補(bǔ)糖促進(jìn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制研究進(jìn)展

劉志剛

（重慶三峽學(xué)院體育與健康學(xué)院，重慶 414300）

糖是人體最基本的能量來源，通常情況下，也是形成ATP 最重要的來源。除進(jìn)行有氧氧化外，糖還可以進(jìn)行無氧酵解供能，且糖酵解的產(chǎn)物——乳酸也可以進(jìn)一步氧化提供ATP。然而人機(jī)體內(nèi)糖的儲(chǔ)量非常有限，運(yùn)動(dòng)中糖會(huì)被大量消耗，不僅會(huì)直接影響ATP的產(chǎn)生，還會(huì)導(dǎo)致高度依賴血糖供能的中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)機(jī)能障礙并誘發(fā)中樞疲勞；肝糖原的耗竭會(huì)降低肝功能，使肝臟在運(yùn)動(dòng)代謝中的合成和解毒作用受到限制；缺糖還會(huì)導(dǎo)致機(jī)體利用脂肪增多，但脂肪代謝產(chǎn)生乙酰輔酶A（乙酰CoA）需要糖代謝提供的草酰乙酸輔助才能進(jìn)入三羧酸循環(huán)完全氧化，因此糖不足會(huì)導(dǎo)致脂肪分解加速和脂肪酸不完全氧化，從而產(chǎn)生酮體堆積出現(xiàn)酮中毒；糖不足同樣會(huì)引起蛋白質(zhì)代謝增加造成血氨升高，從而引發(fā)毒性反應(yīng)且會(huì)進(jìn)一步影響到能量供應(yīng)鏈的穩(wěn)定；另外，肝糖原的不足導(dǎo)致的肝臟解毒能力降低，也會(huì)進(jìn)一步加重酮體和氨的毒性作用，而機(jī)體在糖充足的情況下脂肪和蛋白質(zhì)的分解則會(huì)減少，有利于清除酮體和氨毒素。同時(shí)，機(jī)體在運(yùn)動(dòng)中因血流加速，紅細(xì)胞碰撞、擠壓、變形頻率會(huì)大大增加，紅細(xì)胞膜的完整性極易受到破壞，而運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的糖缺乏會(huì)使磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的還原型輔酶II（NADPH.H）減少，從而進(jìn)一步影響到谷胱甘肽的還原，而還原型谷胱甘肽（GSH）是防止紅細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化并維持紅細(xì)胞膜韌性和完整的關(guān)鍵物質(zhì)，因此糖缺乏還會(huì)使紅細(xì)胞脆性增加，導(dǎo)致紅細(xì)胞功能障礙并可能發(fā)生溶血。目前，許多研究中均認(rèn)為體內(nèi)糖的儲(chǔ)量是耐力運(yùn)動(dòng)中的關(guān)鍵限制因素，因此研究補(bǔ)糖促進(jìn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制具有一定的意義。

1 補(bǔ)糖抗疲勞機(jī)制研究

研究發(fā)現(xiàn)，腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）是調(diào)控細(xì)胞能量代謝的關(guān)鍵激酶，運(yùn)動(dòng)、糖缺乏或細(xì)胞AMP 水平升高均可激活A(yù)MPK，一方面會(huì)促進(jìn)FFA 氧化，另一方面會(huì)通過激活ULK1復(fù)合物誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，且細(xì)胞自噬受AMP/ATP 比值調(diào)控。糖缺乏誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬是細(xì)胞靠清除自己來維持整個(gè)組織或器官的正常功能，而細(xì)胞自噬將會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞崩解，因此過度的細(xì)胞自噬會(huì)影響組織、器官甚至整個(gè)機(jī)體的正常功能。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的缺血缺氧及糖缺乏會(huì)使心肌細(xì)胞能量代謝失衡，并激活A(yù)MPK，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)疲勞的發(fā)生，因此補(bǔ)糖能促進(jìn)ATP 生成，降低AMP水平，進(jìn)而抑制AMPK 的激活產(chǎn)生促力抗疲勞作用。

研究發(fā)現(xiàn)，單純補(bǔ)糖可以提高運(yùn)動(dòng)性月經(jīng)周期紊亂運(yùn)動(dòng)員卵泡期雌二醇、黃體期黃體酮水平同時(shí)糾正能量代謝負(fù)平衡。而能量代謝失衡可通過抑制下丘腦—垂體—卵巢軸影響運(yùn)動(dòng)員月經(jīng)周期，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性月經(jīng)周期紊亂，這可能與糖代謝改善了生殖系統(tǒng)的能量抑制過程同時(shí)促進(jìn)固醇類代謝有關(guān)，說明糖的補(bǔ)充不僅與能量代謝有關(guān)，糖作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要能量底物，糖的補(bǔ)充和糖代謝在神經(jīng)內(nèi)分泌過程中也同樣扮演著關(guān)鍵角色。

在對(duì)SD 雄性大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，耐力運(yùn)動(dòng)后補(bǔ)糖還能通過顯著降低心肌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)反應(yīng)蛋白ERP72 的表達(dá)減少心肌損傷。心肌損傷無疑會(huì)減弱心臟的泵血能力，進(jìn)而削弱運(yùn)動(dòng)能力，說明糖的補(bǔ)充可以起到保護(hù)心肌的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，用糖水漱口同樣可以提高耐力水平，說明糖不僅從能量的角度改善了運(yùn)動(dòng)能力，還可能從能量代謝以外的途徑提高運(yùn)動(dòng)能力，而這一途徑可能與味覺誘發(fā)的某些情緒反應(yīng)或皮層活動(dòng)有關(guān)。補(bǔ)糖提高運(yùn)動(dòng)耐力的機(jī)制歸納如圖1所示。

圖1 補(bǔ)糖通過多種途徑和機(jī)制提高運(yùn)動(dòng)耐力

2 補(bǔ)糖的種類研究

補(bǔ)充葡萄糖的特點(diǎn)是口服吸收速度快，使血糖水平很快提升，但驟然升高的血糖容易引發(fā)胰島素反應(yīng)，反射性地引起血糖降低反而不利于運(yùn)動(dòng)促力。另外葡萄糖屬于單糖，是最簡(jiǎn)單的六碳糖，其摩爾分子量小，單位質(zhì)量分子數(shù)量多，過量補(bǔ)充可引起胞外滲透壓升高導(dǎo)致細(xì)胞脫水。另外，其甜度過大容易引起胃腸不適，這些不利因素制約了葡萄糖作為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)劑的進(jìn)一步應(yīng)用。

果糖比葡萄糖引起的胰島素反應(yīng)弱很多，也有利于肝糖原的合成，但同樣存在因滲透壓高導(dǎo)致細(xì)胞脫水的問題以及容易導(dǎo)致胃腸道不適的現(xiàn)象。而淀粉多糖需要逐步消化分解緩慢吸收，血糖水平緩慢升高，引起的胰島素反應(yīng)較弱。淀粉多糖分子量大，單位質(zhì)量分子數(shù)量少，不容易引起細(xì)胞脫水。但其主要缺點(diǎn)是消化和吸收速度慢，不能快速提升體內(nèi)糖含量，無法滿足耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)糖的及時(shí)需求，因此不宜作為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)糖的主要來源。

低聚糖口感好且甜度適中，引起的胃腸反應(yīng)較弱，容易被運(yùn)動(dòng)員接受。低聚糖聚合度適中、水溶性好，能保證在補(bǔ)充足夠多量的前提下不會(huì)形成較高的胞外晶體滲透壓，有利于細(xì)胞水分的保持，不容易引起口渴感，這對(duì)于運(yùn)動(dòng)中水分的保持十分重要。另外，低聚糖消化吸收速度適中，既保證了糖的快速補(bǔ)充，又避免了血糖驟然上升引起的胰島素反應(yīng)。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)糖的種類中，C3-C8低聚葡萄糖比較常見，另外還有低聚果糖、葡-果低聚糖。低聚糖補(bǔ)充兼顧了葡萄糖和淀粉多糖的優(yōu)點(diǎn)又避免了二者的不足，是運(yùn)動(dòng)補(bǔ)糖的重要發(fā)展方向。

3 補(bǔ)糖的時(shí)間和劑量研究

3.1 運(yùn)動(dòng)前補(bǔ)糖

運(yùn)動(dòng)前糖的補(bǔ)充劑量可按1 ～1.5g/kg 的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)糖，主要因?yàn)槿梭w葡萄糖在小腸上皮的吸收需要葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，而該蛋白的數(shù)量和密度限制了葡萄糖的吸收速率，因此過多地補(bǔ)糖不僅會(huì)增加腸胃負(fù)擔(dān)且受限于其吸收速率。此外，過多補(bǔ)糖會(huì)使細(xì)胞晶體滲透壓升高，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)中水分缺乏造成運(yùn)動(dòng)機(jī)能下降。運(yùn)動(dòng)前補(bǔ)糖通常在耐力運(yùn)動(dòng)前15min 或2h。選擇這2 個(gè)時(shí)間點(diǎn)的原因如下：（1）運(yùn)動(dòng)前15min 可以完成葡萄糖吸收入血防止運(yùn)動(dòng)性低血糖；（2）2h 后補(bǔ)充的糖可以進(jìn)入肌肉合成糖原。補(bǔ)糖時(shí)值得注意的是在運(yùn)動(dòng)前30 ～90min 應(yīng)避免補(bǔ)糖，以免過度刺激胰島素分泌引起低血糖。

3.2 運(yùn)動(dòng)中補(bǔ)糖

運(yùn)動(dòng)中補(bǔ)糖劑量可按單位時(shí)間糖的吸收量來計(jì)算，為30 ～90g/h，主要取決于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。人體吸收葡萄糖的能力約60g/h，但運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以提高消化道上皮細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量，增加葡萄糖吸收能力。具運(yùn)動(dòng)中的補(bǔ)糖時(shí)間如圖2 所示。為減少腸胃負(fù)擔(dān)，運(yùn)動(dòng)中可用5%葡萄糖水漱口的方式代替糖的實(shí)際攝入。

圖2 高水平運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)中糖的補(bǔ)充劑量和類型主要取決于運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間

3.3 運(yùn)動(dòng)后補(bǔ)糖

耗竭性耐力運(yùn)動(dòng)后體內(nèi)糖原虧空，機(jī)體亟須糖的補(bǔ)充。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高糖膳食可以促進(jìn)糖原超量恢復(fù)而高蛋白或高脂肪膳食則不利于糖原的合成和超量恢復(fù)。超量恢復(fù)的程度主要與糖原在運(yùn)動(dòng)中耗竭的程度和運(yùn)動(dòng)后膳食的種類有關(guān)。糖原耗竭越多則糖原恢復(fù)過程越明顯，膳食糖含量越多，糖原恢復(fù)越明顯。現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)理論十分注重運(yùn)動(dòng)后能量尤其是糖類物質(zhì)的恢復(fù)過程，并認(rèn)為運(yùn)動(dòng)后的補(bǔ)糖是填充體內(nèi)糖原消耗的主要形式。有研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)結(jié)束后4 ～6h 是肌糖原的快速恢復(fù)期。連續(xù)3d 給予高糖膳食，有利于肌糖原的超量恢復(fù)和糖原充填。但是超過3d 的高糖膳食會(huì)導(dǎo)致脂肪的合成和轉(zhuǎn)化超過肌糖原的合成，因此耐力訓(xùn)練后補(bǔ)糖的期限以運(yùn)動(dòng)后即刻至3d 內(nèi)為宜。超過3d后肌糖原合成顯著下降，多余的熱量轉(zhuǎn)化成脂肪比例升高。運(yùn)動(dòng)后補(bǔ)糖劑量可按攝入總熱量的80%計(jì)算，約500g/d。

4 運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間與補(bǔ)糖

持續(xù)數(shù)分鐘的短時(shí)間運(yùn)動(dòng)無須補(bǔ)糖。而超過60min 的中低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)通常會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)糖的大量消耗甚至耗竭，因此需要補(bǔ)糖。典型的項(xiàng)目如馬拉松、長(zhǎng)距離的競(jìng)走和公路自行車等項(xiàng)目。這些項(xiàng)目的共同特點(diǎn)就是運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度通常不超過75%VO2max。由于動(dòng)作結(jié)構(gòu)周期性的重復(fù)，糖缺乏更易導(dǎo)致中樞疲勞。運(yùn)動(dòng)中機(jī)體會(huì)依次募集糖原、脂肪和蛋白質(zhì)參與供能。糖大量耗竭后脂肪代謝速率上升，同時(shí)糖異生過程激活彌補(bǔ)體內(nèi)糖的不足，以維持血糖水平保證中樞正常功能。運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間比運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度更能決定體內(nèi)儲(chǔ)備糖消耗量，所以運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，體內(nèi)的糖儲(chǔ)備被消耗得越多，越需要補(bǔ)充糖。

5 結(jié) 語(yǔ)

糖與體內(nèi)的多種生化通路密切關(guān)聯(lián)，是最重要的供能物質(zhì)。糖的生物學(xué)功能不能被脂肪和蛋白質(zhì)替代，體內(nèi)充足的糖儲(chǔ)備對(duì)于保證耐力運(yùn)動(dòng)中正常的生理活動(dòng)和器官功能極其重要，同時(shí)也保障了能量產(chǎn)生和利用的速率。糖缺乏不僅會(huì)導(dǎo)致外周疲勞，也會(huì)誘發(fā)中樞疲勞。按照運(yùn)動(dòng)性疲勞的控制鏈理論，缺糖將會(huì)從控制鏈中樞到外周的各個(gè)環(huán)節(jié)促進(jìn)疲勞的發(fā)生，是影響運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)鍵限制因素之一。 因此，糖是運(yùn)動(dòng)中尤其是耗竭性耐力項(xiàng)目中首先要考慮補(bǔ)充的能量物質(zhì)。而補(bǔ)糖不僅要考慮糖的種類，還要考慮補(bǔ)糖的時(shí)間和量以及吸收速率、滲透壓、胃腸反應(yīng)和補(bǔ)糖的方式。