低能量可利用性與運動人群的骨健康

摘 "要：運動人群會經歷高能量消耗過程，尤其是在大強度的訓練期間，運動能量消耗高，能量攝入減少。低能量可用性被認為是低骨密度的起始因素。短期后果包括骨代謝的短期變化和骨應力損傷風險的增加，長期后果包括骨質疏松癥和相關的脆性骨折。低能量可用性降低骨骼健康的程度可能取決于能量缺失程度。應充分認識到適當飲食策略重要性，以確保足夠能量支持訓練、以及體育活動，運動干預策略應受到關注。

關鍵詞：低能量可利用性；骨健康；能耗；運動干預

Low Energy Availability and Bone Health of Exercise Population

GONG Xuwei1 WEI Jianxi2 FENG Yan2

（1.Department of Sports， Nanjing university， Nanjing， Jiangsu Province，210093 China;2.The Lab of Military Conditioning and Motor Function Assessment， Military Foundation Department， the Army Engineering University of PLA， Nanjing， Jiangsu Province， 211101 China）

Abstract： The sports population will experience a high energy consumption process， especially during high-intensity training， where the energy consumption is high and the energy intake is reduced. Low energy availability is considered a starting factor for low bone density. The short-term consequences include short-term changes in bone metabolism and an increased risk of bone stress damage， while the long-term consequences include osteoporosis and related brittle fractures. The degree to which low energy availability reduces bone health may depend on the degree of energy deficiency. The importance of appropriate dietary strategies should be fully recognized to ensure sufficient energy to support training and physical activities， and exercise intervention strategies should be given attention.

KeyWords： Low energy availability; Skeletal health; Energy expenditures；Exercise Intervention

優化骨骼健康對于預防人類一生中的骨折和骨質疏松癥至關重要[1]。身體活動，特別是產生中度至高度骨組織應變的動態活動，是確保骨骼適應能力最重要組成部分之一[2]。青春期的體育活動可能對確保強壯的成年骨骼特別有影響，35%的成年骨骼質量是在青春期生長高峰期實現的[3]。事實上，與非運動型運動員相比，青少年和成年運動員通常都有更大的區域骨密度（Bone mineral density，BMD）[4]。

然而，盡管高水平的運動對骨骼有好處，但在高強度的體能訓練和重復的機械負荷期間，尤其是在能量攝入受到限制的情況下，運動人群患骨應力損傷（Bone stress injuries，BSIs）的風險都會增加[5]。例如，大量耐力訓練的時間需求往往會限制運動員的飲食，從而導致無意中能量供應不足，難以持續滿足能量需求。因此，耐力運動員患低能量可利用性（Low energy availability，LEA）的風險很高[5]。據報道，約31%的女性長跑運動員和25%的男性長跑運動員在訓練中出現這種情況[6]。

另外，運動人群可能都會經歷高能量消耗過程。由于補給限制，控制飲食或作為訓練目標的一部分，高運動能量支出和食物攝入受限是促成因素。長時間的能量消耗會對健康和職業行為產生負面影響，并可能削弱運動效能[7]。因此，充分認識其中內在原因，可有助于設計日常運動訓練計劃，減少BSIs的風險。

1運動環境中潛在低能量可利用性與骨健康

1.1能量的平衡和能量可利用性

能量平衡被定義為每日能量攝入和每日總能量消耗（即運動和所有其他生理過程）之間的差異。理論上，能量的不足或過剩將分別導致身體質量的損失或增加。然而，慢性和/或嚴重LEA會降低基礎代謝，試圖通過抑制非即時必需的生理功能來恢復能量平衡，從而導致每日總能量消耗的補償性減少[8]。由于基礎代謝的這種補償，估計能量可用性而不是能量平衡可能更適合于識別與運動相關的能量不足的個體[5]。

能量可用性定義為從能量攝入中減去運動能量消耗后，每天基本生理過程的剩余能量，標準化為千克無脂肪質量（fat-free mass，FFM）。能量可用性gt;45 kcal/kg /FFM/天是實現和保持最佳能量狀態所必需的，以支持健康和功能需求[9]。當能量攝入減少和/或運動能量消耗增加，破壞體內平衡，導致身體調整以節省能量消耗，從而導致激素、代謝和其他生理過程中斷時，個體被認為患有LEA[5]。

當前，評定和檢測LEA是困難的，有幾個問題需要考慮。能量可用性的實時記錄和生理評估是對能量狀態的間接測量，缺乏敏感性，因此并不總是可靠或有效的。例如，自我報告的飲食攝入低估了能量攝入5-21%[5]。廣泛采用問卷調查，目的是了解可能存在能量供應不足的健康史、營養狀況和習慣。

1.2運動環境中的相對能量不足

近年來，即使是亞臨床的能量限制和無意的能量不足也會導致女性月經功能障礙和骨骼健康受損[4]。這一概念框架后來得到了擴展，國際奧林匹克委員會定義為運動相對能量不足，導致健康和運動表現受損。另外，國際奧委會強調，女性和男性運動員都可能出現能量缺陷，從而對健康和運動表現產生負面影響[10]。盡管在女性運動員中首次描述了低能量可用性對健康有害影響的證據，但研究表明運動相對能量不足男性和女性都有患BMD和BSIs損傷的風險[11]。

LEA估計會影響22-58%的不同運動項目的運動員[5]。未來的研究需要重新確定普通人群中LEA的方法，確定普通運動人群臨床相關性閾值，并為優化健康和運動表現的能量可用性提供有針對性的指導。與運動員一樣，一些特殊運動群體也容易受到BSIs的影響，尤其是開始時經受嚴格的訓練期間[5]。低能量可用性可能與該人群BSIs風險的增加有關，但在最初的體能訓練中，飲食行為并不一致，受訓者往往會受到BSIs的額外風險因素的影響，包括體力活動增加、睡眠不足和心理壓力[5]。

1.3運動環境中骨應力損傷的病理生理學

BSIs從較輕的應力反應（如骨膜水腫）到應力性骨折，其特征是局部疼痛。病理生理學認為是由于重復的機械負荷，骨組織內引起疲勞性的微觀損傷[5]。當微觀損傷重塑時，受損組織吸收后的骨形成和礦化會暫時會滯后。導致孔隙率和應力集中，持續加載時可能導致進一步的微觀損傷，宏觀損傷累積，并最終導致結構破壞[12]。

矛盾的是，替換疲勞損傷組織是必要的，雖然重塑修復反應可能有助于BSI的病理生理學，但也可能預防BSI[13]。骨組織對伴隨修復反應而發生的重復機械負荷的另一個主要反應是骨適應性形成。這種形成反應獨立于先前的吸收，增加了骨的強度和抗疲勞性[14]。

在耐力運動員和特殊運動群體中，BSIs最常見于脛骨和跖骨[15]。報告顯示，在初級體能訓練中，多達7%的男性和20%的女性經歷了BSIs[16]。此外，BSI的發病率隨研究人群的不同而不同，每年有高達20%的男女大學生跑步者患有BSI [17]。BSI通常需要較長的恢復時間，并伴隨著再次損傷風險、持續發病、無法重返日常運動，造成衛生系統的巨大成本壓力導致BSI的風險因素是多因素的，但低能量利用率和性腺功能減退等內分泌紊亂是最常見的，尤其是在運動員中[5]。

2低能量利用性對運動人群骨健康產生的影響

骨骼健康通常被視為承受負荷應力和避免骨折的能力。BMD占骨強度變化的50-70%，低BMD是抗體重耐力運動員骨應力損傷的危險因素[18]。低體脂、參加耐力運動的男性運動員的LEA與下丘腦-垂體-性腺軸的抑制有關[19]。在極端情況下，這種抑制會導致功能性性腺功能減退，表現為睪酮生成水平下降。睪酮是男性骨骼健康的重要介質，通常認為是合成代謝的，因為它既刺激骨骼形成又抑制吸收[20]。運動員過度的耐力訓練會破壞睪酮的產生，多壓力職業活動、心理壓力、睡眠不足和飲食受限也會破壞特殊人群睪酮的產生[5]。但目前，尚不清楚低能量利用率對骨健康產生影響的確切機制。

2.1急性低能量利用性與骨健康

急性LEA在運動員和特殊受訓人員中很常見，可能持續數周到數月，無論是有意還是無意[7]。運動員在季前賽期間或周期性降體重期間特別容易患LEA，而特殊受訓人員在最初的體能訓練中更容易感染LEA。由于控制飲食作為訓練目標的一部分，運動期間較高的能量消耗和食物攝入受限可能是運動員和特殊受訓人員LEA的促成因素[5，7]。

運動季前賽和初始軍事訓練都伴隨著BSI風險的增加，這可能是多種因素共同作用的結果。特別是，加強體能訓練會引發微觀損傷和孔隙率的病理生理級聯反應。這與能量利用率的潛在下降、心理壓力和睡眠不足相結合，損害了產生適應性骨形成反應所需的骨代謝過程[7]。總之，即使在相對較短的強化訓練、LEA、睡眠剝奪和/或壓力增加的情況下，特殊受訓人員的BSI風險短暫升高，評定能量攝入、睡眠和恢復都是降低BSIs風險的可能機會[5]。

急性LEA可顯著影響對維持骨骼健康至關重要的激素和生長因子水平。在特殊受訓人員中，短時間的艱苦訓練會導致皮質醇增加和IGF-1減少，這兩種變化都會對骨代謝產生有害影響[10]。經過8周艱苦的特殊受訓人員進一步證明了充分的EA的重要性。與未接受補充能量的男性相比，接受補充能量男性的骨形成生化標志物的血清濃度增加[21]。證據表明，一段時間的嚴格身體訓練需要足夠的能量攝入來支持運動誘導的骨骼合成代謝[22]。目前，研究主要集中在能量對骨代謝的影響上。

另外，重要的微觀和宏觀營養素的減少可能伴隨著低能量可用性，因此也可能在骨代謝的不利變化中發揮作用[7]。在接受特殊訓練的男性中，睡眠不足和急性LEA會導致內分泌和代謝功能的廣泛紊亂。在極端能量不足的情況下，短至5天的訓練期會導致循環皮質醇增加，同時甲狀腺T3和甲狀腺素T4、睪酮、激素濃度降低[23]。在8周的作戰訓練中，也觀察到類似的結果。同時，觀察到約1000千卡/天的能量損失，也會對骨代謝產生負面影響[24]。當前，由于能量供應減少而導致內分泌功能急性變化的長期后果尚不清楚，需要運動群體中進行進一步調查。

2.2長期低能量利用性與骨健康

慢性LEA是參加強調耐力訓練、低體重運動所關注的問題。同樣，一些特殊行業有身體質量指數的就業標準，而且有證據表明飲食紊亂，尤其是在女性群體中。骨骼健康狀況不佳是公認的與慢性LEA相關的臨床表現[5，7]。與月經異常或能量充足的女性人群相比，功能性下丘腦性閉經與LEA密切相關，患有閉經和/或估計LEA的運動員全身、軸向和闌尾部BMD面積較低，骨微結構較差（即較低的皮質和小梁體積BMD、皮質厚度和小梁數量，以及較大的皮質孔隙率和小梁分離），BSI的風險增加[7]。

男性長期低能量利用率與骨骼之間的關系尚不清楚，但內分泌紊亂，包括性類固醇和IGF-1的減少，可能會擾亂骨骼健康[25]。經過8周的大能量訓練后，男性士兵的骨形成標志物減少，骨吸收標志物增加。在停止訓練后2-6周，當體重恢復到訓練前的值時，骨特異性堿性磷酸酶仍在下降，表明骨形成滯后。而這種骨形成的減少與全身骨礦物質含量的減少相吻合[24]。

執行特殊任務的人群7-10個月后，全身骨礦物質含量和區域BMD損失也很明顯，在此期間，觀察到體重損失1.9%[26]。在穿越南極61天的過程中，6名女性人員減輕了13%，骨骼形成和中骨骼骨密度下降。脛骨宏觀和微觀結構沒有變化，這表明機械負荷在能量效率期間具有保護作用[27]。這些研究表明，專業的特殊訓練和能量消耗會導致骨形成減少、骨吸收增加和中骨骼骨量丟失[7]。

在體能訓練中，負重部位的應力性骨折很常見，女性比男性更常見。骨骼損傷表明體能訓練具有較高的機械應力，但在低能量可用性的情況下，骨形成減少和骨吸收增加可能會降低骨的機械強度，并在重復加載的情況下微裂紋擴大等[7]。

另外，慢性LEA引起的骨密度損失和骨微結構變化不太可能完全可逆，并可能在停止運動期間或之后增加骨質疏松癥和脆性骨折的風險[5]。雖然BSI通常是營養不良和區域低BMD的運動員骨骼健康受損的最早指標，但也可能發生創傷性骨折。低體重指數是慢性LEA的另一個指標[4]。此外，事實上，BMI≤17.5 kg/m2與低BMD和BSIs風險增加有關，盡管這只是慢性LEA的替代標志[28]。目前，尚不清楚LEA長期后果是否是易患急性LEA的人群中反復發作的結果。

3預防與治療

3.1預防

LEA的預防側重于優化營養和EA的非藥物策略。建議為運動人群提供專業的營養咨詢，重點關注最佳的能量和營養供應，以支持周期性訓練、特定的身體要求，并預防傷病[29，30]。

任何試圖有意改變身體成分（包括減肥）的運動人群都應接受專業咨詢，確保制定有時限的營養治療計劃，并制定安全有效的指導方針，最終重建足夠的EA和體重穩定性。鼓勵損傷人員保持最佳的EA，以及正確的步態[31，32]，以實現最佳的康復[29]。

應定期進行健康檢查，監測運動人群，有助于識別過度訓練綜合征的癥狀和運動人群患LEA的風險。主要職責是診斷LEA，并使用LEA指導運動人群重返，而不會造成進一步損傷的風險[33，34]。此外，應評估運動人群的身體狀況，作為跨學科團隊的一部分對運動人群進行治療和康復，并監督運動人群安全返回賽場[35，36]。

應篩查/解決運動人群的飲食失調和飲食紊亂，以及控制EA。嚴重的飲食失調病例可能需要在重癥門診、住院或住院環境中與營養師合作。為了幫助預防LEA，應制定績效營養教育方法，鼓勵運動人群參與[37]。為了幫助預防LEA，應制定績效營養教育方法，以鼓勵運動人群獲得最佳EA。與運動人群一對一合作，促進必要的微量和大量營養素消費、食物/膳食的時間安排、補充劑的選擇，以及建立積極的飲食習慣也是必不可少的[38]。應提倡使用DXA或BIA等臨床指標進行身體成分評估，以更準確地確定運動人群EA的FFM，并監測體脂百分比、瘦體重和骨密度隨時間的變化[39]。

預防LEA及其相關后果的最佳實踐指南包括針對運動員健康和運動表現團隊、運動員隨行人員和體育組織的多管齊下的方法，都需要確保一個支持性和安全的體育環境，擁有足夠的LEA知識，及時發現LEA的早期跡象和癥狀 [40]。

3.2治療/干預

為實現最佳EA而逆轉能量消耗已被證明能夠有效逆轉LEA對女運動員下丘腦-垂體-性腺軸和其他身體系統的產生的次要影響。骨密度的改善需要更長的時間。營養干預不僅應解決能量攝入的數量，還應解決圍繞訓練和選擇的食物攝入時間，以最大限度地提高微觀和宏觀營養素的可用性。治療通常需要團隊合作[29]。通過最佳化改善能量狀態是治療的支柱[41] 。

然而，在臨床上，與量化能量攝入、運動能量消耗和無脂肪質量以評估能量可用性在日常實踐中實施。一些重要的因素開始受到關注：碳水化合物可利用性、在一天內LEA持續時間、骨構建營養素攝入不足、缺乏機械性骨應激和/或心因性應激等[42]，以及睡眠的質量[43]。

此外，低重復高影響干預已被證明可以增加骨密度、皮質厚度和估計強度，初步證據表明，盡管LEA，其中一些影響可能會發生。這種干預措施可能有助于減輕運動人群中的骨變化，并降低LEA風險人群的骨應力損傷風險。研究LEA對運動人群的短期影響表明，骨形成的循環標志物可能會在五天內被抑制，骨吸收的循環標記物可能會增加，女性對LEA的反應可能更敏感。長期的中等影響運動可能有助于減輕短期LEA的影響；然而，目前尚不清楚這是否有利于長期骨骼健康。鑒于LEA可能會損害運動人群的骨骼健康，探索在LEA面前保護骨骼健康的方法具有重要臨床意義[44]。

對于出現嚴重飲食紊亂的運動人群，其身體不穩定并伴有心律失常（如心動過緩）、電解質失衡、或低血壓應接受住院治療[29]。

4小結

當前，許多問題需要進一步研究，以便更好地支持患LEA風險運動人群。目前還沒有實用的工具或標準化的方法來衡量能源可用性。另一個可能有助于預防LEA的重要方法是認識不同人群中可能導致飲食病理的心理和行為機制。需要經過實證的方法來識別和篩查有LEA風險的運動人群，以早期識別LEA，并避免相關損傷或長期健康方面的后果。能量狀況對運動人群的健康起著關鍵作用。能量攝入不足和/或過度運動能量消耗導致為節省能源，而進行的補償性代謝適應的狀態，可影響女性和男性的許多生理系統[。EA被確定為功能性下丘腦閉經的致病因素，而功能性閉經又與骨健康受損有關，包括骨密度、骨礦物質含量和小梁體積骨密度降低、皮質變薄和骨強度降低。在股骨近端和脛骨等承重部位觀察到這些損傷，可能會增加骨應力損傷和骨質疏松性的風險。因此，應多學科尋找其中的內在原因，從而能夠獲得預防策略、早期診斷和/或適當治療。

參加運動訓練通常會經歷低能量可用性。盡管運動會對骨骼健康產生積極影響，但如果熱量攝入不足，運動會進一步導致低能量可用性，導致HPG軸紊亂、骨代謝改變、BSI風險增加和骨質疏松癥。運動訓練是一個多壓力源的環境，因此，很難孤立能量狀態的獨立影響。應充分認識骨損傷內在變化機制，采取有效的應對措施，有助于預防長期骨骼健康不利影響。

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