生活方式与健康
2020年05月号
卷首语
医学与社会
医生日记

耐力运动后的营养补充——促进肌糖原再合成和骨骼肌重塑

作者:成皖梅

耐力运动后的营养补充对肌糖原再合成和骨骼肌重塑的影响很大,而肌糖原再合成和骨骼肌重塑对运动后的最佳恢复、保持或提高之后的运动表现,并随着时间的推移产生训练适应至关重要。

耐力运动会对人体带来应激压力,并伴随着内源性能量储备(如肌糖原和肝糖原)的消耗,刺激身体各部位(如骨骼肌、骨骼、心血管系统等)的蛋白质重塑和修复。耐力运动通过肌肉和身体蛋白质的重塑,强烈刺激骨骼肌的代谢(如线粒体功能、酶活性的提升)和结构(如收缩蛋白修复和合成),进而增加有氧和无氧的输出功率,最终可转化为运动的适应性。

鉴于这些巨大的应激压力,运动员需要从剧烈运动后获得最佳恢复,才能在以后的运动中更好地保持或提高运动表现。并且随着时间的推移,能够适应多次重复的运动训练。合理的营养方案是运动后恢复的关键,膳食中的碳水化合物和蛋白质是所需的重要宏量营养素,因为它们提供了促进糖原再合成和肌肉重塑所必需的基质。

目标一:促进肌糖原再合成—补充碳水化合物

1.1 运动后什么时间补充碳水化合物?

依赖碳水化合物供能的高强度运动后,碳水化合物的补充对于增加肌肉和肝脏的糖原储存至关重要。肌糖原合成的速率通常在运动后最初的1小时内最大,在运动后立即摄入碳水化合物,与推迟2小时摄入相比,糖原合成率2小时内高出大约45%,糖原的净合成量4小时内更高。

但研究也显示,无论在运动后即刻还是延迟2小时后摄入碳水化合物,运动后8小时内的肌肉糖原浓度相等,肌糖原净合成量没有差异。

因此,那些需要最大限度地进行糖原再合成的运动员,必须在运动后8小时内尽快摄入碳水化合物。

1.2 补充多少碳水化合物?

肌肉对碳水化合物的摄取率也是决定肌肉糖原再合成速度的重要因素。当碳水化合物摄入量为相对体重的1.0g/kg/h~1.2g/kg/h时,糖原再合成的速率最大,约为0.3g/min(图1)。

1.3 按什么频率补充碳水化合物?

研究显示,碳水化合物的补充采用每15min~60min一次,少量多次的方案比间隔约2小时补充一次的方案更能诱导糖原合成。

1.4 运动后8小时~24小时如何补充碳水化合物?

运动后即刻与延迟2小时后摄入碳水化合物,对运动后8~24小时的糖原合成率的影响几乎没有差异。研究显示,将高碳水化合物的饮食(即大约12g/kg/d)作为两顿大餐与七顿小餐相比,在24小时内净肌糖原合成量相似。

研究显示,即使摄入了中等的高碳水化合物饮食(约5~7g/kg/d,常规碳水化合物能量占比),在连续3天的大跑量运动(大约16公里的跑步)中肌肉糖原仍然会逐渐减少,因此研究者普遍认为,每天摄入足够的碳水化合物是最重要的营养方案,可以最大限度促进肌肉糖原的再合成,延长运动后的恢复时间(达到98小时),与碳水化合物能量占比和摄入时间无关。

因此,为了使糖原再合成和内源性碳水化合物储存最大化,建议运动员补充碳水化合物参考体重和训练负荷而不是能量百分比,超过3天的大跑量训练即使高达10g/kg/d糖原补充可能还是不够的。

1.5 补充蛋白质是否可以促进肌糖原再合成?

膳食蛋白质在糖异生中没有明显作用。因此,在高强度耐力运动后的恢复过程中,单独摄入蛋白质不能成为糖原再合成的底物。但当碳水化合物摄入量低于最佳水平(<1g/kg/h)时,在碳水化合物饮料中添加蛋白质可以增加糖原再合成的速率(图1)。通常认为,这种糖原再合成速率的增强与蛋白质和某些氨基酸(如亮氨酸和苯丙氨酸)的胰岛素作用有关,当碳水化合物摄取率接近最大值时,这种作用有助于将葡萄糖带入肌肉。

目标二:促进骨骼肌重塑——补充蛋白质

在常规运动中,氨基酸是一种人体利用相对较少的能量基质(约占ATP总产量的2%~5%),随着耐力运动时间的延长对能量的需求增加,氨基酸的绝对氧化量可以增加几倍;这种氧化造成了肌肉内游离氨基酸的净损失。

耐力运动是骨骼肌重塑的主要刺激因素,它导致旧的或受损肌肉蛋白质的分解以及新的蛋白质形成(重建)。这种蛋白质“转换”功能的增强,重塑了肌肉蛋白的主要组分,如产生能量的线粒体和产生力的肌原蛋白纤维。

最终,与普通人群相比,参与耐力运动的人群氨基酸氧化增加、身体肌肉蛋白质重塑转换水平更高,因此每日蛋白质的需求更高(即1.2g/kg/d~1.7g/kg/d)。研究表明训练潜在地诱发了肌肉的重塑。一名运动者一天中不仅要关注消耗了多少蛋白质,更重要的是在“什么时间”和“以什么样的方式”消耗了蛋白质,这对运动后恢复期最大限度地增加肌肉蛋白质合成至关重要。

2.1 运动后什么时间补充蛋白质?

研究证明,耐力运动后立即摄入蛋白质对增强肌肉的蛋白质合成至关重要,如果摄入时间推迟3小时,那饮食带来的氨基酸合成代谢作用就会显著减弱。增强肌肉蛋白的合成与骨骼肌获得更多的重塑和修复是一致的,因此运动后尽早补充蛋白质,直观上将促进运动员更快恢复。

研究显示在运动后补充蛋白质可以刺激恢复期肌肉蛋白的合成,虽然对单次运动后24小时内的运动表现几乎没有影响,但是对长期耐力训练产生适应性具有潜在的益处,提高了运动员对有氧/无氧运动的适应能力。因此运动后摄入膳食蛋白质以增加肌肉蛋白合成率,应被视为耐力运动员支持肌肉重塑和恢复的重要营养策略。

2.2 补充多少蛋白质?

研究证明,运动后一个20g的优质蛋白质丸(即鸡蛋或乳清)提供大量的蛋白质,增加利用膳食氨基酸作为燃料底物,可以最大限度地满足肌肉蛋白质合成。虽然耐力运动后没有类似的剂量反应研究。但有相关研究表明,有氧运动后16g牛奶蛋白和20g乳清蛋白可增加运动后肌肉蛋白合成率。相对剂量的研究显示0.25g/kg体重的优质蛋白可以最大限度地提高年轻人休息期间的肌肉蛋白合成(图2)。

2.3 补充什么种类的蛋白质?

饮食中的蛋白质并非都是一样的,它们的氨基酸组成和消化率均有差异。例如,乳清蛋白、大豆蛋白和酪蛋白根据蛋白质消化率校正的氨基酸评分(1.0),都是优质蛋白。但在休息和抗阻力运动后,乳清蛋白比其它两类蛋白更能刺激肌肉蛋白质的合成。

乳清蛋白更大的合成代谢作用通常归因于快速消化率和天然含有更高的亮氨酸。亮氨酸是一种必需氨基酸,是肌肉蛋白质合成的重要激发剂,这提示运动后摄入的蛋白质来源应具有这些属性,达到最大限度地增加肌肉蛋白质合成的目的。

然而也有研究显示,植物性蛋白质、混合蛋白质和全种类的食物也可以作为优质蛋白的充足来源,来支持运动后肌肉合成率的增加。但鉴于这些蛋白质来源的亮氨酸含量相对较低,可能需要增加摄入量,以达到类似的运动后肌肉合成反应。

因此,相较于推荐的鸡蛋或乳清蛋白的蛋白质摄入量,运动员如果摄入其它替代蛋白质,需考虑更大的摄入量(大约增加25%)以增强其合成代谢效应。

2.4 运动后8小时~24小时如何补充蛋白质?

据报道,一次高强度耐力运动后骨骼肌重塑的持续时间可达24小时。这一点可以通过肌原纤维和线粒体蛋白的合成激活情况获得证明。因此,在这段时间内以适当的营养最大限度地增加肌肉蛋白的合成,被认为是支持耐力运动员最佳恢复和骨骼肌重塑的关键策略。

最近的研究表明,在剧烈的抗阻运动后,除了蛋白质摄入的绝对量,其摄入方式也会影响肌肉蛋白质的合成率。例如,在抗阻运动后12小时内总共摄取80g蛋白质,每3小时摄入20g重复4次,比每1.5小时10g重复8次和每6小时40g重复2次,支持更高的肌原纤维蛋白合成率。

因此,考虑到膳食蛋白质在一轮耐力运动后能显著提高运动后肌肉蛋白质的合成率,耐力运动训练后,运动员也有可能从每3小时~4小时摄入20g(或约0.25g/kg体重)蛋白质获得最大合成反应益处。这种进餐频率(即每天4到6顿)与目前优秀运动员的做法一致,同样可以帮助一并实现每日相对较高的碳水化合物摄入量水平的目标。

除了早晨是最佳的进食蛋白质时间外,研究显示睡前摄入蛋白质,是维持血液循环中氨基酸水平,支持抗阻运动后8小时睡眠期间肌肉蛋白合成的一种实用方法,并可增强训练引起的肌肉质量和力量的增加。

因此,合理的睡眠对运动员的整体健康和最佳恢复至关重要,睡前摄入蛋白质是耐力运动恢复期间的额外补充机会,有助于提高骨骼肌重塑率。

2.5 补充碳水化合物是否可以促进骨骼肌重塑?

剧烈运动后肌肉合成的最重要营养因素是摄入膳食蛋白质(图2)。它提供了修复、重塑或构建新肌肉所必需的氨基酸。研究显示,运动后单独摄入碳水化合物对肌肉合成没有影响,也不会增强运动后饮食氨基酸对肌肉蛋白质合成的激发作用。

在运动后大量摄入碳水化合物每餐约30g时,会抑制肌肉蛋白质分解,但这种抑制在决定肌肉蛋白质净平衡(肌肉蛋白合成与分解的差值)时作用比较小。耐力运动员为了提高糖原再合成率优先摄取碳水化合物,必然刺激胰岛素分泌,最大限度减弱肌肉蛋白分解。

耐力运动后的综合营养补充建议

耐力运动后的营养补充对肌糖原再合成和骨骼肌重塑的影响很大,而肌糖原再合成和骨骼肌重塑对运动后的最佳恢复、保持或提高之后的运动表现,并随着时间的推移产生训练适应至关重要。

因此耐力运动后的营养方案应该是针对碳水化合物和蛋白质联合摄入的多维营养补充方案,不能忽略其中的任何一种。

下表是国际奥林匹克委员会运动营养共识中,促进糖原再合成和肌肉蛋白重塑的碳水化合物和蛋白质摄入的通用指南。

如果在短时间内需要进行多次训练和比赛,那么在每一次运动后,运动间隔恢复时间非常有限(如8h内),且希望每一次运动中都能达到高水平运动质量,应在第一次运动后立即摄入蛋白质和碳水化合物,以尽快启动身体的恢复程序。

肌糖原的恢复速率是随后几次运动中保持运动表现或训练质量更为重要的因素。因此,运动员应保证约0.25g/kg体重的优质蛋白(如富含亮氨酸、快速消化的乳清蛋白)和至少0.75g/kg的碳水化合物以刺激肌肉蛋白合成,肌肉蛋白合成将促进肌糖原的再合成。

运动后的第一餐——运动营养品(如恢复饮料、能量棒、能量胶)可能是最实用的,它们通常含有多种高升糖指数的简单碳水化合物(如葡萄糖、果糖、蔗糖),是补充肝糖原和肌糖原的便捷原料。如果摄入营养搭配合理的恢复饮料,不仅可以提高体内氨基酸的含量,从而提高肌肉蛋白合成率,还可以有助于运动后补液。

一般长跑训练和马拉松比赛后,跑者拥有超过8h的恢复时间,可能不需要如此快速积极地进行肌糖原恢复,因为碳水化合物摄入的开始时间和模式,对8h后内源性能量储存的恢复几乎没有影响,但是运动后立即摄入蛋白质对骨骼肌的重塑非常重要。

因此,无论恢复的时间有多长,运动后立即摄入碳水化合物和蛋白质,都将有助于尽早修复骨骼肌并促进肌肉糖原合成和储存,仍被研究者广泛推荐。

耐力训练后第二次饮食应尽量在2h左右完成,在训练后24h内,建议5次/日~6次/日的饮食频次,根据训练时长的长短,共摄入5g/kg/d~12g/kg/d的碳水化合物。这样的饮食频次与许多优秀运动员饮食习惯相似,是满足他们每日高碳水化合物需求,引发胰岛素反应的一种实用、方便的方法,并能够充分缓解运动引起的肌肉蛋白分解的增加。更重要的是,每餐应含有约0.25g/kg体重优质蛋白,包括睡前小吃,以维持每日最大的肌肉蛋白合成率,并满足每日的蛋白质需求(1.2g/kg/d~1.7g/kg/d)。如果摄入的是较低质量的蛋白(例如植物蛋白或混合食物),则需要稍微增加蛋白质的摄入量,以保证肌肉蛋白合成的最大化。恢复时间较长的饮食中则不一定要使用运动营养品。

此外,在超极限训练、超长时间训练、大量肌肉拉长的离心训练(如下坡跑)等激烈运动后,肌肉损伤加剧,导致耐力运动表现的降低,因此需要最大限度地提高肌肉蛋白合成效率,提升肌肉的修复效率。长时间的恢复过程中肌肉的修复效率会影响肌肉储备糖原的能力,此时膳食频率和蛋白质摄入方式是最为关键的。

举例:一名60kg的男性马拉松跑者,以大于65%最大摄氧量强度的恒定负荷训练1~3h/天。

训练后应即刻补充至少45g快速碳水化合物(葡萄糖、果糖、蔗糖或精细主食等)和15g的优质蛋白质(乳清或鸡蛋等),可以选择易于食用的运动营养品。

训练后2h~3h再吃一餐70g~100g碳水合物(来源:五谷类、蔬菜、水果等)和20g左右的蛋白质(来源:蛋、奶、鱼、肉、豆制品等)。训练后24h内补充5~6餐,睡前补充含蛋白质的小食。训练后一日的碳水化合物的补充重量应达到360g~600g(6g/kg/d~10g/kg/d),蛋白质总量应达到72g~102g(1.2g/kg/d~1.7g/kg/d)。

当真正计算营养素时,还需要考虑脂肪含量,耐力运动者还可以优选富含铁元素的食物。

耐力训练和比赛后使用合理营养策略的运动员,最终将最大限度提高训练效果,并增加在之后的训练和比赛中取得更好成绩的机会。

(作者:成皖梅)

参考文献:

Fromentin C, Tome D, Nau F, et al. Dietary proteins contribute little to glucose production, even under optimal gluconeogenic conditions in healthy humans. Diabetes. 2013; 62:1435Y42.

Jentjens R, Jeukendrup A. Determinants of post-exercise glycogen synthesis during short-term recovery. Sports Med. 2003; 33:117Y44.

Parkin JA, Carey MF, Martin IK, et al. Muscle glycogen storage following prolonged exercise: effect of timing of ingestion of high glycemic index food. Med. Sci. Sports Exerc. 1997; 29:220Y4.

van Loon LJ, Saris WH, Kruijshoop M, Wagenmakers AJ. Maximizing postexercise muscle glycogen synthesis: carbohydrate supplementation and the application of amino acid or protein hydrolysate mixtures. Am. J. Clin. Nutr. 2000; 72:106Y11.

Burke LM, Hawley JA, Wong SH, Jeukendrup AE. Carbohydrates for training and competition. J. Sports Sci. 2011; 29:S17Y27.

Di Donato DM,West DW, Churchward-Venne TA, et al. Influence of aerobic exercise intensity on myofibrillar and mitochondrial protein synthesis in young men during early and late postexercise recovery. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2014; 306:E1025Y32.

Tarnopolsky M. Protein requirements for endurance athletes. Nutrition. 2004; 20:662Y8.

Lunn WR, Pasiakos SM, Colletto MR, et al. Chocolate milk and endurance exercise recovery: protein balance, glycogen, and performance. Med. Sci. Sports Exerc. 2012; 44:682Y91.

Breen L, Philp A, Witard OC, et al. The influence of carbohydrate-protein co-ingestion following endurance exercise on myofibrillar and mitochondrial protein synthesis. J. Physiol. 2011; 589:4011Y25.

Areta JL, Burke LM, Ross ML, et al. Timing and distribution of protein ingestion during prolonged recovery from resistance exercise alters myofibrillar protein synthesis. J. Physiol. 2013; 591:2319Y31.

Burke LM, Hawley JA, Wong SH, Jeukendrup AE. Carbohydrates for training and competition. J. Sports Sci. 2011; 29:S17Y27.

Jentjens R, Jeukendrup A. Determinants of post-exercise glycogen synthesis during short-term recovery. Sports Med. 2003; 33:117Y44.

Glynn EL, Fry CS, Drummond MJ, et al. Muscle protein breakdown has a minor role in the protein anabolic response to essential amino acid and carbohydrate intake following resistance exercise. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2010; 299:R533Y40.

Burke LM, Slater G, Broad EM, et al. Eating patterns and meal frequency of elite Australian athletes. Int. J. Sport Nutr. Exerc. Metab. 2003; 13:521Y38.

Res PT, Groen B, Pennings B, et al. Protein ingestion before sleep improves postexercise overnight recovery. Med. Sci. Sports Exerc. 2012; 44:1560Y9.

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