“肠胃不适”(GI Distress)是许多运动员经常遇到的问题,对需要在比赛中持续补充水分和能量的长途耐力运动员影响尤为严重。常见症状包括腹胀、恶心、腹泻、腹部抽筋和呕吐等。过往文献提出的主要成因如下:
长时间剧烈运动时,血液会减少流向消化系统,导致局部缺血。此时若大量进食补给,会对系统功能构成压力。
身体摄取糖分的能力很大程度上取决于小肠内负责输送糖分到血液的“运送器”(sugar transporter)的数量。有研究指出,若运动途中摄取过多糖分,超出运送器的运载(消化)能力,就可能导致大量糖分滞留在消化管道内,影响水分平衡(osmotic balance),带来刺激。一般人摄取糖分的能力上限约为60g/hr(大约为两支 500mL 运动饮品 / 2.5 包能量啫喱)。
环境因素,如湿热天气、缺水等,也会影响体内水分平衡,增加肠胃不适的机会。
心理因素,如压力和精神紧张,也会影响荷尔蒙分泌,使身体出现异常反应。
上述问题即使在专业运动员中也并不罕见,很多人可能认为这些“意外”是不可避免的。但事实上,除了遵循一般建议(如运动前不要吃太饱,避免进食刺激性食物)来预防外,我们还必须认识到人体的消化系统其实极具适应性。最明显的例子就是参与竞食比赛的“大胃王”,他们通过专门训练能够达到常人难以理解的进食能力(例如世界纪录为 10 分钟内鲸吞 69 只热狗)。
同样地,一般运动员如果在日常训练中给予肠胃适量刺激,也能带来适应效果,大大降低比赛中出现不适的机会,甚至改善身体摄取营养的能力,提升表现。常见的训练策略如下:
刻意在练习时增加摄取液体量(如水和运动饮品)。这可能有助于增大胃部空间,长远来看能减轻运动时的胃胀和饱腹感。
通过周期性营养策略,在特定训练阶段(尤其是比赛前夕)的日常正餐和练习中途提高碳水化合物摄取量。这有助于增加小肠内糖分“运送器”的数量,从而提高摄取相应营养素的能力和输送速度,并加速胃部排空(gastric emptying),减少胃部压力。
练习在进食一定食物后立即运动和试验比赛当日的途中补给策略,以此模拟比赛所需,同时克服心理障碍(切忌在比赛当日才尝试新东西)。
对于长途比赛(>2.5小时)的选手,建议在比赛中途摄取含多于一种糖分(multiple carbohydrate sources)的补充品,例如市面上部分能量啫喱产品同时含有葡萄糖(glucose)和果糖(fructose)。由于小肠内负责吸收这两种糖分的“运送器”不同(即SGLT1 vs GLUT5),有研究指出这种做法能使身体的总糖分吸收率增加至90-110g/hr,既可减少肠胃不适的机会,也能为运动员带来更多快速能量燃料(在比赛末段尤其关键),从而提升表现。
肠道训练的重要性往往被低估,但它对许多运动员的表现至关重要。了解相关原理和改善方法将有助于减少问题出现的机会。当然,这里要补充一句,每个人的体质不尽相同,运动员和教练应通过不断尝试,找出属于自己的最佳训练和营养策略。以上建议仅从最新运动营养科研角度提供参考,如相关肠胃问题持续,应尽早求医咨询进一步医疗意见。
论文翻译如下:
综述文章
作者:Asker E. Jeukendrup 在线发表日期:2017年3月22日
翻译:跑野 and chatgpt
摘要
胃肠道(GI)在长时间运动中输送碳水化合物和液体方面起着关键作用,因此可能是影响运动表现的重要因素。耐力运动员中胃肠问题的发生率较高,表明在这种条件下胃肠功能并不总是最佳。大量证据表明,胃肠系统具有很强的适应性。
胃的排空和胃部舒适度可以通过训练得到改善,对饱腹感的感知也会降低;有些研究表明,特定营养素摄入可加快胃的排空速度。研究还显示,饮食会影响肠道吸收营养物质的能力,并且这种适应性通常具有特异性。
例如,高碳水化合物饮食会增加肠道内钠依赖性葡萄糖转运蛋白(SGLT1)的密度和活性,从而增强运动期间的碳水化合物吸收和氧化。当这种适应发生时,发生胃肠不适的可能性也会降低。未来的研究应包括更多以人为对象的研究,并着重探索诱导肠道适应的最有效方法及适应的时间线。
开发有效策略的前提是更好地理解这些适应的确切机制。显而易见,“营养训练”可以改善胃排空和吸收能力,并可能降低胃肠问题的发生率和严重程度,从而改善耐力运动表现,同时为运动员提供更好的体验。肠道是耐力运动员的重要器官,应根据所需功能条件进行训练。
训练肠道
运动员往往低估了胃肠道的重要性。长时间运动时,外源液体和碳水化合物的供应对运动表现至关重要。此外,胃肠症状(如腹胀、痉挛、腹泻和呕吐)在许多运动中普遍存在,特别是耐力运动中。如果胃肠系统功能不佳,营养物质的输送将受阻,可能导致一系列胃肠症状。
显然,肠道具有很强的适应能力,有研究指出,通过有针对性的肠道训练,可以在运动中提高营养物质输送效率,同时缓解部分甚至全部胃肠不适。这种训练被称为“训练肠道”,但在文献中涉及较少。据我所知,目前还没有专门针对这一主题的综述文章。在本文中,我将更详细地概述胃肠系统通过营养训练进行适应的证据。
胃排空与“胃部训练”
胃排空是将外源性碳水化合物和液体输送至工作肌肉的关键步骤。运动员常抱怨饮料堆积在胃里导致腹胀,尤其是在高强度或长时间运动以及炎热环境中。脱水可能加剧这一现象并加重不适。
然而,有证据表明,胃部可以适应更大量的液体、固体或二者结合的摄入。例如,参加大胃王比赛的选手通过定期训练胃部容纳更大的食物量,从而能在较短时间内吃下普通人难以想象的食物量。当前记录是10分钟内吃下69个热狗(含面包)。通过这种训练,胃部可以扩张容纳更多食物,同时满腹感的耐受度也得到提高。在运动中,这些适应性可能具有重要意义。
当前建议的运动中液体摄入量应避免体重的2%脱水。在训练的运动员和炎热环境下,这一推荐量可能较大,可能引起不适甚至胃肠问题。因此,运动员需要在胃肠舒适度、补水和碳水化合物输送之间找到平衡。我和其他研究者建议训练较高摄入量以减少不适和胃肠问题的发生。然而,直接研究“胃部营养训练”效果的研究很少。
例如,Lambert等人发现,经过训练的跑步者能够在65%最大摄氧量条件下,摄入与出汗量相等的碳水化合物-电解质溶液,同时保持较高的胃部舒适感。这些跑步者经过练习后,胃部舒适度显著提高,尽管胃排空速度没有变化。这说明胃部可能通过扩张容纳更多液体而适应,从而减轻不适感。此外,研究表明,在增加饮食中碳水化合物含量后,胃排空速度会加快。
总结:研究表明,特定的营养挑战会引发胃排空的特异性适应,如增加碳水化合物摄入可加速其排空,但对蛋白质却无影响。尽管与胃排空相关的运动研究有限,但结果总体令人鼓舞。
肠道糖类转运
一旦食物从胃排空,大部分液体和糖类的吸收将在十二指肠和空肠完成。葡萄糖和半乳糖通过钠依赖性葡萄糖转运蛋白(SGLT1)穿过肠上皮细胞的刷状缘膜被吸收。
3.1 钠依赖性葡萄糖转运蛋白(SGLT1)
葡萄糖(和半乳糖)的吸收与钠的转运以及相关的电化学梯度耦合。位于基底膜的Na/K-ATP酶负责维持这一电化学梯度。有研究表明,在肠腔内高浓度的葡萄糖存在时,另一种葡萄糖转运蛋白GLUT2可能被调动到刷状缘膜。这种额外的促进性葡萄糖转运理论仍有争议,但普遍认为,SGLT1负责大多数膳食糖的吸收。
在大多数哺乳动物中,SGLT1被证实表达于肠上皮细胞的刷状缘,其表达水平通常在空肠最高,其次是十二指肠和回肠,而在大肠中则未表达。
3.2 葡萄糖转运蛋白(GLUT5)
果糖的转运不同于葡萄糖,依赖于一种特异性强且不依赖钠的转运蛋白GLUT5。GLUT5的调节速度快于SGLT1,其转运能力通常与GLUT5的信使RNA(mRNA)和蛋白含量的变化同步。在动物研究中,高浓度果糖摄入(膳食能量的至少30%来自果糖)会使GLUT5 mRNA水平在3小时内翻倍。
3.3 GLUT2
从肠上皮细胞到体循环,糖类需要通过基底膜。三种单糖均通过双向转运蛋白GLUT2,该蛋白不依赖钠。GLUT2被认为具有很大的跨浓度梯度转运葡萄糖的能力。
碳水化合物转运与运动中的葡萄糖运输
调节碳水化合物转运蛋白对于静息状态下向身体供能至关重要。在运动期间,外源碳水化合物的输送可能对表现产生重要影响,此时转运蛋白负责将葡萄糖输送至工作肌肉。研究表明,SGLT1的转运能力限制了碳水化合物的供给能力。
当摄入超过60–70克/小时的碳水化合物(如葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽糊精、淀粉)时,外源碳水化合物的氧化峰值约为60克/小时。即使摄入更高的水平(如144克/小时或180克/小时),外源碳水化合物的氧化速率也几乎不会超过这一峰值。限制因素不在于胃排空、肌肉葡萄糖摄取或肝糖原储存,而是肠道吸收能力。
当果糖与葡萄糖一起摄入时,碳水化合物的氧化速率可超过60克/小时。这表明,SGLT1达到最大转运能力时,果糖通过GLUT5途径的转运能力会额外贡献能量。
肠道葡萄糖转运的调节
葡萄糖吸收的调节与SGLT1蛋白的表达直接相关。Bob Crane早在1960年的“膜转运与代谢研讨会”上提出了钠-葡萄糖共转运的存在,但直到20世纪80年代才确认具体的转运蛋白。20世纪60年代的研究观察到,饮食中的碳水化合物摄入会影响葡萄糖的吸收能力。1983年,进一步研究表明,肠道转运蛋白的表达和活性会随着饮食成分的变化而上调或下调。
5.1 感知机制
肠道上皮细胞的特化细胞中表达着甜味感受器细胞,特别是T1R2和T1R3。这些感受器检测甜味并通过G蛋白(如gustducin)触发一系列细胞级反应,最终上调SGLT1的表达。当肠腔中的葡萄糖浓度达到一定阈值时,这些感受器会启动调节机制。
5.2 甜味剂和其他类似物
研究显示,SGLT1不仅对膳食碳水化合物作出反应,还对甜味剂如三氯蔗糖、乙酰磺胺酸钾和糖精有反应。这表明,不仅葡萄糖等可代谢糖类会引发SGLT1表达的增加,某些不被代谢的糖类似物也会诱导类似反应。
5.3 饮食成分的调节作用
某些饮食成分,如钠和膳食纤维,也会调节肠道葡萄糖转运。研究表明,高浓度的钠与葡萄糖共同存在时,肠道会增加SGLT1的表达。然而,膳食纤维的作用结果不一致:有些研究显示吸收能力增加,有些则无变化,甚至有所减少。
运动员吸收能力的调节
Cox等人进行的一项研究为我们提供了肠道适应性调节的关键证据。他们将16名耐力骑行运动员分为高碳水化合物组和对照组,进行为期28天的训练。高碳水化合物组的碳水化合物摄入量显著增加,从每日5克/千克提升到8.5克/千克,并在运动中补充了额外的碳水化合物饮品。研究发现,该组运动员的外源碳水化合物氧化能力有所提高,可能是由于SGLT1转运蛋白的数量和活性增加。
此外,研究表明,当日常饮食中的碳水化合物含量显著减少时,肠道吸收能力也会下降。这可能是低碳水化合物或生酮饮食的运动员在比赛中胃肠问题更常见的原因。
胃肠问题
胃肠问题在运动员中非常普遍,约30–50%的运动员经常面临此类问题。研究显示,可能的原因包括遗传因素、炎热环境、脱水、过量摄入膳食纤维或高浓度碳水化合物溶液。这些问题可能与运动期间胃排空延迟、饱胀感和吸收不完全引发的渗透性变化有关。
通过训练肠道,运动员可以缓解这些症状,例如提高胃排空速度、减少饱胀感、提高耐受较大摄入量的能力,并通过更快的吸收速度减少肠道残余体积和渗透性问题。
实际意义与结论
肠道的适应能力表明,通过几天至两周的高碳水化合物饮食,可以显著提高肠道对葡萄糖的吸收能力。
此外,运动员应在训练中模拟比赛中的营养策略,包括摄入更高剂量的碳水化合物,以适应较大的摄入量。这种“肠道训练”可以减少胃肠问题,并提高运动表现。
当前建议的碳水化合物摄入量为:
运动时间低于2小时:每小时摄入60克;
超过2小时:建议每小时摄入90克,且采用多种糖类组合(如葡萄糖和果糖)。
通过这种方法,不仅能增加肠道吸收能力,还能优化运动员的耐力表现。