植物性饮食就是以摄取植物性食材为主要饮食来源的饮食法。越来越多的研究表明,植物性饮食比肉类饮食更具有环境的可持续性,降低了温室气体的排放,减少了环境污染,且其在心血管疾病、癌症、糖尿病、肥胖和骨质疏松等疾病中有显著的预防和治疗作用[1]。因此,越来越多的人都在尝试进行植物性饮食。数据显示,发达国家约有5%～10%的人遵循植物性饮食,并且人口比例逐年增加[2]。目前,常见的植物性饮食模式为在植物性饮食中加入乳制品,这种模式可以确保为人体提供所有必须的营养素。因此,适当的规划各种植物性饮食模式对于满足所有生命阶段的营养需求和健康目标是至关重要的。
近年来,植物性饮食逐渐受到了运动营养领域的广泛关注。加拿大营养与饮食学会和美国运动医学院提出,精心设计的营养策略可以提高运动员的运动表现,并加速疲劳恢复[3]。研究发现,植物性饮食模式下对运动员的健康和提高运动表现等具有一定益处[4]。但就目前而言,植物性饮食与运动的联系尚未有研究进行系统阐明。因此,本文对植物性饮食与运动营养领域的相关研究进行整理与归纳,总结植物性饮食模式及植物性饮食在运动营养领域中的应用,为后续相关研究提供一定的理论参考。
1 植物性饮食简述
植物性饮食在各领域还没有一个充分的定义,通过查阅相关文献,从广义上可将其定义为植物食物摄入量较高而动物产品摄入量较低的一种饮食模式,狭义上定义为食用未加工的水果、蔬菜、坚果、全谷物、油和豆类的饮食模式[5-6]。植物性饮食中含有人体所必需的蛋白质、碳水化合物、脂肪酸、微量营养物和丰富的维生素,它们对延缓衰老、防治慢性病、增进身体健康具有重要作用。植物性饮食的营养质量取决于能否获得全面的营养补充,科学的规划植物性饮食模式可以降低慢性病的发病率并促进机体健康。数据显示,与杂食饮食模式的人群相比,长期植物性饮食模式的下人群往往有更健康的身体,表现为缺血性心脏病的发病率和死亡率降低、癌症发病率降低、患2型糖尿病的风险降低、代谢综合征的患病风险降低以及全因死亡率降低[7-9]。此外,长期植物性饮食模式下的人群还有较低的血糖水平、血压、胆固醇水平、甘油三酯、尿酸和高敏C反应蛋白水平以及较高的血浆抗坏血酸水平。研究发现,植物性饮食模式受试者的血脂状况有所改善,包括降低了受试者的总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯水平[10]。研究发现,植物性饮食模式下的2型糖尿病患者内脏脂肪显著减少,改善了氧化应激标志物,胰岛素敏感性也得到了提高,患病率降低了1.6至2倍[11]。SCHWINGSHACKL等[12]研究发现,与高风险类别的饮食相比,富含全谷物、蔬菜、水果、坚果和豆类的饮食,以及减少红色和加工肉类及含糖饮料的摄入量,可使过早死亡的风险降低约80%。因此,只要合理的规划植物性饮食模式,其与杂食性饮食能起到同样的效果,甚至在某些方面比杂食性饮食对健康的效益更好。
2 运动员植物性饮食中的营养成分
2.1 运动员植物性饮食中的蛋白质
蛋白质是组成人体一切细胞、组织的重要成分,是生命活动的主要承担者。植物性饮食中富含有丰富的蛋白质,能满足正常人的蛋白质需求。然而,与动物来源的蛋白质相比,植物来源的蛋白质中氨基酸分布不均,尤其是缺乏支链氨基酸中的亮氨酸。植物性食物中的蛋白大多数都为半完全蛋白,只有一个或多个限制性氨基酸,又称为“不完全蛋白质”。WANG等[13]对收集36名素食者、乳汁素食者和杂食者的成人的粪便和血清样本,采用16S rRNA基因、元基因组、元转录组和代谢组综合多组学方法,对粪便微生物组成和功能以及循环的肠道微生物群宿主共同代谢物进行分析,发现2个素食组的循环缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸明显低于杂食组,从而证实了植物性蛋白质来源中蛋白质质量的问题。而美国营养和饮食学会在其2016年的报告中说,摄入各种植物性来源的蛋白质和足够的能量足以满足所有必需氨基酸的摄入量[14]。因此,可以明确的是,合理的植物性饮食模式是满足运动员日常蛋白质需求的关键,可以通过摄入各种植物性蛋白质,例如豆类食物中的黄豆、绿豆、黑豆、红豆,谷类食物中的燕麦、荞麦、大麦、小麦、大米、小米,坚果类食物中的榛子、核桃、松子、开心果等,并在热量摄入充足的情况下补充所有必需的氨基酸,以确保高蛋白质质量。
2.2 运动员植物性饮食中的碳水化合物
碳水化合物是由碳、氢和氧3种元素共同组成,是生命细胞结构的主要成分及主要供能物质,并且有调节细胞活动的重要功能。植物性饮食中碳水化合物含量丰富,是运动员补充能量的重要来源。在植物性饮食中发现的碳水化合物可帮助运动员满足其运动需要,确保最佳糖原浓度,并防止早期疲劳,从而为运动员提供稳定的能量供应。研究发现,与食用高脂肪、低碳水化合物饮食的人相比,长期食用植物性碳水化合物饮食的人不仅在竞走运动中改善了比赛表现,而且在给定的速度下提高了运动经济性[15]。因此,国际运动营养学会建议从事“中等强度运动”的运动员每天可以摄入5～8 g/kg体重的碳水化合物,以维持肝脏和肌肉的糖原[16]。鉴于肌肉糖原水平与中等强度运动中的疲劳时间直接相关,优化糖原水平可以对运动过程起到很好的能源补充并延缓耐力及其他运动中的疲劳程度的作用,并且健康的植物性饮食能降低运动员的血糖指数,限制碳水化合物摄入后血糖的上升,从而降低胰岛素浓度,促进运动中的脂肪分解。
2.3 运动员植物性饮食中的脂肪酸
脂肪酸是由碳、氢、氧3种元素组成的一类化合物,是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分,能为机体提供热量,是很好的能量来源。与杂食饮食模式相比,植物性饮食的脂肪含量通常较低,且脂肪的类型可能是植物性饮食提高运动效益的关键所在[17]。单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸在人类健康中发挥着重要作用,特别是在预防和控制各种疾病以及维生素的吸收方面[18]。研究发现,健康的植物性饮食在大多数ω-6脂肪酸(亚麻酸、花生四烯酸、γ亚油酸)中是足够的,但共轭亚油酸却不太丰富,植物性饮食缺乏肉类中最常见的ω-3脂肪酸二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸,并且ω-3脂肪酸α-亚麻酸含量也较低,但这些脂肪酸可以在亚麻等植物性来源中找到[19]。尽管α-亚麻酸可以内源性转化为二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸,但这是一种相当低效的转化,并且容易受性别、年龄、饮食组成、健康状况等因素的影响而产生变化。此外,大量摄入亚麻酸可能会抑制α-亚麻酸的转化。为了最大限度地提高转化率,建议摄入比例为4∶1(亚麻酸∶α-亚麻酸)。数据显示,无论遵循何种饮食模式,补充ω-3脂肪酸都可以有效地改善肌肉适应、能量代谢、肌肉恢复和损伤预防[20]。因此,植物性饮食下运动员需格外注意脂肪酸的摄入标准,以确保全方面提高运动效益。
2.4 运动员植物性饮食中的铁
铁是一种参与氧气运输、能量生产、细胞增殖和红细胞生成的基本营养素[21]。研究发现,植物性的饮食中含有丰富的铁,但植物性来源(非血红素铁)的生物利用率低于动物来源(血红素铁)[22]。非血红素铁在被吸收之前必须从铁的形式(Fe3+)转化为亚铁的形式(Fe2+),与直接吸收血红素铁相比,其生理过程更复杂、效率更低,从而影响了生物利用度[23]。尽管铁摄入量相似或更多,但与杂食性个体相比,植物性个体的铁蛋白水平往往较低,然而植物性个体的铁蛋白水平通常落在正常范围内,这可能是由于对长期植物性饮食的适应性反应,使个体能够更有效地吸收非血红素铁。研究发现,运动员伴有更大的铁缺乏风险,原因是训练引起的炎症增加,抑制了铁的吸收,并且流汗的过程也会造成铁的流失[24]。处于缺铁状态下的运动员会导致机体携氧气的能力降低,从而降低运动员的有氧能力,致使机体通过无氧代谢维持运动状态。研究发现,患有缺铁性贫血的运动员,在植物性饮食下补充铁后血红蛋白水平得以恢复,运动表现因此得到提高[25]。
3 植物性饮食提高运动表现的作用机制
目前,植物性饮食对心血管及代谢健康的积极作用已得到了广泛的认可。近年来,越来越多的证据表明,植物性饮食可通过优化身体质量指数、促进糖原储存、提高氧合效率和减少氧化应激等途径来达到提高运动表现的作用(图1)。
图1 植物性饮食提高运动表现的作用机制
Fig.1 Mechanism of action of plant-based diets to enhance sports performance
3.1 植物性饮食通过优化身体质量指数提高运动表现
身体质量指数(body mass index, BMI)是影响运动表现的重要因素之一,过高或过低的BMI都会影响运动员的运动表现,通常来说,运动员BMI维持在18.5～24 kg/m2最为适宜[26]。植物性饮食可以降低膳食的能量密度,从而减少能量的摄入以优化运动员的BMI。MONDAL等[27]研究发现,体脂减少与次最大和最大有氧能力的增加在一定范围内呈正相关,最大摄氧量较高的运动员耐力水平也更高。GORAN等[28]研究发现,降低超重受试者的体脂可以提高受试者的相对体重最大摄氧量。与这一研究结果相似,VELEBA等[29]研究发现,植物性饮食模式可以显著的减少受试者的内脏脂肪,并增加最大摄氧量,从而提高体能。因此,长期植物性饮食模式下的运动员能量摄入逐步得到优化,代谢水平得到了提高,从而优化了运动员的BMI,并以此提高最大摄氧量,从而提高运动表现。
3.2 植物性饮食通过促进糖原储存提高运动表现
与体育运动领域相关的糖原代谢研究是一个已经有100多年历史的研究领域,大约一个世纪前,KROGH等[30]就报道了糖原作为运动中的燃料来源,提出在运动的前几天摄入高糖原饮食可以有效地减缓疲劳的发生。此外,JÜRGENSON等[31]也观察到,马拉松比赛的跑步者在运动后会立即出现低血糖,提示糖原储备及利用率低可能与疲劳有关。这些研究提供了有力的证据表明糖原是维持运动表现的重要燃料来源。植物性饮食主要包括谷物、豆类和根菜类等,这类食物都富含高水平的糖原,可以为运动员提供充足的糖原储备。另外,有研究发现,植物性饮食的糖原利用率可能比杂食饮食更高[32]。因此,植物性饮食提供的糖原是高强度运动中的主要底物,在相对较短的持续时间内会消耗体内大量的糖原,补充糖原储备是提高长时间有氧运动表现的关键所在,植物性饮食提供的高水平的糖原储备可以为运动员提供源源不断的能量供应,增强运动员的耐力,从而提高运动表现。
3.3 植物性饮食通过提高氧合效率提高运动表现
氧合效率是运动员在运动过程中吸氧及供氧的效率,是影响运动表现的重要原因[33]。氧合效率受到了多种因素的影响,其中血液黏度就是其中之一。研究[34]发现,在一定范围内降低血液黏度可以改善血液流动,显著提高肌肉和其他组织的氧合效率,从而提高运动表现。因此,对血液黏度的合理调控是提高氧合效率的关键。越来越多的证据表明,饮食模式与血浆黏度有密切的联系。研究发现,6周的植物性饮食使受试者的血液黏度显著降低,血液流动性得分明显增加,提示植物性饮食可以降低健康状态下的血液黏度[35]。另一项研究[36]也发现,植物性饮食模式可以使机体摄入植物脂肪、膳食纤维和植物营养素等多种有益于心血管健康的成分,这些成分可以降低血脂和血液黏度,从而提高血液流动性。综上所述,植物性饮食可以降低血液黏度从而改善机体的氧合效率,并以此提高运动表现。
3.4 植物性饮食通过减少氧化应激提高运动表现
长时间的耐力运动会促进人体氧化应激已在诸多研究中被证实。研究发现,运动增加了活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生,并导致包括血液和骨骼肌在内的许多组织中的氧化应激[37]。细胞中高水平ROS的产生促进了氧化还原紊乱,导致细胞成分的氧化损伤,是心血管疾病、糖尿病、高血压和几种神经退行性疾病的主要发病机理[38-40]。研究发现,剧烈或长时间的运动会使ROS急剧增加,导致DNA、血浆脂质和蛋白质损伤,运动相关的氧化应激还会导致肌肉疲劳、运动能力下降和恢复能力受损[41]。因此,氧化应激会对运动员的运动表现产生消极影响,减少氧化应激是提高运动表现的潜在机制。研究发现,与混合饮食模式相比,植物性饮食模式下可以摄入更多的维生素C、维生素E、β-胡萝卜素和其他抗氧化剂,从而提高抗氧化酶的水平,使身体的抗氧化活性更高[42]。此外,FORD等[43]研究发现,持续补充8周维生素后受试者的ROS显著降低,提示补充维生素是减少氧化应激的有效手段。综上所述,植物性饮食可以为运动员补充大量的维生素等抗氧化物质,从而减少氧化应激提高运动表现。
4 结语
植物性饮食在运动营养领域中的应用逐步得到重视。植物性饮食中含有人体所必需的蛋白质、碳水化合物、脂肪酸、和维生素等营养物,不仅能延缓衰老、防治慢性病、增进运动员的身体健康,而且还可以通过优化BMI、促进糖原储存、提高氧合效率和减少氧化应激等途径提高运动员的运动表现。值得注意的是,虽然运动员进行植物性饮食在多方面表现出了积极的益处,但如果长期进行不正确的植物性饮食,就会造成运动员的营养不良。因此,应全面、客观地评估运动员所需的营养素,在营养师等专业人员的监控下规划植物性饮食模式,从而最大限度地发挥植物性饮食的优势。
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