T2DM)等疾病有良好的治疗效果[3].近年来，KD因其减重效果好，且以消耗脂肪为主的代谢特点被运动员所关注，在限体重或者需要通过体重取得相对优势的运动项目中，许多运动员希望通过这种饮食方法快速降体重，从而获得更好的运动表现.人体脂肪储备远大于糖贮备，且理论上没有上限，可作为长时间耐力运动时的燃料底物.然而，KD同时也可能因降低了机体利用CHO的能力而损害运动表现[4].本文将从KD的生理生化机制和在竞技体育中对体重控制及运动表现的影响等几个方面就国内外相关研究进行梳理总结，为KD在竞技体育中科学合理的使用提供理论参考.

1 KD的生理生化机制及分类

KD通过严格控制CHO的摄入，增加脂肪摄入利用使机体供能方式发生改变，产生酮血症.

1.1 KD的生理生化机制

正常情况下，CHO是机体能量产生最主要的来源.然而，当每天摄入CHO<50 g时，胰岛素分泌减少，身体进入分解代谢状态.当体内CHO可用性降低时，体内甘油、乳酸、丙酮酸及生糖氨基酸等非糖物质通过糖异生途径内源性生成葡萄糖提供能量；当机体糖的可利用性进一步下降时，内源性糖生成不能满足机体能量所需，脂肪代谢开始生成酮体供能，此时，酮体代替葡萄糖成为体内最主要的能量来源.

酮体包括乙酰乙酸(Acetoacetata，AcAc)、β-羟丁酸(β-Hydroxybutyrate，β-HB)和丙酮，在体内是由脂肪酸在肝线粒体内不完全氧化产生.β-HB是体内含量最多的循环酮体，当被脑、心肌、骨骼肌等肝外组织利用时，β-HB就会通过一系列反应转化为乙酰CoA，进入三羧酸循环(Tricarboxylic Acid Cycle，TAC)进行彻底氧化释放ATP供机体利用.

1.2 KD的分类

KD主要原理是模拟机体饥饿代谢过程，让机体进入营养性酮症状态.根据宏量营养素的不同配比，可将KD进行分类(见表1).

表1 KD分类[5-7]

此外，将每天热量摄入控制在700 kcal～800 kcal以内的称为极低热量生酮饮食(Very Low Calorie Ketogenic Diet, VLCKD)，其特点是每天摄入碳水化合物低于50 g，脂肪低于40 g[8]，可以用于选择KD治疗的T2DM患者，治疗效果较为显著[9].

2 KD在体重控制中的应用

与低脂饮食相比，KD体重减轻效果更显著[10]，其可能的机制是改变能量代谢底物适应、调节食欲控制相关因子、改善胰岛素抵抗等，可作为治疗肥胖、T2DM等代谢性疾病的辅助治疗措施.

2.1 KD控体重对肥胖的影响

限制热量饮食会加强进食欲望，降低减肥效果.研究证明，刺鼠相关蛋白(Agouti-Related Peptide, AgRP)神经元的急性激活可迅速诱导进食，其功能失调可能会诱发肥胖，机体在能量负平衡或禁食条件下，血浆瘦素浓度降低，激活位于下丘脑弓状核(ARC)的AgRP神经元释放AgRP促进食欲[11].但在KD期间，机体能量没有被严格限制，因瘦素下降对AgRP的激活作用解除，减少了进食欲望[12].

研究表明，20名肥胖患者在4个月VLCKD后，其内脏脂肪含量及身体质量指数(BMI)显著降低，且在最大酮症期间，患者β-HB浓度与食欲和饥饿感呈负相关[13].另外，对93名肥胖患者进行3个月的VLCKD干预后，发现10%的肥胖患者体重减轻了5%～10%，超过24.2%的患者体重减轻了20%，肥胖患者的空腹血糖和糖化血红蛋白(HbA1c)值显著降低，短期KD治疗肥胖是安全、可行、有效的辅助方法[14].

KD减轻体重主要是减少体内脂肪含量，此外，KD诱导肝脏成纤维细胞生长因子21(FGF21)表达增高，提高FGF21循环水平，这有利于脂肪氧化和减少脂肪生成及脂蛋白组装[15].

2.2 KD控体重对2型糖尿病的影响

肥胖是诱发T2DM的主要危险因素.据报道，肥胖患者体重减轻5%可改善脂肪组织、肝脏和肌肉胰岛素敏感性和胰腺β细胞功能[16].良好的体重控制不仅可以改善血糖水平和胰岛素敏感性，还可以减少超重或肥胖T2DM患者对抗糖药物的依赖[17].研究表明，超重或肥胖T2DM患者可以通过KD策略改善代谢相关指标以及减少降糖药物的使用[18]，KD策略在肥胖T2DM患者体重减轻方面的效果优于其他饮食策略.

SUMEI等[19]进行了一项随机对照试验，对新诊断的超重或肥胖T2DM患者进行了3个月的KD或糖尿病饮食，3个月后两组患者体重、BMI、胆固醇、空腹血糖、空腹胰岛素以及HbA1c均下降，与糖尿病饮食组相比，KD组体重、血脂和血糖下降更显著，该研究另外一个亮点是有一些新诊断的超重或肥胖T2DM患者并没有采用抗糖药物控制血糖，而是仅通过KD控制血糖即取得较好控制效果.另一项研究表明[20]，对超重T2DM患者至少进行3个月低碳高脂饮食(CHO≤20 g/d)或糖尿病饮食干预后，发现低碳高脂组伴随着体重的显著下降HbA1c水平下降，但糖尿病饮食组HbA1c水平以及体重并没有明显下降，低碳高脂组中需要胰岛素治疗的患者，有36.8%的患者停用了胰岛素注射，63.2%的患者减少了胰岛素注射剂量.KD降低了HbA1c水平可能是通过严格限制CHO的摄入，减少了肠道对单糖的吸收，从而降低血糖水平以及减少血糖波动[21].

3 KD在竞技体育中的应用

KD策略因其控体重效果显著，越来越多的研究探索KD在竞技体育中的潜在应用.KD对控体重项目的运动员体重控制效果较好，可以提高肌肉的脂肪利用率和耐力运动员的有氧能力，有利于提升耐力运动表现，但在提升爆发力运动表现方面仍有争议.

3.1 KD对控体重项目的影响

对于需要通过减重获得参赛资格或优异运动表现的项目，大多运动员都会采用脱水或限制饮食等方法进行赛前快速降体重，过度脱水和不科学的限制饮食会影响运动员的竞技能力[22].在一项对9名柔道运动员赛前7天脱水后观察其体重变化及对机体影响的研究中，测定干预后脱水组的体重及尿比重等指标，发现脱水组的体重明显下降，尿比重从1.014±0.003升高至1.029±0.002，在进行最大握力测试及柔道专项测试时，其力量表现均有所下降[23]，原因可能是随着脱水程度增加会导致每搏输出量和骨骼肌血流量减少，从而导致运动能力下降[24].此外，采用限制饮食减轻体重可能降低运动员认知能力，不利于比赛期间运动表现[25].8名高水平柔道男性运动员进行赛前7天降体重，采用前6天每天减少35%热量摄入和称重日禁食的减重策略，发现运动员体重下降，血清肌酐值显著升高，表明严格限制食物和液体的摄入会损害肾功能[26].KD以其限制或不限制热量的特点，保证机体摄入充足的蛋白质及微量元素，以防引起矿物质、维生素等必需营养素的缺乏，造成运动能力下降[27].

3.1.1 控制效果

研究表明，短期限制碳水化合物饮食(CRD, CHO<50 g/d)可以降低抗阻训练人群的体重，同时提高其力量表现.JASON等[28]选取至少有2年自由力量训练(每周≥2次)的受试者进行7天CRD(CHO<50 g/d)或习惯性饮食实验，结果发现：与习惯性饮食组相比，CRD组体脂和体重显著降低(P<0.05)，每天能量摄入自发减少了314.4 kcal，同时，相比于习惯饮食组的握力(46.93±1.23 kg)、纵跳(52.65±1.36 cm)、深蹲(117.84±5.45 kg)成绩，CRD组分别平均提高了2.6 kg、1.2 cm、0.94 kg.另有研究证实[27]，3个月KD可以减轻举重运动员体重，且不损害比赛成绩.在KD开始阶段，机体每天需要消耗60 g～65 g糖，其中，甘油通过糖异生途径提供机体16%的糖，而主要的糖是由食物或组织蛋白质经糖异生转化提供[29]，同时因为蛋白质比CHO或脂肪更有饱腹效应[28]，使机体饥饿感减弱从而减少总能量的摄入，达到减重效果.

3.1.2 适用范围

KD在运动员控体重方面具有良好效果，同时可能具有保持瘦体重或运动表现的作用.然而，对于追求增长瘦体重的运动员而言，KD可能并不适合.正常情况下，肌肉在受到机械应激时，会诱导由胰岛素样生长因子1 (IGF-1)介导的合成代谢反应.在肌肉进行抗阻运动时，局部肌肉和脂肪会释放机械生长因子MGF(IGF-1的剪接变异体)，与肌肉卫星细胞上的IGF-1受体(IGF-1R)结合，可以激活下游通路促进蛋白质合成[29].然而，血清β-HB的升高会抑制IGF-1，从而下调 IGF-1下游通路，不利于能量充足时肌肉生成[30].对19名自然健美运动员进行KD(CHO占每日总摄入量的5%以内)或西方饮食(WD，CHO占每日总摄入量的55%)干预，且两组运动员的蛋白质摄入量均维持在2.5 g/kg/d，同时结合力量训练，2个月后，发现KD组体重下降1%，瘦体重无改变，WD组体重增加2%，瘦体重显著增加(P<0.05)，与WD组相比，KD组体脂降低更显著(P<0.05)，KD可以降低健美运动员的体脂，但同时也会减弱高蛋白质饮食与抗阻训练结合带来的肌肉肥大效应[31].因此，KD可能不适合想要增加肌肉的运动员，同时建议使用KD控体重的运动员，在保证酮症的情况下，提高饮食中蛋白质的摄入，缓冲KD降低肌肉肥大的效应.此外，至少应该在赛前5～6天使用KD[32]，以减轻KD使用初始阶段可能会出现的头晕、疲劳、运动能力下降等暂时性“酮流感”症状[33].

3.2 KD对运动表现的影响

传统的运动营养指南推荐运动员使用高碳水化合物饮食策略，然而，有越来越多的耐力运动员使用KD策略[34].长时间持续性的耐力运动会受到内源性CHO的限制，需要在运动时补充外源性CHO，KD可以增加内源性脂肪的氧化，从而降低机体对内源性CHO的依赖[35].由长时间力竭运动导致外周糖原利用及脑能量消耗增加，使脑内葡萄糖和糖原储存下降，会引发机体运动能力下降[36]，酮体可通过单羧酸转运蛋白穿过血脑屏障，为大脑提供供能底物[37].

3.2.1 耐力项目

目前，KD对提高耐力运动员运动表现仍有争议，现从酮适应时间、运动强度及生酮期间对CHO的补充三个方面进行分析.

3.2.1.1 KD酮适应时间对耐力运动表现的影响

研究发现，中/长期(>3周)的KD有益于提高耐力运动员的运动表现.如精英耐力运动员(包括铁人三项、自行车、马拉松、超级马拉松)进行12周酮适应(CHO∶蛋白质∶脂肪=6%∶17%∶77%)和运动训练后，发现有6名运动员100 km计时赛(TT)比干预前用时更少，在临界功率测试(CPT)中，KD组的峰值功率增加了1.4 W/kg，同时观察到运动员的气体交换率(RER)显著下降[34]；但也有研究表明，休闲竞技跑步运动员经过4天酮适应后降低了5 km计时赛成绩[38].说明中/长期酮适应可以改善耐力运动员的身体成分，提高运动中脂肪氧化速率，可能有利于提高耐力运动员的运动表现，但短期使用可能会影响其运动表现.

3.2.1.2 KD对不同运动强度耐力运动表现的影响

研究证明，在中等强度运动中，长期酮适应可提高脂肪氧化率，同时也保持了在极低CHO摄入的情况下正常的糖原浓度，但酮适应后运动氧耗的增加可能会损害长时间高强度耐力运动的运动效率.对10名超耐力运动员进行平均20个月的低CHO饮食(LC，CHO占总热量的10%)，发现LC组脂肪氧化峰值是高CHO饮食(HC)组的2.3倍，在LC组中的脂肪氧化峰值的VO2max%也更高，且在安静状态下和以64%VO2max强度下运动3 h后，肌糖原浓度与HC组相似，运动后2 h恢复期间糖原的合成率无变化[39].据报道，在优秀竞走运动员3周的强化训练期间，采用低CHO高脂肪(<50 g/d)饮食后，发现运动员在分级经济试验的第2阶段(80%VO2max)和第4阶段(85%～90%VO2max)以及在25 km持续强度训练的测试期间，运动员全身脂肪氧化率明显增加的同时CHO利用率显著降低，这损害了运动员在高强度运动下运动经济性[40].但有研究表明，长时间KD在高强度运动中不会降低运动表现，休闲跑步运动员在14天或更长的酮适应后，发现低碳高脂组(CHO<50 g/d)以80%VO2max强度进行5 km计时赛的运动表现与HC组的运动表现相似，低碳高脂组在相同强度的运动中保持了脂肪和碳水化合物高速率氧化的能力，运动能力得以保持[38].

3.2.1.3 KD结合高CHO饮食对耐力运动表现的影响

周期性生酮饮食是在生酮饮食周期和高CHO摄入周期之间交替进行，期间高CHO摄入被认为是为补充肌糖原以保持运动表现[7]，但有研究者[32]表明高水平竞走运动员5～6天酮适应后在赛前补充CHO(赛前24 h摄入CHO占热量65%的高碳水饮食及赛前2 h补充2 g/kg的CHO)之后，运动员10 km成绩下降了2.2%；另有一项研究表明[41]，3.5周的低碳高脂饮食(CHO<50 g/d)结合2.5周的高碳水化合物饮食后，高水平竞走运动员在20 km比赛中的运动表现并无提高.实际上，在山地自行车、铁人三项等耐力及超耐力比赛中，需要高脂肪氧化能力延长运动时间，同时也需要高CHO利用率维持较高的肌肉输出功率进行冲刺、爬坡等短暂的高强度运动[42].KD有益于耐力运动项目脂肪氧化能力，但会损害高强度耐力运动下机体利用CHO的能力，即便与高CHO饮食相结合，也不利于运动表现的提升.

3.2.2 爆发力项目

KD可作为举重、跆拳道等运动员赛前控体重的一种膳食选择，但KD对力量训练个体的身体成分及运动表现的实际影响仍有争议.

有研究表明，KD有利于改善爆发力运动表现.如对10名跆拳道运动员进行3周KD(CHO∶蛋白质∶脂肪=4.3%∶40.7%∶55%)干预后，其体重、体脂率均有显著下降(P<0.05)，2 000 m跑测试表现及抗疲劳表现提升，KD组背部肌肉力量和仰卧起坐数量增加，说明KD有利于提高跆拳道运动员有氧能力及抗疲劳能力[43]；在女性运动员8周训练期间进行KD(CHO约30 g/d～40g/d，蛋白质>1.7g/kg/d)后，其深蹲(1RM)表现提升，改善了反向跳跃CMJ测试成绩[44].有研究表明，KD对爆发力运动表现没有影响，对高水平举重运动员进行12周低碳水化合物生酮饮食后，保持了与正常饮食组相似的比赛成绩[27]，8名高水平艺术体操运动员进行30天的KD(CHO<20 g/d)，并补充维生素-矿物质补剂及蛋白质(2.8 g/kg/d)，保持了与正常饮食相似的身体运动表现[45].但也有研究表明，KD不利于提升爆发力运动表现，有训练习惯的运动员经历4天LC(CHO<50 g/d)饮食后，清晨空腹尿液pH值降低，在Wingate测试中，与高CHO饮食相比，LC组峰值功率下降7%，YO-YO测试的跑步总距离下降15%，推测出现这样的结果一方面是由于酮适应时间太短，不足以完成完整的生酮代谢调整；另一方面，极低碳水化合物导致的生酮增加造成了轻度亚临床酸中毒，在高强度运动中无氧供能能力受到限制，因此LC(CHO<50g/d)饮食加速了疲劳的发生，并损害了高强度无氧运动中的表现[46].

4 总结

与传统的高CHO饮食相比，KD以脂肪氧化代谢供能为主，在治疗T2DM及肥胖等疾病领域具有一定治疗效果.在竞技体育领域，KD在运动员体重管理、提高耐力运动员运动表现等方面被尝试使用.中/长期酮适应可以提高耐力运动员在中等强度运动时的脂肪氧化能力，延长运动员运动时间，但酮适应改变了糖氧化时所需的酶活性，降低了CHO氧化速率，损害了一定阶段内的冲刺、爬坡等能力，可能不利于长时间高强度耐力运动.对于需要赛前控体重项目的运动员，尝试使用KD应在赛前5～6天使用，避免“酮流感”期间产生的不良反应影响运动表现.目前，KD在竞技体育运动中的研究仍然有限，在未来，需要对KD如何在控体重的同时不影响运动员运动表现，KD如何平衡高强度运动下CHO利用率、延长中等强度运动时脂肪供能仍需进一步研究.应特别注意在尝试使用KD时有必要让教练、营养师等管理人员了解KD的优点及缺点，以采用正确方法促进机体进入酮症状态，发挥其最大作用的同时，避免负面影响.