運動員維生素D營養狀況的相關研究

嚴士敏，陳鳳玲

(上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院內分泌科，上海 201900)

20世紀30年代，Mellanby[1]在魚肝油中發現某種物質，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，被發現的維生素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在體內經過3個器官：皮膚、肝臟和腎臟，通過三步反應：一步光化學反應和兩步酶促反應，轉變成激素形式的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受體相結合，發揮生物學效應[3]。維生素D不但在調節鈣磷代謝、維護骨骼健康方面發揮重要作用，且與免疫系統、細胞增殖和分化及其他內分泌器官密切相關。其受體在體內廣泛分布，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和綜合國力的體現。維生素D缺乏對運動員身體健康及競技狀態水平的影響不容小覷。因此，探究運動員維生素D營養狀況及其相關因素，協助制訂合理的預防及改善措施，有利于維護運動員健康，提高運動成績。現就運動員維生素D營養狀況的相關研究予以綜述。

1 運動員維生素D營養狀況

人體維生素D主要由皮膚中相應的維生素D原經紫外線照射轉變而來，通過飲食獲得的維生素D非常有限。通常人們以電化學發光法(羅氏診斷)檢測25-羥維生素D的結果，作為判斷個體維生素D的營養狀況的標準。其中，≤10 ng/mL為維生素D嚴重缺乏；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名運動員的分析發現，各地運動員普遍存在維生素D不足，且營養狀況差別非常大[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營養狀況調查。但對中國多地居民維生素D營養狀況的調查顯示，中國人群亦存在明顯的維生素D不足，其發生率高達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是目前公認的、重要的骨代謝調節激素，它不僅能促使未成熟破骨細胞的前體細胞轉變為成熟的破骨細胞，使舊骨中的骨鹽溶解，鈣、磷轉運到血內，促進骨質吸收；還能刺激成骨細胞，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、睪酮水平等密切相關。因此，運動員的維生素D營養狀況直接影響運動員的運動功能及競技狀態。

2.1維生素D與骨骼功能 維生素D參與了調節骨細胞功能，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，在兒童中會導致佝僂病，而成年人會引發軟骨病和骨質疏松。其機制為：當維生素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1,25-(OH)2-D3的生成。一方面，1,25-(OH)2-D3與腸細胞內的維生素D受體結合，并與細胞核內維A酸X受體結合，形成異源二聚體復合物，該復合物作用于鈣通道TRPV6(transient receptor potential cation channel,subfamily V,member 6)的維生素D反應元件，促使腸細胞攝取鈣增加，血鈣水平上升，以利于骨形成。另一方面，1,25-(OH)2-D3與成骨細胞上的維生素D受體相互作用，增加質膜核因子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胞前體上的核因子κB受體活化因子結合，促進破骨細胞分化、成熟，促進骨鈣入血，增加骨吸收[10]。而長期維生素D缺乏，甲狀旁腺激素持續過多分泌，可導致骨吸收大于骨形成，骨密度下降，繼而引發骨質疏松、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，將骨軟化風險降至最低[11]。

當維生素D缺乏時，正常的骨骼結構被削弱，骨折風險明顯增加。此類骨折通常發生于髖關節、脊柱和手腕關節[12]。這不僅會耗費大量的醫療費用、增加社會負擔，還會導致患者生活質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，還易引發應力性骨折。應力性骨折通常是指由于長期高強度、高頻率的負荷訓練，且未得到適當休息，破骨細胞活性大于成骨細胞，骨微結構發生改變而導致的骨折[13]。其多發于運動員和軍隊新兵。應力性骨折占運動損傷的比例高達10%[14]，其中發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，可顯著降低骨折風險[16-17]。在北歐，針對9 605名社區居民進行的大型臨床對照研究顯示，補充維生素D和鈣劑，可使骨折風險降低16%[16]。在美國，2016年國家骨質疏松基金會對總計納入30 970人的8項研究進行統計分析發現，補充維生素D和鈣劑能使總的骨折風險降低15%，髖骨骨折風險降低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、突發加速、減速等)中發揮重要作用。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。基因組效應：1,25-(OH)2-D3通過與肌細胞內核受體的結合，引發信使RNA的基因轉錄和隨后的蛋白質合成，從而增強細胞質內鈣結合蛋白活性，促進鈣內流；并能促進胰島素生長因子的表達，誘導肌細胞分化、增殖，促使骨骼肌增生、肥大[19]。非基因組效應：維生素D的非基因組效應尚未闡明。其可能機制為：1,25-(OH)2-D3與肌細胞表面受體結合，通過促分裂原活化的蛋白激酶和磷脂酶C介導的信號通路，促使細胞外鈣內流，提高肌細胞收縮能力[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調控作用，其表達減少，有利于肌細胞增生[21]。

Ⅱ型肌纖維對維生素D缺乏非常敏感。當維生素D缺乏時，Ⅱ型肌纖維內逐漸出現脂肪浸潤、纖維化，使肌纖維出現萎縮，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[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[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[26]。

此外，補充維生素D能明顯增加Ⅱ型肌纖維的數量和直徑，特別是ⅡA型細胞的數量，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復合制劑的老年人，其跌倒發生率在12個月內下降27%、20個月內下降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，當氧運輸系統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胞對氧攝取能力的影響[31]。而心肌細胞和血管組織內均存在維生素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[32-34]。且對年輕的白人男性職業足球運動員進行的研究發現，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[32]。Forney等[33]研究發現，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]。可見，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與組織損傷修復能力 運動員在高強度的體育訓練過程中，經常會發生運動損傷。為盡快恢復競技狀態，加速組織損傷修復顯得尤為重要。人類骨骼肌通過組織重構來應對運動刺激和組織損傷[35]。在損傷修復過程中，1,25-(OH)2-D3通過抑制細胞增殖、調節成肌細胞生長因子的表達和C2C12骨骼肌細胞內肌肉生長抑素的分泌，促進肌源性細胞分化[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之間的差異。結果發現與低劑量組相比，高劑量組雄性Wistar鼠比目魚肌損傷后，細胞凋亡顯著減少，細胞基質蛋白分泌明顯增加。而細胞基質蛋白對骨骼肌組織損傷后的修復重建發揮至關重要的作用。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、丙氨酸轉氨酶和天冬氨酸轉氨酶水平及單腿等距力量和肌肉酸痛度，結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速度明顯加快，血液循環中即刻和遲發的(48 h、72 h)肌肉損傷標志物丙氨酸轉氨酶、天冬氨酸轉氨酶水平降低，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，可抑制破骨細胞的骨吸收，刺激成骨細胞形成，維持骨質密度及強度；此外，雄激素還有抑制體內脂肪增加、增加個體活力等作用[39]。可見，雄激素對于運動員的運動能力有十分重要的影響。

近年來，關于25-羥維生素D與雄激素關系的研究日益增多。已有多項研究證實，人體內雄激素水平與25-羥維生素D水平密切相關[39-41]。且補充維生素D能使內源性睪酮的產生增加。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：促進雄激素生成和抑制睪酮芳構化。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，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現，高水平的25-羥維生素D可抑制睪酮芳構化，從而使睪酮轉化減少，體內睪酮水平升高[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

維生素D與人體健康關系密切。其缺乏可導致骨吸收增加，骨形成、骨基質產生、骨礦化減少及骨的機械穩定性受損；骨骼肌可出現肌無力，肌肉收縮和肌肉松弛異常等改變；骨骼及肌肉的此種改變，容易引發運動損傷。同時，維生素D缺乏不利于損傷修復，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營養狀況未得到足夠的重視，國內尚缺乏針對我國運動員維生素D營養狀況的全面評估。有研究表明，運動員維生素D的缺乏與其生活地域[7]、季節[46]、種族[47]、運動類型[48-49]等相關。而過量補充維生素D可引發維生素D中毒。因此，未來需全面評估當地運動員的維生素D水平，以制訂合理的維生素D營養方案、科學設計運動計劃。