補充益生菌對耐力運動員運動表現(xiàn)的影響及機(jī)制研究進(jìn)展

劉晨喆，石麗君*，王雯銳，肖 輝，張璐芳

（1 北京體育大學(xué)運動人體科學(xué)學(xué)院 運動生理學(xué)教研室 北京100084 2 北京體育大學(xué)中國足球運動學(xué)院 北京 100084）

長時間的高強(qiáng)度體力消耗的訓(xùn)練和比賽會導(dǎo)致耐力運動員出現(xiàn)生理疲勞、免疫抑制（免疫細(xì)胞的數(shù)量和功能下降，如自然殺傷細(xì)胞和T 淋巴細(xì)胞）、上呼吸道和胃腸道不適的發(fā)生率增加[1-3]以及氧化應(yīng)激[4-6]，這有可能導(dǎo)致運動員身體機(jī)能下降和/或錯過訓(xùn)練或比賽的機(jī)會[4，6]。此外，劇烈和長時間運動會引起內(nèi)臟缺血和腸黏膜通透性升高，導(dǎo)致局部甚至全身性炎癥[1]。在這種情況下，預(yù)防或減輕這些狀況的干預(yù)措施可能通過維持健康，增加訓(xùn)練和比賽時間來間接改善運動員的身體機(jī)能。近年來，腸道微生物在改善宿主能量代謝、免疫功能、炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激方面的作用已被證實[7]。隨著研究的深入，干預(yù)運動員腸道微生物的積極影響成為研究熱點，涵蓋了提高機(jī)體免疫、胃腸道健康、運動表現(xiàn)、機(jī)體抗氧化的能力[8]，促進(jìn)疲勞恢復(fù)[9-10]、能量供應(yīng)[11]、營養(yǎng)吸收[12-13]和改善身體成分等方面[14-15]，而這些因素對于耐力運動員的健康和運動表現(xiàn)至關(guān)重要。

世界衛(wèi)生組織將益生菌定義為“活的微生物，使用足夠量時對健康有益處”。益生菌是調(diào)節(jié)腸道菌群組成和功能的有效手段，可促進(jìn)微生物多樣性的增加，并有助于促進(jìn)健康物種的生長[16-17]。益生菌種類眾多，乳桿菌屬和雙歧桿菌屬的研究最為廣泛[18-19]。從2006 年Clancy 等[20]發(fā)表的第1 篇關(guān)于對運動員和體育鍛煉個體補充益生菌的研究開始，在過去15 年中，益生菌在運動領(lǐng)域相關(guān)研究數(shù)量以及含有益生菌營養(yǎng)補劑的種類都大幅增加。目前的文獻(xiàn)表明，對運動員有積極作用的益生菌主要有植物乳桿菌、干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、雙岐桿菌和嗜熱鏈球菌等[18]。益生菌對運動員胃腸道功能和免疫調(diào)節(jié)方面的益處已得到認(rèn)可[21]。此外，動物實驗證實補充特定的益生菌可在一定程度上增加小鼠的耐力跑時長，這為補充益生菌來提升人體耐力表現(xiàn)帶來一定的啟示[22-24]。對于努力改善比賽成績并減少訓(xùn)練中恢復(fù)時間的運動員來說，了解益生菌能否提高運動員身體機(jī)能和運動表現(xiàn)具有重要意義?；诖?，本文綜述在運動領(lǐng)域補充益生菌的最新研究，評估其對動物模型和運動員運動表現(xiàn)的直接和間接影響，重點包括對身體機(jī)能，運動和運動適應(yīng)的有效性，疲勞恢復(fù)，與運動有關(guān)的能量供應(yīng)，營養(yǎng)利用，胃腸道和免疫健康以及氧化應(yīng)激方面的作用。

1 益生菌對耐力運動員運動表現(xiàn)的影響

根據(jù)運動類型的不同，運動表現(xiàn)可以用與耐力、力量、速度和柔韌性等相關(guān)的結(jié)果來衡量。運動能力通常用在一定的運動強(qiáng)度或運動量下機(jī)體直至疲勞的時間或疲勞的程度來評價[25]。在涉及耐力運動員和久坐不動的人的運動干預(yù)和訓(xùn)練研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)益生菌在改善身體機(jī)能和運動方面表現(xiàn)的潛力（表1）。然而，大部分益生菌的干預(yù)研究主要關(guān)注其在改善免疫力、胃腸道健康和氧化應(yīng)激等方面的作用，專門聚焦益生菌補充劑對運動表現(xiàn)影響的研究較少。在評估運動員運動表現(xiàn)的19 項研究中，有11 項報告補充益生菌在耐力、力量或疲勞恢復(fù)方面有改善作用。

幾種特定益生菌菌株被證明具有提高耐力運動表現(xiàn)、推遲疲勞出現(xiàn)的作用。其中，研究最多的是植物乳桿菌屬。Huang 等[6]研究發(fā)現(xiàn)在3 周訓(xùn)練期間補充植物乳桿菌PS128（Lactobacillus plantarum PS128，3×1010CFU/d）可改善運動員鐵人三項冠軍賽后無氧能力和有氧耐力的下降，減輕疲勞，并緩解機(jī)體的炎癥和氧化應(yīng)激。動物研究表明，與對照小鼠相比，補充植物乳桿菌TWK10（Lactobacillus plantarum TWK10）6 周可劑量依賴性地增加小鼠握力、耐力游泳時長、肌肉質(zhì)量和腓腸肌中I 型纖維（慢?。┑臄?shù)量，并降低力竭運動引起的血清乳酸、氨和肌酸激酶（Creatine kinase，CK）的水平[11]。其它研究表明，健康男性補充植物乳桿菌TWK10（3×1010或9×1010CFU/d）6 周可劑量依賴性地提高有氧耐力運動的時長，以及顯著降低力竭運動后血清乳酸和氨水平，并且高劑量的TWK10 顯著增加了肌肉質(zhì)量百分比[9-10]。此外，與安慰劑組相比，益生菌組力竭運動后血糖水平也高于安慰劑組，提示力竭運動中機(jī)體的能量供應(yīng)得到改善。以上研究表明長期補充植物乳桿菌TWK10 具有改善耐力運動表現(xiàn)、抗疲勞、增加肌肉質(zhì)量、增強(qiáng)能量供應(yīng)的作用。然而，由于該研究中受試者并非運動員，并且未在運動訓(xùn)練期間補充，因此植物乳桿菌TWK10 對耐力運動員是否有同樣的作用尚不清楚。

當(dāng)前，益生菌在運動領(lǐng)域的最新應(yīng)用趨勢是從優(yōu)秀運動員的糞便中分離腸道細(xì)菌，以研究運動員來源的腸道細(xì)菌對實驗動物運動能力的影響。單一特定益生菌菌株已被證明具有增強(qiáng)耐力運動表現(xiàn)和抗疲勞的作用[22-24，26]。從一位女子舉重奧運冠軍腸道微生物中分離出來的長雙歧桿菌OLP-01（Bifidobacterium longum OLP-01）[22]和唾液乳桿菌SA-03（Lactobacillus salivarius SA-03）[24]均可提高小鼠前肢的握力和耐力，并顯著降低急性運動后血清乳酸、氨和CK 水平。長雙歧桿菌OLP-01 干預(yù)還可顯著升高肝糖原和肌糖原的基礎(chǔ)水平[26]。哈佛大學(xué)Scheiman 團(tuán)隊在《Nature Medicine》上發(fā)表的研究表明，將從優(yōu)秀馬拉松運動員賽后糞便中高豐度的非典型韋榮氏球菌（Veillonella）分離后移植到正常小鼠，小鼠的耐力表現(xiàn)顯著提升，跑臺運動至力竭時間比對照組升高了13%[23]。盡管以上來源于運動員的微生物在動物實驗中顯示出益處，但仍需要研究來證明其對運動員的影響，并進(jìn)一步開發(fā)對人類健康有益的且經(jīng)臨床試驗證實的商業(yè)益生菌。

與單一菌株益生菌相似，多菌株益生菌補充對耐力運動員運動表現(xiàn)也有提升作用。在30 d 的高強(qiáng)度有氧訓(xùn)練期間補充益生菌酸奶（含嗜熱鏈球菌、德氏乳桿菌和保加利亞菌）可顯著增加耐力運動員的最大攝氧量（Maximal oxygen uptake，VO2max）和有氧功率[27]。Shing 等[28]發(fā)現(xiàn)乳桿菌、雙歧桿菌和鏈球菌補充4 周可增加男性跑步者在高溫環(huán)境中運動至疲勞的時間。然而，此研究僅對比了運動后干預(yù)組和對照組之間的差異，并未對比益生菌干預(yù)前兩組是否存在差異。

并不是所有的研究都表明運動員或健康個體在使用益生菌后耐力表現(xiàn)有所提高。Salarkia 等[29]認(rèn)為補充含多菌株益生菌（嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌、雙歧桿菌和嗜熱鏈球菌）的酸奶雖然提高了青春期女性耐力游泳運動員的VO2max，但不影響400 米游泳的成績。16 周發(fā)酵乳桿菌VRI-003干預(yù)不影響優(yōu)秀男子長跑運動員訓(xùn)練時長、強(qiáng)度和VO2max[30]。精英運動員補充14 周瑞士乳桿菌Lafti L10 后，VO2max、跑臺運動時間、最大心率和心率恢復(fù)均不受影響[31]。相似的，自行車運動員在冬訓(xùn)期間補充發(fā)酵乳桿菌對峰值功率或VO2max也沒有影響[2]。除此之外，多菌株益生菌補充也不影響耐力運動員的比賽時長。鐵人三項運動員賽前補充多菌株益生菌12 周[32]、馬拉松運動員賽前補充12 周[33]或4 周[34]多菌株益生菌并不能縮短比賽用時。

綜上所述，補充特定益生菌被認(rèn)為在提高運動員耐力表現(xiàn)以及促進(jìn)運動后恢復(fù)方面具有重要的應(yīng)用價值。然而，目前補充益生菌對運動員運動表現(xiàn)影響的研究數(shù)量仍然較少，現(xiàn)有研究評估的運動類型和身體機(jī)能指標(biāo)有限，并且存在相互矛盾的結(jié)果。此外，研究中使用了不同的益生菌菌株，它們的功效可能有所不同，還需要進(jìn)一步的研究來確定補充益生菌對運動表現(xiàn)的直接影響。

2 補充益生菌提升耐力運動表現(xiàn)的機(jī)制

2.1 補充益生菌可減輕疲勞，促進(jìn)運動后恢復(fù)

疲勞是劇烈運動的重要限制因素，而運動后的恢復(fù)一定程度上決定了訓(xùn)練水平能否提高。高強(qiáng)度訓(xùn)練可導(dǎo)致骨骼肌組織微損傷，引起局部炎癥并降低肌肉功能，同時使得血清中CK[35]和白細(xì)胞介素（IL）-6[36]水平升高。運動引起的肌肉損傷、炎癥和代謝反應(yīng)是恢復(fù)過程的一部分，也是肌肉適應(yīng)運動的一種機(jī)制[37]。多項研究通過對比訓(xùn)練期間干預(yù)前基礎(chǔ)水平和干預(yù)后的差異，探討了補充益生菌對運動后恢復(fù)期運動表現(xiàn)、生化和免疫標(biāo)志物的影響（表1）。Huang 等[6]的研究發(fā)現(xiàn)與安慰劑組相比，益生菌組在鐵人三項比賽后恢復(fù)期的最大力量、疲勞指數(shù)和耐力指數(shù)得到顯著改善。補充益生菌組可顯著降低鐵人三項冠軍賽后3 h血清CK、促炎細(xì)胞因子腫瘤壞死因子α（Tumour necrosis factor alpha，TNF-α）、IL-6 和IL-8 水平（減少6%～13%）[6]，升高抗炎細(xì)胞因子IL-10（增加55%）水平。Martarelli 等[38]發(fā)現(xiàn)副干酪乳桿菌IMC502 和鼠李糖乳桿菌IMC501（1×109CFU/d）補充4 周可降低自行車運動員劇烈運動后血清CK水平，促進(jìn)疲勞消除，并提高運動員的測試成績。因此，補充益生菌可能通過減輕劇烈運動對肌肉的損傷來緩解疲勞。

Strasser 等[39]發(fā)現(xiàn)補充多菌株益生菌緩解了有氧運動導(dǎo)致的血清色氨酸濃度的下降。運動過程中，中樞對色氨酸的攝取增加，5-羥色胺水平升高可加劇中樞疲勞[40]。并且，有研究報道VO2max 與運動前血清色氨酸水平呈正相關(guān)。因此，益生菌可能通過維持運動中循環(huán)色氨酸水平降低機(jī)體的疲勞感，潛在地影響訓(xùn)練的依從性和運動表現(xiàn)[41]。

綜上所述，益生菌可通過減輕肌肉損傷、炎癥以及維持運動中循環(huán)色氨酸水平等作用緩解疲勞、促進(jìn)機(jī)體恢復(fù)。然而，到目前為止，對運動后恢復(fù)期運動表現(xiàn)和運動能力進(jìn)行評估的研究仍較少。由于研究設(shè)計、訓(xùn)練方案、分析方法、運動人群和益生菌菌株的巨大差異，關(guān)于益生菌對運動后恢復(fù)期生化和免疫指標(biāo)的影響顯示了一些有爭議的結(jié)果。因此，在恢復(fù)期需要更長的隨訪措施，并明確恢復(fù)過程和身體機(jī)能提高之間的關(guān)系以進(jìn)一步得出關(guān)于益生菌促進(jìn)恢復(fù)的結(jié)論。

2.2 補充益生菌增加運動過程中能量供應(yīng)

研究發(fā)現(xiàn)，補充益生菌可增加運動過程中的能量供應(yīng)，這可能為運動員在高強(qiáng)度運動和恢復(fù)過程中提供代謝益處[42]。與安慰劑相比，鐵人三項運動員在訓(xùn)練期間補充植物乳桿菌PS128 可顯著升高血漿中支鏈氨基酸（Branched-chain amino acid，BCAA）水平（升高24%～69%）[6]。BCAA 是促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)合成以及運動后恢復(fù)的必需氨基酸，在延遲耐力運動疲勞產(chǎn)生，以及維持運動訓(xùn)練時肌肉能量代謝的動態(tài)平衡中發(fā)揮重要作用[43]。Chen 等[11]研究表明小鼠補充植物乳桿菌TWK10以劑量依賴的方式增加了肌肉質(zhì)量和握力，并降低運動后血乳酸和葡萄糖的水平，提高葡萄糖利用率，表明植物乳桿菌TWK10 可能有益于運動過程中的能量供應(yīng)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)嗜酸乳桿菌可調(diào)節(jié)組織中糖原合成相關(guān)基因（糖原合成酶激酶3β 和蘇氨酸激酶）和糖原含量[44]。

盡管有待進(jìn)一步研究，但微生物的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFAs）可能是益生菌增加能量供應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。SCFAs 是腸道菌群將未消化的碳水化合物發(fā)酵的產(chǎn)物，被認(rèn)為是飲食、腸道菌群和宿主能量代謝之間的橋梁。SCFAs 主要包括丁酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽。研究表明，腸道上皮細(xì)胞70%的能量來自丁酸鹽，乙酸鹽和丙酸鹽進(jìn)入血液循環(huán)可作為糖異生的底物被肌肉和肝臟吸收，葡萄糖總量的69%由丙酸鹽合成[45]。由于這一特性，SCFAs 可通過維持血糖來提升耐力運動表現(xiàn)。一項開創(chuàng)性研究表明，骨骼肌在長時間無氧運動中產(chǎn)生的乳酸可能會從循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入腸腔，被韋榮氏球菌酵解為丙酸鹽，進(jìn)而通過加速乳酸清除和增加能源物質(zhì)儲備改善運動表現(xiàn)[23]。動物研究也證實了丙酸鹽和乙酸鹽是耐力運動過程中的重要能量底物，結(jié)腸內(nèi)灌注丙酸鹽和持續(xù)皮下注射乙酸鹽均可提升小鼠力竭運動的時長[23，46]。此外，進(jìn)入循環(huán)的SCFAs 可激活脂酰輔酶A 生成，參與甘油三酯代謝，為骨骼肌提供能量[47]。SCFAs 還為骨骼肌線粒體提供必要的代謝產(chǎn)物，上調(diào)線粒體生物合成的調(diào)節(jié)劑NAD 依賴性蛋白脫乙?；竤irtuin-1[48]，而丁酸鹽可通過激活5’-磷酸腺苷激活的蛋白激酶（5’-AMP activated protein kinase，AMPK）以及其后過氧化物酶體增殖物激活受體γ 共激活劑1α（Peroxisome proliferator -activated receptor -γ co -activator 1α，PGC-1α）通路，促進(jìn)線粒體生物合成，增強(qiáng)骨骼肌葡萄糖攝取和利用以及脂肪酸氧化[49]。研究發(fā)現(xiàn)，補充益生菌也可升高SCFAs 水平。其中，唾液乳桿菌可增加丙酸鹽和丁酸鹽的濃度，嗜酸乳桿菌增加乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽的濃度，而長雙歧桿菌SP 07/3 和雙歧桿菌MF 20/5 能夠產(chǎn)生大量的丙酸鹽和乙酸鹽[42]。因此，益生菌干預(yù)可能通過升高SCFAs 水平增加運動中的能量供應(yīng)，從而提升耐力表現(xiàn)。然而，目前大多數(shù)研究并未關(guān)注補充益生菌對運動員糞便以及血清中SCFAs 的影響，SCFAs 對能量供給的影響也主要是在動物研究中獲得的，其機(jī)制尚不清楚。因此，未來的研究需要明確SCFAs 在益生菌促進(jìn)能量供應(yīng)中的作用。

2.3 補充益生菌促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)和鐵的吸收

近期的研究評估了益生菌菌株對營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和代謝能力。在長時間的運動中，維持骨骼肌和中樞神經(jīng)系統(tǒng)足夠的碳水化合物可利用性有助于改善運動表現(xiàn)并推遲疲勞[50]，然而，碳水化合物的吸收受到腸道內(nèi)運輸系統(tǒng)的限制。最近的一項研究評估了補充益生菌對麥芽糊精的吸收和氧化以及運動員運動表現(xiàn)的影響[12]。7 名受過訓(xùn)練的男性自行車運動員在補充4 周多菌株益生菌（2.5×1010CFU）或安慰劑的前、后進(jìn)行了2 h 55%最大有氧功率的自行車運動。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，補充益生菌可顯著增加運動中平均總碳水化合物氧化、麥芽糊精的峰值氧化速率和血漿葡萄糖和胰島素濃度，并減少脂肪氧化，而對攝入的麥芽糖糊精的吸收量以及運動表現(xiàn)沒有影響。此項研究雖突出了益生菌增加碳水化合物的吸收和氧化的潛力，但仍需要進(jìn)一步的研究來驗證。

益生菌被證明可促進(jìn)蛋白質(zhì)的吸收和利用[13]。與動物蛋白源相比，植物蛋白源一般為不完全蛋白，BCAA 含量較少，并且在吸收動力學(xué)和宿主吸收氨基酸的數(shù)量方面存在差異，而這些因素會影響運動員骨骼肌蛋白質(zhì)合成。因此，在攝入植物蛋白源后如何提高血液中氨基酸濃度以克服其成分缺陷很有意義。研究發(fā)現(xiàn)，補充益生菌可能是解決此問題的重要營養(yǎng)策略。最近一項對健康男性隨機(jī)、雙盲、交叉試驗研究評估了植物蛋白與益生菌補充劑（5×109CFU 副干酪乳桿菌LPC-DG和5×109CFU 副干酪乳桿菌LPC-S01）共同攝入后對血液中氨基酸的濃度的影響。結(jié)果表明，聯(lián)合補充益生菌顯著升高了蛋氨酸（升高16.3%）、組氨酸（升高49.2%）、纈氨酸（升高24.7%）、亮氨酸（升高25.2%）、異亮氨酸（升高26.1%）、酪氨酸（升高11.6%）、總BCAA（升高26.8%）和總必需氨基酸（升高15.6%）的最大濃度和曲線下面積[51]，而這些增加的氨基酸有助于運動員的運動恢復(fù)。此外，益生菌還可以增加蛋白水解酶活性來提高蛋白質(zhì)利用率[35]。體外研究顯示，與只使用一種菌株相比，聯(lián)合使用兩種菌株對豌豆蛋白的水解作用增強(qiáng)。這些證據(jù)初步表明益生菌可能有助于克服植物蛋白成分缺陷并可將血液中BCAA 水平提高到與動物蛋白相當(dāng)水平，這樣就不需要增加植物蛋白的劑量來達(dá)到補充肌肉蛋白質(zhì)的相似效果。

關(guān)于益生菌和營養(yǎng)吸收的研究熱點是無機(jī)鐵的吸收。鐵對于氧氣的運輸、線粒體能量的產(chǎn)生以及細(xì)胞的免疫反應(yīng)十分重要，并且低含量時對體能和訓(xùn)練適應(yīng)性會產(chǎn)生負(fù)面影響[52]。因此，增加鐵的吸收是改善鐵狀態(tài)、避免使用傳統(tǒng)的高劑量鐵補充劑從而減少不利的副作用的策略。最近的一項雙盲、12 周隨機(jī)對照試驗給低鐵儲備但非貧血的女性運動員每日補充20 mg 富馬酸亞鐵以及植物乳桿菌299v。結(jié)果表明，與單獨攝入鐵相比，聯(lián)合攝入益生菌可使鐵儲備得到更顯著和快速的改善[53]。此外，益生菌對無機(jī)鐵來源鐵的利用（如血清鐵蛋白）的有益作用是顯著的，并且對炎癥標(biāo)志物沒有影響。最近的一項薈萃分析也表明植物乳桿菌299v 有助于人體對鐵的吸收[54]。

研究發(fā)現(xiàn)，運動相關(guān)的腸道微生物群可能更容易提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，因為它似乎具有更強(qiáng)的組織修復(fù)和從飲食中吸收能量的能力，并增加碳水化合物、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和核苷酸生物合成[55]，并且益生菌增強(qiáng)腸黏膜完整性的作用可能也有助于改善營養(yǎng)吸收[56]。雖然目前相關(guān)研究較少，但上述最新的文獻(xiàn)顯示補充益生菌對促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收具有一定潛力。

2.4 補充益生菌對身體成分的影響

身體成分和體重是影響運動表現(xiàn)的因素之一，速度、耐力、力量和靈敏等身體素質(zhì)需要較大的肌肉/脂肪比。幾種乳酸菌菌株，包括鼠李糖乳桿菌、短雙歧桿菌和乳酸雙歧桿菌，已被報道可有效降低肥胖者的脂肪量[57-58]。然而，僅有個別研究關(guān)注了益生菌對于健康個體或運動員身體成分的影響。植物乳桿菌TWK10[10]干預(yù)6 周可降低健康男性的體脂，升高肌肉質(zhì)量百分比?？莶菅挎邨U菌DE111 對體成分的影響報道不一。Toohey 等[59]發(fā)現(xiàn)，10 周抗阻訓(xùn)練期間補充枯草芽孢桿菌DE111和蛋白質(zhì)和碳水化合物飲料可顯著降低女排和足球運動員體脂百分比。另一項研究報道，大學(xué)生棒球運動員補充稍小劑量的相同益生菌雖不影響身體成分，但可降低血漿TNF-α 水平[60]，而TNF-α升高與骨骼肌蛋白合成受抑制和肌肉功能受損有關(guān)[61-62]。這兩項研究的差異可能與訓(xùn)練方式以及飲食不同有關(guān)。此外，由于這兩項研究中受試者都是大學(xué)生，益生菌的積極作用可能被飲食、休息或恢復(fù)能力等因素所掩蓋。

益生菌補充劑的抗肥胖作用可能與其改變腸道微生物群、重塑能量代謝、改變產(chǎn)熱、糖代謝、脂代謝相關(guān)基因的表達(dá)、副交感神經(jīng)活性有關(guān)[63]。一些研究推測補充益生菌可能促進(jìn)了蛋白質(zhì)的吸收和利用，因而有助于改善身體成分[13，35]，然而，缺乏明確的作用機(jī)制。此外，短雙歧桿菌B-3 可激活A(yù)MPK/PGC-1a 信號通路改變骨骼肌代謝，以及激活蘇氨酸激酶促進(jìn)肌肉肥大，從而增加比目魚肌的質(zhì)量和力量[64]。由于飲食和運動訓(xùn)練對身體成分的影響較大，因此對于得出益生菌影響身體成分的結(jié)論需要謹(jǐn)慎。

2.5 補充益生菌改善免疫機(jī)能

長時間的高強(qiáng)度運動與短暫的免疫功能障礙和疾病風(fēng)險增加有關(guān)[65]。由于黏膜和全身免疫反應(yīng)的短暫抑制，免疫細(xì)胞的數(shù)量減少和功能降低，運動員特別容易受到病毒性呼吸道感染的影響，最終影響訓(xùn)練效果和運動表現(xiàn)[66]。減少上呼吸道感染（Upper respiratory tract infection，URTI）的發(fā)生率和/或嚴(yán)重性和癥狀持續(xù)時間是耐力運動員比較關(guān)注的，而補充益生菌被認(rèn)為是預(yù)防此類疾病的有效策略[14，67]，可最大程度地減少訓(xùn)練日缺席，對運動表現(xiàn)產(chǎn)生積極影響。

目前，關(guān)于補充益生菌對運動員免疫機(jī)能影響的研究較多，訓(xùn)練負(fù)荷較高的耐力運動員是主要的研究對象。在益生菌對免疫機(jī)能影響的23 項研究中，僅有5 項研究報告沒有影響，17 項研究報告了改善作用，主要體現(xiàn)在益生菌激活T 淋巴細(xì)胞和B 淋巴細(xì)胞，上調(diào)自然殺傷細(xì)胞活性[29]，增加抗炎細(xì)胞因子[20，30]、分泌型免疫球蛋白A（Secretory immunoglobulin A，SIgA）[68-69]和IL-10[6]的分泌，抑制促炎細(xì)胞因子（TNF-α、IL-6 和IL-8）的表達(dá)[6，60，69]，以及降低URTI的發(fā)生率和/或癥狀嚴(yán)重程度。

在激烈的訓(xùn)練或比賽中URTI 發(fā)生率較高，尤其是鐵人三項和馬拉松等耐力運動?，F(xiàn)有關(guān)于益生菌的研究中，有6 項研究表明URTI 的發(fā)生率下降[2，4，29-30，39，70]，7項研究發(fā)現(xiàn)癥狀嚴(yán)重程度減輕[2，4，30，39，70-72]，2項研究表明URTI持續(xù)時間縮短[31，73]，涉及的益生菌有發(fā)酵乳桿菌VRI-003、乳球菌、干酪乳桿菌、雙歧桿菌亞種、嗜酸乳桿菌和瑞士乳桿菌等。此外，對于健康個體，益生菌也可以降低URTI 的風(fēng)險[71]。

補充益生菌緩解URTI 的作用可能與益生菌增強(qiáng)黏膜和全身的免疫力有關(guān)。益生菌可以增強(qiáng)宿主免疫系統(tǒng)和共生細(xì)菌之間的溝通，從而建立互惠互利的關(guān)系。益生菌和微生物來源的SCFAs（尤其是丁酸鹽）通過誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T（Treg）細(xì)胞可激活免疫系統(tǒng)，提高機(jī)體免疫[74-75]。Clancy 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀運動員疲勞運動后T 細(xì)胞免疫功能被抑制，血液中由CD4+的T 細(xì)胞分泌的干擾素-γ（IFN gamma，IFN-γ）含量明顯降低，而補充嗜酸乳桿菌4 周后，疲勞運動員T 細(xì)胞產(chǎn)生的IFN-γ增加，非疲勞運動員的唾液中IFN-γ濃度也升高。此研究首次證明益生菌具有逆轉(zhuǎn)T 細(xì)胞缺陷和增強(qiáng)黏膜IFN-γ濃度的能力，并且益生菌的作用可能與機(jī)體本身的免疫狀態(tài)有關(guān)。此外，益生菌也可誘導(dǎo)B 細(xì)胞增殖[76]來增加唾液中SIgA 的濃度。IgA 可防止病原體的黏附，在維持黏膜穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，耐力運動員的唾液分泌型IgA 水平降低，并且其下降幅度與URTI 風(fēng)險升高有關(guān)[77]。Gleeson 等[70]研究表明，4 個月冬訓(xùn)期間補充含有干酪乳桿菌Shirota 的發(fā)酵乳后，耐力運動員URTI 發(fā)病率降低了36%，伴隨著唾液IgA 濃度顯著升高。另一項研究中，42 名男性馬拉松比賽前30 d 補充相同的益生菌可改善馬拉松比賽后全身和氣道的免疫反應(yīng)，包括減少鼻黏膜中性粒細(xì)胞浸潤、調(diào)節(jié)上呼吸道中促炎和抗炎細(xì)胞因子水平（降低IL-1、IL-6、IL-5、IL-13 和TNF-α 水平，升高IL-10 水平），以及維持唾液IgA 和抗菌肽的水平，并且URTI 的發(fā)生率和持續(xù)時間也有改善趨勢[69]。這些結(jié)果表明，每天攝入益生菌能夠誘導(dǎo)抗炎反應(yīng)，從而減輕馬拉松運動對黏膜炎癥的有害作用。

總體來講，目前的研究結(jié)論偏向于補充益生菌對耐力運動員免疫系統(tǒng)的影響是積極的，可減輕URTI 對訓(xùn)練或比賽的負(fù)面影響，間接增強(qiáng)身體機(jī)能。未來的研究應(yīng)更多的將URTI 的發(fā)病率、癥狀與免疫反應(yīng)的多種標(biāo)志物聯(lián)系起來，以更好地了解不同的益生菌菌株如何影響機(jī)體免疫。

2.6 補充益生菌減輕胃腸道癥狀

運動引起的胃腸道不適是耐力運動員常面臨的一個問題[78]，30%～50%的運動員會出現(xiàn)胃腸道不適癥狀[79]，包括惡心、嘔吐、腹脹和腹瀉等。目前公認(rèn)內(nèi)臟血流量減少是加劇運動引起的胃腸道癥狀的主要因素之一。血液循環(huán)減少導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞缺氧，從而損害細(xì)胞并引起腸通透性增加，內(nèi)毒素進(jìn)入腸組織和血液循環(huán)，刺激免疫系統(tǒng)甚至導(dǎo)致內(nèi)毒血癥，而循環(huán)中脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）的升高已被證明與胃腸道癥狀發(fā)生率增加有關(guān)[80]。

7 項研究顯示了補充益生菌對運動員胃腸道健康的積極作用。Pugh 等[34]和Kekkonen 等[81]評估了多菌株益生菌補充劑對馬拉松比賽中胃腸道癥狀、消化道通透性和免疫反應(yīng)指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)其可降低馬拉松運動員比賽期間以及賽后胃腸道癥狀的嚴(yán)重程度和持續(xù)時間。值得注意的是，盡管益生菌組和安慰劑組之間的比賽完成時間沒有差異，但在比賽最后三分之一期間跑步速度的降低與主觀胃腸道癥狀的嚴(yán)重程度之間存在顯著相關(guān)性，益生菌組在比賽的最后階段能夠更好地保持跑步速度[34]。然而，補充益生菌對馬拉松比賽后升高的CD14、IL-6、IL-8、IL-10、皮質(zhì)醇和胃腸道通透性沒有影響。因此，補充益生菌減輕胃腸道癥狀的確切機(jī)制無法確定。Haywood 等[73]發(fā)現(xiàn)益生菌可降低胃腸道癥狀的發(fā)生率；而West 等[2]發(fā)現(xiàn)在較高的訓(xùn)練負(fù)荷下，男性胃腸道癥狀的嚴(yán)重程度有所降低，而女性運動員出現(xiàn)輕度胃腸道癥狀的頻率增加，這可能是腸道對益生菌短期的適應(yīng)現(xiàn)象。此外，益生菌干預(yù)可緩解運動引起的腸道通透性增加，如補充益生菌可降低運動員高溫環(huán)境中力竭運動[28]、鐵人三項賽后[32]血清LPS 含量，以及一次大強(qiáng)度運動后糞便中Zonulin 的水平[82]。盡管運動相關(guān)的胃腸道癥狀并不總是胃腸道屏障功能損傷和通透性增加導(dǎo)致的，但這并不排除運動期間胃腸道屏障的潛在重要性以及益生菌可能發(fā)揮治療作用[32]。

益生菌改善腸道健康的機(jī)制包括調(diào)節(jié)腸道微生物群組成[2，83]、增加有益菌的豐度[84]、升高SCFAs的水平[85]、增強(qiáng)腸道上皮屏障功能[56]以及抑制炎癥反應(yīng)[86]。研究發(fā)現(xiàn)，嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌通過抑制核因子κB（Nuclear factor kappa B，NF-κB）活化，減少TNF-α、IL-6 和IL-8 的表達(dá)以及結(jié)腸中性粒細(xì)胞浸潤來減輕結(jié)腸炎癥損傷[86-87]。芽孢桿菌SC06 可以通過p38 MAPK 介導(dǎo)的自噬減輕氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的腸道損傷和細(xì)胞凋亡[88]。因此，補充益生菌可能有助于緩解長時間耐力運動引發(fā)的胃腸道屏障損傷，進(jìn)而減輕胃腸癥狀。雖然也有一些研究并未發(fā)現(xiàn)益生菌對腸道通透性[60，89]、胃腸道癥狀[29]以及胃腸道疾病發(fā)生率[71]的改善作用，但總體來講，益生菌對胃腸道健康的影響是積極有益的。

2.7 補充益生菌提高機(jī)體抗氧化能力

細(xì)胞氧化代謝過程中會產(chǎn)生活性氧（Reactive oxygen species，ROS），機(jī)體抗氧化系統(tǒng)可消除低水平的ROS，但急性疲勞運動時ROS 過量積累容易引起氧化應(yīng)激[90]，導(dǎo)致細(xì)胞損傷和炎癥并與疲勞的發(fā)生有關(guān)[91]，而降低運動引起的氧化應(yīng)激有助于推遲疲勞并改善身體機(jī)能。Hsu 等[92]發(fā)現(xiàn)，相比于無菌小鼠，無特定病原體小鼠的耐力游泳時間更長，其血清谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione peroxidase，GPX）和過氧化氫酶的水平也較高。這些結(jié)果提示，腸道菌群可能通過抗氧化酶系統(tǒng)影響運動表現(xiàn)。

益生菌已被證明可以調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)、增加基礎(chǔ)狀態(tài)血漿抗氧化能力以及減輕大強(qiáng)度運動或力竭比賽誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激[8，38，93]。大強(qiáng)度運動訓(xùn)練的自行車運動員在4 周訓(xùn)練期間補充鼠李糖乳桿菌IMC501 和副干酪乳桿菌IMC502 后，血漿抗氧化劑水平顯著增加，運動訓(xùn)練誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激也明顯減輕[38]。Michalickova 等[8]給10 名優(yōu)秀耐力運動員（鐵人三項、自行車者和耐力運動員）在3個月常規(guī)訓(xùn)練時服用瑞士乳桿菌L10，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練結(jié)束時益生菌組血清丙二醛水平顯著降低。Mazani 等[94]也發(fā)現(xiàn)2 周益生菌干預(yù)顯著升高女性一次力竭運動后血液GPX 水平和血清總抗氧化能力。植物乳桿菌PS128 也可改善鐵人三項運動員高強(qiáng)度運動導(dǎo)致的氧化應(yīng)激，并提升運動表現(xiàn)[6]。以上研究通過血液指標(biāo)證實了益生菌補充劑可以作為運動員抗氧化損傷的保護(hù)因子。

研究證實，益生菌通過多種的機(jī)制表現(xiàn)出抗氧化能力，包括螯合Fe2+或Cu2+而具有較高的抗氧化能力[93]；產(chǎn)生具有抗氧化能力的代謝產(chǎn)物，如：發(fā)酵菌E3 和E18 可產(chǎn)生谷胱甘肽[95]；上調(diào)機(jī)體總抗氧化劑水平[8]；調(diào)節(jié)抗氧化劑信號通路，如核因子NF-E2[96]等。此外，多種益生菌被證明具有抗氧化活性[97]，如保加利亞乳桿菌、乳酸菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌。因此，益生菌可被視為一種營養(yǎng)補充策略來改善運動相關(guān)的氧化應(yīng)激。然而，目前關(guān)于益生菌抗氧化作用的研究較少，其發(fā)揮保護(hù)作用的靶點和機(jī)制尚不清楚，還需要更多的研究為益生菌制劑應(yīng)用于運動員提供科學(xué)的依據(jù)。

3 有待解決的問題

補充益生菌的有益效果取決于菌株、劑量、持續(xù)時間、補充形式和宿主生理狀態(tài)以及目標(biāo)人群和目標(biāo)結(jié)果[7]。由于補充益生菌對身體機(jī)能影響的研究數(shù)量有限，每項研究的受試者較少，并采用了不同的訓(xùn)練方案，也有研究未能證實益生菌的有益作用，因此關(guān)于補充益生菌的建議應(yīng)該考慮以上因素。乳桿菌屬和雙歧桿菌屬是研究最多的益生菌，然而即使在單個物種內(nèi)，益生菌的益處也常常是菌株特異性的。

在檢驗益生菌對身體機(jī)能影響的研究中，益生菌的補充期從2 周到3 個月不等（表1），短期補充益生菌可能無法真實地評估其作用[98]。需要注意的是，一項研究顯示補充益生菌后胃腸道癥狀有所增加[2]。由于胃腸道需要一定時間適應(yīng)所補充的微生物，在此期間可能會出現(xiàn)輕度的胃腸道癥狀（例如腸胃氣脹）。因此益生菌應(yīng)至少在重要比賽前14 d 進(jìn)行補充[2]。此外，益生菌的許多作用是劑量依賴性的，給藥劑量是需要考慮的重要因素。益生菌以膠囊、粉劑或添加到某些乳制品（發(fā)酵乳或酸奶）的形式補充，建議量約為每天108～109CFU[7]，然而，目前沒有針對運動員的益生菌選擇和劑量的明確建議。與其他人群相比，運動員的微生物群有幾個主要差異[99-100]，這可能會影響益生菌對腸道微生物組和宿主的作用。未來，隨著基因組學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)的廣泛運用，應(yīng)針對性研究特定菌株的定植和對腸道微生物的影響，選擇合適的菌種以適應(yīng)運動員的個體差異性。并且，為了充分發(fā)揮益生菌的功效，相關(guān)研究應(yīng)結(jié)合訓(xùn)練方式、免疫指標(biāo)的結(jié)果和飲食的平行變化，確定可提高運動表現(xiàn)的濃度和劑量。

4 總結(jié)與展望

益生菌對耐力運動員運動表現(xiàn)的影響是多方面作用綜合的結(jié)果，其對健康的促進(jìn)作用與微生物群組成的變化、機(jī)體免疫機(jī)能的改善和腸道健康有關(guān)，這可能降低相關(guān)疾病感染的風(fēng)險，通過增加健康訓(xùn)練的天數(shù)和完成比賽的次數(shù)使運動員受益。除此之外，益生菌可通過推遲疲勞、促進(jìn)恢復(fù)、改善營養(yǎng)吸收、增加能量供應(yīng)和減輕運動引起的氧化應(yīng)激來提升耐力運動表現(xiàn)（圖1）?？傮w來講，補充特定的益生菌可作為確保運動員機(jī)能狀態(tài)的營養(yǎng)策略之一，然而，大多數(shù)研究中并未評估運動表現(xiàn)，今后仍需要高質(zhì)量、長期的、適當(dāng)規(guī)模的研究來確定攝入益生菌對運動表現(xiàn)的影響的因果關(guān)系。

圖1 運動員補充益生菌的益處和可能機(jī)制Fig.1 Benefits and possible mechanisms of probiotic supplementation for athletes