植物性飲食在運動營養領域中的應用研究進展

廖粵生,嚴財慶*,羅暢偉*,劉洪武

1(江西科技學院 體育學院,江西 南昌,330098)2(天津師范大學 體育科學學院,天津,300387)

植物性飲食就是以攝取植物性食材為主要飲食來源的飲食法。越來越多的研究表明,植物性飲食比肉類飲食更具有環境的可持續性,降低了溫室氣體的排放,減少了環境污染,且其在心血管疾病、癌癥、糖尿病、肥胖和骨質疏松等疾病中有顯著的預防和治療作用[1]。因此,越來越多的人都在嘗試進行植物性飲食。數據顯示,發達國家約有5%～10%的人遵循植物性飲食,并且人口比例逐年增加[2]。目前,常見的植物性飲食模式為在植物性飲食中加入乳制品,這種模式可以確保為人體提供所有必須的營養素。因此,適當的規劃各種植物性飲食模式對于滿足所有生命階段的營養需求和健康目標是至關重要的。

近年來,植物性飲食逐漸受到了運動營養領域的廣泛關注。加拿大營養與飲食學會和美國運動醫學院提出,精心設計的營養策略可以提高運動員的運動表現,并加速疲勞恢復[3]。研究發現,植物性飲食模式下對運動員的健康和提高運動表現等具有一定益處[4]。但就目前而言,植物性飲食與運動的聯系尚未有研究進行系統闡明。因此,本文對植物性飲食與運動營養領域的相關研究進行整理與歸納,總結植物性飲食模式及植物性飲食在運動營養領域中的應用,為后續相關研究提供一定的理論參考。

1 植物性飲食簡述

植物性飲食在各領域還沒有一個充分的定義,通過查閱相關文獻,從廣義上可將其定義為植物食物攝入量較高而動物產品攝入量較低的一種飲食模式,狹義上定義為食用未加工的水果、蔬菜、堅果、全谷物、油和豆類的飲食模式[5-6]。植物性飲食中含有人體所必需的蛋白質、碳水化合物、脂肪酸、微量營養物和豐富的維生素,它們對延緩衰老、防治慢性病、增進身體健康具有重要作用。植物性飲食的營養質量取決于能否獲得全面的營養補充,科學的規劃植物性飲食模式可以降低慢性病的發病率并促進機體健康。數據顯示,與雜食飲食模式的人群相比,長期植物性飲食模式的下人群往往有更健康的身體,表現為缺血性心臟病的發病率和死亡率降低、癌癥發病率降低、患2型糖尿病的風險降低、代謝綜合征的患病風險降低以及全因死亡率降低[7-9]。此外,長期植物性飲食模式下的人群還有較低的血糖水平、血壓、膽固醇水平、甘油三酯、尿酸和高敏C反應蛋白水平以及較高的血漿抗壞血酸水平。研究發現,植物性飲食模式受試者的血脂狀況有所改善,包括降低了受試者的總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯水平[10]。研究發現,植物性飲食模式下的2型糖尿病患者內臟脂肪顯著減少,改善了氧化應激標志物,胰島素敏感性也得到了提高,患病率降低了1.6至2倍[11]。SCHWINGSHACKL等[12]研究發現,與高風險類別的飲食相比,富含全谷物、蔬菜、水果、堅果和豆類的飲食,以及減少紅色和加工肉類及含糖飲料的攝入量,可使過早死亡的風險降低約80%。因此,只要合理的規劃植物性飲食模式,其與雜食性飲食能起到同樣的效果,甚至在某些方面比雜食性飲食對健康的效益更好。

2 運動員植物性飲食中的營養成分

2.1 運動員植物性飲食中的蛋白質

蛋白質是組成人體一切細胞、組織的重要成分,是生命活動的主要承擔者。植物性飲食中富含有豐富的蛋白質,能滿足正常人的蛋白質需求。然而,與動物來源的蛋白質相比,植物來源的蛋白質中氨基酸分布不均,尤其是缺乏支鏈氨基酸中的亮氨酸。植物性食物中的蛋白大多數都為半完全蛋白,只有一個或多個限制性氨基酸,又稱為“不完全蛋白質”。WANG等[13]對收集36名素食者、乳汁素食者和雜食者的成人的糞便和血清樣本,采用16S rRNA基因、元基因組、元轉錄組和代謝組綜合多組學方法,對糞便微生物組成和功能以及循環的腸道微生物群宿主共同代謝物進行分析,發現2個素食組的循環纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸明顯低于雜食組,從而證實了植物性蛋白質來源中蛋白質質量的問題。而美國營養和飲食學會在其2016年的報告中說,攝入各種植物性來源的蛋白質和足夠的能量足以滿足所有必需氨基酸的攝入量[14]。因此,可以明確的是,合理的植物性飲食模式是滿足運動員日常蛋白質需求的關鍵,可以通過攝入各種植物性蛋白質,例如豆類食物中的黃豆、綠豆、黑豆、紅豆,谷類食物中的燕麥、蕎麥、大麥、小麥、大米、小米,堅果類食物中的榛子、核桃、松子、開心果等,并在熱量攝入充足的情況下補充所有必需的氨基酸,以確保高蛋白質質量。

2.2 運動員植物性飲食中的碳水化合物

碳水化合物是由碳、氫和氧3種元素共同組成,是生命細胞結構的主要成分及主要供能物質,并且有調節細胞活動的重要功能。植物性飲食中碳水化合物含量豐富,是運動員補充能量的重要來源。在植物性飲食中發現的碳水化合物可幫助運動員滿足其運動需要,確保最佳糖原濃度,并防止早期疲勞,從而為運動員提供穩定的能量供應。研究發現,與食用高脂肪、低碳水化合物飲食的人相比,長期食用植物性碳水化合物飲食的人不僅在競走運動中改善了比賽表現,而且在給定的速度下提高了運動經濟性[15]。因此,國際運動營養學會建議從事“中等強度運動”的運動員每天可以攝入5～8 g/kg體重的碳水化合物,以維持肝臟和肌肉的糖原[16]。鑒于肌肉糖原水平與中等強度運動中的疲勞時間直接相關,優化糖原水平可以對運動過程起到很好的能源補充并延緩耐力及其他運動中的疲勞程度的作用,并且健康的植物性飲食能降低運動員的血糖指數,限制碳水化合物攝入后血糖的上升,從而降低胰島素濃度,促進運動中的脂肪分解。

2.3 運動員植物性飲食中的脂肪酸

脂肪酸是由碳、氫、氧3種元素組成的一類化合物,是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分,能為機體提供熱量,是很好的能量來源。與雜食飲食模式相比,植物性飲食的脂肪含量通常較低,且脂肪的類型可能是植物性飲食提高運動效益的關鍵所在[17]。單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸在人類健康中發揮著重要作用,特別是在預防和控制各種疾病以及維生素的吸收方面[18]。研究發現,健康的植物性飲食在大多數ω-6脂肪酸(亞麻酸、花生四烯酸、γ亞油酸)中是足夠的,但共軛亞油酸卻不太豐富,植物性飲食缺乏肉類中最常見的ω-3脂肪酸二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸,并且ω-3脂肪酸α-亞麻酸含量也較低,但這些脂肪酸可以在亞麻等植物性來源中找到[19]。盡管α-亞麻酸可以內源性轉化為二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸,但這是一種相當低效的轉化,并且容易受性別、年齡、飲食組成、健康狀況等因素的影響而產生變化。此外,大量攝入亞麻酸可能會抑制α-亞麻酸的轉化。為了最大限度地提高轉化率,建議攝入比例為4∶1(亞麻酸∶α-亞麻酸)。數據顯示,無論遵循何種飲食模式,補充ω-3脂肪酸都可以有效地改善肌肉適應、能量代謝、肌肉恢復和損傷預防[20]。因此,植物性飲食下運動員需格外注意脂肪酸的攝入標準,以確保全方面提高運動效益。

2.4 運動員植物性飲食中的鐵

鐵是一種參與氧氣運輸、能量生產、細胞增殖和紅細胞生成的基本營養素[21]。研究發現,植物性的飲食中含有豐富的鐵,但植物性來源(非血紅素鐵)的生物利用率低于動物來源(血紅素鐵)[22]。非血紅素鐵在被吸收之前必須從鐵的形式(Fe3+)轉化為亞鐵的形式(Fe2+),與直接吸收血紅素鐵相比,其生理過程更復雜、效率更低,從而影響了生物利用度[23]。盡管鐵攝入量相似或更多,但與雜食性個體相比,植物性個體的鐵蛋白水平往往較低,然而植物性個體的鐵蛋白水平通常落在正常范圍內,這可能是由于對長期植物性飲食的適應性反應,使個體能夠更有效地吸收非血紅素鐵。研究發現,運動員伴有更大的鐵缺乏風險,原因是訓練引起的炎癥增加,抑制了鐵的吸收,并且流汗的過程也會造成鐵的流失[24]。處于缺鐵狀態下的運動員會導致機體攜氧氣的能力降低,從而降低運動員的有氧能力,致使機體通過無氧代謝維持運動狀態。研究發現,患有缺鐵性貧血的運動員,在植物性飲食下補充鐵后血紅蛋白水平得以恢復,運動表現因此得到提高[25]。

3 植物性飲食提高運動表現的作用機制

目前,植物性飲食對心血管及代謝健康的積極作用已得到了廣泛的認可。近年來,越來越多的證據表明,植物性飲食可通過優化身體質量指數、促進糖原儲存、提高氧合效率和減少氧化應激等途徑來達到提高運動表現的作用(圖1)。

3.1 植物性飲食通過優化身體質量指數提高運動表現

身體質量指數(body mass index, BMI)是影響運動表現的重要因素之一,過高或過低的BMI都會影響運動員的運動表現,通常來說,運動員BMI維持在18.5～24 kg/m2最為適宜[26]。植物性飲食可以降低膳食的能量密度,從而減少能量的攝入以優化運動員的BMI。MONDAL等[27]研究發現,體脂減少與次最大和最大有氧能力的增加在一定范圍內呈正相關,最大攝氧量較高的運動員耐力水平也更高。GORAN等[28]研究發現,降低超重受試者的體脂可以提高受試者的相對體重最大攝氧量。與這一研究結果相似,VELEBA等[29]研究發現,植物性飲食模式可以顯著的減少受試者的內臟脂肪,并增加最大攝氧量,從而提高體能。因此,長期植物性飲食模式下的運動員能量攝入逐步得到優化,代謝水平得到了提高,從而優化了運動員的BMI,并以此提高最大攝氧量,從而提高運動表現。

3.2 植物性飲食通過促進糖原儲存提高運動表現

與體育運動領域相關的糖原代謝研究是一個已經有100多年歷史的研究領域,大約一個世紀前,KROGH等[30]就報道了糖原作為運動中的燃料來源,提出在運動的前幾天攝入高糖原飲食可以有效地減緩疲勞的發生。此外,JüRGENSON等[31]也觀察到,馬拉松比賽的跑步者在運動后會立即出現低血糖,提示糖原儲備及利用率低可能與疲勞有關。這些研究提供了有力的證據表明糖原是維持運動表現的重要燃料來源。植物性飲食主要包括谷物、豆類和根菜類等,這類食物都富含高水平的糖原,可以為運動員提供充足的糖原儲備。另外,有研究發現,植物性飲食的糖原利用率可能比雜食飲食更高[32]。因此,植物性飲食提供的糖原是高強度運動中的主要底物,在相對較短的持續時間內會消耗體內大量的糖原,補充糖原儲備是提高長時間有氧運動表現的關鍵所在,植物性飲食提供的高水平的糖原儲備可以為運動員提供源源不斷的能量供應,增強運動員的耐力,從而提高運動表現。

3.3 植物性飲食通過提高氧合效率提高運動表現

氧合效率是運動員在運動過程中吸氧及供氧的效率,是影響運動表現的重要原因[33]。氧合效率受到了多種因素的影響,其中血液黏度就是其中之一。研究[34]發現,在一定范圍內降低血液黏度可以改善血液流動,顯著提高肌肉和其他組織的氧合效率,從而提高運動表現。因此,對血液黏度的合理調控是提高氧合效率的關鍵。越來越多的證據表明,飲食模式與血漿黏度有密切的聯系。研究發現,6周的植物性飲食使受試者的血液黏度顯著降低,血液流動性得分明顯增加,提示植物性飲食可以降低健康狀態下的血液黏度[35]。另一項研究[36]也發現,植物性飲食模式可以使機體攝入植物脂肪、膳食纖維和植物營養素等多種有益于心血管健康的成分,這些成分可以降低血脂和血液黏度,從而提高血液流動性。綜上所述,植物性飲食可以降低血液黏度從而改善機體的氧合效率,并以此提高運動表現。

3.4 植物性飲食通過減少氧化應激提高運動表現

長時間的耐力運動會促進人體氧化應激已在諸多研究中被證實。研究發現,運動增加了活性氧(reactive oxygen species, ROS)的產生,并導致包括血液和骨骼肌在內的許多組織中的氧化應激[37]。細胞中高水平ROS的產生促進了氧化還原紊亂,導致細胞成分的氧化損傷,是心血管疾病、糖尿病、高血壓和幾種神經退行性疾病的主要發病機理[38-40]。研究發現,劇烈或長時間的運動會使ROS急劇增加,導致DNA、血漿脂質和蛋白質損傷,運動相關的氧化應激還會導致肌肉疲勞、運動能力下降和恢復能力受損[41]。因此,氧化應激會對運動員的運動表現產生消極影響,減少氧化應激是提高運動表現的潛在機制。研究發現,與混合飲食模式相比,植物性飲食模式下可以攝入更多的維生素C、維生素E、β-胡蘿卜素和其他抗氧化劑,從而提高抗氧化酶的水平,使身體的抗氧化活性更高[42]。此外,FORD等[43]研究發現,持續補充8周維生素后受試者的ROS顯著降低,提示補充維生素是減少氧化應激的有效手段。綜上所述,植物性飲食可以為運動員補充大量的維生素等抗氧化物質,從而減少氧化應激提高運動表現。

4 結語

植物性飲食在運動營養領域中的應用逐步得到重視。植物性飲食中含有人體所必需的蛋白質、碳水化合物、脂肪酸、和維生素等營養物,不僅能延緩衰老、防治慢性病、增進運動員的身體健康,而且還可以通過優化BMI、促進糖原儲存、提高氧合效率和減少氧化應激等途徑提高運動員的運動表現。值得注意的是,雖然運動員進行植物性飲食在多方面表現出了積極的益處,但如果長期進行不正確的植物性飲食,就會造成運動員的營養不良。因此,應全面、客觀地評估運動員所需的營養素,在營養師等專業人員的監控下規劃植物性飲食模式,從而最大限度地發揮植物性飲食的優勢。