第1章 有益于訓練和運動表現的食物和液體

比爾·坎貝爾，博士，CSCS，FISSN

瑪利亞·斯帕諾，MS，RD，LD，CSCS，CSSD，FISSN

一名運動員的成功取決于很多可改變的因素。其中，最重要的因素包括良好的體能訓練、運動心理、專項訓練、營養、補劑、休息和恢復。這些因素不僅影響長期訓練和后期表現，在單場競賽中也發揮著重要作用。

營養和運動表現（以及營養和體形變化）的科學發展迅速。隨著該研究領域的不斷擴大，對影響運動員運動表現和體形的因素的研究不斷深入，這導致對運動營養師的需求不斷增長。在高校和職業體育領域，運動營養師都在運用科學研究為運動員提供完善的建議。在通常情況下，運動營養師與專項教練、體能教練和運動防護師一起，共同為運動員提供幫助。運動營養師幫助運動員調整飲食攝入量，掌握營養補充時機，改變補劑方案，了解與補劑相關的所有信息。運動營養師還幫助運動員制定健康的運動員專用膳食，測量體成分和骨密度，幫助運動員在超市中挑選食物，教導運動員基本的健康烹飪方法，并且和專家們一起為飲食紊亂的運動員制定治療方案。

營養研究的新進展

與運動員飲食相關的最熱門的領域是什么？從宏量營養素到電解質平衡，再到能夠減輕疲勞的補劑，運動營養學涵蓋多層次的研究。宏量營養素的攝入時機與其本身一樣重要。營養時機是指在訓練或比賽的特定時間段內攝入特定營養物質的行為，其能影響體形變化、糖原補充、肌肉蛋白質合成和運動表現。

? 營養時機——在訓練或比賽的特定時間段內通過攝入特定營養物質來達到期望效果的行為。

碳水化合物的攝入是營養補充時機中對很多運動員影響巨大的一個方向。二十年前，在碳水化合物的研究方面主要針對的是有氧耐力運動員。但是，此后人們主要研究抗阻訓練前后碳水化合物攝入對糖原消耗后再合成（Robergs et al.，1991；Tesch et al.，1998）、激素分泌和肌肉蛋白質合成（Volek，2004）的影響。此外，碳水化合物的攝入類型也非常重要。飲用含有葡萄糖和果糖的飲料可能是保持水合（Jeukendrup and Moseley，2010）和節省內源性碳水化合物（Currell and Jeukendrup，2008）的最佳方式。一種由大麥支鏈淀粉制成的獨特的高分子量淀粉類碳水化合物可能比單糖和雙糖等低分子量碳水化合物更能夠促進糖原恢復（Stephens et al.，2008）。

有關蛋白質的研究已經從早期的探究各種蛋白質來源的氨基酸組分[蛋白質消化率校正的氨基酸分數（PDCAAS）]，發展到探究營養時機和與減重有關的蛋白質類型（如乳清蛋白）（Lockwood et al.，2008）。此外，研究人員已經確定支鏈氨基酸（BCAA）促進肌肉蛋白質合成的時機、機制和效果（Borsheim et al.，2002；Norton and Layman，2006；Tipton et al.， 1999）。最后一種宏量營養素是脂肪，除碳水化合物和蛋白質外，脂肪可能對整體健康也至關重要。例如，共軛亞油酸（CLA）和中鏈甘油三酯等類型的脂肪在提升運動表現和促進減重方面的潛在作用也不斷激發著研究人員的興趣。

? 蛋白質消化率校正的氨基酸分數（PDCAAS）——一種根據人類氨基酸需求和易于消化的程度來評估蛋白質品質的方法。通常，百分之百表示最大值（超過100的數值會被去掉），而零表示最小值（Schaafsma，2000）。

雖然尚未證明攝入超過每日營養推薦攝入量（RDI）的微量營養素能夠改善運動表現，但是基于大樣本量人群的研究發現，一些人的某種微量營養素的攝入量沒有達到每日營養推薦攝入量，而有些人甚至缺乏一種或多種微量營養素。并且，通過補充微量營養素來改善飲食性營養不良，可以直接或間接改善運動表現。例如，盡管對于鐵攝入充足的人來說，補鐵無益于運動表現的改善，但是對于鐵攝入不足的人來說，補鐵是可以改善疲勞和運動表現的。某些特定的人群可能更容易缺乏某種特定的微量營養素（例如女性比男性更易于缺鈣和鐵）。在某種情況下，補充微量營養素可以直接改善運動表現（例如缺鐵性貧血）。此外，補充微量營養素有時會有助于改善整體健康，預防損傷和疾病（例如，補充維生素D）或者加快恢復過程（例如，補充鈉會緩解口渴和促進水的再合成）。第6章將詳細介紹各種微量營養素以及它們對運動表現的重要作用。

? 微量營養素——人體必需但含量較少的營養物質。所有的維生素和礦物質都是微量營養素。

補劑可能是運動員之間最熱門的話題。身處一個熱衷于找尋“魔術彈”的社會，運動員也在尋找任何可以幫助他們變得更強、更快、更精瘦，以及能更好提高注意力的東西。因此，很多運動補劑就出現在商店的貨架上和進行身體鍛煉/訓練的人的櫥柜里。幸運的是，科學研究已經證實了某些強化劑的市場宣稱效果。肌酸、蛋白質、咖啡因、氨基酸、補充電解質的運動飲料、β-丙氨酸和高分子量淀粉類碳水化合物，都是目前最廣泛被研究的補劑（第7章和第8章將對這些補劑進行詳細介紹）。

營養和運動表現

在有關運動員飲食的研究中，運動營養師關注的領域有三個：宏量營養素、水合作用和營養強化劑。宏量營養素的類型和劑量，以及攝入的時間對運動表現、恢復和身體健康都有重大影響。宏量營養素攝入的相關變量通常包括宏量營養素的攝入種類、攝入時間和攝入量，這些變量經常會立即影響運動員的感受。水合作用不僅涉及降低體溫，也會影響電解質水平和營養物質的輸送。最后，營養強化劑很受那些想在比賽中占據優勢的運動員的歡迎。強化劑是非常大的補劑門類。不同強化劑在效果和安全性方面各不相同，有些強化劑有效果，有些沒有效果；有些強化劑用起來會有危險，而有些強化劑卻很安全。

宏量營養素

對于維持生命的眾多活動（包括保持人類身體結構和功能完整性）而言，宏量營養素（碳水化合物、蛋白質和脂肪）的攝入是很重要的。在運動營養領域，宏量營養素通常與能量產生和骨骼肌合成有關，這兩個因素都是可以通過訓練改變并促進力的產生的（見表1.1）。碳水化合物和脂肪是產生能量的主要營養物質。蛋白質產生的能量只占總能量利用的一小部分（Lemon and Nagle，1981；van Loon et al.，1999）。

? 宏量營養素——人體所需的大量物質。碳水化合物、蛋白質和脂肪都是宏量營養素。

三磷酸腺苷（ATP）是細胞的能量貨幣，它能夠實現化學能向機械能的轉化。食物中的能量（化學量）不能直接輸送到細胞進行生物活動。但是，宏量營養素會通過富含能量的三磷酸腺苷化合物把能量輸送給細胞（McArdle et al., 2008）。該過程分為兩個基本步驟：（1）從宏量營養素中提取化學能并將其轉移到ATP的鍵上；（2）進行ATP中的化學能的提取和轉移，以便為諸如骨骼肌收縮之類的生物活動提供能量（McArdle et al.，2008）。在運動中，這三種宏量營養素會被氧化，轉變為能量。有幾種因素能決定宏量營養素的氧化程度，包括營養狀態、運動強度和訓練狀態。接下來的章節將從為身體活動供應能量和增加去脂體重這兩個方面來簡要討論宏量營養素的主要作用。

有氧運動和無氧運動所需的燃料

在長時間運動中，骨骼肌主要通過氧化碳水化合物和脂肪（以脂肪酸的形式）來提供能量。隨著運動強度增加，由碳水化合物轉化而成的能量將占據更大的比重。當運動強度接近百分之百最大攝氧量時，骨骼肌將逐步使用更多的碳水化合物，而使用更少的脂肪（Mittendorfer and Klein，2003；van Loon et al.， 1999）。但是，隨著運動持續時間的延長，脂肪代謝增加，碳水化合物代謝下降（Jeukendrup，2003）。碳水化合物的主要來源是肌糖原、肝糖原、肝臟的糖異生作用（由非碳水化合物來源生成的碳水化合物），以及攝入的碳水化合物。雖說碳水化合物和脂肪是有氧運動中的主要能量來源，但是長期進行有氧訓練的運動員可以改變這兩種宏量營養素各自的能量貢獻總額。全身量熱法測量已經清楚地表明，有氧耐力訓練可以增加既定運動強度下脂肪的氧化，減少碳水化合物的氧化（Coggan et al.，1990；Friedlander et al.，1997；Hurley et al.， 1986）。雖然氨基酸不是能量的主要貢獻者，但是一些臨床研究已經證實，氨基酸對有氧運動能量的貢獻與運動強度呈線性關系（Brooks，1987；Lemon and Nagle，1981；Wagenmakers，1998）。

短時間高強度無氧運動的能量來自體內儲存的ATP-PC（三磷酸腺苷-磷酸肌酸）和可經糖酵解供能的碳水化合物（第2章將深入探討碳水化合物代謝和糖酵解）（Maughan et al.，1997）。事實上，宏量營養素的無氧能量代謝只來自于糖酵解反應過程中的碳水化合物分解（McArdle and Katch， 2008）。此外，糖的無氧酵解還是ATP再合成的最快速的來源。由于其氧化速率和數量上的原因，糖酵解是持續時間為7秒到1分鐘的全力運動中ATP再合成的主要來源（Balsom et al.，1999；Mougios，2006）。

蛋白質與瘦體重

在短時間高強度運動中，氨基酸對總能量供應的貢獻微不足道，可能只占據3%~6%。但是研究表明，在長時間運動中，氨基酸對總體ATP的貢獻卻高達10% （Hargreaves and Spriet，2006；Phillips et al.，1993；Brooks，1987）。蛋白質作為運動過程中的一種能源物質，其發揮的作用在很大程度上取決于支鏈氨基酸和丙氨酸的可利用性（Lemon and Nagle，1981）。在產生能量方面，蛋白質的作用有限。蛋白質的主要功能是增加和保持瘦體重。在為運動個體確定最佳膳食蛋白質劑量的時候需要考慮蛋白質的品質、能量攝入、碳水化合物攝入量、運動方式和強度，以及蛋白質攝入的時機等多個要素（Lemon，2000）。想要深入了解蛋白質的各種類型和特定蛋白質的攝入建議，請參看第3章。對進行鍛煉的個人而言，每天攝入1.5~2.0克/千克體重的蛋白質不僅非常安全，而且還有助于提升對訓練的適應性（Campbell et al.，2007）。

水合作用

水合作用不僅僅涉及身體水分的補充，同時也是為身體輸送電解質、糖和氨基酸的一種方式。脫水和血鈉過少（低鈉血癥，通常是因為身體中水分過多或鈉的含量過少）都會影響“周末戰士”和有訓練經驗的運動員。此外，脫水會增加核心體溫，導致熱病（Greenleaf and Castle，1971）。即使是更為常見的輕度缺水，也會導致力量和有氧耐力的下降，進而影響運動表現（Bigard et al.，2001；Schoffstall et al.，2001；Walsh et al.，1994）。青少年和老年人是最易患熱病的兩大群體，這些熱病包括熱痙攣、熱衰竭和中暑（Wexler，2002）。造成青少年面臨高熱疾病危險的兩大因素是：（1）青少年不像成年人一樣易出汗（出汗有助于散熱）；（2）相同體重下，青少年的相對體表面積更大，當環境溫度上升時，他們吸收的熱量就更多（Delamarche et al.，1990；Drinkwater et al.，1977）。

對老年人而言，年齡增長會帶來口渴感和體溫調節的變化，這會導致他們更容易脫水。老年人血容量下降時口渴感下降，腎臟的蓄水能力降低，且體液和電解質平衡會發生紊亂（Kenney and Chiu，2001）。一些處方藥和心血管疾病（在美國，心血管疾病依舊是造成死亡的第一大誘因）也會影響體液平衡（Naitoh and Burrell，1998）。

對加強水合作用的訴求促使人們開始研究超級保濕劑（例如甘油）。此外，營養學家研究了在運動飲料和普通電解質飲料中加入氨基酸對水合作用和肌肉損傷的影響。幸運的是，飲料公司持續贊助關于其產品功效的研究。這也說明人們一直在關注水合作用及其對人體健康和運動表現的作用。對其產品進行研究的飲料公司，應該雇用與公司沒有利益往來的獨立實驗室來進行公正的、精心設計的臨床試驗。

強化劑

當代奧林匹克運動員和那些想要成為校籃球隊成員的高中運動員沒有任何區別，他們都想提升自身的運動表現。所有想要提升運動表現的運動員自然都會持續改善他們的訓練方案。人們不僅關注訓練方法，而且也同樣關注使用強化劑來提升運動表現。強化劑是用于改善運動表現的一些營養類、生理類、器械類、心理類或醫藥類的物質或設備。根據這一定義，強化劑可以提升人體做功的能力（McNaughton，1986），其不僅包括有氧耐力運動員使用的咖啡因，還包括滑雪運動員使用的護目鏡。營養強化劑受到運動員和運動行業其他人的廣泛關注。它們可以直接影響個體的生理能力（進而提升運動表現），也能加快從訓練和競賽中恢復的速率。

? 強化劑——一種提高人體做功能力的物質或設備，包括一些能夠提升運動表現的營養類、生理類、器械類、心理類或醫藥類的物質或設備。

宏量營養素和運動補劑

營養強化劑分為兩大類：宏量營養素的攝入方法（糖負荷、在力量訓練階段增加蛋白質攝入量等）和膳食補劑的攝入。膳食補劑是一種用于完善飲食營養成分的產品，其包含以下一種或多種成分：維生素、礦物質、氨基酸、草藥或其他植物性藥材。膳食補劑通過增加某種宏量營養素的總攝入量或總卡路里（熱量）來完善飲食。膳食補劑是上述提到的任意一種或多種成分的濃縮物、代謝產物、化學成分、萃取物，其可以以液體、膠囊、粉末、軟膠囊或新橢圓膠丸（囊形片）的形式補充。膳食補劑不是一種傳統的食物，也不是膳食或飲食中的一種單一物質（Antonio and Stout，2001；U.S.Food and Drug Administration，1994）。只有當運動員出現相應的營養素缺乏問題時，一些經常使用的膳食補劑（例如維生素和礦物質）才被稱之為強化劑。其他強化劑并非專門用來彌補營養缺失，而是能帶來其他的特殊功效。例如，一名曲棍球運動員在季前賽之前連續4~6周服用一種控釋性β-丙氨酸補劑，以改善某一特定的訓練和恢復過程（即緩解疲勞）。營養強化劑和運動補劑都屬于膳食補劑的范圍。在通常情況下，補劑提供一種物質（單水合肌酸、α-酮戊二酸等），這種物質是正常生理和生物化學過程的一部分。其他營養強化劑通過增加生理或生物能量的途徑來增加能量產成（例如單水合肌酸、咖啡因）或骨骼肌質量（單水合肌酸、亮氨酸等）。表1.2 列出了常見的運動補劑及其對身體健康和運動表現的一些裨益。

強化劑使用的普遍性

在人類歷史發展過程中，運動員不斷在嘗試使用營養強化劑來改善運動表現。古希臘人可能是最早考慮通過適當的飲食和補劑來獲取競爭優勢的群體（Antonio and Stout，2001）。據說，公元前5世紀的希臘戰士通過食用迷幻蘑菇和鹿肝等物質來增強身體機能（Applegate and Grivetti，1997；McArdle and Katch，2008）。想要了解古代運動員飲食習慣的歷史信息，請參看葛雷維提（Grivetti and Applegate，1997）以及格朗讓（Grandjean， 1997）的研究。

對以往營養補劑食用行為的回顧可以發現，不同文明時代的運動員都攝入了營養強化劑。但是在現代社會，食用營養強化劑的個體類別和普遍性已經發生變化。有關高中生運動員的統計數據已經說明了這一變化（Hoffman et al.，2008）。一份自我報告調查詢問了大約3000名美國8年級到12年級的中學生（男女生人數幾乎相同）的飲食補劑攝入情況。結果表明，71.2%的青少年食用至少一種補劑，最常用的補劑是多種維生素和高能飲料。年級越高，使用補劑（例如肌酸、蛋白粉和增重制劑）來增加體重和力量的學生越多，且男生比女生更普遍使用。該調查的作者認為青少年對營養補劑和強化劑的依賴更大。其他基于調查的研究也有類似的發現（Bell et al.，2004；O’Dea， 2003）。

隨著越來越多的青少年和高中生運動員攝入營養強化劑，他們的教練、運動防護師、私人教練、康復醫生和父母需要增加這方面的知識儲備。“周末戰士”、對肌酸給孩子帶來的長期效果感興趣的媽媽們、努力想要更瘦的健身達人都應該了解營養和強化劑的相關知識，以及它們影響人體生理的方式。得益于運動營養學研究的不斷增加，關于這方面的信息越來越多。

專業應用

小結

■ 運動營養師是運動訓練團隊不可或缺的一部分。該運動訓練團隊還包括專項教練、體能教練、運動防護師、運動心理師、隊醫和物理治療師。

■ 碳水化合物和脂肪是為運動員提供能量的兩大營養物質。

■ 碳水化合物的主要來源是肌糖原、肝糖原和肝臟的糖異生作用（由非碳水化合物來源生成的碳水化合物），以及攝入的碳水化合物。

■ 有氧耐力訓練會增加既定運動強度下總脂肪的氧化量，降低總碳水化合物氧化量。

■ 由于氧化速率和氧化數量方面的特征，碳水化合物是在持續時間為7秒到1分鐘的最大強度運動中ATP再合成的主要來源。

■ 蛋白質的主要功能是增加和保持瘦體重。

■ 對進行身體活動/運動的個體而言，每天攝入1.5~2.0克/千克體重的蛋白質不僅非常安全，而且還有助于提升對運動訓練的適應性。

■ 脫水會導致核心體溫上升，從而導致熱病。即使是更為常見的輕度缺水，也會導致力量和有氧耐力的下降，進而影響運動表現。

■ 青少年和老年人是最易罹患高熱疾病的兩大群體。這些高熱疾病包括熱痙攣、熱衰竭和中暑。

■ 雖然尚未證明攝入超過每日營養推薦攝入量（RDI）的微量營養素能夠改善體能，但是基于大樣本量人群的研究發現，一些人的某種微量元素的攝入量沒有達到每日營養推薦攝入量，還有一些人甚至缺乏一種或多種微量元素。而且，某種營養素的攝入不足或缺乏會直接或間接影響運動表現。

■ 目前研究最多的補劑包括肌酸、蛋白質、咖啡因、氨基酸、電解質運動飲料、丙氨酸和高分子量淀粉類碳水化合物（第7章和第8章會對其進行詳細說明）。