運動員維生素D營養(yǎng)狀況的相關(guān)研究

嚴(yán)士敏，陳鳳玲

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，上海 201900)

20世紀(jì)30年代，Mellanby[1]在魚肝油中發(fā)現(xiàn)某種物質(zhì)，它能有效防治佝僂病，后將其命名為“維生素D”。研究表明，維生素D不是維生素，而是激素[2]。目前，被發(fā)現(xiàn)的維生素D不少于10種，其中最重要的為維生素D3(膽鈣化醇)。維生素D3在體內(nèi)經(jīng)過3個器官：皮膚、肝臟和腎臟，通過三步反應(yīng)：一步光化學(xué)反應(yīng)和兩步酶促反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成激素形式的1,25-二羥維生素D3[1,25-dihydroxyvitamin D3，1,25-(OH)2-D3]，1,25-(OH)2-D3通過與靶器官特定的維生素D受體相結(jié)合，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)[3]。維生素D不但在調(diào)節(jié)鈣磷代謝、維護骨骼健康方面發(fā)揮重要作用，且與免疫系統(tǒng)、細(xì)胞增殖和分化及其他內(nèi)分泌器官密切相關(guān)。其受體在體內(nèi)廣泛分布，說明維生素D對機體的基本生命活動有廣泛影響。維生素D不足或缺乏直接威脅著人體健康[4]。運動員作為一類特殊人群，其競技能力是一個國家國民健康素質(zhì)和綜合國力的體現(xiàn)。維生素D缺乏對運動員身體健康及競技狀態(tài)水平的影響不容小覷。因此，探究運動員維生素D營養(yǎng)狀況及其相關(guān)因素，協(xié)助制訂合理的預(yù)防及改善措施，有利于維護運動員健康，提高運動成績?，F(xiàn)就運動員維生素D營養(yǎng)狀況的相關(guān)研究予以綜述。

1 運動員維生素D營養(yǎng)狀況

人體維生素D主要由皮膚中相應(yīng)的維生素D原經(jīng)紫外線照射轉(zhuǎn)變而來，通過飲食獲得的維生素D非常有限。通常人們以電化學(xué)發(fā)光法(羅氏診斷)檢測25-羥維生素D的結(jié)果，作為判斷個體維生素D的營養(yǎng)狀況的標(biāo)準(zhǔn)。其中，≤10 ng/mL為維生素D嚴(yán)重缺乏；10～<20 ng/mL為維生素D缺乏；20～<30 ng/mL為維生素D不足；30～<50 ng/mL為維生素D充足[5]。

目前，全球約有88.1%的人類存在維生素D不足，以中老年人為甚[6]。而在以年輕人為主的運動員中，維生素D不足的比例高達56%[7]。一項納入了全球23項研究、2 313名運動員的分析發(fā)現(xiàn)，各地運動員普遍存在維生素D不足，且營養(yǎng)狀況差別非常大[7]。運動員維生素D不足的比例：美國為39%，澳大利亞為34%，西班牙/法國為32%，英國/愛爾蘭為70%，中東為84%[7]。目前，尚缺乏針對中國運動員的維生素D營養(yǎng)狀況調(diào)查。但對中國多地居民維生素D營養(yǎng)狀況的調(diào)查顯示，中國人群亦存在明顯的維生素D不足，其發(fā)生率高達48.6%～98.1%，以居住于高緯度的北方人群為著[8]。

2 運動員維生素D營養(yǎng)狀況與運動功能

骨骼和肌肉是人體的兩大運動器官，直接影響著運動員的運動能力。而維生素D是目前公認(rèn)的、重要的骨代謝調(diào)節(jié)激素，它不僅能促使未成熟破骨細(xì)胞的前體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓钠乒羌?xì)胞，使舊骨中的骨鹽溶解，鈣、磷轉(zhuǎn)運到血內(nèi)，促進骨質(zhì)吸收；還能刺激成骨細(xì)胞，促進骨樣組織成熟和骨鹽沉著[9]。維生素D不僅在維護骨骼健康方面發(fā)揮重要作用，還與肌肉功能、有氧代謝能力、運動損傷、損傷修復(fù)、睪酮水平等密切相關(guān)。因此，運動員的維生素D營養(yǎng)狀況直接影響運動員的運動功能及競技狀態(tài)。

2.1維生素D與骨骼功能 維生素D參與了調(diào)節(jié)骨細(xì)胞功能，影響骨代謝，對維持各年齡階段骨骼健康起非常重要的作用。維生素D缺乏，在兒童中會導(dǎo)致佝僂病，而成年人會引發(fā)軟骨病和骨質(zhì)疏松。其機制為：當(dāng)維生素D缺乏時，腸道及腎臟對鈣的吸收減少，血鈣水平降低，促使甲狀旁腺激素分泌增加。而甲狀旁腺激素能刺激腎臟內(nèi)1,25-(OH)2-D3的生成。一方面，1,25-(OH)2-D3與腸細(xì)胞內(nèi)的維生素D受體結(jié)合，并與細(xì)胞核內(nèi)維A酸X受體結(jié)合，形成異源二聚體復(fù)合物，該復(fù)合物作用于鈣通道TRPV6(transient receptor potential cation channel,subfamily V,member 6)的維生素D反應(yīng)元件，促使腸細(xì)胞攝取鈣增加，血鈣水平上升，以利于骨形成。另一方面，1,25-(OH)2-D3與成骨細(xì)胞上的維生素D受體相互作用，增加質(zhì)膜核因子κB受體活化因子配基的表達。核因子κB受體活化因子配基與破骨細(xì)胞前體上的核因子κB受體活化因子結(jié)合，促進破骨細(xì)胞分化、成熟，促進骨鈣入血，增加骨吸收[10]。而長期維生素D缺乏，甲狀旁腺激素持續(xù)過多分泌，可導(dǎo)致骨吸收大于骨形成，骨密度下降，繼而引發(fā)骨質(zhì)疏松、骨軟化。研究表明，血漿25-羥維生素D水平至少在20 ng/mL以上，才能使血漿甲狀旁腺激素水平保持在正常范圍，從而維持正常的骨骼功能，將骨軟化風(fēng)險降至最低[11]。

當(dāng)維生素D缺乏時，正常的骨骼結(jié)構(gòu)被削弱，骨折風(fēng)險明顯增加。此類骨折通常發(fā)生于髖關(guān)節(jié)、脊柱和手腕關(guān)節(jié)[12]。這不僅會耗費大量的醫(yī)療費用、增加社會負(fù)擔(dān)，還會導(dǎo)致患者生活質(zhì)量下降和死亡率升高。同時，維生素D缺乏所致的骨重吸收與骨形成之間的不平衡，還易引發(fā)應(yīng)力性骨折。應(yīng)力性骨折通常是指由于長期高強度、高頻率的負(fù)荷訓(xùn)練，且未得到適當(dāng)休息，破骨細(xì)胞活性大于成骨細(xì)胞，骨微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而導(dǎo)致的骨折[13]。其多發(fā)于運動員和軍隊新兵。應(yīng)力性骨折占運動損傷的比例高達10%[14]，其中發(fā)病率最高的運動項目為籃球(21.3%),其次為棒球(13.7%)、田徑(11.4%)、劃船(9.5%)、足球(8.4%)、有氧運動(5.3%)和古典芭蕾舞(4.9%)[15]。

有研究證實，給予骨折高危人群，補充足量的維生素D和鈣劑，可顯著降低骨折風(fēng)險[16-17]。在北歐，針對9 605名社區(qū)居民進行的大型臨床對照研究顯示，補充維生素D和鈣劑，可使骨折風(fēng)險降低16%[16]。在美國，2016年國家骨質(zhì)疏松基金會對總計納入30 970人的8項研究進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，補充維生素D和鈣劑能使總的骨折風(fēng)險降低15%，髖骨骨折風(fēng)險降低30%[17]。但給予運動員補充足量維生素D和鈣劑，是否同樣能有效降低骨折風(fēng)險，有待進一步研究證實。

2.2維生素D與肌肉功能 人體肌纖維主要分為兩類：Ⅰ型肌纖維(慢縮肌纖維)和Ⅱ型肌纖維(快縮肌纖維)。其中，Ⅱ型肌纖維在體育運動(尤其在一些強度較大的無氧運動，如短跑、跳躍、突發(fā)加速、減速等)中發(fā)揮重要作用。肌肉組織表達大量的維生素D受體，因此它亦是維生素D重要的靶器官[18]。

維生素D對肌肉組織作用的分子機制包括維生素D受體的基因組和非基因組效應(yīng)?；蚪M效應(yīng)：1,25-(OH)2-D3通過與肌細(xì)胞內(nèi)核受體的結(jié)合，引發(fā)信使RNA的基因轉(zhuǎn)錄和隨后的蛋白質(zhì)合成，從而增強細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣結(jié)合蛋白活性，促進鈣內(nèi)流；并能促進胰島素生長因子的表達，誘導(dǎo)肌細(xì)胞分化、增殖，促使骨骼肌增生、肥大[19]。非基因組效應(yīng)：維生素D的非基因組效應(yīng)尚未闡明。其可能機制為：1,25-(OH)2-D3與肌細(xì)胞表面受體結(jié)合，通過促分裂原活化的蛋白激酶和磷脂酶C介導(dǎo)的信號通路，促使細(xì)胞外鈣內(nèi)流，提高肌細(xì)胞收縮能力[20]。此外，維生素D亦可抑制肌生成抑制蛋白的表達。肌生成抑制蛋白對肌肉生成起負(fù)調(diào)控作用，其表達減少，有利于肌細(xì)胞增生[21]。

Ⅱ型肌纖維對維生素D缺乏非常敏感。當(dāng)維生素D缺乏時，Ⅱ型肌纖維內(nèi)逐漸出現(xiàn)脂肪浸潤、纖維化，使肌纖維出現(xiàn)萎縮，從而引起肌肉疼痛、無力、運動速度減慢等癥狀，尤以近端肌肉群表現(xiàn)更為明顯[22]。臨床通過磁共振檢查證實，上肢肩袖肌群的脂肪樣變性與25-羥維生素D缺乏直接相關(guān)[23]。一項觀察性研究顯示，肌肉的運動能力與維生素D水平密切相關(guān)[24]。由4 100名60歲以上老年人參與的下肢肌肉功能測試(八步走和重復(fù)坐立位試驗)顯示，維生素D水平較高者，其肌肉運動更好[25]。另有研究得出，維生素D水平高于25 nmol/L的老年人運動能力明顯優(yōu)于維生素D水平低于25 nmol/L的老年人；而維生素D水平高于50 nmol/L的老年人運動能力最優(yōu)[26]。

此外，補充維生素D能明顯增加Ⅱ型肌纖維的數(shù)量和直徑，特別是ⅡA型細(xì)胞的數(shù)量，從而使肌肉力量及功能顯著增強[27]。同時，補充維生素D不但可以增加肌肉力量，還可提高平衡能力。在一項隨機對照研究中，對照組每日給予800 IU的維生素D，補充5個月后，其跌倒發(fā)生率較安慰劑組明顯降低[28]。與單補充鈣片相比，給予鈣和維生素D復(fù)合制劑的老年人，其跌倒發(fā)生率在12個月內(nèi)下降27%、20個月內(nèi)下降39%，肱四頭肌力量增加8%，身體搖擺下降28%，TUG(The Timed Up and Go test)測試時間縮短11%[29]。在另一項小型介入性試驗中，給予年輕的芭蕾舞演員(11名男性和13名女性，平均年齡28歲)每日服用2 000 IU維生素D，可明顯提高舞者的等距拉伸能力，減少傷害事件的發(fā)生[30]。

2.3維生素D與最大攝氧能力 最大攝氧量是指人體在進行有大量肌肉群參加的力竭性運動中，當(dāng)氧運輸系統(tǒng)中的心泵功能和肌肉的用氧能力達到本人的極限水平時，人體每單位時間所能攝取的氧量。其直接反映了個人的最大有氧代謝能力。最大攝氧量主要受心排血量、動脈血氧含量、運動肌群的血液分流和肌細(xì)胞對氧攝取能力的影響[31]。而心肌細(xì)胞和血管組織內(nèi)均存在維生素D受體，這表明1,25-(OH)2-D3可作用于該組織受體，將氧氣通過血液循環(huán)運送至各個組織器官加以利用，從而影響組織最大攝氧量。

雖然維生素D對最大攝氧量影響的具體生理機制尚不清楚，但多項研究表明，在成年人中血漿維生素D水平與最大攝氧量呈正相關(guān)[32-34]。且對年輕的白人男性職業(yè)足球運動員進行的研究發(fā)現(xiàn)，運動員蹲跳、反向跳、10 m及20 m沖刺的能力、最大攝氧量與維生素D水平呈正相關(guān)[32]。Forney等[33]研究發(fā)現(xiàn)，與25-羥維生素D<35 ng/mL者相比，25-羥維生素D>35 ng/mL的青年男性的最大攝氧量明顯增加。另一項針對青年女性的研究亦表明，維生素D水平越高，其最大攝氧量越高[34]?？梢?，充足的維生素D可增加機體的最大攝氧量，從而提高運動員有氧代謝能力。

2.4維生素D與組織損傷修復(fù)能力 運動員在高強度的體育訓(xùn)練過程中，經(jīng)常會發(fā)生運動損傷。為盡快恢復(fù)競技狀態(tài)，加速組織損傷修復(fù)顯得尤為重要。人類骨骼肌通過組織重構(gòu)來應(yīng)對運動刺激和組織損傷[35]。在損傷修復(fù)過程中，1,25-(OH)2-D3通過抑制細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)成肌細(xì)胞生長因子的表達和C2C12骨骼肌細(xì)胞內(nèi)肌肉生長抑素的分泌，促進肌源性細(xì)胞分化[36]。

Stratos等[37]將56只體重為300～325 g的雄性Wistar鼠分為維生素D高劑量組(8.3 mg/kg)和低劑量組(0.83 mg/kg)，予喂食超生理劑量的維生素D后，檢測它們的比目魚肌損傷后各組織損傷修復(fù)之間的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與低劑量組相比，高劑量組雄性Wistar鼠比目魚肌損傷后，細(xì)胞凋亡顯著減少，細(xì)胞基質(zhì)蛋白分泌明顯增加。而細(xì)胞基質(zhì)蛋白對骨骼肌組織損傷后的修復(fù)重建發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在另一項研究中，研究組每日補充維生素D 4 000 IU，對照組給予安慰劑，35 d后進行特定的劇烈運動，引發(fā)肌肉損傷。在損傷后1、24、48、72 h，分別測定其血漿25-羥維生素D、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平及單腿等距力量和肌肉酸痛度，結(jié)果顯示研究組的血漿25-羥維生素D水平明顯升高，等距力量峰值的修復(fù)速度明顯加快，血液循環(huán)中即刻和遲發(fā)的(48 h、72 h)肌肉損傷標(biāo)志物丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平降低，但肌肉酸痛度沒有差異[38]。

2.5維生素D與雄激素水平 在人體，雄激素除了刺激雄性副性器官發(fā)育成熟，維持正常性欲外，還有許多生理作用。其作用于肌肉，可以促進蛋白質(zhì)的合成、骨骼肌的生長、肌肉量的增長和肌肉力量的增加；作用于骨骼，可抑制破骨細(xì)胞的骨吸收，刺激成骨細(xì)胞形成，維持骨質(zhì)密度及強度；此外，雄激素還有抑制體內(nèi)脂肪增加、增加個體活力等作用[39]?？梢?，雄激素對于運動員的運動能力有十分重要的影響。

近年來，關(guān)于25-羥維生素D與雄激素關(guān)系的研究日益增多。已有多項研究證實，人體內(nèi)雄激素水平與25-羥維生素D水平密切相關(guān)[39-41]。且補充維生素D能使內(nèi)源性睪酮的產(chǎn)生增加。一項隨機雙盲對照研究顯示，給男性(非糖尿病患者)每日補充3 332 IU的維生素D，12個月后其體內(nèi)25-羥維生素D、總睪酮、生物活性睪酮和游離睪酮的水平均明顯升高[42]。維生素D對睪酮水平的影響，可能與以下兩條途徑相關(guān)：促進雄激素生成和抑制睪酮芳構(gòu)化。雄激素主要由男性的睪丸或女性的卵巢分泌。在人體和鼠類的睪丸組織內(nèi)，已證實存在有維生素D受體和維生素D代謝酶，故維生素D可參與影響雄激素分泌[43-44]。在動物模型試驗中亦發(fā)現(xiàn)，高水平的25-羥維生素D可抑制睪酮芳構(gòu)化，從而使睪酮轉(zhuǎn)化減少，體內(nèi)睪酮水平升高[45]。雖然維生素D對睪酮的潛在作用機制仍需進一步研究，但維持體內(nèi)維生素D水平充足，有利于維持較高水平的雄激素，從而促進運動員肌肉量增長，肌肉力量增加，運動能力提高。

3 小 結(jié)

維生素D與人體健康關(guān)系密切。其缺乏可導(dǎo)致骨吸收增加，骨形成、骨基質(zhì)產(chǎn)生、骨礦化減少及骨的機械穩(wěn)定性受損；骨骼肌可出現(xiàn)肌無力，肌肉收縮和肌肉松弛異常等改變；骨骼及肌肉的此種改變，容易引發(fā)運動損傷。同時，維生素D缺乏不利于損傷修復(fù)，且會影響個體最大攝氧量和雄激素水平，從而影響運動員競技能力。然而，目前運動員維生素D營養(yǎng)狀況未得到足夠的重視，國內(nèi)尚缺乏針對我國運動員維生素D營養(yǎng)狀況的全面評估。有研究表明，運動員維生素D的缺乏與其生活地域[7]、季節(jié)[46]、種族[47]、運動類型[48-49]等相關(guān)。而過量補充維生素D可引發(fā)維生素D中毒。因此，未來需全面評估當(dāng)?shù)剡\動員的維生素D水平，以制訂合理的維生素D營養(yǎng)方案、科學(xué)設(shè)計運動計劃。