補糖促進運動的機制研究進展

劉志剛

（重慶三峽學院體育與健康學院，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。除進行有氧氧化外，糖還可以進行無氧酵解供能，且糖酵解的產物——乳酸也可以進一步氧化提供ATP。然而人機體內糖的儲量非常有限，運動中糖會被大量消耗，不僅會直接影響ATP的產生，還會導致高度依賴血糖供能的中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)機能障礙并誘發(fā)中樞疲勞；肝糖原的耗竭會降低肝功能，使肝臟在運動代謝中的合成和解毒作用受到限制；缺糖還會導致機體利用脂肪增多，但脂肪代謝產生乙酰輔酶A（乙酰CoA）需要糖代謝提供的草酰乙酸輔助才能進入三羧酸循環(huán)完全氧化，因此糖不足會導致脂肪分解加速和脂肪酸不完全氧化，從而產生酮體堆積出現(xiàn)酮中毒；糖不足同樣會引起蛋白質代謝增加造成血氨升高，從而引發(fā)毒性反應且會進一步影響到能量供應鏈的穩(wěn)定；另外，肝糖原的不足導致的肝臟解毒能力降低，也會進一步加重酮體和氨的毒性作用，而機體在糖充足的情況下脂肪和蛋白質的分解則會減少，有利于清除酮體和氨毒素。同時，機體在運動中因血流加速，紅細胞碰撞、擠壓、變形頻率會大大增加，紅細胞膜的完整性極易受到破壞，而運動導致的糖缺乏會使磷酸戊糖途徑產生的還原型輔酶II（NADPH.H）減少，從而進一步影響到谷胱甘肽的還原，而還原型谷胱甘肽（GSH）是防止紅細胞膜脂質過氧化并維持紅細胞膜韌性和完整的關鍵物質，因此糖缺乏還會使紅細胞脆性增加，導致紅細胞功能障礙并可能發(fā)生溶血。目前，許多研究中均認為體內糖的儲量是耐力運動中的關鍵限制因素，因此研究補糖促進運動的機制具有一定的意義。

1 補糖抗疲勞機制研究

研究發(fā)現(xiàn)，腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）是調控細胞能量代謝的關鍵激酶，運動、糖缺乏或細胞AMP 水平升高均可激活AMPK，一方面會促進FFA 氧化，另一方面會通過激活ULK1復合物誘導細胞自噬，且細胞自噬受AMP/ATP 比值調控。糖缺乏誘導的細胞自噬是細胞靠清除自己來維持整個組織或器官的正常功能，而細胞自噬將會導致細胞崩解，因此過度的細胞自噬會影響組織、器官甚至整個機體的正常功能。運動導致的缺血缺氧及糖缺乏會使心肌細胞能量代謝失衡，并激活AMPK，從而導致運動疲勞的發(fā)生，因此補糖能促進ATP 生成，降低AMP水平，進而抑制AMPK 的激活產生促力抗疲勞作用。

研究發(fā)現(xiàn)，單純補糖可以提高運動性月經(jīng)周期紊亂運動員卵泡期雌二醇、黃體期黃體酮水平同時糾正能量代謝負平衡。而能量代謝失衡可通過抑制下丘腦—垂體—卵巢軸影響運動員月經(jīng)周期，導致運動性月經(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促進固醇類代謝有關，說明糖的補充不僅與能量代謝有關，糖作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要能量底物，糖的補充和糖代謝在神經(jīng)內分泌過程中也同樣扮演著關鍵角色。

在對SD 雄性大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，耐力運動后補糖還能通過顯著降低心肌內質網(wǎng)反應蛋白ERP72 的表達減少心肌損傷。心肌損傷無疑會減弱心臟的泵血能力，進而削弱運動能力，說明糖的補充可以起到保護心肌的作用。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動能力，還可能從能量代謝以外的途徑提高運動能力，而這一途徑可能與味覺誘發(fā)的某些情緒反應或皮層活動有關。補糖提高運動耐力的機制歸納如圖1所示。

圖1 補糖通過多種途徑和機制提高運動耐力

2 補糖的種類研究

補充葡萄糖的特點是口服吸收速度快，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，反射性地引起血糖降低反而不利于運動促力。另外葡萄糖屬于單糖，是最簡單的六碳糖，其摩爾分子量小，單位質量分子數(shù)量多，過量補充可引起胞外滲透壓升高導致細胞脫水。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動補劑的進一步應用。

果糖比葡萄糖引起的胰島素反應弱很多，也有利于肝糖原的合成，但同樣存在因滲透壓高導致細胞脫水的問題以及容易導致胃腸道不適的現(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，引起的胰島素反應較弱。淀粉多糖分子量大，單位質量分子數(shù)量少，不容易引起細胞脫水。但其主要缺點是消化和吸收速度慢，不能快速提升體內糖含量，無法滿足耐力運動對糖的及時需求，因此不宜作為運動補糖的主要來源。

低聚糖口感好且甜度適中，引起的胃腸反應較弱，容易被運動員接受。低聚糖聚合度適中、水溶性好，能保證在補充足夠多量的前提下不會形成較高的胞外晶體滲透壓，有利于細胞水分的保持，不容易引起口渴感，這對于運動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充，又避免了血糖驟然上升引起的胰島素反應。運動補糖的種類中，C3-C8低聚葡萄糖比較常見，另外還有低聚果糖、葡-果低聚糖。低聚糖補充兼顧了葡萄糖和淀粉多糖的優(yōu)點又避免了二者的不足，是運動補糖的重要發(fā)展方向。

3 補糖的時間和劑量研究

3.1 運動前補糖

運動前糖的補充劑量可按1 ～1.5g/kg 的標準補糖，主要因為人體葡萄糖在小腸上皮的吸收需要葡萄糖轉運蛋白，而該蛋白的數(shù)量和密度限制了葡萄糖的吸收速率，因此過多地補糖不僅會增加腸胃負擔且受限于其吸收速率。此外，過多補糖會使細胞晶體滲透壓升高，導致運動中水分缺乏造成運動機能下降。運動前補糖通常在耐力運動前15min 或2h。選擇這2 個時間點的原因如下：（1）運動前15min 可以完成葡萄糖吸收入血防止運動性低血糖；（2）2h 后補充的糖可以進入肌肉合成糖原。補糖時值得注意的是在運動前30 ～90min 應避免補糖，以免過度刺激胰島素分泌引起低血糖。

3.2 運動中補糖

運動中補糖劑量可按單位時間糖的吸收量來計算，為30 ～90g/h，主要取決于運動強度和運動持續(xù)時間的長短。人體吸收葡萄糖的能力約60g/h，但運動訓練可以提高消化道上皮細胞葡萄糖轉運蛋白的數(shù)量，增加葡萄糖吸收能力。具運動中的補糖時間如圖2 所示。為減少腸胃負擔，運動中可用5%葡萄糖水漱口的方式代替糖的實際攝入。

圖2 高水平運動員運動中糖的補充劑量和類型主要取決于運動持續(xù)的時間

3.3 運動后補糖

耗竭性耐力運動后體內糖原虧空，機體亟須糖的補充。實驗證實，高糖膳食可以促進糖原超量恢復而高蛋白或高脂肪膳食則不利于糖原的合成和超量恢復。超量恢復的程度主要與糖原在運動中耗竭的程度和運動后膳食的種類有關。糖原耗竭越多則糖原恢復過程越明顯，膳食糖含量越多，糖原恢復越明顯?，F(xiàn)代運動營養(yǎng)理論十分注重運動后能量尤其是糖類物質的恢復過程，并認為運動后的補糖是填充體內糖原消耗的主要形式。有研究發(fā)現(xiàn)運動結束后4 ～6h 是肌糖原的快速恢復期。連續(xù)3d 給予高糖膳食，有利于肌糖原的超量恢復和糖原充填。但是超過3d 的高糖膳食會導致脂肪的合成和轉化超過肌糖原的合成，因此耐力訓練后補糖的期限以運動后即刻至3d 內為宜。超過3d后肌糖原合成顯著下降，多余的熱量轉化成脂肪比例升高。運動后補糖劑量可按攝入總熱量的80%計算，約500g/d。

4 運動強度和持續(xù)時間與補糖

持續(xù)數(shù)分鐘的短時間運動無須補糖。而超過60min 的中低強度運動通常會導致體內糖的大量消耗甚至耗竭，因此需要補糖。典型的項目如馬拉松、長距離的競走和公路自行車等項目。這些項目的共同特點就是運動持續(xù)時間較長，運動強度通常不超過75%VO2max。由于動作結構周期性的重復，糖缺乏更易導致中樞疲勞。運動中機體會依次募集糖原、脂肪和蛋白質參與供能。糖大量耗竭后脂肪代謝速率上升，同時糖異生過程激活彌補體內糖的不足，以維持血糖水平保證中樞正常功能。運動持續(xù)的時間比運動強度更能決定體內儲備糖消耗量，所以運動持續(xù)的時間越長，體內的糖儲備被消耗得越多，越需要補充糖。

5 結 語

糖與體內的多種生化通路密切關聯(lián)，是最重要的供能物質。糖的生物學功能不能被脂肪和蛋白質替代，體內充足的糖儲備對于保證耐力運動中正常的生理活動和器官功能極其重要，同時也保障了能量產生和利用的速率。糖缺乏不僅會導致外周疲勞，也會誘發(fā)中樞疲勞。按照運動性疲勞的控制鏈理論，缺糖將會從控制鏈中樞到外周的各個環(huán)節(jié)促進疲勞的發(fā)生，是影響運動能力的關鍵限制因素之一。 因此，糖是運動中尤其是耗竭性耐力項目中首先要考慮補充的能量物質。而補糖不僅要考慮糖的種類，還要考慮補糖的時間和量以及吸收速率、滲透壓、胃腸反應和補糖的方式。