網球運動營養補劑
——機制、效果和策略

信澤坤,李佳,吳迎

1(北京體育大學 競技體育學院,北京,100084)2(國家體育總局運動應激適應重點實驗室,北京,100084) 3(江蘇艾蘭得營養品有限公司,江蘇 泰州,214500)4(北京體育大學 運動人體科學學院,北京,100084)

現代網球比賽對運動員機體疲勞的恢復提出了更高的要求。一方面,職業網球賽季漫長,運動員經常一周多賽或頻繁轉訓[1];另一方面,網球比賽強度較高、時間較長,賽中運動員心率可達200 次/分[2],一場比賽平均持續3～4 h,且運動員常在高溫環境下比賽[3](圖1)。基于此,及時補充運動營養品十分必要。大量研究證實,有效地補充相關補劑可明顯改善高強度網球訓練或比賽誘導的機體神經系統能力下降、內環境穩態失調、代謝產物堆積、水鹽離子大量丟失等現象[4-6]。隨著科學化訓練理念的逐漸深入,網球運動員和教練員意識到科學補液的重要性,在平時訓練或比賽前、中、后會選擇使用一些營養補劑提高機體運動表現或恢復水平。但是,目前針對網球運動的補劑研究較多,如何“對癥下藥”需要對前人的研究進行系統梳理。因此,本文綜述了可提高網球運動員運動表現和促進機體疲勞恢復的常見營養補劑,以期為網球運動實踐中科學合理的使用營養補劑提供參考。

圖1 網球運動的比賽特征及生理概況Fig.1 Characteristics of the game and physiological profile of tennis

1 資料和方法

1.1 資料來源

由第一作者在2022年11月檢索Web of Science、EBSCO、PubMed 和 Cochrane 數據庫收錄的文獻。檢索時間設置為1990年1月至2022年11月。英文檢索詞為“nutritional supplement, ergogenic aid, supplements, caffeine, creatine, bicarbonate, beta-alanine, nitric oxide precursors, glycerol” and “tennis, sports performance, recovery”。檢索文獻類型的主要類型為研究原著、綜述和薈萃分析。

1.2 入組標準

納入標準:通過關鍵詞對文獻進行檢索,將檢索出來的文獻根據題目與摘要進行篩選,通過文獻閱讀后提煉出與該文內容相關的研究論文、著作和綜述。排除標準:文章內容與該文研究內容不相關、實驗設計不合理或者統計標準不科學。

1.3 數據提取

共檢索到英文文獻376篇,初期通過閱讀文章標題和摘要內容進行篩選,排除與本文研究相關性較低、內容不完整篇和重復文獻312篇,剩余64篇文獻,之后進行仔細閱讀篩選,最終納入19篇文獻,見表1,圖2。其中,與補充咖啡因相關的研究有9篇,補充肌酸相關的研究有2篇,補充鈉鹽相關的研究有2篇,補充一氧化氮前體物質相關的研究有5篇,補充甘油相關的研究有1篇。

表1 營養補劑在網球運動中的研究Table 1 Studies of nutritional supplements in tennis

圖2 文獻篩選流程圖Fig.2 Flow chart of literature screening

2 營養補劑對網球運動的影響

2.1 咖啡因對網球運動的影響

2.1.1 對運動表現的影響及潛在機制

咖啡因(1,3,7-三甲基黃嘌呤)作為一種能夠提高中樞神經系統興奮性的黃嘌呤類生物堿化合物廣泛存在于茶、咖啡、可樂等食品中[29]。咖啡因通過拮抗腺苷受體對中樞神經系統產生影響,導致興奮性神經遞質釋放增多,神經元放電率增加[30]。咖啡因具有和腺苷相似的分子結構,攝入咖啡因后主要與集中在大腦中的A1、A2a型腺苷受體結合[31],增加神經遞質濃度,例如血清素、多巴胺、乙酰膽堿等[32]。攝入咖啡因對身體機能具有全方位的影響,包括中樞神經系統(影響認知和勞累感知)、激素(血漿兒茶酚胺分泌)、代謝(減少糖原消耗)、肌肉(提高耐力水平)、心血管(增加心率)等[33]。

中樞性疲勞是在長時間網球比賽中運動員表現下降的主要原因[4]。疲勞會導致網球運動員擊球質量下降[34]、發球速度降低和失誤增加[35]。咖啡因可以通過增強腦力(包括注意力、警覺性和興奮性),減弱中樞性疲勞從而提升運動表現[30]。咖啡因還可以通過激活肌漿網的Ca2+釋放通道,減弱由Ca2+釋放減少所引起的疲勞[36]。研究人員觀察發現在長時間網球比賽后,血漿支鏈氨基酸(branched chain amino acid, BCAA)水平下降和非酯化脂肪酸水平升高[37],并在游離脂肪酸介導下增加大腦中的色氨酸(tryptophan,Trp)供應[12],從而增加5-羥色胺的合成。而神經遞質5-羥色胺的活性增強可能會導致中樞性疲勞[38]。同樣的,DAVIS等[38]描述在長時間運動期間血漿中游離Trp/BCAA比值增加時,最終會導致大腦血清素水平升高。顯而易見的是,如果Trp/BCAA比值增加是中樞神經系統和運動感知能力下降的前兆,那么就可以通過攝入營養補劑來減少長期比賽時的不利反應。例如,FERRAUTI等[11]研究發現攝入咖啡因對網球運動成績有著積極影響,攝入咖啡因導致運動后腎上腺素在尿液中的濃度顯著升高,從休息到運動的代謝轉變得到改善,誘導運動員加快代謝以適應局間休后的運動負荷;當補充咖啡因(5 mg/kg)和CHO的混合溶液時,發球速度、反手擊球和折返跑成績均得到提高。但也有研究發現補充咖啡因并無益處,STRüDER等[12]研究驗證在4 h網球單打比賽前單獨補充咖啡因并不會改變神經內分泌反應和提高網球運動成績。

咖啡因的能量生成效應在達到致能閾值(≥3 mg/kg)時得到了證實。例如,補充相同劑量含咖啡因的功能飲料提高了優秀青少年網球運動員的專項素質表現(握力、沖刺速度等)[17];進而言之,攝入6 mg/kg咖啡因膠囊提高了疲勞后網球擊球測試期間的表現[13];REYNER等[16]研究發現攝入少量咖啡因(80 mg)不能降低睡眠不足(5 h)比正常睡眠(8 h)對發球造成的不利影響。此外,咖啡因對不經常攝入的受試者影響更大,而經常攝入咖啡因則會出現一定的耐受性,從而降低性能優勢[39]。故在今后的研究中,要對受試者日常攝入咖啡因的量進行調查,防止因“耐受性”或“戒斷反應”[40]對實驗造成干擾。

上述實驗結果并不一致的主要原因可能與實驗方案存在差異和測試指標不同有關。HORNERY等[14]研究發現補充咖啡因(3 mg/kg)改善了發球的動作階段,并且提高了模擬比賽最后階段的發球速度。建議研究人員重新考慮HORNERY等[14]的倡議,從生理指標(血乳酸、血糖和催乳素等)、主觀反應(熱感覺與努力感知)、運動表現(擊球速度和準確度)、網球生物力以及特定感知技能的多個方面量化補充咖啡因的代謝效應和潛在的能量益處,而不僅僅是簡單地評估測試結果(擊球的速度和準確性)。值得注意的是,研究中攝入咖啡因具有利尿作用,導致身體缺水[41]。但STRECKER等[15]發現,攝入3 mg/kg咖啡因溶液對水合狀態沒有負面影響,與對照組相比,咖啡因組折返跑成績更好,而且模擬比賽后期的擊球表現也得到了提高。故根據現有研究,在運動前60～90 min內攝入一定劑量(3～6 mg/kg體重)的咖啡因對網球運動表現有著積極的影響,例如,提高發球速度與沖刺能力。

2.1.2 補充方案

通過飲用含咖啡因的功能飲料是攝入咖啡因最常見和最簡單的方法之一[42]。攝入咖啡因10 min左右會被人體吸收并出現在血液之中[43],通過膠囊或飲料攝入時,并沒有明顯差異[44],嚼咖啡因口香糖時吸收速度更快[45]。與網球相關的大部分研究都在實驗前30～60 min攝入中等劑量(3～6 mg/kg體重)的咖啡因。目前尚不清楚改善運動表現的最低劑量范圍(可能<2 mg/kg),在攝入較高劑量范圍時(>9 mg/kg)會引起比較大的不良反應,例如心跳加速、緊張或焦慮等[46]。

2.2 肌酸對網球運動的影響

2.2.1 對運動表現的影響及潛在機制

肌酸(N-甲基胍乙酸)在體內與磷酸組成高能磷酸化合物磷酸肌酸(phosphocreatine, PCr)[47]。PCr是維持最大運動以及運動和休息過渡期間緩沖肌肉內ATP變化的主要“燃料”[48]。劇烈運動時隨著PCr耗盡,ATP再合成速率受限,能量可利用性降低。外源性補充一水肌酸可以增加肌內PCr濃度,從而加快ATP的再合成速率[49]。因此,補充肌酸可以增強高強度運動期間的表現,例如增加力量輸出、加快恢復和提高訓練適應等[50]。

但目前與網球的相關研究中并未報道補充肌酸的益處。同時,缺乏標準化的實驗方案來準確評估網球運動員的擊球表現。基于此,VERGAUWEN等[54]設計出新的測試程序LTPT(the Leuven tennis performance test,LTPT),用于評估精英網球運動員在近似比賽條件下的擊球質量。例如,EIJNDE等[19]讓8名訓練有素的網球運動員在5 d內每天分4次攝入20 g肌酸或者安慰劑,之后進行LTPT測試,2種方案間隔5周的洗脫期。結果顯示,與安慰劑相比,攝入肌酸并不會提高網球的擊球質量和沖刺表現。PLUIM等[20]研究證實補充肌酸對網球運動并無增益效果,長期(5周)補充肌酸組的體重增加。

值得注意的是,上述實驗由于并未測量肌肉內磷酸肌酸含量,故并不排除部分受試者對肌酸補充無反應[52]。此外,補充肌酸(或聯合甘油)可能會因細胞的體積增加來提高液體潴留水平[48],進而增強在高溫下運動的耐受性[55]。因此,對于網球這項經常在炎熱環境下訓練或比賽的運動來講,補充肌酸或可作為降低熱相關不利影響的有效手段。綜上,補充肌酸沒有提高網球運動員的技術與沖刺表現,未來應該進一步研究確定補充肌酸是否有利于網球運動員結合力量訓練計劃來提高運動成績。

2.3 鈉鹽緩沖劑對網球運動的影響

2.3.1 對運動表現的影響及潛在機制

碳酸氫鈉(sodium bicarbonate, SB)和檸檬酸鈉(sodium citrate, SC)是增強體內細胞外緩沖能力的運動營養補充劑[58]。細胞外緩沖液在維持內、外環境穩態和電解質平衡方面發揮著重要作用。大量研究表明,補充SB后提高了峰值功率[59]和總輸出功率[60],從而改善短期高強度間歇運動的表現。具體而言,在網球比賽期間,高強度運動產生H+的累積可能會抑制肌肉的代謝和收縮過程,導致肌肉力量和爆發力下降,并產生運動性疲勞[61],最終影響運動表現。而補充SB則可以加速H+的中和,減少肌內H+的累積,改善酸堿平衡,積極促進肌肉受“酸中毒”限制的運動恢復[58]。

鑒于現有2項研究中攝入鈉鹽緩沖劑的益處,補充鈉鹽誘導pH增加可以提高網球測試成績。有研究稱,碳酸氫鈉因受試者訓練水平的高低而產生不同的效果[65],因此,未來的研究應考慮針對不同訓練水平的受試者(業余愛好者、職業運動員和精英運動員)開展實驗,以確定碳酸氫鈉的效果是否因訓練狀態而異。同時,還需要確定補充不同劑量鈉鹽對神經肌肉和反應能力的影響以及在延緩疲勞時間上的優勢。

2.3.2 補充方案

在網球與鈉鹽相關的兩項研究中,WU等[21]使用模擬比賽前90 min攝入0.3 g/kg體重的250 mL的SB溶液,之后測試期間再攝入0.1 g/kg體重的補充方案;而CUNHA等[22]使用測試前2 h攝入500 mL水和0.5 g/kg的SC膠囊的補充方案。碳酸氫鈉產生效果的最佳時間和劑量通常是在運動前60～180 min補充0.3 g/kg體重的碳酸氫鈉。血漿中碳酸氫鈉濃度大約在攝入120～150 min后達到峰值水平[66],但是個體之間的血漿碳酸氫鈉濃度峰值時間差異很大。因此,應該評估個體在補充碳酸氫鈉后血漿碳酸氫鹽濃度達到峰值的時間,并根據個人特點來調整運動前的碳酸氫鈉攝入量和攝入時間點,以達到更好的效果。

2.4 一氧化氮前體物質對網球運動的影響

2.4.1 對運動表現的影響及潛在機制

精氨酸在人體內的生物利用度是影響網球運動表現的因素之一。當口服補充L-精氨酸時,大部分被用于肝臟中的尿素循環,只有小部分用于生成NO[71]。例如,BESCS等[23]研究發現連續3 d口服不同劑量的L-精氨酸(5.5、9、20 g/d),都不會改善高水平網球運動員的跑步經濟性。口服精氨酸的限制在于高活性的精氨酸酶阻止腸道補充的L-精氨酸進入全身循環之中。當精氨酸聯合蘋果酸或者支鏈氨基酸補充可以提高L-精氨酸在體內的生物利用度。此外,補充瓜氨酸同樣可以增加NO的生成[68]。例如,GLENN等[25]研究發現口服瓜氨酸后女子大師網球運動員的握力、爆發力以及峰值功率均有所提高。YANG等[24]研究在“開放環境”下聯合補充支鏈氨基酸、精氨酸和瓜氨酸對運動知覺能力的影響。結果顯示,與安慰劑組相比,實驗組模擬比賽后的擊球準確性和一致性更高,比賽期間的心率和自感勞累評級更低,同時Trp/BCAA比值顯著降低。正如前文所述,血漿中的BCAA濃度升高導致Trp/BCAA值降低,大腦中5-羥色胺合成減少,從而緩解中樞性疲勞,提高運動知覺能力[25]。

當前研究表明補充L-精氨酸對未經過訓練或者中等訓練水平的受試者確實有效果,但當實驗對象是訓練有素的運動員時,L-精氨酸對其運動成績的提升并不明顯[68]。當L-精氨酸聯合BCAA補充時對訓練有素的網球運動員產生了積極影響。未來需要進一步的研究來證實單獨補充L-精氨酸是否因受試者水平高低而產生不同效果,還需要更多的研究來說明不同補充策略(即單獨補充精氨酸、瓜氨酸和聯合氨基酸補充)對網球運動表現的實際影響,以期在訓練或比賽中更好的制定補充策略。

對于更能適應訓練的高水平運動員來說,攝入小劑量的硝酸鹽可能不會產生有益影響。例如,FERNNDEZ-ELAS等[27]研究發現,職業運動員急性補充70 mL濃縮甜菜根汁并沒有產生任何益處。由于精英運動員血漿中的亞硝酸鹽水平要明顯高于業余愛好者,加之過度的訓練增加了運動肌肉的血流量,導致NO內源性生成量較高[74]。因此,需要攝入更高劑量的硝酸鹽來產生額外的致能作用,從而提高運動表現[75-76]。同樣的,LPEZ-SAMANES等[26]研究發現急性補充小劑量甜菜根汁對高水平網球運動員的身體素質并未產生有益影響。

2.4.2 精氨酸補充方案

L-精氨酸可以在腎臟中內源性合成,每天膳食補充量為4～5 g。L-精氨酸的補充劑量和時間在不同的實驗中不盡相同,BESCS等[23]采用了短期補充L-精氨酸的方案,而GLENN等[25]采用急性攝入瓜氨酸的補充策略。無論是在運動前60～90 min急性補充0.15～0.2 g/kg 體重的L-精氨酸或是持續4～7周每天補充1.5～2 g的長期補充方案都被證明可以提高運動時無氧和有氧能力[78]。此外,大量研究表明,血管舒張和血流量增加都與L-精氨酸和NO的生成有關。因此,精氨酸對訓練適應有著積極的影響。

2.4.3 硝酸鹽補充方案

2.5 β-丙氨酸對網球運動的影響

2.5.1 對運動表現的影響及潛在機制

β-丙氨酸(beta-alanine, BA)通過提高肌肽濃度發揮作用[82]。肌肽的基線水平存在個體差異,補充BA后,不論是訓練有素的運動員或是未經訓練的人群,骨骼肌中肌肽的含量都會有所增加[83]。此外,由BA作為限速前體合成的二肽肌肽在生理機能中發揮著重要作用[84]。例如,肌肽是最重要的細胞內緩沖液之一[85],相比碳酸氫鹽而言,肌肽以更快的速度減弱由運動誘導的“酸中毒”從而緩解運動疲勞[86];肌肽也可以通過調節鈣離子敏感性改善肌肉的收縮過程[87];肌肽還可以通過清除單線態氧和自由基來發揮抗氧化劑的作用[88],從而減少氧化應激反應,改善高強度運動的表現。

補充BA不僅可以延緩疲勞還可以改善高強度運動的表現。例如,SAUNDERS等[89]描述疲勞時間的延長與肌肽濃度的增量之間具有很強的相關性(r=0.8),在110%最大功率下的自行車試驗中,補充BA后疲勞時間延緩了11.8%[90]和12.1%[91];補充BA后間歇運動表現提升0.2%～3%[92]。網球是一項復雜的高強度間歇運動,同時需要無氧和有氧工作能力,還需要長時間保持力量和爆發力。補充BA不僅可以緩解由pH下降導致“酸中毒”所引起的性能下降,同時,肌肽還可以發揮抗氧化劑的作用,延緩神經肌肉疲勞時間,改善高強度運動期間的表現[83]。此外,當BA和肌酸、碳酸氫鈉等其他運動補給聯合使用時,能發揮更大的緩沖作用,但是需要補充足夠的劑量(4～6 g/d)和時間(大于4周)[83]。未來需要更多的研究,來闡明補充β-丙氨酸在網球運動中的作用。

2.5.2 補充方案

BA最常見的補充策略是長時間補充4～6 g/d的劑量。攝入BA 3 h后恢復基線值,故每次補充間隔 3 h或更長時間的效果更佳[83]。持續補充4周BA可以增加40%～60%的肌肉內肌肽濃度。不建議急性補充BA,因為單次大劑量補充BA可能會引起強烈的副作用,例如感覺異常等[83],全天小劑量多次服用可以緩解癥狀或避免副作用的發生。個體對補充BA的反應存在差異,實驗的洗脫期一般為6～15周[93]。

2.6 甘油對網球運動的影響

2.6.1 對運動表現的影響及潛在機制

甘油(C3H8O3)是甘油三酯在代謝過程中的產物[94],在運動營養領域已經被證明是一種安全有效的高水合劑[51]。身體的水合狀態會影響日常訓練和比賽中的運動表現,當機體過度脫水時會造成諸多不利影響。甘油由于具有脂溶性和滲透活性的特點可以通過產生滲透梯度,增加液體潴留,誘導機體過度水合以抵消脫水的不利影響。當口服攝入甘油后,首先通過被動擴散的方式迅速被腸胃所吸收[95],之后均勻地分布在除腦脊髓液和房水的液室中,并逐漸形成滲透梯度,平衡細胞內外的液體濃度[96]。當甘油經過腎臟時, 主要以被動擴散的方式被近曲小管所吸收[97],導致腎髓質濃度梯度升高,增加了對水的再利用[98],降低了自由水清除率,尿量減少,導致更多地液體潴留[99]。

補充甘油在液體潴留方面有著良好益處,但其關于運動性能的研究結果并不一致。例如,補充甘油對無氧運動表現的影響微不足道[100];有氧運動方面,多數研究支持補充甘油誘導高水合狀態可以改善長時間耐力運動表現。例如,加快完成實驗、延緩力竭時間和提高峰值功率等[100-104]。在唯一一項關于網球的研究中,MAGAL等[28]讓11名訓練有素的網球運動完成2項試驗,實驗包括3個階段:比賽前150 min誘導高水合狀態,75 min模擬比賽誘導運動脫水以及比賽后90 min再水合作用,并在每個階段進行沖刺、靈敏以及網球技能測試。結果發現,與僅攝入水相比,補充甘油組的受試者擁有更高的水合狀態,液體潴留量顯著增加,但不會提高與網球相關的技能和素質測試表現。

職業網球比賽經常在炎熱的環境下進行,運動持續時間長,運動員出汗量可達到2.5 L/h[102],隨著脫水程度的增加,身體核心溫度也隨之升高[103],對運動表現造成不利影響。因此,在訓練和比賽前誘導高水合狀態對網球運動員來說至關重要,未來需要進一步的研究來確定補充甘油對網球運動表現的實際影響。

2.6.2 補充方案

在網球比賽中,運動員每小時的液體流失量會導致體重下降0.5%～2.7%[8],當運動量足以使身體脫水超過2%體重時,應考慮補充甘油來保持身體水分[104]。一般常見的補充方案是在運動前攝入1～1.5 g/kg體重的甘油,這個劑量范圍的血漿甘油濃度將達到15 mmol/L,能夠保證最大限度的液體潴留[94]。無論是在運動前、運動中還是運動后階段,補充甘油都會增加體內的液體潴留。推薦在運動前60～150 min補充1～1.2 g/kg和20～26 mL/kg體重的液體來達到高水合狀態,詳情請參考國外指南[104]。再者,當甘油和含其他成分的液體一同攝入時[104-106],不僅可以提高液體潴留還可以提供額外的益處,比如和碳水化合物溶液(含鈉、鉀等成分)一同攝入時,有利于改善口感以及降低低鈉血癥的發生風險[104]。

3 小結

近年來網球運動員和教練員越來越重視營養補充,合理使用各類營養補劑可以為機體提供諸多益處(圖3,表2)。目前,咖啡因、鈉鹽緩沖劑以及一氧化氮前提物在提高網球表現和促進恢復方面表現出積極效果,但是對于各類補劑作用機制的研究還不夠深入。未來需要進一步深入研究來確定這些營養補劑的作用機制、劑量和效應關系,以及聯合使用補劑是否對網球運動員表現和恢復過程有協同或拮抗效應,以期指導網球運動實踐。

表2 營養補劑在目前網球研究中的作用Table 2 The role of nutritional supplements in current tennis research

圖3 不同營養補劑的相關物質促進網球技能和專項素質理論模型Fig.3 Theoretical model of different nutritional supplements related to substances promoting tennis skills and specific qualities注:CNS:central nervous(中樞神經系統);Cr:creatine(肌酸);Car:carnosine(肌肽);圖中數字代表對應的相關參考文獻序號。