第1章 有益于训练和运动表现的食物和液体

比尔·坎贝尔，博士，CSCS，FISSN

玛利亚·斯帕诺，MS，RD，LD，CSCS，CSSD，FISSN

一名运动员的成功取决于很多可改变的因素。其中，最重要的因素包括良好的体能训练、运动心理、专项训练、营养、补剂、休息和恢复。这些因素不仅影响长期训练和后期表现，在单场竞赛中也发挥着重要作用。

营养和运动表现（以及营养和体形变化）的科学发展迅速。随着该研究领域的不断扩大，对影响运动员运动表现和体形的因素的研究不断深入，这导致对运动营养师的需求不断增长。在高校和职业体育领域，运动营养师都在运用科学研究为运动员提供完善的建议。在通常情况下，运动营养师与专项教练、体能教练和运动防护师一起，共同为运动员提供帮助。运动营养师帮助运动员调整饮食摄入量，掌握营养补充时机，改变补剂方案，了解与补剂相关的所有信息。运动营养师还帮助运动员制定健康的运动员专用膳食，测量体成分和骨密度，帮助运动员在超市中挑选食物，教导运动员基本的健康烹饪方法，并且和专家们一起为饮食紊乱的运动员制定治疗方案。

营养研究的新进展

与运动员饮食相关的最热门的领域是什么？从宏量营养素到电解质平衡，再到能够减轻疲劳的补剂，运动营养学涵盖多层次的研究。宏量营养素的摄入时机与其本身一样重要。营养时机是指在训练或比赛的特定时间段内摄入特定营养物质的行为，其能影响体形变化、糖原补充、肌肉蛋白质合成和运动表现。

➤ 营养时机——在训练或比赛的特定时间段内通过摄入特定营养物质来达到期望效果的行为。

碳水化合物的摄入是营养补充时机中对很多运动员影响巨大的一个方向。二十年前，在碳水化合物的研究方面主要针对的是有氧耐力运动员。但是，此后人们主要研究抗阻训练前后碳水化合物摄入对糖原消耗后再合成（Robergs et al.，1991；Tesch et al.，1998）、激素分泌和肌肉蛋白质合成（Volek，2004）的影响。此外，碳水化合物的摄入类型也非常重要。饮用含有葡萄糖和果糖的饮料可能是保持水合（Jeukendrup and Moseley，2010）和节省内源性碳水化合物（Currell and Jeukendrup，2008）的最佳方式。一种由大麦支链淀粉制成的独特的高分子量淀粉类碳水化合物可能比单糖和双糖等低分子量碳水化合物更能够促进糖原恢复（Stephens et al.，2008）。

有关蛋白质的研究已经从早期的探究各种蛋白质来源的氨基酸组分[蛋白质消化率校正的氨基酸分数（PDCAAS）]，发展到探究营养时机和与减重有关的蛋白质类型（如乳清蛋白）（Lockwood et al.，2008）。此外，研究人员已经确定支链氨基酸（BCAA）促进肌肉蛋白质合成的时机、机制和效果（Borsheim et al.，2002；Norton and Layman，2006；Tipton et al.， 1999）。最后一种宏量营养素是脂肪，除碳水化合物和蛋白质外，脂肪可能对整体健康也至关重要。例如，共轭亚油酸（CLA）和中链甘油三酯等类型的脂肪在提升运动表现和促进减重方面的潜在作用也不断激发着研究人员的兴趣。

➤ 蛋白质消化率校正的氨基酸分数（PDCAAS）——一种根据人类氨基酸需求和易于消化的程度来评估蛋白质品质的方法。通常，百分之百表示最大值（超过100的数值会被去掉），而零表示最小值（Schaafsma，2000）。

虽然尚未证明摄入超过每日营养推荐摄入量（RDI）的微量营养素能够改善运动表现，但是基于大样本量人群的研究发现，一些人的某种微量营养素的摄入量没有达到每日营养推荐摄入量，而有些人甚至缺乏一种或多种微量营养素。并且，通过补充微量营养素来改善饮食性营养不良，可以直接或间接改善运动表现。例如，尽管对于铁摄入充足的人来说，补铁无益于运动表现的改善，但是对于铁摄入不足的人来说，补铁是可以改善疲劳和运动表现的。某些特定的人群可能更容易缺乏某种特定的微量营养素（例如女性比男性更易于缺钙和铁）。在某种情况下，补充微量营养素可以直接改善运动表现（例如缺铁性贫血）。此外，补充微量营养素有时会有助于改善整体健康，预防损伤和疾病（例如，补充维生素D）或者加快恢复过程（例如，补充钠会缓解口渴和促进水的再合成）。第6章将详细介绍各种微量营养素以及它们对运动表现的重要作用。

➤ 微量营养素——人体必需但含量较少的营养物质。所有的维生素和矿物质都是微量营养素。

补剂可能是运动员之间最热门的话题。身处一个热衷于找寻“魔术弹”的社会，运动员也在寻找任何可以帮助他们变得更强、更快、更精瘦，以及能更好提高注意力的东西。因此，很多运动补剂就出现在商店的货架上和进行身体锻炼/训练的人的橱柜里。幸运的是，科学研究已经证实了某些强化剂的市场宣称效果。肌酸、蛋白质、咖啡因、氨基酸、补充电解质的运动饮料、β-丙氨酸和高分子量淀粉类碳水化合物，都是目前最广泛被研究的补剂（第7章和第8章将对这些补剂进行详细介绍）。

营养和运动表现

在有关运动员饮食的研究中，运动营养师关注的领域有三个：宏量营养素、水合作用和营养强化剂。宏量营养素的类型和剂量，以及摄入的时间对运动表现、恢复和身体健康都有重大影响。宏量营养素摄入的相关变量通常包括宏量营养素的摄入种类、摄入时间和摄入量，这些变量经常会立即影响运动员的感受。水合作用不仅涉及降低体温，也会影响电解质水平和营养物质的输送。最后，营养强化剂很受那些想在比赛中占据优势的运动员的欢迎。强化剂是非常大的补剂门类。不同强化剂在效果和安全性方面各不相同，有些强化剂有效果，有些没有效果；有些强化剂用起来会有危险，而有些强化剂却很安全。

宏量营养素

对于维持生命的众多活动（包括保持人类身体结构和功能完整性）而言，宏量营养素（碳水化合物、蛋白质和脂肪）的摄入是很重要的。在运动营养领域，宏量营养素通常与能量产生和骨骼肌合成有关，这两个因素都是可以通过训练改变并促进力的产生的（见表1.1）。碳水化合物和脂肪是产生能量的主要营养物质。蛋白质产生的能量只占总能量利用的一小部分（Lemon and Nagle，1981；van Loon et al.，1999）。

➤ 宏量营养素——人体所需的大量物质。碳水化合物、蛋白质和脂肪都是宏量营养素。

三磷酸腺苷（ATP）是细胞的能量货币，它能够实现化学能向机械能的转化。食物中的能量（化学量）不能直接输送到细胞进行生物活动。但是，宏量营养素会通过富含能量的三磷酸腺苷化合物把能量输送给细胞（McArdle et al., 2008）。该过程分为两个基本步骤：（1）从宏量营养素中提取化学能并将其转移到ATP的键上；（2）进行ATP中的化学能的提取和转移，以便为诸如骨骼肌收缩之类的生物活动提供能量（McArdle et al.，2008）。在运动中，这三种宏量营养素会被氧化，转变为能量。有几种因素能决定宏量营养素的氧化程度，包括营养状态、运动强度和训练状态。接下来的章节将从为身体活动供应能量和增加去脂体重这两个方面来简要讨论宏量营养素的主要作用。

有氧运动和无氧运动所需的燃料

在长时间运动中，骨骼肌主要通过氧化碳水化合物和脂肪（以脂肪酸的形式）来提供能量。随着运动强度增加，由碳水化合物转化而成的能量将占据更大的比重。当运动强度接近百分之百最大摄氧量时，骨骼肌将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，随着运动持续时间的延长，脂肪代谢增加，碳水化合物代谢下降（Jeukendrup，2003）。碳水化合物的主要来源是肌糖原、肝糖原、肝脏的糖异生作用（由非碳水化合物来源生成的碳水化合物），以及摄入的碳水化合物。虽说碳水化合物和脂肪是有氧运动中的主要能量来源，但是长期进行有氧训练的运动员可以改变这两种宏量营养素各自的能量贡献总额。全身量热法测量已经清楚地表明，有氧耐力训练可以增加既定运动强度下脂肪的氧化，减少碳水化合物的氧化（Coggan et al.，1990；Friedlander et al.，1997；Hurley et al.， 1986）。虽然氨基酸不是能量的主要贡献者，但是一些临床研究已经证实，氨基酸对有氧运动能量的贡献与运动强度呈线性关系（Brooks，1987；Lemon and Nagle，1981；Wagenmakers，1998）。

短时间高强度无氧运动的能量来自体内储存的ATP-PC（三磷酸腺苷-磷酸肌酸）和可经糖酵解供能的碳水化合物（第2章将深入探讨碳水化合物代谢和糖酵解）（Maughan et al.，1997）。事实上，宏量营养素的无氧能量代谢只来自于糖酵解反应过程中的碳水化合物分解（McArdle and Katch， 2008）。此外，糖的无氧酵解还是ATP再合成的最快速的来源。由于其氧化速率和数量上的原因，糖酵解是持续时间为7秒到1分钟的全力运动中ATP再合成的主要来源（Balsom et al.，1999；Mougios，2006）。

蛋白质与瘦体重

在短时间高强度运动中，氨基酸对总能量供应的贡献微不足道，可能只占据3%~6%。但是研究表明，在长时间运动中，氨基酸对总体ATP的贡献却高达10% （Hargreaves and Spriet，2006；Phillips et al.，1993；Brooks，1987）。蛋白质作为运动过程中的一种能源物质，其发挥的作用在很大程度上取决于支链氨基酸和丙氨酸的可利用性（Lemon and Nagle，1981）。在产生能量方面，蛋白质的作用有限。蛋白质的主要功能是增加和保持瘦体重。在为运动个体确定最佳膳食蛋白质剂量的时候需要考虑蛋白质的品质、能量摄入、碳水化合物摄入量、运动方式和强度，以及蛋白质摄入的时机等多个要素（Lemon，2000）。想要深入了解蛋白质的各种类型和特定蛋白质的摄入建议，请参看第3章。对进行锻炼的个人而言，每天摄入1.5~2.0克/千克体重的蛋白质不仅非常安全，而且还有助于提升对训练的适应性（Campbell et al.，2007）。

水合作用

水合作用不仅仅涉及身体水分的补充，同时也是为身体输送电解质、糖和氨基酸的一种方式。脱水和血钠过少（低钠血症，通常是因为身体中水分过多或钠的含量过少）都会影响“周末战士”和有训练经验的运动员。此外，脱水会增加核心体温，导致热病（Greenleaf and Castle，1971）。即使是更为常见的轻度缺水，也会导致力量和有氧耐力的下降，进而影响运动表现（Bigard et al.，2001；Schoffstall et al.，2001；Walsh et al.，1994）。青少年和老年人是最易患热病的两大群体，这些热病包括热痉挛、热衰竭和中暑（Wexler，2002）。造成青少年面临高热疾病危险的两大因素是：（1）青少年不像成年人一样易出汗（出汗有助于散热）；（2）相同体重下，青少年的相对体表面积更大，当环境温度上升时，他们吸收的热量就更多（Delamarche et al.，1990；Drinkwater et al.，1977）。

对老年人而言，年龄增长会带来口渴感和体温调节的变化，这会导致他们更容易脱水。老年人血容量下降时口渴感下降，肾脏的蓄水能力降低，且体液和电解质平衡会发生紊乱（Kenney and Chiu，2001）。一些处方药和心血管疾病（在美国，心血管疾病依旧是造成死亡的第一大诱因）也会影响体液平衡（Naitoh and Burrell，1998）。

对加强水合作用的诉求促使人们开始研究超级保湿剂（例如甘油）。此外，营养学家研究了在运动饮料和普通电解质饮料中加入氨基酸对水合作用和肌肉损伤的影响。幸运的是，饮料公司持续赞助关于其产品功效的研究。这也说明人们一直在关注水合作用及其对人体健康和运动表现的作用。对其产品进行研究的饮料公司，应该雇用与公司没有利益往来的独立实验室来进行公正的、精心设计的临床试验。

强化剂

当代奥林匹克运动员和那些想要成为校篮球队成员的高中运动员没有任何区别，他们都想提升自身的运动表现。所有想要提升运动表现的运动员自然都会持续改善他们的训练方案。人们不仅关注训练方法，而且也同样关注使用强化剂来提升运动表现。强化剂是用于改善运动表现的一些营养类、生理类、器械类、心理类或医药类的物质或设备。根据这一定义，强化剂可以提升人体做功的能力（McNaughton，1986），其不仅包括有氧耐力运动员使用的咖啡因，还包括滑雪运动员使用的护目镜。营养强化剂受到运动员和运动行业其他人的广泛关注。它们可以直接影响个体的生理能力（进而提升运动表现），也能加快从训练和竞赛中恢复的速率。

➤ 强化剂——一种提高人体做功能力的物质或设备，包括一些能够提升运动表现的营养类、生理类、器械类、心理类或医药类的物质或设备。

宏量营养素和运动补剂

营养强化剂分为两大类：宏量营养素的摄入方法（糖负荷、在力量训练阶段增加蛋白质摄入量等）和膳食补剂的摄入。膳食补剂是一种用于完善饮食营养成分的产品，其包含以下一种或多种成分：维生素、矿物质、氨基酸、草药或其他植物性药材。膳食补剂通过增加某种宏量营养素的总摄入量或总卡路里（热量）来完善饮食。膳食补剂是上述提到的任意一种或多种成分的浓缩物、代谢产物、化学成分、萃取物，其可以以液体、胶囊、粉末、软胶囊或新椭圆胶丸（囊形片）的形式补充。膳食补剂不是一种传统的食物，也不是膳食或饮食中的一种单一物质（Antonio and Stout，2001；U.S.Food and Drug Administration，1994）。只有当运动员出现相应的营养素缺乏问题时，一些经常使用的膳食补剂（例如维生素和矿物质）才被称之为强化剂。其他强化剂并非专门用来弥补营养缺失，而是能带来其他的特殊功效。例如，一名曲棍球运动员在季前赛之前连续4~6周服用一种控释性β-丙氨酸补剂，以改善某一特定的训练和恢复过程（即缓解疲劳）。营养强化剂和运动补剂都属于膳食补剂的范围。在通常情况下，补剂提供一种物质（单水合肌酸、α-酮戊二酸等），这种物质是正常生理和生物化学过程的一部分。其他营养强化剂通过增加生理或生物能量的途径来增加能量产成（例如单水合肌酸、咖啡因）或骨骼肌质量（单水合肌酸、亮氨酸等）。表1.2 列出了常见的运动补剂及其对身体健康和运动表现的一些裨益。

强化剂使用的普遍性

在人类历史发展过程中，运动员不断在尝试使用营养强化剂来改善运动表现。古希腊人可能是最早考虑通过适当的饮食和补剂来获取竞争优势的群体（Antonio and Stout，2001）。据说，公元前5世纪的希腊战士通过食用迷幻蘑菇和鹿肝等物质来增强身体机能（Applegate and Grivetti，1997；McArdle and Katch，2008）。想要了解古代运动员饮食习惯的历史信息，请参看葛雷维提（Grivetti and Applegate，1997）以及格朗让（Grandjean， 1997）的研究。

对以往营养补剂食用行为的回顾可以发现，不同文明时代的运动员都摄入了营养强化剂。但是在现代社会，食用营养强化剂的个体类别和普遍性已经发生变化。有关高中生运动员的统计数据已经说明了这一变化（Hoffman et al.，2008）。一份自我报告调查询问了大约3000名美国8年级到12年级的中学生（男女生人数几乎相同）的饮食补剂摄入情况。结果表明，71.2%的青少年食用至少一种补剂，最常用的补剂是多种维生素和高能饮料。年级越高，使用补剂（例如肌酸、蛋白粉和增重制剂）来增加体重和力量的学生越多，且男生比女生更普遍使用。该调查的作者认为青少年对营养补剂和强化剂的依赖更大。其他基于调查的研究也有类似的发现（Bell et al.，2004；O’Dea， 2003）。

随着越来越多的青少年和高中生运动员摄入营养强化剂，他们的教练、运动防护师、私人教练、康复医生和父母需要增加这方面的知识储备。“周末战士”、对肌酸给孩子带来的长期效果感兴趣的妈妈们、努力想要更瘦的健身达人都应该了解营养和强化剂的相关知识，以及它们影响人体生理的方式。得益于运动营养学研究的不断增加，关于这方面的信息越来越多。

专业应用

小结

■ 运动营养师是运动训练团队不可或缺的一部分。该运动训练团队还包括专项教练、体能教练、运动防护师、运动心理师、队医和物理治疗师。

■ 碳水化合物和脂肪是为运动员提供能量的两大营养物质。

■ 碳水化合物的主要来源是肌糖原、肝糖原和肝脏的糖异生作用（由非碳水化合物来源生成的碳水化合物），以及摄入的碳水化合物。

■ 有氧耐力训练会增加既定运动强度下总脂肪的氧化量，降低总碳水化合物氧化量。

■ 由于氧化速率和氧化数量方面的特征，碳水化合物是在持续时间为7秒到1分钟的最大强度运动中ATP再合成的主要来源。

■ 蛋白质的主要功能是增加和保持瘦体重。

■ 对进行身体活动/运动的个体而言，每天摄入1.5~2.0克/千克体重的蛋白质不仅非常安全，而且还有助于提升对运动训练的适应性。

■ 脱水会导致核心体温上升，从而导致热病。即使是更为常见的轻度缺水，也会导致力量和有氧耐力的下降，进而影响运动表现。

■ 青少年和老年人是最易罹患高热疾病的两大群体。这些高热疾病包括热痉挛、热衰竭和中暑。

■ 虽然尚未证明摄入超过每日营养推荐摄入量（RDI）的微量营养素能够改善体能，但是基于大样本量人群的研究发现，一些人的某种微量元素的摄入量没有达到每日营养推荐摄入量，还有一些人甚至缺乏一种或多种微量元素。而且，某种营养素的摄入不足或缺乏会直接或间接影响运动表现。

■ 目前研究最多的补剂包括肌酸、蛋白质、咖啡因、氨基酸、电解质运动饮料、丙氨酸和高分子量淀粉类碳水化合物（第7章和第8章会对其进行详细说明）。