馬拉松運動的營養(yǎng)問題及解決策略研究

汪 琦，劉 軍

(西安體育學院a.研究生部; b.運動與健康科學學院,西安 710068)

隨著《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》、《全民健身計劃(2021—2025年)》等國家戰(zhàn)略的貫徹實施，運動作為促進健康的手段逐漸被民眾認可，包括馬拉松等極限耐力運動賽事的參與人數越來越多.據中國田徑協(xié)會《2019中國馬拉松大數據分析報告》數據，國內馬拉松及相關路跑賽事自2016年開始快速增長，新冠疫情之前的2019年全國共舉辦包括357場認證賽事在內的各類馬拉松比賽1 828場，總參賽規(guī)模達到712.56萬人次[1].但與之而來的是，因為大多選手缺乏對馬拉松等極限耐力運動的科學認知，每年因參加馬拉松賽事發(fā)生各類損傷甚至發(fā)生意外死亡等事件屢有發(fā)生，損傷率高達77.36%[2]；廣為人知的有2016年廣東清遠馬拉松近2萬人參賽，1.2萬余人因各種原因接受治療[3]；幾乎每年都有報道因為參加馬拉松比賽發(fā)生猝死的案例，在2021年，甘肅白銀山地馬拉松更因為造成21名參賽人員遇難而受到舉國關注[4].

因此，正確認識馬拉松運動的生理特點，并采取營養(yǎng)措施保證比賽中的能量供應、電解質平衡、體溫調節(jié)，減輕氧化應激和胃腸道不適，對于降低馬拉松參賽選手損傷發(fā)生率、避免出現猝死等極端事件發(fā)生，提升運動表現、減緩運動疲勞、促進恢復等具有重要作用.

1 馬拉松運動的生理特點

標準馬拉松全長42.195 km，完賽時間需2 h以上；超級馬拉松則設有限定賽程距離的50 km、100 km，和限定完賽時間的6 h、12 h等比賽[5]，這些項目都具有比賽距離長、耗時長、強度大、場地開放等特點，是體能主導類耐力性項目.在馬拉松運動中，磷酸原系統(tǒng)、酵解能系統(tǒng)和氧化能系統(tǒng)以不同比例進行協(xié)調供能，其中氧化能系統(tǒng)是其最主要的供能方式，在賽中有氧供能和混氧供能(酵解能系統(tǒng)和氧化能系統(tǒng))的比例大概為95%∶5%[6]，相較另外兩個供能系統(tǒng)，氧化能系統(tǒng)輸出功率最低，但因為體脂肪貯存較多，理論上可持續(xù)供能數小時.

高水平馬拉松運動員最大通氣量可達(142±20)L/min，最大呼吸交換率為1.05±0.07，比賽時每千米攝氧量為(191±19)mL/kg(指每千克體重，下同)，攝氧量峰值(peak oxygen uptake, VO2peak)為(71.0±5.7)mL/(kg·min)，同時也會產生肌肉適應性，主要表現為血容量、毛細血管密度及線粒體密度增加等[7].中低水平馬拉松運動員乳酸閾(lactate threshold, LTh)速度為(10.48±1.42)km/h，此時強度可達(73.83%±4.91%)最大攝氧量(maximal oxygen uptake, VO2max)，乳酸積累起點(lactate turn-point, LTP)速度為(12.43±1.52)km/h，此時強度可達(85.21%±4.13%)VO2max[8].業(yè)余選手的比賽用時可長達4.5 h以上[9].

不同水平馬拉松運動員跑步時的運動參數見表1.由表1可知，雖然高水平運動員配速更高，完賽用時更短，但因為更出色的最大有氧能力和最大有氧速度，動作經濟性更好，相比中低水平運動員能耗更低，這又為其高速運動提供了動力基礎.無論專業(yè)選手還是業(yè)余選手，要滿足比賽期間總的能量需求和為提高比賽成績而維持的較高功率輸出，對訓練和比賽期間的營養(yǎng)支持都有較高要求.因此，一般膳食并不能滿足馬拉松運動員賽前的營養(yǎng)儲備、賽中的能量消耗和賽后的機能恢復，尤其是高水平運動員為提高成績和突破生理極限，應該有更科學、精細和嚴格的營養(yǎng)策略.本文以馬拉松項目的生理特點為依據，分析馬拉松運動過程中可能出現的營養(yǎng)學問題，并給出相應的解決策略.

表1 不同水平馬拉松運動員跑步運動參數[7-11]

2 馬拉松運動常見營養(yǎng)問題的解決策略

2.1 馬拉松運動中的能量保障策略

選手完成一場標準馬拉松比賽大約會消耗2 400～3 600 kcal能量[11]，用時6 h以上的超級馬拉松(如100英里)每日能量消耗可達7 000 kcal[12].馬拉松選手每日所需能量中，碳水化合物供能占比60%～70%[13]，蛋白質為5%～15%，脂肪為20%～35%[14]；超級馬拉松的碳水化合物、脂肪、蛋白質的攝入策略仍遵循馬拉松的營養(yǎng)策略[15].研究表明，能量攝入不足的馬拉松選手會加快疲勞產生和應激激素釋放，從而產生較高水平的促炎癥因子白細胞介素-8(Interleukin-8，IL-8)或腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α, TNF-α)，且抗炎細胞因子白細胞介素-10(Interleukin-10, IL-10)的產生與碳水化合物攝入量呈正相關，賽后即刻TNF-α產生與膳食纖維和碳水化合物攝入量呈負相關[16].為防止能量負平衡和運動損傷必須保證馬拉松運動員有充足且全面均衡的營養(yǎng)攝入.

碳水化合物是馬拉松比賽最主要的供能物質.由于馬拉松持續(xù)時間長、能量消耗大，賽前肌糖原貯備對于賽中表現有直接影響，低碳水飲食的選手則因肌糖原不足而降低運動耐力.傳統(tǒng)觀點認為在賽前1周利用糖原負荷法可以有效增加運動員機體的糖原儲備，但最近研究表明，在賽前36～48 h每日攝入10～12 g/kg碳水化合物即可使機體糖原儲備大幅增加，可有效避免在賽前利用糖原負荷法充糖所需要的耗竭糖原的訓練、非常復雜的飲食要求以及由此導致的疲勞[17]；賽前1～4 h繼續(xù)攝入1～4 g/kg[18]，可顯著增加體內糖原的儲備，并且能補充夜間睡眠期間消耗的肝糖原[16].馬拉松運動員在賽中可選擇糖電解質溶液(運動飲料)及時補充糖，以保持身體機能穩(wěn)定，維持血糖平穩(wěn)，還可提供能量物質，延緩或減輕疲勞[19].也可選擇碳水化合物漱口水作為補充劑，通過作用于神經系統(tǒng)，使大腦產生與獎賞有關的情緒和反應行為，從而提升運動表現[20].在運動過程中，建議馬拉松運動員在比賽時間為1～2.5 h時，每小時攝入30～60 g糖；當比賽持續(xù)時間在2.5～3 h時，每小時最高可攝入90 g糖[19].在恢復早期(運動結束后的4～6 h)內，每小時攝入1～1.2 g/kg糖，可提高肌糖原的再合成率[19]；賽后糖補充不足則會減慢炎癥和疲勞消除，運動性損傷恢復緩慢，機體耐力降低.

脂肪是馬拉松的重要供能物質，如果馬拉松運動員長期攝入脂肪過多，會引起體內的酮體生成增多，對運動產生不利影響；脂肪過少則供能不足，會降低運動成績，免疫力降低，疲勞消除緩慢.脂肪代謝提供能量所需時間幾乎是碳水化合物的2倍，且會消耗更多的氧[21]，提高脂肪的供能效率能夠有效提升選手的運動表現.長鏈脂肪酸(Long-chain fatty acids, LFCs)分解代謝需通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferators-activated receptors, PPARs)后加速肝臟脂代謝過程[22].左旋肉堿可通過促進長鏈脂肪酸轉運進入線粒體氧化以節(jié)省肌糖原，馬拉松運動員可在運動前和運動后24 h內補充2 g左旋肉堿，能夠減輕肌肉損傷和肌肉酸痛，減少細胞損傷和自由基形成[23].與長鏈脂肪酸相比，中鏈脂肪酸(Medium-chain triglycerides，MCTs)更易被機體吸收，可在機體攝入數分鐘內進入血液循環(huán)快速供能.推薦每日中鏈脂肪酸攝入量應在30 g以內，通過被機體快速吸收利用，從而增強有氧代謝，但每日攝入超過30 g易引起胃腸道癥狀[24].不飽和脂肪酸氧化較快，也易被利用和吸收，飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸建議攝入比例為1∶2[25]，另外ω-3系列多不飽和脂肪酸已被證實可以降低馬拉松運動員比賽過程中的炎癥反應，改善肌肉適能和能量代謝，提高運動成績[26].

蛋白質不是馬拉松供能的主要物質，但仍對馬拉松運動員具有重要作用.有研究測試了50名馬拉松和超級馬拉松運動員比賽前后的肌酸激酶、肌紅蛋白、乳酸脫氫酶、丙氨酸轉氨酶、γ-谷氨酰轉肽酶等表達水平，發(fā)現賽后均明顯升高，說明馬拉松運動時肌肉和肝臟均存在不同程度的運動損傷[27]，因此運動員必須攝入足量蛋白質以預防器官損傷和促進賽后肌肉恢復.推薦馬拉松運動員蛋白質攝入方法為每3～5 h攝入一次，每日總量為1.2～2.0 g/kg[28].研究表明，在賽中，與只攝入碳水化合物相比，碳水化合物加蛋白質的混合攝入策略會顯著降低運動員在賽后72 h的疼痛、能量缺乏、疲勞評分[29].在賽中或賽后的恢復期攝入約20～30 g蛋白質，或約10 g必需氨基酸可以增加全身各肌肉的蛋白質合成，改善氮平衡[19].其中酪蛋白這類緩釋蛋白，在餐后7 h內可降低蛋白質分解約30%，對蛋白合成促進作用較為有限；而游離氨基酸、乳清蛋白等吸收較快的氨基酸，只可短暫適度抑制蛋白質分解，但會增加蛋白質合成速度約68%[30].也可在賽前攝入77 mg/kg支鏈氨基酸(Branched-chain amino acids, BCAAs)[31]，因其消化吸收較快，可通過胰島素效應促進葡萄糖攝取和骨骼肌蛋白質合成，提高骨骼肌、脂肪組織和肝臟中的糖代謝，提升運動員賽中的表現和延緩疲勞產生.

2.2 馬拉松運動中的電解質平衡策略

馬拉松賽中產生的大部分熱量主要以汗液蒸發(fā)的形式排出，但高出汗率會導致機體水分流失.在高溫高濕環(huán)境下進行馬拉松比賽，運動員的失水量會超過2.5 L/h[32]，不補水的選手脫水發(fā)生率為4.6%～5.3%[33]；即使在涼爽適宜的環(huán)境下進行馬拉松比賽，也會使運動員總失水量達到(3.6±1.1)L[34]，不補水的選手脫水發(fā)生率為1.4%～3.3%[33]；大量失水會影響心血管系統(tǒng)和體溫調節(jié)系統(tǒng)，使運動員體能下降，甚至導致中暑和運動性橫紋肌溶解.尤其當在寒冷環(huán)境中比賽時，運動員因氣溫較低使液體主動攝入不足，會導致更嚴重的脫水，甚至降低腎小球濾過率和滲透清除率[35].

馬拉松運動中液體攝入嚴重不足時，會導致高鈉血癥(完賽運動員中發(fā)生率約13%)，主要表現為體重快速降低、血清鈉濃度升高等，暈倒的馬拉松選手中有58%是由于高鈉血癥，補充低滲液體可以預防和治療高鈉血癥[36]；但當攝入過多低滲液或抗利尿激素分泌增加時會增加出現低鈉血癥(Exercise-associated hyponatremia, EAH)的風險(完賽運動員中發(fā)生率約6%)，主要表現為體重增加、腹脹、惡心嘔吐、血漿鈉濃度降低等[36]，根據運動員口渴量飲水并監(jiān)測運動員賽中體重變化是預防低鈉血癥的主要措施，當出現低鈉血癥時可口服高滲液體緩解[37]，如每10 min靜脈注射100 mL的3%濃度生理鹽水直至癥狀緩解.馬拉松賽會致K+隨汗液流失增加，骨骼肌內Na+/K+-ATP酶活性提高，增加選手運動后短暫、可能并無明顯癥狀的低鉀血癥的風險，長期訓練的長跑運動員在運動后低鉀血癥發(fā)生率約為60%[36]；Na+、K+、Mg2+等電解質缺乏也常會導致運動相關的肌肉痙攣[34]，Mg2+、Ca2+、Cl-等與運動相關的電解質紊亂則較為少見.

合理補液能夠保持馬拉松運動員體溫平衡、電解質平衡、酸堿及能量平衡，并保持足夠的血容量.運動員應至少在賽前4 h緩慢攝入液體5～7 mL/kg[38]，在賽中補水應遵循少量多次的補水原則，可每隔15～20 min補液170～340 mL[14]，或每小時補液300～600 mL，并補充1.7～2.9 g鹽[39]，能降低運動相關低鈉血癥風險和改善血清鈉濃度.運動后補液攝入量應根據丟失體重的150%進行補充[32].補液還應根據環(huán)境條件、運動強度、運動時間、體溫、體重、腎功能和胃腸道狀況進行適當調整.

2.3 馬拉松運動中的體溫調節(jié)策略

人體肌肉在持續(xù)快速收縮時產生的大量熱量導致運動員核心體溫逐漸升高，嚴重時甚至會升至40℃以上[40]，導致認知能力下降，人體蓄熱率增加、中暑風險增高.長期訓練且已經產生熱適應的馬拉松運動員出汗閾值降低，出汗率升高[41]，體溫調節(jié)能力增強.

運動員在賽前采取預冷降溫措施能夠有效散發(fā)機體熱量，增大機體的蓄熱能力，有效降低皮膚溫度和核心溫度，保證運動過程中的良好耐力表現[42].在高溫高濕環(huán)境下運動時，運動員面部的皮膚血流量較身體其他部位增加更多，通過冷卻面部皮膚溫度可減少頭部散熱和腦血流量的負擔，并抑制大腦溫度的增加[43].低濃度(<2%，質量分數)的薄荷醇涂抹于面部時可以產生清涼感，但不會降低機體的核心溫度，其產生原因是通過對瞬時受體電位通道M8(Transient receptor potential melastatin 8, TRPM8)的刺激緩解熱應激癥狀[44].薄荷漱口水可以改變口咽溫度和濕度的感覺，在吸入時產生冷氣流的感覺并降低口渴感，降低對運動和鍛煉的不適感知度[45].當運動持續(xù)時間較長時，在心率持續(xù)增加的同時，每搏輸出量卻減少，這稱為心血管循環(huán)轉換(cardiovascular drift)，是導致耐力運動疲勞的心血管因素之一.研究表明，相比直接攝入液體，運動前使用冰漿預冷可降低心血管循環(huán)轉換導致的心血管循環(huán)壓力[46]，可提供足夠的熱緩沖去降低熱量累積，能夠降低核心體溫約0.5℃，運動能力提高16%～19%[47].有研究表明，運動員熱身后攝入7.5 g/kg 冰漿，并在攝入后間歇20 min左右開始運動或比賽能更快降低核心溫度，改善運動能力[48].但冰漿溫度較低(<0℃)，所以需考慮運動員個體的腸胃耐受問題，防止出現胃腸道不適癥狀.混合預冷方式對運動員也具有較好的效果，如鐵人三項運動員在30℃、80%濕度的高溫高濕環(huán)境下進行比賽時，采用攝入冰漿結合冰毛巾覆蓋皮膚表面的混合預冷方式，運動員計時賽成績提高了2.9%[49].無論何種預冷措施，體溫降低不能超過1.5℃，以防止肌肉溫度過低而造成運動損傷或降低運動表現[48].

馬拉松選手在突發(fā)的極端低溫天氣或在高原、山地等特殊環(huán)境下比賽時，運動員機體的新陳代謝和正常生理功能會被損害，糖氧化速率加快，脂肪氧化速率減慢，皮膚及肢體末端的血流量減少，去甲腎上腺素升高，外周血管收縮，體溫驟降，運動能力減弱[50].在低溫環(huán)境的比賽開始前，運動員可著保暖衣物，既能防止頭部和手足等肢體末端凍傷，還可以預先提高運動員的核心和皮膚溫度[51].在比賽時，需攝入高于正常建議熱量的食物，以防賽中能量消耗過快，并有助于保持體溫[52].在賽后15～30 min內，及時補充碳水化合物和蛋白質，使身體機能和代謝水平恢復到正常狀態(tài)[53].若沒有科學的保溫措施極易導致機體大量散熱、能量供應不足、核心溫度驟降等現象，從而出現失溫癥，失溫癥表現及應對措施見表2[54].在復溫時也應分級、溫和、循序漸進地進行，復溫過快會導致外周血管中冰冷的血液回流入心臟，引起核心溫度降低，增大猝死風險.

表2 失溫癥分級及處理措施[54]

2.4 馬拉松運動中的氧化應激緩減策略

在馬拉松賽中機體需氧量增加，耗氧量和血流量也隨之有較大增加，從而引起機體產生過量自由基和氧化應激，導致細胞的氧化損傷[55].在運動過程中適度的活性氧(Reactive oxygen species, ROS)產生能通過調節(jié)血流等方式促進骨骼肌進行積極適應，高水平的活性氧則會破壞大分子結構，及時補充清除自由基的抗氧化物質，會延緩疲勞及降低炎癥反應，避免肌肉損傷.

運動員可通過食物補充或攝入外源性補劑增加機體抗氧化物質.如攝入維生素C、維生素A(β-胡蘿卜素)、維生素E、維生素D，微量元素硒、鋅等均被證實可通過抗自由基、保護細胞膜完整性等促進運動能力[56]，運動員可通過攝入維生素和微量元素含量較高的新鮮果蔬、全谷、海產品等增加食物中抗氧化劑的供給.

此外，植物來源的食物中，多酚、黃酮、多糖等功能性物質也可能發(fā)揮重要抗氧化作用，其可能機制是猝滅過多的氮氧自由基，增強線粒體生物合成、改善血管功能和血流、增強脂肪氧化[57].常見的多酚類物質有蝦青素、兒茶素、槲皮素、白藜蘆醇等.研究發(fā)現，每天攝入多酚類補劑(688±478)mg，并持續(xù)至少7天可以提高約1.9%的運動表現[58].綠茶含有兒茶素等多種生物活性物質，具有較強的抗氧化特性，在不干預其他生活狀態(tài)時，每天攝入綠茶兒茶素270～1 200 mg，能幫助馬拉松運動員保持體重和優(yōu)化體成分[59].連續(xù)3～12天內，每天攝入花青素80～547 mg也可提高運動員的最大攝氧量，并改善血管功能[57].

2.5 馬拉松運動中的胃腸道不適調整策略

馬拉松運動員賽中胃腸道不適的發(fā)生率為30%～50%[60].主要癥狀為頭暈、惡心、胃腸道痙攣、嘔吐和腹瀉等，嚴重者賽后幾小時內便血，癥狀大多雖較輕，但卻是造成馬拉松選手中途退賽的主要原因之一[61].胃腸道癥狀發(fā)生率隨著比賽時間的持續(xù)而增加[62]，這是由于比賽中血液重新分布，更多地流向肌肉和皮膚，減少了胃腸道的供血，從而導致運動期間和運動后腹痛等癥狀[63].

影響胃腸道功能的內部因素有運動員個體的進食耐受性、胃腸道疾病活躍或易感度、胃腸道生物細菌的多樣性等，外部因素主要有運動項目、強度、時間、環(huán)境條件等[64].賽前較為緊張的選手可選擇攝入液體膳食補充劑降低胃腸道反應[19]，膳食纖維不提供能量，也不易被胃腸道吸收，適量攝入可以減緩胃排空，防止腹瀉，但攝入過多會產生脹氣等不適感.在運動過程中攝入復合碳水化合物，并減少可發(fā)酵低聚糖、單糖、雙糖攝入可降低胃腸道問題的發(fā)生率[65].補充益生菌可緩解胃腸道癥狀，降低賽中的胃腸道癥狀發(fā)生率和嚴重程度，幫助馬拉松運動員維持跑速，以提高馬拉松選手運動成績[66]；此外，益生菌與膳食纖維的組合攝入可以改善氧化應激和免疫能力[63].研究表明，在賽前2周用不同形式和濃度的碳水化合物對胃腸道進行預適應，可有效減少比賽時高糖膳食引起的腸道不適和胃腸道癥狀，可改善比賽時因碳水化合物吸收不良而導致的血糖濃度下降，顯著提高60% VO2max強度進行2 h跑步的速度[67].

2.6 馬拉松運動中的補劑攝入策略

馬拉松運動只通過日常膳食補充能量和營養(yǎng)物質時，并不能滿足比賽時機體的大量消耗，科學、有計劃地選擇在最佳時期攝入營養(yǎng)補劑能夠提高運動員的身體機能水平，延長肌肉工作時間，延緩疲勞，加速恢復.

咖啡因是耐力運動中使用最廣泛的補劑之一，廣泛存在于咖啡、能量飲料、咖啡因凝膠等多種食品和運動補劑中[72].其作用機制是通過增加腎上腺素和去甲腎上腺素的含量,使脂肪動員加快，節(jié)省賽中肌糖原消耗，增加肌漿網對Ca2+的釋放，抑制對Ca2+的重攝取，延長肌肉收縮活動持續(xù)時間，以及作為腺苷受體的非特異性拮抗劑，作用于中樞產生包括掩蓋努力、疲勞和疼痛的感覺，以及提高警戒心及運動動機，延緩疲勞[73].建議馬拉松運動員可按3～6 mg/kg劑量攝入咖啡因，有研究證實中低劑量使用咖啡因可使耐力運動員運動至疲勞的時間延長20%～50%[74].咖啡因對運動表現具有促進作用，但使用不當也可能會出現胃腸道不適、注意力無法集中、失眠緊張等現象，因此咖啡因的攝入應考慮個體差異性，并在賽前充分實踐攝入策略，特別注意不應該攝入過大劑量，以避免副作用.

3 結論

根據馬拉松運動的生理特征，采用周期性、多樣性、高碳水化合物為主的均衡膳食優(yōu)先策略、有針對性的營養(yǎng)補劑有助于馬拉松運動員提升身體機能和高效利用能量，獲得更佳的運動表現.馬拉松項目的大強度和長時間等特點增加了比賽的風險因素，合理的補液措施可預防脫水和鈉血癥.不同比賽環(huán)境下采用不同的體溫調節(jié)方式可有效降低猝死風險，及時清除過多自由基可加快炎癥消除和運動疲勞消除，預防胃腸道不適保證馬拉松運動員順利完賽.根據馬拉松運動員的特殊需求，合理選用甜菜根汁、咖啡因等營養(yǎng)補劑可減緩疲勞，有助于運動能力的提升.因此，馬拉松運動員的營養(yǎng)補充須全面、均衡、個性化.