运动营养补剂的研究趋势

摘 要： 运动营养补剂的应用很广，但目前我国大都从经验和其成分的功能出发，缺乏对营养 补品在人体内代谢转化的科学论证，很难适应运动训练和健身的要求。本文通过对当前国内 有关材料的分析研究，提出对运动营养补品的研究应进入系统生物学的领域，即从基因组学 ―蛋白质组学―代谢组学方面研究运动营养补品，希望有助于提高运动营养补品的科学水平 和应用效果。

关键词：运动营养补剂；运动营养；系统生物学；人体代谢

中图分类号：G804.32文献标识码：A文章编 号：1007-3612(2011)03-0079-04

Research Trend of the Sports Nutrition Supplements

HE Li qun， XU Qi

(Beijing Sport University， Beijing 100084， China)

Abstract: The sport nutrition supplements have wide applications. However，in China，spor ts nutritional supplements are applied mostly according to experiences and the f unctions of their compositions. Scientific demonstrations of transforming nutri tional supplements in the body are lack. It is difficult to adapt to the requir ement of sports training and bodybuilding. By analyzing and studying new materi als concerning sports nutritional supplements in China， it puts forward that th e study of sports nutritional supplements must integrate with the field of syste ms biology， that is to say， the study sports nutritional supplements from theaspects of genomics， proteomics and metabolomics. It hopes that it will be co nducive to the improvement of the scientific level and application effects of sp orts nutritional supplements.

Key words: sports nutrition supplements；sports nutrition； systems biol ogy；body metabolism

2009年在我国青岛举办的国际奥委会队医培训班（东亚国家/地区）上，伊木清［1］指 出，“运动补剂在男女运动员中广泛应用，但是这些营养品很少是可靠的研究基地提供的， 并且一些营养品可能对运动员有害”。这个提法，基本上反映了当前我国运动营养补品的研 发与应用状况，这与当前我国要从体育大国向体育强国迈进的形势很不适应，因此，有必要 对当前运动营养补剂的研究水平、使用的要求等进行调查研究和分析，提出建议，希望有助 于运动营养补剂在全民健身和竞技体育中的科学应用。

1 运动营养补剂的概念

运动营养补剂的命名目前还不统一，有称运动补剂、运动员营养补品、运动功能食品等 ，各种命名法都有一定依据，我们认为采用运动营养补剂这一命名法，保持和国家体育总局 有关文件名称一致［3］。

1.1 因运动需要增加营养补充运动时能量物质消耗比安静时增加，物质代谢加强，就要求增加营养的补充，如一个人在中等强度时，能量消耗要占总量消耗的15%～30%，我国专 业运动员能量消耗每日约为3 500～4 400 Kcal，有些项目可能达5 500 Kcal或更多。因此 ，在 增加糖类、脂类、蛋白质、水、维生素和无机盐等基本营养素的基础上，要根据运动需要补充相应的营养品，如力量性训练要求增加适应肌肉力量发展的蛋白质、氨基酸和肌酸；超长 距离跑或大运动量训练期间，要补充提高身体对负荷的适应的代谢调节和提高免疫力的营养品，如药食两用且不含兴奋剂的中药制剂及磷脂、辅酶Q等，这些运动营养补品已被经证 明可以加速恢复过程和提高运动能力，故运动员都要在每天的基本营养中合理增加营养补剂 (图1)。

1.2 运动营养补剂的命名

1.2.1 中药补剂在我国传统饮食文化、养生和中医药中，讲究药食两用、药食同源而制成的众多补剂，都是 根据中医理论及多年应用而流传下来的，存在辨证施用，会吃才有效的问题，如过去有运动 员用地黄丸、参芪煲鸡等，都属中药补剂。

1.2.2 功能性食品具有特定保健功能的食品，适用于特定人群食用，具有调节机体 功能，而不以治疗为目的。这类食品主要对象是由于当前社会的发展，生活节奏快、心理压 力大，饮食不合理等造成的亚健康状态或高血糖、高脂血症、肥胖症和高血压等人群。功能 性保健食品有严格的管理

要求和审批办法，如1996年6月1 日卫生部公布的《保健食品管理办 法》，但没有规定要不含有运动员禁用药物的声称；1997年，为了更进一步规范保健食品的 评审和卫生监督管理工作，又颁发了《保健（功能）食品通用标准（16740-1977）》中， 补充要求兴奋剂和激素需“按相应的国家、行业标准规定的方法，或权威机构认可的方法测 定”，但还存在行业规定标准和权威机构认定还不明确，功能食品研制时功能评价方法落后 ，市场上的保健食品还不规范，所以这类食品要进入运动员市场时，国家体育总局只好规定 要有由中国反兴奋剂中心的检测不含运动员禁用药物的报告，才准运动员使用，说明这类食 品还不是专门为运动员或为健康而运动的人群研制的。

1.2.3 运动营养补剂在1993年我国《运动员使用运动营养补品管理暂行办法》中明 确指出：“运动营养补品的管理范围包括对增强体质、提高运动能力、促进机体较快消除疲 劳、补充营养有明显作用，并经卫生、医药、食品部门正式批准生产的营养补剂、中成药、 药品以及凡添加中、西药成分的饮料和其他营养制品”；并且“严格禁止使用含有国际奥委 会确定的禁用药物成分的运动营养补品，以保护运动员的身体健康，提高运动技术水平”。 对运动营养补品进行管理至今仍按这原则，并且按每年世界反兴奋剂机构（简称WADA）公布 的禁用药物及成分，对不同批号的同一种营养补品，如果组成配方发生变化，须分别经过兴 奋剂检测中心的检测(图2)。

1995年5月，美国的《膳食补充品，健康与教育法案》(Dietary Supplements Health a nd Education Act)被总统批准，膳食补充品的定义为：可加到膳食中的一种产品，这些产 品可分别为维生素、矿物质、草药、植物性物质、氨基酸及其它可补充到膳食中的膳食物质 或浓缩物、代谢产物、组成物、提取物或上述物质的混合物（不包括烟草）。膳食补充品这 个定义比较宽松、灵活，例如把草药、植物性物质和代谢产物作为膳食补充品，也即是说许 多中药都可以视为膳食补充品。因此，我们没有采用膳食补充品这个名称，而用运动营养补 剂，为了说明是在膳食补充品的基础上，经过兴奋剂检测中心的检测不含任何运动员违禁药 物，专供运动员及参加运动人群用的、安全性好、符合健康要求的食品。

2 当前国内外运动营养补剂的研究现状

采用药食两用的营养补剂是中国人的传统养生文化，经过说明可用于促进健康、增强体质和 提高运动能力的研究后才成为营养补剂。目前研究的基本特点基本上可归纳为：

2.1 从成份看功效根据基本七大营养素的功能而合理应用，例如糖类食品中的淀粉、 糊精、低聚糖、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖等在运动前、中和后应如何补充，才能更有效 地被利用和提高运动能力并加速恢复，20世纪60年代提出了“糖原填充法”。现在市售的 运动营养补剂，如抗自由基类、肌酸等，基本都是以功能成份或其代谢分解成份(如蛋白质 分解为氨基酸)的功能，作为说明或声称这种运动营养补剂的功能。

2.2 从身体机能指标改善评定功效 目前我国评定某一特定运动 营养补剂功能时，大多 研究报告采用服补剂后常用的身体机能评定指标：如血红蛋白、血乳酸、血尿素、肌酸激酶 等，这些指标虽能反映身体机能改善，但对评定特定营养品功能就显得针对性不强；也有从 某一营养素成份（抗过氧化）来选定特定指标的，但都没有考虑到这一营养品摄入后在吸收 、分布、代谢动力学和排泄等过程，故这些研究成果科学性不强。

2.3 用代谢指标来评价功效 在2004年，杨则宜［4］就提出了“运动营养生物化学 是 运用营养学和生物化学的手段来研究和评估运动人体的代谢和体能状况，并提供营养学强力 和恢复手段的科学”的方向，并在他领导的实验中对大豆蛋白肽、肌酸等代谢与营养功效方 面做了大量工作。王香生等［5］近年来对血糖指数(Glycemic Index, 简称GI)和运 动员 膳食进行了研究，GI 的概念是1981年Jenkins DJA等［6］首次提出,按进食糖类食物 后2 h 机体血糖反应的大小排列食物的一种方法。GI初期用于糖尿病饮食疗法和控制肥胖的临床实 践，后发现对运动员补糖有重要意义，因为GI 可反映出各种糖类食物的消化吸收速度和食 物的加工及烹调程度、淀粉中支链淀粉与直链淀粉的比例、是否含果糖、乳糖(两者GI 较低 ) 等因素。从而将糖类食物分为高、中、低血糖指数高血糖指数食物，如以进食葡萄糖为10 0，>70者为高血糖指数(HGI)，运动饮料为95，白面包为70、米饭(低直链淀粉)为88；血 糖指在55～70的称中血糖指数，如米饭(高直链淀粉)为59；当血糖指数在

3 运动营养补剂的今后研究方向

在国外，运动营养品研究的历程基本上与国内相同，但从20世纪末已进入运动营养补剂 代谢动力学研究的领域，例如，对高糖膳食与脂肪膳食量合理搭配以提高耐力的研究，从20 纪60-90年代初就一直强调耐力运动员采用高糖膳食［8］，认为运动员膳食含糖类占 总能量的60%～70%才能满足体内糖原再贮备和训练的要求，但在运动员膳食中糖类一般只占 40%～60%；长期糖类食入过多会减少蛋白质和脂肪的摄入，反而影响体力和健康，Muo io.DM等(1994)对6名长跑运动员7 d训练期间膳食补充脂肪为38%时，耐力提高比食用24%脂 肪的多。这些材料说明运动员在采用某一特殊营养手段时，要从人体运动整体出发，故在本 世纪初国外的运动营养及其补品，进入了系统的生物学研究领域，值得我们注意。

2002年，第一届国际营养基因组学会议在荷兰召开，讨论从分子水平上对人类膳食营养 与基因的相互作用及其对人类健康的影响，并将致力于建立基于个体基因组织结构特征上的 膳食干预和营养保健手段，提出更个性化的营养政策，从而使营养学研究更有效地促进人类 健康和预防疾病。

2005年，美国Metaics (麦金妮斯)公司的运动营养品的开发研究采用系统生物学的营养 研究模式，这是当前先进的研究开发方向。本文将在此作一简介。

(引自Metataics，本文作了中文注解) 2009年6月11～12日，在北京，我国香山科学会议召开了“营养科学发展与国民健康”为 主题的第352次学术讨论会上提出要“发展有我国特色的营养科学，应整合全国营养科学领 域的优势力量，将现代生命科学技术与流行病学和传统营养科学相结合，采用生物化学、分 子生物学、细胞生物学以及最近涌现的基因组学、蛋白质组学、代谢组学等新兴生命科学技 术方法，在分子、细胞、动物和人群多个层面开展研究工作”，可见，运动营养学、尤其运 动营养补剂的研究都不能脱离这个方向。

3.1 营养基因组学（Nutrigenomics或Nutritional genomics） Heck.AL等在《人体运动能力的基因―营养相互作用及运动应答》一文中［9］,提出 营养素能直接或间接改变基因表达或结构对人类基因组的作用;其关系如图4所示。

3.1.1 人体运动能力的基因（Genes for human performance） 基因的活动是分子水平的 生命活动核心，这里只介绍与运动能力有关的研究成果，本世纪以来，国内外越来越多研究 成果证明基因转录水平和运动能力有关，陈吉棣系统介绍了这方面的研究成果［10］，指出 运动适应可诱导基因的差异表达，导致代谢物、酶和激素等诱导分子的信号形成，使细胞内 基因转录、翻译和调节产生运动适应性变化。如肥胖人群，近40%身体脂肪变异是遗传因素 ，儿茶酚胺可测刺激脂肪分解代谢，β2-肾上腺素受体(BAR2)是人脂肪细胞水解的受体，在 编码BAR2的基因序列中有作用的GLN27GLU多态性与肥胖有关，在妇女中GLN27纯合子个体平 均脂肪量比对照组高20 kg，大脂肪细胞高50%；但具有GLN27GLU基因型肥胖妇女进行科学的 体力活动可减体重,起到定向预防肥胖作用。常芸［11］、Heck.A.L等［9］在综述了运动对血管紧张素转换酶（ACE）、特异性肌酸激酶（CKMM）、线粒体（mtDNA）基 因、一磷酸腺苷激动蛋白激酶(AMPK)基因等表达增加，从而有助于提高运动能力。

3.1.2 运动导致基因作用改变(Exercise-induced alterations in gene action) 运 动可使身体在基因变异、转录/蛋白质转录水平上发生应答性改变。目前这方面研究日益增 多，这里只举几例：

1)1 h自行车功量计运动时，脂肪酸转运体(FAT/CD36)或肉碱棕榈酸转移酶Ⅰ(CPTⅠ) 基因表达没有增加，但连续9 d同样运动后，过氧化酶体增生激活受体γ(PPARG) 的基因表 达明显减少。说明坚持运动可改善贮存体脂的应用和抑制脂肪组织的增生。

2)一名运动员在自行车功量计上以73%±4%最大摄氧量强度运动3 h后骨骼肌的葡萄糖 转运体4（GLUT4）的基因在其后3 h内都明显升高，有利于肌糖原恢复；

3)骨骼肌的“能量敏感酶” 一磷酸腺苷激动蛋白激酶(AMPK)有两种异构型，即AMPKα1和AM PKα2，当运动员在中等强度运动时(40%～70%最大摄氧量强度)，可引起AMPKα2型基因表 达增加，而在最大冲刺速度训练时，AMPKα1型表达增加，训练适应和机能提高基因表达和 修饰存在专一性。

3.1.3 营养导致的基因作用改变 (Nutrition-induced alterations in gene action )当人只进食糖类、脂肪或蛋白质其中一种时，即会引起相应的代谢和基因调节应答，如 只食入脂肪酸则会导致αP2基因表达，从脂肪细胞刺激磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)mRN A在脂肪细胞中3T3f442A生成，导致PEPCK基因成比例增多，使甘油三酯在脂肪组织也成比例 地增加，这方面例子在肥胖机理研究中不少。

3.1.4 运动能力与基因营养的作用(Gene-Nutrition in exercise performance) Pi legard H等(2002)为证明运动能力、基因和营养作用的关系，对自行车运动者专门组织一个 研究，让运动者在2 d中每人吃入500 g糖类食物，然后让受试者一条腿在自行车上运动至力 竭，在运动前两腿的丙酮酸激酸脱氢酶4（PKD4）、已糖激酶Ⅱ(HKⅡ)和脂蛋白酯酶(LPL)的 基因转录相似，在力竭运动后，运动至力竭的低糖原腿中PKD4、HKⅡ、LPL的mRNA水平明显 升高，从而导致肌细胞中糖原增加。

上述这些例子，说明运动、营养和基因组学水平存在相互联系和影响，从这方面开展对 运动补剂的研究将大有前途。

3.2 营养蛋白质组学(nutriproteomics 或 nutritional proteomics) 20世纪90年代，人类基因组测序草图谱完成。但很快就发现，人的基因只有3～ 4万个， 但能表达的蛋白质却多达几十万个，每个细胞蛋白质多达万种。显然，基因虽是遗传信息的 源头，而功能性蛋白是基因功能的执行者，故在1994年，Wilkins.M 提出蛋白质组学的 研究概念：一个基因组、一个细胞、一个组织或一生物体所表达的全部蛋白质，探索其在生 物体中作用模式、功能机制、调节和调控以及蛋白质组群内的相互作用。也就是说蛋白质组 学的中心任务就是阐明功能基因组所表达的真正执行生命活动的全部蛋白质其表达的规律和 功能。上面论及运动和基因及营养存在相互影响的关系，故必然影响到蛋白质的表达，我国 史绍蓉等进行了一系列运动对心肌蛋白组学研究，如发现右心室肌蛋白组学在分子量为50～ 70 kDa，等电点7～9范围内10种蛋白(多为能量代谢酶)发生变化［11］。Nufer.P D ［12］认为 耐力运动主要提高线粒体中酶系统活性，糖类在运动时可调节转录因子sp1和其相关家族成 员，如葡萄糖通过增加磷酸化酶-1蛋白活性,增加乙酰COA羧化酶1（ACC）、瘦素、脂肪酸合 成酶和三磷酸腺苷柠檬酸酶等活性，可见，一个营养素的作用在运动时基因表达上会转录产 生多种由蛋白质组成的酶，且具有生物活性。当前蛋白质组学的研究技术日趋成，并广泛用 于生物科学和医药学领域［13］。可以预期，在运动中，营养、蛋白质组学的研究会 有大 的发展，尤其是蛋白质、氨基酸营养与肌肉蛋白和力量增长的关系是体能训练的重要问题。

3.3 营养代谢组学（nutritionalmetabonomics 或 nutritionalmetabolomics)代谢组学是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性 和定量分析的一门新学科，他可用以评价体液、组织液、及组织，如尿液、血液、血浆、唾 液、脑脊液及组织的代谢物变化，从而推论出机体状态；代谢组学一词早在20世纪中叶由英 国Nicholson.J提出，2005年11月6日，我国上海系统生物医学研究中心在上海成立，经过 不 到三年研究，于2008年2月5日在PNAS网站发表，题为《共生微生物可以改变人体的代谢表型 》， 说明中药很可能是通过影响人体内共生微生物的基因组来发挥作用的。Nicholson也认 为，中草药大多数是口服的，首先与其发生互作的可能就是肠道细菌的基因组，肠道细菌对 中草药的反应如何影响中草药的药效和毒性，成为一个十分重要的问题。在运动营养中使用 中药很多，也是我国特色。因此，研究运动员在合理营养基础上补充运动营养补品后，在运 动训练或比赛期中身体内营养与各种体液或细胞代谢物间变化的规律，从而监控运动员身体 对训练的适应状态，应当更具科学性和将有更大突破。李江华等［14］通过对参加20 06年多 哈亚运会短距离游泳比赛的部分男运动员的尿液中化学组分的分析发现,决赛运动员们尿液 中甲基尼克酰胺的相对含量明显高于非决赛运动员(P

4 总 结

从20世纪末基因组学概念提出以后，以“组学”（-omics）命名的增加约有二百余种，系统 生物学(systems biology)是在这背景下诞生的，系统生物学是在细胞、组织、器官和生物 体整体水平上研究 (结构和功能各异的) 各种分子及其相互作用。并通过计算 生物学定量描述和预测生物功能、表型和行为。系统生物学中研究成果目前主要来源于基因 组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学。基因组学研究反映了什么是可以发生的，转录组 学则反映将要发生的，蛋白质组学指出的是赖以发生的，而只有代谢组学才真正反映出业已 发生的。［16］目前，国内外运动营养研究已经开始进入系统生物学之门，目前我国 已具 备这方面条件，希望能早日将系统生物学引入运动营养补品的研究领域，以引领运动营养补 品进入预测性、个性化时代，并与人体运动能力与体质健康提高的复杂系统――适应、代偿 ――提高结合起来，更好地为人类健康和运动竞技服务。

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