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运动减肥的生物化学机理

2010-11-28  ① じò ...

肥胖作为“四大文明病之一”对个人和社会带来的负效应已引起人们广泛的关注. 有关肥胖、减肥的各种理论和具体方法也大量出现. 运动减肥虽已被许多人采用,但对其作用机理和科学性却知之甚少. 为了指导人们科学地实施运动减肥,本文分析了脂肪代谢与运动的关系,提出了作者的观点.

1  肥胖概述

肥胖是指身体内脂肪过多积累,超过个体体重的20 %. 它给人类的生活、工作带来诸多的不便,而且. 肥胖可引起人体的生理、生化、病理、神经体液调节的一系列变化,使人体的工作能力降低,甚至显著缩短寿命.对于成年人,肥胖是损害健康的先兆,肥胖时由于过量的脂肪在体内堆积,增加了身体负担,过多的脂肪需大量的血液来供应,加重了身体心血管系统负担,胸腹部大量脂肪堆积,横膈膜被迫抬高,胸部和横膈的运动受到限制,妨碍心脏舒张,加之心脏本身的脂肪沉积,心脏营养障碍等,使心肌收缩力减弱,心搏量减少,血流速度减慢,以致于肥胖者常感到气促、疲乏和不能耐较重体力活动. 肥胖者在同等情况下,氧消耗较正常人高34 %~40 % ,严重肥胖者对疾病的抵抗力下降,产生并发症,直至影响寿命.

随着生活水平的提高,肥胖的发生率越来越高,肥胖儿童的比例也不断增加,这不仅给儿童造成某些心理压力,也影响到其某些生理机能的发展. 如肥胖儿童可出现早熟、脂肪肝、运动能力下降等. 这些均影响儿童的正常发育. 肥胖者的增多同时使国民体质下降. 鉴于肥胖对人体健康的种种危害,预防肥胖,控制身体成分在适宜水平,已成为人们的共识.

2  脂肪代谢与运动

2.1  运动时脂肪的生物学功能

(1) 能量的主要来源. 脂肪是人体正常安静状态、禁食、饥锇或中低强度运动时体内能量的主要来源.脂肪作为能源物质被氧化动用时,特别是在耐力性运动中,脂肪氧化供能起着节省糖和蛋白质的作用,有助于延长运动时间和提高运动能力.

(2) 防震保护和隔热保温. 脂肪对人体重要的组织器官形成包裹,起着防震保护作用. 脂肪不易导热,皮下脂肪层有隔热保温作用.

(3) 脂溶性维生素的载体和必须脂肪酸的来源. 脂肪是脂溶性维生素系A、D、E、K及胡萝卜素的最好溶剂. 减少食物脂肪的摄取量会降低体内这些维生素的含量,有可能导致这些维生素的缺乏症. 必须脂肪酸是人体需要而又不能合成的脂肪酸,因此,运动员摄取适量的脂肪是必不可少的.

2. 2  脂肪在运动时的供能作用

(1) 脂肪供能的意义和形式.

人体内贮存的脂肪主要功能就是氧化供能. 贮存的脂肪可以随时经过水解和动员释出甘油和脂肪酸,并通过血液运输到全身各组织器官中加以利用. 血浆游离脂肪酸是人体内静息状态的主要能源之一. 静息状的骨骼肌也主要利用脂肪酸氧化代谢获得能量. 所以,在静息状态,低强度和中强度运动时,人体都是主要利用氧化佛脂酸来维持体内的能量代谢.

脂肪在运动时的供能形式主要有三种:一是以长链脂肪酸的形式供给体大多数组织,如骨骼肌、心肌等氧化利用. 这是脂肪供能的主要形式. 二是生成酮体供给骨骼肌、神经系统氧化利用. 三是以甘油作为糖异生作用的重要底物,在肝脏中异生成糖原或葡萄糖,对维持血糖稳定起重要作用.

(2) 脂肪组织中甘油三酯的利用.

人体内脂肪组织中贮存的甘油三酯水解后释放出脂肪酸和甘油,再进一步参加能量代谢,是运动时利用脂类物质供能的主要方式. 运动时体内脂肪组织中贮存的甘油三酯的利用,受脂肪的水解和脂肪动员作用,脂肪酸的运输及骨骼肌对血浆游离脂肪酸的摄取等因素的影响.

a) 脂肪水解和脂肪动员作用. 在运动时脂肪水解和脂肪动员作用同时加强,生成大量的脂肪酸并经血液循环参与氧化代谢. 根据Newsholme 等人的资料,如果人体有脂肪16kg ,可供步行1-12 天及马拉松跑1-9 小时的供能需要. 因此,一次急性运动过程中,从理论上讲脂肪的供能是取之不尽的.

b) 血浆游离脂肪酸. 脂肪动员入血的脂肪酸在血浆中以清蛋白为载体进行运输. 运动时血浆游离脂肪酸升高,使工作肌的摄取利用量也相应增多. 在进行长时间运动的过程中脂肪组织血流量增加,但不同部位的脂肪组织血流量增加不同,一般大约增大3 倍左右,从而有助于运动时的脂肪动员. 血液运输游离脂肪酸的能力是有限度的,过多的脂肪动员也会对人体的运动能力甚至健康带来不良的影响.

c) 骨骼肌摄取血浆游离脂肪酸. 骨骼肌细胞对血浆游离脂肪酸的摄取与血浆游离脂肪酸的浓度呈正比,即脂肪动员率的大小直接影响骨骼肌细胞对脂肪酸的摄取利用;此外,运动时骨骼肌供血量增加也对摄取利用脂肪酸起积极作用.

2. 3  运动对脂肪代谢的影响

各种类型的运动中,耐力运动对人体内脂肪代谢的影响最为明显. 可以直接影响脂肪组织中脂肪细胞的体积和代谢特点,也可以影响血浆脂肪代谢降低血浆甘油酯的浓度,还可以影响骨骼肌对脂肪酸的氧化利用.耐力训练可提高脂肪酸的活性,促进脂肪水解,抑制脂肪酸的合成,加速磷酸甘油的氧化,妨碍甘油三酯的合成,从而达到体脂减少,控制肥胖的目的. 因此,控制体脂可以通过运动对脂肪代谢调节来实现.人体的三个供能系统中,只有有氧代谢供能系统在机体进行长时间、低强度运动时能大量消耗脂肪,

满足机体运动时的能量需求. 而且脂肪水解酶只有超过20 分钟的低强度运动才能激活,这些都是单纯性肥胖运动减肥的基本生化机理.

3  实施运动减肥

运动减肥是通过增加体内能耗而达到减肥目的的一种科学、有效的控体脂方法,其操作性较强,可从以下几方面深入了解掌握.

3. 1  树立科学的控体脂观

从理论上讲,运动能影响脂肪代谢,控制体脂. 但由于肥胖是多因素影响的综合症,某些由遗传因素或内泌失调造成的肥胖者可能收效甚微. 不论何种情况,都要树立科学的控体脂观,通过运动提高机体的机能水平,以促进身体健康为目的,而不能单纯为了减肥而运动.

3. 2  运动减肥的实施方法

(1) 选择适宜运动项目. 由于脂肪氧化供能是氧耐力运动项目典型的供能主式,运动控体脂时,就必须采用有氧耐力运动项目进行运动,达到控体脂的目的. 建议根据个人爱好选择适宜的有氧代谢运动项目,人们通常采用的慢跑、快步走等都属于此类运动.

(2) 合理的运动强度、时间及密度. 在运动强度低于50~60 %最大摄氧量水平的时候,血浆游离脂肪酸是重要的化学能源.一般说来,运动强度越小,持续时间越长,依靠脂肪氧化供能占人体总能量代谢的百分率越高.脂肪氧化供能在运动开始几分钟后即逐渐增加,对竞技运动来说,只有在进行持续一小时以上的大强度运动时,脂肪供能才显得重要.根据以上分析,建议运动时强度不超过运动后即刻心率达到自身最高心率的70 %~80 %;运动时间20 分钟或更长,最好能超过一小时;一般保证每周运动3~4 次. 近年来的研究表明,进食前运动与进食后在控体脂方面相比能取得更佳的效果.

3. 3  运动减肥的注意事项

(1) 不同年龄、性别运动者的生理差异. 由于不同年龄、性别的人群在生理生化代谢上存在明显的差异,在实施运动减肥时,应充分考虑运动者的

个体生理生化代谢特点、肥胖程度和个体体质,选择较适宜的运动项目、强度、密度等.

(2) 加强自我监督和医务监督. 运动降体脂的主要目的就是提高机体机能,增进健康. 运动中任何不适的感觉都可能诱发更多的不利因素,尤其是老年人和各种病患者. 加强自我监督和医务监督能对运动者的健康和身体机能进行监护,预防锻炼中各种有害因素可能对身体造成的危害,督导和协助科学的锻炼.

(3) 应用运动处方. 有心脏疾患、高血压症、高血脂症的肥胖者,在运动减肥中应特别慎重,应考虑应用运动处方,保证机体的健康水平,防止诱发对人体造成伤害的不良因素.运动不仅增加机体能量消耗,还可增强心血管及呼吸系统的功能,增强肌肉代谢功能,对保持瘦体重、促进健康有利,是一种有效的控体脂手段. 近年来的研究认为:运动结合限制饮食能取得更加完美的减肥效果.

 

运动营养补充品发展现状

  与一般人相比, 运动员因肩负着不断提高体能、增强体力、创造优异运动成绩、挑战人类自身极限的重任, 所以在保证了提供与健康人类似的平衡膳食外, 还需增加特殊的“食谱”——运动营养补品(Spo rtssupp lement) 来平衡运动过程中迅速的物质能量代谢。本文通过对新近一些有关文献的整理分析, 对运动营养补充品的发展现状作一简要综述。

1 运动营养补充品的含义

运动营养补充品是专门为运动员使用, 可加到膳食中的一些物质, 由维生素、矿物质、草药、植物性物质、氨基酸、活菌、代谢产物、食物组成物或提取物等制成的一类有特定功能的食品。目前, 美国也广泛使用运动营养补充品(Spo rtssupp lement)。运动营养补充品广泛使用不同于“保

健食品”, 因为保健品是具有调节人体生理活动的特定功能和特殊要求的食品, 其对预防疾病、促进健康的目的性很强,而运动营养补充品是指专门为运动员研制的食品, 尽管也会加入某些食药两用的中药或提取物, 但不是药物。运动营养补充品也区别于“运动补剂”, 由于“运动补剂”不易表明是食物还是药物, 故暂用“运动营养补充品”这个词, 来强调这种

食品的营养功能。

2 现阶段常见的营养补充品及其作用基理

根据查阅的近些年的文献资料来看, 有关营养补充品的研究十分广泛, 其种类非常丰富。其中有糖、蛋白质、氨基酸、维生素、提取物、微量元素、肌酸、牛磺酸、活菌、中草药等一些食品。

2. 1 糖

血糖是运动的主要能量来源, 血糖浓度降低和糖元耗损常与疲劳关联。国外的一些学者对糖同样做了大量研究,在一项关于代谢率与外源性标记的葡萄糖和果糖的氧化速率关系的研究中提出, 葡萄糖与果糖氧化速率的增加与代谢率的增加呈线性关系。由于运动期间果糖的氧化较葡萄糖的氧化为少(分别为9% 和14% ) , 所以可以得出: 关于运动期间燃料的利用, 外源性的 C6H12O 6 较果糖在利用方面似乎更有效。在过去15 年中, 国外对设计最适于支持体能的碳水化物饮料给予了相当的注意。最近的一篇研究肯定了在运动前即刻给予碳水化合物可升高血浆葡萄糖浓度, 促进碳水化物的氧化利用和升高呼吸商。Coleman 综述了所用水化物的类型(固体或液体) 在运动中的相对重要性, 他认为运动期间,固体与液体的碳水化合物在升高血糖浓度和增强比赛能力方面的效果是相同的, 对运动后促进糖元的合成也同样有效。Sherman 等提出, 为避免肠道不适, 他们建议在运动前1 hour进食1 g/kg, 而不同于在运动前4 h 进食4. 5 g/kg, 应避免在运动前即刻摄食大量固体餐。Coyle 和Montain 详细地研究了从事耐力运动中究竟利用多少碳水化物, 结论是每小时进食30~ 60 g 碳水化合物, 可有效支持耐力性运动的能力。Thomas 等还做了食物的血糖指数与运动能力的研究, 指出: 血糖指数低的而消化慢的食物有利于肌肉获得较高的底物浓度, 甚至在运动以后也是如此。这与我国学者冯炜权等的论述相一致。Gant ier 从另一个角度进行了研究,即通过给受试者服用A cip imox (尼克酸类物质) 和葡萄糖或单独给A cip imox, 得出前者较后者可节省部分内源性碳水化合物贮备, 并增进了运动能力, 而外源性葡萄糖成为能量的一个重要来源。国外研究人员从不同碳水化合物的利用率、类型及血糖指数和不同营养素的搭配使用等方面进行了大量研究。我国学者则在一些食物(如巧克力) 对不同强度运动的作用进行了研究, 他们指出长时间运动前补充巧克力为运动者创造了运动必须的前提, 有利于运动中的能量供应和运动后的恢复。徐礼皙对1, 6—二磷酸果糖的功能做了综述, 提出FDP (1, 6—二磷酸果糖) 可作为高能底物和代谢调节物代偿A TP 生成; 它对自由基的清除、增加细胞膜稳定性、增加红细胞数量及提高N a+ —K+ —A TP 酶和SOD 活性有重要作用; 对心肌有保护作用; 有利于疲劳恢复以及对肾损伤及缺血性脑组织损伤都有保护作用。

2. 2 蛋白质和氨基酸

蛋白质是形成细胞结构的主要成份, 是生物化学的催化剂, 是基因表达的重要调控者, 人体的任何生命活动都离不开蛋白质的作用。当机体处于大运动负荷和比赛的应激状态时, 体内大量能量被消耗, 蛋白质的分解代谢加强, 此时提供优质蛋白质和氨基酸的营养对于补充运动员的损耗, 增强肌肉力量, 促进血红蛋白的合成, 加速消除疲劳有重要意义。研究人员及我国研究者对蛋白质及氨基酸的研究结果后提出: 不同项目、不同负荷的运动对蛋白质和不同种类氨基酸的需要量不同; 合理有效的蛋白质组成和大负荷运动训练能改变身体的营养成分, 但过量摄取具有潜在的危险性。冯炜权从运动生化的角度探讨了某些氨基酸的代谢特点与运动营养之间的关系。在氨基酸的研究中, 牛磺酸作为一种含硫的B2氨基酸, 受到了广泛重视。李良鸣从其生物学作用对运动机能影响诸多方面综合论述, 提出牛磺酸具有广泛的生物学作用: 能保护细胞膜、调节渗透压、对抗脂质过氧化、双向调节Ca+ + 的跨膜转运、参与糖代谢的调节。这些作用无疑是对运动机体有利的。而且人体合成牛磺酸的能力有限, 剧烈的运动又可能使其消耗增加。因此, 从理论上来讲, 牛磺酸有望成为一种新的有效的运动营养补剂,有广泛的研究前景。在运动物实验中, 魏源等提出牛磺酸还能通过提高机体LDH 活力、肌糖原和糖原的含量, 降低血乳酸的含量来提高机体的运动能力, 具有抗疲劳作用。金其贯等同样用动物实验的方法提出牛磺酸可能通过改善机体的交感神经的状态, 对大运动量训练后心血管系统神精调节肽的分泌具有一定的调节作用。大运动量训练后适当补充牛磺酸对于维持心血管系统功能, 及时消除运动疲劳, 预防心肌损伤等运动性疾病具有一定的作用。

2. 3 肌酸

肌酸或胍基已酸是一种天然的化合物, 是磷酸肌酸的重要原料, 95%分布在骨骼肌内, 其余少量分布于脑、肝、肾等组织。对肌酸的合成分布、补充肌酸的原理及补充肌酸对大强度运动的机理与效果及补充方法等作了详细的论述。补充肌酸会使肌肉内磷酸肌酸含量增高, 在运动中有更多的磷酸肌酸可以利用, 在运动后恢复期有助于磷酸肌酸的再合成。在短时间大强度的重复性运动中, 补充肌酸会使运动员更好地维持做功强度, 延缓疲劳的发展, 从而提高肌肉的工作量。对亚极量运动项目, 补充肌酸对运动能力没有影响。建议每天按0. 3 g/k g 体重摄入, 同时, 摄入碳水化合物能促进肌肉中CR 的积聚, 还提出补充肌酸的副作用是增加体重。根据对肌酸的认识, 即肌酸转运和进入骨骼肌细胞内可能要消耗大量的糖20。吴昊等于是将肌酸这个运动营养补充品与糖尿病学的研究联系在了一起, 采用同一条件下的对比实验提出: 糖尿病状态时进行肌酸补充可能具有一定的治疗作用。

2. 4 其它

维生素作为重要的营养素, 在运动营养中也占有重要位置。黄彬从防治运动性肌肉损伤的机制中论述了维生素E 的抗氧化作用, 并报道了一些国外学者有关维生素E 的补充与运动性肌肉损伤的研究。还有一些学者对蚕粉进行了研究, 提出服用蚕粉能提高G-SH 活力, 对细胞膜结构和功能完整起到保护作用, 对提高运动能力和促进疲劳恢复有一定的作用。

RE 营养剂是日本和中国台北较受欢迎的一种极富特殊价值的天然有机性食品。严政等通过动物实验得出RE 对纠正运动性血睾酮下降、减轻疲劳程度、消除疲劳提高运动能力具有很好的作用, 是较为理想的运动营养补充品。一些食物的提取物同样也具有运动营养功效, 如“精力沛”麦胚油等。吴昊还对被称为“脂肪燃烧弹”的铬进行了论述, 提出虽然还没有足够的证据证实使用铬补剂能够明显提高去脂体重和减少身体脂肪, 但谨慎的做法是给运动员提供高铬食物。

3 小结

运动营养补充品的主要作用是改善调节功能。即使没有理由认为积极的体力活动者的膳食应明显有别于一般人的膳食, 但运动营养补充品对于运动员却有特殊的重要意义。这方面的研究与探索将是运动医学领域的一个亮点。但同时也该充分认识到运动营养补充品的开发研制要有深厚的基

础理论作依托, 其应用应科学化, 要突出安全、高效。

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