鐵營養與運動能力

林文弢, 楊 玲

(1.珠?？萍紝W院,廣東 珠海 519041; 2.韶關學院,廣東 韶關 510500)

組成人體的元素很多,被分為常量元素和微量元素兩大類。鐵是人體必需的微量元素之一,直接影響運動員的訓練與比賽能力[1]。人體鐵元素的含量對維持正常生理功能尤其重要,過度運動訓練會引起鐵缺乏甚至貧血,從而影響運動員的身體機能和運動耐力,過多攝入鐵元素又會導致多個器官和組織受損[2]。因此,了解人體鐵的生理功能,探討鐵營養對機體運動能力的影響,及時準確測定出運動員體內的鐵含量,對運動員保證正常身體機能,提高運動能力有重要作用。

1 鐵元素含量與特點

鐵是地球礦物質中含量居第4位的元素,是人體內含量最豐富的必需微量金屬元素。成人體內鐵的正常含量為3～5 g,其中,正常男性每公斤體重含50 mg,正常女性每公斤體重含35 mg,新生兒每公斤體重含鐵元素達60～70 mg[3]。人體內鐵的化合物可分為功能性鐵和存儲鐵兩大類。功能性鐵主要存在于體內酶類,儲存鐵則存在于骨骼肌肌紅蛋白和血液中的血紅蛋白。其中:血液血紅蛋白中的鐵約占60%～70%,其作為氧的運輸載體在體內參與氧的轉運和利用;3%的鐵以肌紅蛋白的形式貯存于肌細胞中;26%～36%的鐵以鐵蛋白或含鐵血黃素的形式儲存于肝、脾、骨髓等組織中;還有一些鐵存在于電子傳遞鏈的細胞色素酶中,參與ATP的形成[4]。在固體狀態下,鐵以金屬或含鐵化合物的形式存在;在水溶液中,則以三價鐵離子的高鐵(Fe3+)和二價鐵離子亞鐵(Fe2+)2種氧化狀態形式存在。食物中多為三價鐵離子的高鐵,人體內鐵主要以二價鐵離子的形式被吸收。人體血液中血紅蛋白(Hb)和骨骼肌肌紅蛋白(Mb)鐵卟啉環分子的鐵為二價鐵離子的亞鐵,可以結合2個氧[5]。當人體消化吸收不良或出現胃病時,食物中的三價鐵離子不能轉化為二價鐵離子。當運動員大運動量訓練或營養不良時,由于缺乏維生素C和維生素A,高鐵不能轉化為亞鐵,從而引起缺鐵性貧血,嚴重影響運動員的身體機能和運動能力。

2 鐵的生物學功能

2.1 構成某些結合蛋白和酶,參與氧氣轉運與貯存

在人體內,鐵是許多結合蛋白和酶的重要組成成分,包括含鐵蛋白類(轉鐵蛋白、鐵蛋白、乳鐵蛋白等)、血紅素蛋白類(血紅蛋白與肌紅蛋白等)、含鐵酶類(無硫、非血紅素酶類)、鐵-硫酶類(脫氫酶類、烏頭酸酶等)等。這些結合蛋白、酶蛋白的生物學作用如表1所示。

表1 哺乳類動物含鐵蛋白及其生物學作用[2]

鐵是血紅蛋白和肌紅蛋白的重要組成成分,參與氧氣的運輸,直接影響人體內的物質代謝和能量代謝。血紅蛋白和肌紅蛋白的含鐵卟啉環分子可以結合2個氧,血紅蛋白從肺部結合氧氣經血液循環到機體各個部分,鐵缺失會影響血紅蛋白的合成及氧氣的運輸。肌紅蛋白可以從血紅蛋白中接受并貯存氧,供肌肉運動所需[6]。

氧是人體內物質代謝和能量代謝最重要的先決條件,人體能源物質中除糖可以在無氧條件下氧化分解外,其余均要在有氧條件下才能分解代謝,同時釋放能量。因此,鐵是人體正常生理功能必需的微量元素。肌肉內Mb的濃度在缺鐵時明顯降低,限制肌肉對氧的利用。鐵可直接影響機體氧氣的運輸、肌肉的有氧氧化及 ATP的形成,進而影響運動能力。因此,鐵對運動員非常重要。

2.2 參與電子傳遞和能量代謝

在肝、脾、骨髓等組織中,鐵以鐵-硫蛋白或含鐵血黃素的形式存在于電子傳遞鏈的細胞色素酶中, 細胞色素含有血紅素的結合位點,血紅素中的鐵卟啉環起著接受電子將Fe2+氧化為Fe3+的作用。通過鐵-硫蛋白及細胞色素構成的電子傳遞系統使代謝物脫出的氫離子氧化為氫質子,經電子傳遞系統傳給氧,最后生成水,同時釋放出能量用于合成ATP,參與細胞的能量代謝。鐵作為構成呼吸鏈中電子傳遞體的重要組成成分,在機體能量代謝中起著非常重要的作用。運動員的運動能力與能量代謝密切相關,鐵可以通過維持機體呼吸鏈的正常功能來影響運動員的運動能力。

2.3 鐵缺乏會影響免疫細胞分化及其功能

鐵是人體細胞分化和生長必不可少的物質,會影響免疫細胞的分化和生長,缺鐵時T淋巴細胞的數量下降。研究[7]表明:蛋白激酶-C活性、脾及純化淋巴細胞的遷移都會因缺鐵而發生變化;鐵是組成過氧化物酶和一氧化氮氧合酶的重要成分,是免疫細胞中發揮酶活性功能的關鍵物質,是決定免疫細胞機能的關鍵酶;人體缺鐵時,細胞介導免疫延遲,免疫機能下降。人體內的轉鐵蛋白除了具有轉運鐵的能力外,還具有免疫調節能力,轉鐵蛋白參與淋巴細胞增殖過程,影響機體的免疫功能和吞噬功能,影響機體抗感染能力。

3 鐵營養對運動能力的影響

鐵作為血紅蛋白、肌紅蛋白和某些功能性酶的主要成分,參與物質代謝與能量代謝,維持人體的正常生理機能,直接影響運動員的運動能力。

研究證明,缺鐵會導致蛋白質合成減少,使血紅蛋白攜氧能力下降,嚴重影響運動員的最大吸氧量,從而影響運動員的有氧代謝能力。在青年越野跑運動員中,17%的男性和15%的女性因缺鐵而導致運動耐力下降[8-9]。對缺鐵運動員及時補鐵的對比研究[10]證明,除100 m跑外,運動員口服硫酸亞鐵0.3 g和維生素C 0.3 g后,俯臥撐、20 s原地高抬腿跑、立定跳遠和三級跳遠等測試成績都比對照組有顯著提高。

鐵缺乏的運動員易疲勞,出現嚴重的心動過速,運動時易產生乳酸堆積,氧氣攝入量下降,肌肉代謝能力降低,導致體力和耐力下降。陳吉棣等[11]研究指出,鐵缺乏使紅細胞變形性降低,容易損傷,存在于細胞內的血紅蛋白失去其運輸氧氣和二氧化碳的功能,影響機體氧氣的供應,使機體的運動能力下降。運動員貧血越嚴重,運動能力下降越明顯,若通過血液回輸增加血液的攜氧能力,其運動能力很快會得到改善,但運動耐力的恢復卻非常緩慢[12]。馮煒權等[13]研究指出,要提高運動員的體能,創造優異運動成績,不僅要注意平衡膳食,更要及時補充微量元素。

經過訓練的機體含有更多鐵,紅細胞的體積和總血紅蛋白較高,活動量增加,使單位肌肉內含鐵酶的數量增加、肌肉質量增長。血紅蛋白數量的高低直接影響運動員的物質代謝和能量代謝水平。運動員丟失鐵較多提示潛伏性缺鐵。因缺鐵而導致機體缺氧會出現各種反應:腦細胞缺氧導致頭暈眼花,注意力不集中;肌細胞缺氧則會全身乏力、疲勞,影響運動能力和技術水平的正常發揮。陳芒等[14]研究發現,排球運動員大強度訓練后引起體內微量元素變化,若鈣、鐵、鎂缺乏,提示應在膳食中增加補充量。強體力活動至力竭,體內鐵元素含量有衰竭現象[15]。

4 鐵營養補充

運動員的鐵營養不僅與日常膳食有關,也與運動訓練強度有關。鐵的補充與膳食中鐵的含量、鐵的吸收與轉運、維生素與酶等關系密切。

4.1 鐵元素日推薦量

膳食鐵的每日推薦供給量應大于人體平均需要量,與每日人體失鐵量有關,運動員從事大負荷訓練,特別是競爭激烈的比賽后,鐵的需要量更大。我國居民鐵元素的每日推薦供給量:0～9歲為10 mg;10～12歲為12 mg;13～16歲,男性為15 mg,女性為20 mg;成年男性為12 mg,女性為18 mg;孕婦與乳母為25～30 mg;45歲以上為12 mg[16]。運動員每天膳食中鐵的需要量應根據實際情況適當增加,特別是女運動員,還要根據不同生理周期進行調整。

4.2 運動員鐵營養補充注意事項

4.2.1 平衡膳食

運動員要創造優異運動成績,必須重視膳食平衡,不僅是量的平衡,更是質的平衡。注意在運動員膳食中搭配含鐵食品,如肝類、蛋黃、豆類及含鐵較多的強化食品,保證鐵的補充。同時,注意補充充足的蛋白質、維生素C及標準量葉酸等。此外,改變膳食中高脂肪和維生素不足的現象,糾正偏食和挑食習慣。

4.2.2 合理安排補充時間

在大運動量訓練和比賽時,運動員的物質代謝和能量代謝加強,需要大量的氧氣,鐵的消耗量也隨之增加。一般來說,運動員缺鐵可分為3個階段:早期稱鐵排空階段, 血清鐵蛋白低于12 μg/L, 此時鐵相關指標如血紅蛋白、總鐵結合能力、轉鐵蛋白飽和度等仍正常,此階段少量缺鐵對運動能力影響不大;第2階段為潛伏缺鐵期,貯備鐵減少或耗盡,表現為鐵轉移減少, 血清鐵含量下降, 總鐵結合能力增加, 轉鐵蛋白飽和度減少,但血紅蛋白仍屬正常范圍;第3階段為缺鐵性貧血,即臨床上的貧血, 表現為血紅蛋白、紅細胞壓積值低下, 細胞體積均值下降。因此,運動員要根據運動訓練的特點及時補充鐵。

4.2.3 女運動員鐵營養補充

正常成年男運動員每日鐵攝入量與排出量基本保持平衡。如一位男性長跑運動員每天訓練2 h,鐵丟失量為1.75 mg,而其攝鐵量為2.29 mg,呈現正鐵平衡。但同樣的運動量,女運動員丟鐵量為2.3 mg,每日吸收鐵僅為1.0 mg,出現負鐵平衡,長期負鐵平衡易導致運動性貧血,因此,女運動員鐵營養補充尤其重要。

5 小 結

體內鐵平衡對人體健康及運動能力至關重要。鐵缺乏會對運動員的運動能力和最大耐力產生負面影響。在運動訓練過程中,根據運動員的實際情況,通過膳食等適時適量進行鐵營養補充,可提高運動員的身體機能,促進能量物質的合成,增強機體的免疫力,為其大運動量訓練和比賽夯實基礎。