肌酸(creatine,Cr)是一种天然存在的含氮化合物,能与细胞中的无机磷结合形成磷酸肌酸,从而作为高能磷酸盐能源来重新合成已被降解为腺苷二磷酸(ADP)的三磷酸腺苷(ATP),并作为能量来源以促进细胞代谢[1]。此外,肌酸在将能量相关的中间产物从线粒体的电子传输系统转移到胞浆中也起着关键作用[2]。
人体内的肌酸一部分来源于内源性合成,还有一部分需从饮食中获取,其主要来自红肉、鱼或含有生物可用肌酸来源的膳食补充剂[3-4]。人体每天将1%～2%总肌酸(包括磷酸肌酸和肌酸)分解成肌酐,然后从尿液中排出,肌肉质量较大的人和体力活动水平较高的人,肌酸每天降解为肌酐的程度更大[5]。肌酸补充剂在运动营养领域应用十分广泛[6],且种类多种多样,但有些类型并不具备良好的生物利用度、有效性和安全性[7]。为了获得最佳的运动表现,常将肌酸与不同的补充剂复合使用,有研究表明,肌酸与碳水化合物、β-羟基-β-甲基丁酸盐(β-hydroxy-β-methylbutyrate,HMB)、咖啡因等物质联合补充对运动效果的提升要好于单独摄入肌酸[8-10]。
作者结合国内外肌酸的研究和应用现状,将从肌酸的体内合成、补充策略、检测方法及发展前景等进行综合阐述,为肌酸在运动营养中的研究和在运动训练过程中的应用提供一定的参考。
1 肌酸的体内合成
正常情况下人体能合成肌酸,肌酸的内源性合成分两步进行(图1),需要L-精氨酸甘氨酸脒基转移酶(arginine glycine amidinotransferase,AGAT)和胍基乙酸N-甲基转移酶(guanidinoacetate methyltransferase,GAMT)2种酶,第一步在肾脏、肝脏、胰腺和大脑等含有AGAT的部位进行,AGAT催化精氨酸和甘氨酸合成胍基乙酸;第二步主要在肝脏中进行,GAMT催化胍基乙酸转化为肌酸[11]。体内合成大约提供了肌酸每日需求量的一半[3],此外维持机体总肌酸水平所需的肌酸从饮食中获得,主要来自红肉、鱼或含有生物可用肌酸来源的膳食补充剂[12]。从事高强度训练或体型较大的运动员可能每天需要补充5～10 g肌酸,以保证机体肌酸含量维持在正常水平[5]。
图1 肌酸的内源性合成[13]
Fig.1 Endogenous synthesis of creatine
2 补充肌酸的形式及安全性
膳食来源肌酸补充剂必须具有一定的生物利用度,这包括:a)能以肌酸的形式被吸收到血液中并转运到组织中[3];b)通过组织特异性肌酸转运蛋白转运到组织中[2];c)从生理上有意义地增加组织和细胞的肌酸及磷酸肌酸的含量,以改善代谢活动[1]。最终剂型的稳定性也是影响市场上肌酸补充剂类型的另一个重要特性[14]。肌酸无水物有多晶型现象,BRAUN等[15]对3种晶型的稳定性进行比较发现,常温下几种晶型的无水肌酸会在相对湿度大于35%或60%时转变为一水肌酸。一水肌酸在粉末形式下很稳定,然而在溶液中不稳定,会通过分子内环化进行缩合反应形成副产物肌酐(图2),通常随着溶液pH值降低和温度升高,降解为肌酐的速度更快[16]。因此,建议将一水肌酸溶解在酸性溶液中后尽快食用。肌酸类运动营养补充剂的种类丰富,常见的种类有一水肌酸、复合肌酸、肌酸盐和酯化肌酸等[17]。但由于一些新形式肌酸补充剂的安全性、稳定性和生物利用度尚不十分明确,一水肌酸仍是目前唯一在中国、澳大利亚、加拿大、欧盟、日本和韩国获准销售的肌酸来源,具有良好的生物利用度、有效性和安全性[7]。相关科研和管理部门应当加快和深入对于新形式肌酸产品的安全性和适用性研究,制定出适用于我国肌酸类运动产品生产和食用安全的标准和法规。
图2 肌酸与肌酐的转化[7]
Fig.2 Interconversion of creatine to creatinine
大量的研究均已经证明了合理补充肌酸的安全性。补充肌酸至饱和,一般停止补充4～6周后,肌酸含量会回到基线水平,之后便不会继续下降,因此可以认为长期补充肌酸不会抑制内源性肌酸合成[18]。过量的含氮食物摄入与肾脏过度滤过、血管舒张和肾小管蛋白重吸收抑制有关,从而导致肝肾功能损伤[19]。由于肌酸的氮含量高,长时间过量补充肌酸理论上会增加肝肾的压力。KEYS等[20]使用组织学技术检查补充肌酸8周和10个月后小鼠的组织结构。除肝组织外,所有组织结构都正常,长期补充肌酸导致小鼠慢性肝炎。然而,在一项为评估补充肌酸的安全性而设计的研究中,94名橄榄球运动员在0～21个月的训练中服用含肌酸或不含肌酸的补充剂,补充肌酸对运动员血清肌酐、尿肌酐排泄量、肌酐清除率、血尿素氮、尿素/肌酐比值、肌酸激酶、乳酸脱氢酶、谷丙转氨酶和谷草转氨酶含量无显著影响,这说明短期和长期补充肌酸不会对运动员肾功能、肌肉和肝脏损伤标志物产生不利影响[21]。此外,POORTMANS等[22]通过比较肌酸补充组(1～80 g/d,持续10个月～5年)和对照组的肌酐、尿素和血浆白蛋白清除率水平,证明了短期、中期和长期口服肌酸补充剂都不会对健康个体的肾脏产生有害影响。不过,对于患有肝肾功能疾病的人群,可以尽量避免肌酸的补充。
长期补充肌酸会改变肌肉组织中蛋白组成和身体成分,大鼠在连续补充12周的高频自主车轮运动中补充肌酸,足底肌球蛋白重链含量升高[23]。FERREIRA等[24]给大鼠补充肌酸(2 g/kg食物),并结合跑步机运动,10周后大鼠的瘦体重显著提高、脂肪质量显著降低。不过有研究显示补充肌酸也会引起机体总体重的增加[25],对于需要控制体重的运动员(如举重、拳击、赛艇等),这一点值得关注。此外,有报道称补充肌酸过程中偶尔会有人出现痉挛、脱水、肌肉断裂、胃肠道不适和头晕症状,但没有充分证据表明这些是由于补充肌酸引起。
3 补充肌酸在运动中的作用
机体大约95%的肌酸储存在肌肉中,其余的储存在心脏、大脑和睾丸等其他组织中[3, 5]。肌酸与细胞中的Pi结合形成PCr,从而作为高能磷酸盐能源来重新合成ATP,作为能量来源来促进细胞代谢[1]。肌酸在将能量相关的中间产物从线粒体的电子传输系统转移到胞浆的过程中也起着关键作用[2]。补充肌酸能够增加肌肉中的肌酸浓度,改善训练适应能力、提高运动成绩,此外还能促进训练后恢复、降低运动过程中受伤风险。
3.1 提高运动能力
大量的动物和临床实验研究表明,补充肌酸能够增大肌肉力量、提高最大输出功率,从而整体改善运动能力。朱晓梅等[26]研究了补充肌酸类补充剂对小鼠运动能力和腓肠肌超微结构的影响,结果显示,与不服用肌酸相比,服用肌酸补剂的小鼠,腓肠肌中线粒体和糖原含量高,肌纤维更粗,运动能力也显著提高。DAWSON等[27]研究了口服肌酸是否能够增强单次和重复的短距离冲刺表现,结果显示,肌酸补充组在6次冲刺过程中做的总功和峰值功率显著高于安慰剂组,表明补充肌酸可以提高单次和重复的短距离冲刺性能。
同碳水化合物一样,肌酸一水合物具有渗透特性,有助于保持少量的水分,这个性质在一定程度上说明,补充肌酸或许可以帮助运动员在高温下锻炼时补充高水合物、提高运动耐力,许多研究者也对此有进一步研究[28-29]。例如,VOLEK等[29]评估了补充肌酸[0.3 g/(kg·d),连续7 d]对在高温下锻炼35 min人体的心血管、肾脏、体温和体液调节激素反应的影响,研究结果显示,补充肌酸可以在不改变体温调节反应的情况下,增强运动员在高温下的冲刺训练表现。
3.2 降低运动受伤风险
在运动中补充肌酸能够减少肌肉和骨骼损伤、脱水和肌肉痉挛的发生率。GREENWOOD等[30]研究发现与不补充肌酸的运动员相比,服用肌酸的运动员肌肉抽筋、中暑、脱水、肌肉紧张、肌肉劳损和总损伤的发生率显著减少。
此外,肌酸具有神经保护作用[31],HAUSSMANN等[32]研究了在中度脊髓损伤前后喂食肌酸对大鼠的影响,发现肌酸的摄取改善了运动功能测试,并缩小了脊髓损伤后的疤痕组织大小,因此他们认为对有脊髓损伤风险的脊柱手术患者,补充肌酸可能会提供神经保护。这对从事接触性运动的运动员而言,补充肌酸能够降低他们发生脑震荡或脊髓损伤的风险。
3.3 促进训练后恢复
补充肌酸可以帮助运动员增加糖原储备,减少剧烈运动后的炎症和肌肉细胞中酶的流出,从而促进运动员在高强度训练后快速恢复。NELSON等[33]的研究表明,在进行一次力竭运动之前,联合补充肌酸和碳水化合物比仅仅补充碳水化合物有更大的运动后糖原储备,糖原对于促进恢复和防止强化训练期间的过度训练具有非常重要的作用。SANTO等[34]评估了有经验的马拉松运动员在进行30 Km赛跑之前补充肌酸对运动后炎症标志物和肌肉酸痛的影响,结果显示与对照组相比,肌酸补充使肌酸激酶、前列腺素E2和肿瘤坏死因子α的变化减少,乳酸脱氢酶也没有增加。COOKE等[35]的研究显示在运动性肌肉损伤的恢复过程中,补充肌酸的参与者有显著更大的等速和等长膝关节伸展力量,此外,补充肌酸组在恢复2～7 d后血浆肌酸激酶水平显著低于对照组。
4 肌酸与其他物质联合补充的影响
运动员为了获得最佳的运动表现,往往会在补充肌酸的过程中补充其他营养物质,期望结合它们的促进作用,产生协同效应。目前,对于肌酸和其他营养物质联合补充对运动的影响研究表明,肌酸与碳水化合物、HMB、咖啡因、碳酸氢钠、α-硫辛酸联合补充对运动效果的提升要优于单独摄入肌酸。
4.1 肌酸与碳水化合物的组合效应
肌酸与碳水化合物联合补充能增加机体对肌酸的摄取,增加体内肌酸滞留,主要原因是碳水化合物能刺激人体分泌胰岛素,它能刺激肌肉对肌酸的摄取[28]。GREEN等[36]探究了补充碳水化合物以提高血浆胰岛素浓度是否对人体总肌酸蓄积有影响,结果显示在补充肌酸的过程中,碳水化合物补充增加了肌酸在体内滞留。他们还进一步探究了肌酸补充过程中添加碳水化合物对骨骼肌肌酸积累的影响,受试者在连续5天每天补充20 g肌酸后,肌肉中总肌酸浓度可增加大约20 mmol/kg干肌,当联合补充肌酸和碳水化合物时,肌肉总肌酸浓度进一步增加了60%,尿肌酸排泄量也显著减少[37],充分证实了碳水化合物补充增加了全身肌酸存留量。
关于联合补充肌酸和碳水化合物对运动成绩的影响,在一项关于自行车计时赛的研究显示,肌酸和碳水化合物联合补充能增加长时间模拟计时赛循环后期重复高强度冲刺时的功率输出[8]。然而,THEODOROU等[38]在探究碳水化合物和肌酸联合补充对无氧运动成绩的影响时发现,与连续4 d每天摄入5 g 肌酸相比,在每补充5 g肌酸后额外摄入500 mL含有100 g单糖的市售能量饮料并不会进一步提高短期间歇无氧运动的成绩。因此,肌酸与碳水化合物联合补充后是否有益于运动表现,可能还与二者摄入的量、摄入时间、运动形式等有关。
4.2 肌酸与HMB的组合效应
HMB具有增加肌肉蛋白质含量、维持瘦体重、提高运动能力等作用,对于预防和改善肌肉减少症,也有一定的功效[39]。HMB能够抑制糖原合成酶激酶-3活性,促进糖原合成,从而延缓疲劳[40]。还可通过刺激胰岛素样生长因子-1刺激磷脂酰肌醇3-激酶途径,刺激哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)磷酸化,从而增加蛋白质合成[41]。此外,HMB还可以增加过氧化物酶体增殖物激活受体共激活因子1-αα(PGC-1α)的基因表达,促进线粒体的生物合成,从而增强氧化功能,以增强有氧能力[42]。
有研究表明,肌酸和HMB摄入可以增加瘦体重和力量,且两者具有协同效应[9],3～10 g/d的一水肌酸和3 g/d的HMB联合补充不会对运动诱导的肌肉损伤有关的标志物和合成/分解代谢激素产生显著影响[43]。FERN
NDEZ-LANDA等[44]研究了联合补充10周一水肌酸与HMB对赛艇运动员运动性肌肉损伤和代谢激素的影响,运动员(n=28)被随机分为4组:安慰剂组、肌酸组[0.04 g/(kg·d) 一水肌酸]、HMB组(3 g/d HMB)和肌酸-HMB组[0.04 g/(kg·d)一水肌酸+3 g/d HMB],在补充前和补充10周后,采集所有赛艇运动员的血样,结果显示两组间运动性肌肉损伤标志物(天冬氨酸转氨酶、乳酸脱氢酶和肌酸激酶)的无显著性差异,而联合补充对睾酮(增加表示合成代谢状态)有协同作用,对皮质醇(增加表示压力积累)有拮抗作用。他们的另一项研究结果还表明超过10周的一水肌酸和HMB补充剂对运动员肌肉质量没有显著影响,但在递增测试中显示出对有氧力量的协同效应[45]。
4.3 肌酸与咖啡因的组合效应
咖啡因是世界上消费最广泛的合法精神活性物质[46],咖啡因可能通过刺激肌膜中的肌酸转运蛋白活性,促进细胞对肌酸的摄取,从而增加肌酸在细胞中的含量[10]。在连续6 d补充0.3 g/(kg·d)肌酸后,实验组在运动前1 h补充5 mg/kg咖啡因,对照组补充5 mg/kg安慰剂,运动员以125%VO2max的运动强度在跑步机上跑至力竭,结果显示实验组跑至力竭的时间显著高于对照组和肌酸负荷基线时期,这表明肌酸负荷6 d后,急性补充咖啡因能够进一步改善运动表现[47]。LEE等[48]研究了肌酸[0.3 g/(kg·d)]负荷5 d后,在运动前急性补充咖啡因(6 mg/kg)对高强度短跑成绩的影响,结果显示补充肌酸后摄入咖啡因可以增强间歇性高强度短跑成绩。他们还探究了这种补充方法对递增循环至力竭任务的影响,结果显示延长了运动员力竭的时间,不过这种方法会导致乳酸在血液中积聚[49]。然而,TREXLER等[50]探究5天的肌酸负荷过程中单独或与无水咖啡因联合补充对上下身力量和短跑成绩的影响,与仅补充肌酸相比,肌酸和咖啡因联合补充并没有使运动员在提高体力和减少乳酸生成方面有显著差异。对运动表现的影响不同可能是因为肌酸和咖啡因会对肌浆钙动力学和肌肉放松时间产生相反的影响[51],或是这2种补充剂联合补充时可能会引起胃肠道不适。因此,在联合补充这2种物质时需注意补充量和补充时间,在肌酸负荷期后,急性补充咖啡因比单独补充肌酸能更有效地提高运动成绩,而咖啡因与肌酸一起慢性补充不会显著提高运动能力。
4.4 肌酸与碳酸氢钠的组合效应
国际运动营养学会指出,补充碳酸氢钠(0.2～0.5 g/kg)可以改善肌肉耐力活动、各种格斗运动以及高强度自行车、跑步、游泳和赛艇的运动表现[52]。一些研究者研究了肌酸与碳酸氢钠联合补充对运动表现的影响。连续6 d补充20 g/d肌酸后,第7 d游泳前2 h内补充0.3 g/kg碳酸氢钠的游泳运动员,其游泳速度显著快于仅补充等量安慰剂的运动员,而且次日血液的平均pH显著高于安慰剂组[53]。KIM等[54]的研究表明联合补充肌酸和碳酸氢钠提高了优秀足球运动员的30 m冲刺能力和运动灵活性。但由于没有单独补充肌酸进行对照,不足以证明这两种补充剂联合补充会对运动成绩产生协同或者相加的效果。BARBER等[55]将运动员分为安慰剂组、肌酸组(20 g)、肌酸与碳酸氢钠(0.5 g/kg)复合组,进行自行车重复冲刺运动,结果显示与安慰剂组和肌酸组相比,联合补充肌酸和碳酸氢钠增加了峰值功率和平均功率,并且在6次重复冲刺中相对峰值功率的衰减率最大。然而,GRIFFEN等[56]在研究了重复短跑时补充肌酸和碳酸氢钠对机械力量的影响时发现,与仅补充碳酸氢钠相比,二者联合补充时机械输出功率略有改善,但与仅补充肌酸相比,差异并不显著。这些结果表明将这2种补充剂联合补充对参加高强度间歇性运动的运动员有利,但并没有显著的相加作用。
4.5 肌酸与α-硫辛酸的组合效应
α-硫辛酸是丙酮酸脱氢酶和α-酮戊二脱氢酶的辅酶,具有增强胰岛素敏感性、加强肌细胞摄取肌酸的营养生理功能[57]。BURKE等[58]研究了关于α-硫辛酸联合补充一水肌酸对人骨骼肌肌酸和磷酸浓度的影响,结果表明补充肌酸能显著增加志愿者体重和体内总肌酸浓度,同时补充α-硫辛酸能进一步增加肌肉磷酸肌酸和总肌酸浓度。一项探究影响人体肌酸滞留量的因素的研究中,试验人员每补充5 g肌酸,需补充碳水化合物92.5 g,以刺激胰岛素介导的肌酸转运[59],这接近大多数人的适口性极限。α-硫辛酸作为一种具有胰岛素增强活性的物质,可以用来取代一部分与肌酸联合补充时所需的葡萄糖,增加肌酸在人体中的转运及滞留。
5 肌酸的检测方法
肌酸的检测以色谱、质谱技术为主,该类方法准确度高、灵敏性强。甲萘酚-双乙酰法检测肌酸对仪器设备要求不高,但该方法检测的准确度低,只适用于稀溶液。对于复杂样本的检测,为了追求准确度,仍优先选择色谱、质谱类检测方法。肌酸检测方法的优缺点及实际应用见表1。
表1 肌酸检测方法比较
Table 1 Comparison of creatine detection methods
检测方法检测样本优点缺点参考文献高效液相色谱法(HPLC)水溶液、血清、尿液、组织分离效率高、选择性好、灵敏度高、准确度较高分析成本较高 [60-65]质谱技术尿液、血浆、红细胞灵敏度高、准确度高分析成本高[66-69]甲萘酚-双乙酰法水溶液操作简单,仪器要求不高准确度低,只适用于稀溶液[70]电化学法水溶液、血浆操作简便,分析速度快仪器寿命不长[71]毛细管区带电泳法尿液预处理简单,分析速度快灵敏度一般[72]生物传感器法肌酸粉准确度较高,分析速度快前期成本较高[73]
5.1 高效液相色谱法
高效液相色谱法(HPLC)发展于20世纪60年代,目前仪器普及度较高,在食品、化工、医药等领域应用广泛,该法是检测肌酸补充剂中最常用的方法。我国现行标准GB 24154—2015《食品安全国家标准 运动营养食品通则》中对肌酸的检测也采用此方法,该标准采用甲醇-水(体积比40∶60)为流动相,使用ODS C18色谱柱,检测波长220 nm。李闯[60]利用固相萃取技术对运动营养品中肌酸进行分离纯化和富集后,利用HPLC对其中肌酸含量进行检测,水与甲醇(体积比90∶10)体系作为流动相,最终肌酸的检出限为0.14 mg/kg,定量限为0.47 mg/kg。有研究指出[61],采用国家标准中甲醇-水(体积比40∶60)为流动相时,肌酸粉中一水肌酸和双氰胺色谱峰难分离,这会对一水肌酸定量造成干扰,而用10 mmol/L磷酸二氢钠溶液(氨水调pH值至10.5)作为的流动相,一水肌酸在0.204～1.02 mg/mL浓度范围内均具有良好的线性相关,检出限为5 mg/g。
HPLC在生物样品中肌酸的测定中也有应用,周永国[62]提出了一种快速、简便的同时测定血清中肌酸、尿酸和肌酐的HPLC法,可在2 min内对3种物质实现分离,肌酸检出限为0.69 μg/mL。TRANBERG等[63]利用HPLC测定了人工脑脊液和大脑提取物中N-乙酰天冬氨酸和肌酸的含量。文娜等[64]建立了一种同时测定羊肉中肌酸、肌苷酸、肌酐、鸟苷酸的HPLC方法,当肌酸的质量浓度范围为2.36～47.2 μg/mL时,峰面积与质量浓度呈良好线性关系,相对标准偏差为1.8%,平均回收率为97.5%。马玉花等[65]采用HPLC同时测定了尿液中4种常见的非蛋白氮物质(肌酸、尿肌酐、尿酸及假尿嘧啶核苷)含量,在7 min内完成快速分离分析,肌酸在0.1～250 mg/L范围内线性关系良好,检出限为9.31 μg/L。
5.2 质谱技术
近年来,质谱(MS)技术不断成熟和完善,在进行合适的样品预处理后,使用高效分离技术如气相色谱(GC)、液相色谱(LC)与质谱技术相结合的方法检测肌酸,可以提高检测的灵敏度和准确性。在一项探究肌酸进入血浆、红细胞的摄取及其在尿液中的排泄的情况的研究中[66],受试者摄入D3-肌酸后,用阳离子交换色谱法分离其尿液、血浆和红细胞中肌酸和肌酐,经三氟乙酸酐衍生化后,用GC-MS测定肌酸∶D3-肌酸和肌酐∶D3-肌酐的比例以及这些物质的浓度。王月兵等[67]通过给小鼠单次口服D3-肌酸,利用LC-MS/MS检测尿液中D3-肌酸、D3-肌酐和肌酐的含量,经计算得出小鼠总肌酸含量,以此反映骨骼肌质量。JOVANOV等[68]在亲水相互作用色谱(HILIC)和响应面法优化色谱参数的基础上,建立了多反应监测模式同时测定和定量胍基乙酸和肌酸的LC-MS/MS方法,结果表明,该方法回收率为75.1%～101.6%,定量限较低(胍基乙酸0.025 μg/mL,肌酸0.006 μg/mL),并使用基质匹配校准消除了复杂基质(如人血浆和尿液)的影响。SUN等[69]开发了一种简单快速的HPLC-MS/MS方法,并验证其同时测定儿童血浆中磷酸肌酸及其代谢物肌酸和肌酐的可行性,结果显示均具有良好的线性关系、回收率。
5.3 其他检测方法
甲萘酚-双乙酰法是用于肌酸检测的一种显色方法,此法是利用甲萘酚和双乙酰可以在碱性条件下与肌酸中的胍基键反应,生成红色的复合物[70],但该方法准确度不高、只适用于稀溶液,一般不采用。电化学法操作简单,也用于肌酸的测定,MO等[71]采用电化学检测法测定水溶液和大鼠血浆中的肌酸,利用HPLC将肌酸从其主要降解产物肌酐中完全分离后,在0～20 μg/mL的浓度范围内与峰值电流呈线性关系。
毛细管区带电泳也是一种快速简便的方法,RODR
GUEZ等[72]提出了一种使用毛细管区带电泳测定尿液中的肌酸和肌酐方法,除稀释样品外无需进行任何预处理,分离时间不到2.5 min,该方法简便且足够灵敏,无需使用表面活性剂即可在样品中进行此测定,肌酸检出限为1.3 mg/L,定量限为4.3 mg/L。采用生物传感器测定市售肌酸粉样品中的肌酸,具有良好的传感性能,KAÇAR等[73]设计了一种安培生物传感器检测肌酸,这项研究将肌酸酶和肌氨酸氧化酶固定在Fe3O4纳米颗粒修饰的酶电极上,Fe3O4纳米粒子增加了电极的表面积和电导率,从而增强了电极的灵敏度。
6 总结与展望
肌酸作为一种安全系数非常高的运动营养补充剂,可以增加肌肉中的肌酸浓度,提高运动能力,降低运动受伤风险,促进训练后修复。在一些情况下,肌酸与HMB、咖啡因、碳酸氢钠联合补充对运动效果的提升要好于单独补充肌酸;碳水化合物、α-硫辛酸与其联合补充能够促进体内肌酸的摄取及滞留,从而提高运动能力。肌酸的检测方法日渐完善,以色谱、质谱技术为主,但在含干扰物较多的复杂样本中,肌酸含量的检测仍有难度。
尽管肌酸已经在运动营养食品中广泛应用,但仍然存在一些限制。肌酸与其他物质联合补充对运动能力提高有协同作用,但对其机制缺乏深入研究,且没有标准的补充方案。肌酸的形式多种多样,一些新形式肌酸的安全性、生物利用率尚未明确,且不同形式肌酸之间缺乏效价转换关系,这些限制了新形式肌酸补充剂的应用与推广。由于一水肌酸在溶液中溶解度较低、稳定性差,导致肌酸类运动补剂主要以粉末形式销售,开发含有生理有效剂量肌酸的液体饮料仍是一个待攻克的难点。
因此,未来关于肌酸类补充剂的研究方向可以集中在以下几点:a)优化肌酸检测方法,提高检测的灵敏性、准确性,为复杂样本中肌酸含量的准确测定以及肌酸在运动营养中研究的提供有效手段;b)对肌酸与其他营养物质联合补充对运动的影响进行研究,并对产生影响的机制进行深入研究,为制定标准的联合补充方案提供理论基础;c)制备理化性质良好、安全且生物利用率高的新形式肌酸,通过体外、动物和人体实验确定不同形式肌酸之间的效价转换关系,为新形式肌酸的应用提供依据;d)包括我国在内的很多国家对以肌酸为原料的食品的审批和管理都比较谨慎,相关科研和管理部门应当加快和深入对于肌酸类产品的安全性和适用性研究,制定出适用于我国该类产品生产和食用安全的标准和法规;e)开发不同类型含有效剂量肌酸的产品,如液体饮料、凝胶,并确保肌酸在货架期内的稳定性,为运动人群补充肌酸提供更多选择。
[1] KREIDER R B, STOUT J R.Creatine in health and disease[J].Nutrients, 2021, 13(2):447.
[2] BONILLA D A, KREIDER R B, STOUT J R, et al.Metabolic basis of creatine in health and disease:A bioinformatics-assisted review[J].Nutrients, 2021, 13(4):1238.
[3] BROSNAN M E, BROSNAN J T.The role of dietary creatine[J].Amino Acids, 2016, 48(8):1785-1791.
[4] BALSOM P D, SÖDERLUND K, EKBLOM B.Creatine in humans with special reference to creatine supplementation[J].Sports Medicine, 1994, 18(4):268-280.
[5] KREIDER R B, MELTON C, RASMUSSEN C J, et al.Long-term creatine supplementation does not significantly affect clinical markers of health in athletes[J].Molecular and Cellular Biochemistry, 2003, 244(1-2):95-104.
[6] KREIDER R B, KALMAN D S, ANTONIO J, et al.International Society of Sports nutrition Position stand:Safety and efficacy of creatine supplementation in exercise, sport, and medicine[J].Journal of the International Society of Sports Nutrition, 2017, 14(1):18-36.
[7] KREIDER R B, JAGER R, PURPURA M.Bioavailability, efficacy, safety, and regulatory status of creatine and related compounds:A critical review[J].Nutrients, 2022, 14(5):1035.
[8] TOMCIK K A, CAMERA D M, BONE J L, et al.Effects of creatine and carbohydrate loading on cycling time trial performance[J].Medicine and Science in Sports and Exercise, 2018, 50(1):141-150.
[9] J
WKO E, OSTASZEWSKI P, JANK M, et al.Creatine and beta-hydroxy-beta-methylbutyrate (HMB) additively increase lean body mass and muscle strength during a weight-training program[J].Nutrition, 2001, 17(7-8):558-566.[10] MARINHO A H, GONÇALVES J S, 
P K, et al.Effects of creatine and caffeine ingestion in combination on exercise performance:A systematic review[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2023,63(20):4785-4798.
[11] DA SILVA R P, NISSIM I, BROSNAN M E, et al.Creatine synthesis:Hepatic metabolism of guanidinoacetate and creatine in the rat in vitro and in vivo[J].American Journal of Physiology.Endocrinology and Metabolism, 2009, 296(2):E256-E261.
[12] KERKSICK C M, WILBORN C D, ROBERTS M D, et al.ISSN exercise &sports nutrition review update:Research &recommendations[J].Journal of the International Society of Sports Nutrition, 2018, 15(1):38.
[13] STÖCKLER S, HOLZBACH U, HANEFELD F, et al.Creatine deficiency in the brain:A new, treatable error of metabolism[J].Pediatric Research, 1994, 36(3):409-413.
[14] ARLIN J B, BHARDWAJ R M, JOHNSTON A, et al.Structure and stability of two polymorphs of creatine and its monohydrate[J].CrystEngComm, 2014, 16(35):8197-8204.
[15] BRAUN D E, ORLOVA M, GRIESSER U J.Creatine:Polymorphs predicted and found[J].Crystal Growth &Design, 2014, 14(10): 4895-4900.
[16] KREIDER R B, FERREIRA M, WILSON M, et al.Effects of creatine supplementation on body composition, strength, and sprint performance[J].Medicine and Science in Sports and Exercise, 1998, 30(1):73-82.
[17] 杨则宜, 弭苗苗.肌酸作为运动营养品使用的研究和应用[J].食品工业科技, 2013, 34(13):369-372;377.YANG Z Y, MI M M.Research and application of creatine as sports nutrition product[J].Science and Technology of Food Industry, 2013, 34(13):369-372;377.
[18] HULTMAN E, SÖDERLUND K, TIMMONS J A, et al.Muscle creatine loading in men[J].Journal of Applied Physiology, 1996, 81(1):232-237.
[19] BRENNER B M,MEYER T W,HOSTETTER T H.Dietary protein intake and the progressive nature of kidney disease:The role of hemodynamically mediated glomerular injury in the pathogenesis of progressive glomerular sclerosis in aging, renal ablation, and intrinsic renal disease[J].The New England Journal of Medicine, 1982, 307(11):652-659.
[20] KEYS S,TYMINSKI M,DAVIS J, et al.The effects of long-term creatine supplementation on liver architecture in mice[J].Medicine &Science in Sports &Exercise, 2001, 33(5):S206.
[21] KREIDER R,MELTON C,RASMUSSEN C, et al.Effects of long-term creatine supplementation on renal function and muscle &liver enzyme efflux[J].Medicine and Science in Sports and Exercise, 2001, 33(5):S207-S207.
[22] POORTMANS J R,FRANCAUX M.Long-term oral creatine supplementation does not impair renal function in healthy athletes[J].Medicine and Science in Sports and Exercise, 1999, 31(8):1108-1110.
[23] GALLO M,GORDON T,SYROTUIK D, et al.Effects of long-term creatine feeding and running on isometric functional measures and myosin heavy chain content of rat skeletal muscles[J].Pflugers Archiv: European Journal of Physiology, 2006, 452(6):744-755.
[24] FERREIRA L G,DE TOLEDO BERGAMASCHI C,LAZARETTI-CASTRO M, et al.Effects of creatine supplementation on body composition and renal function in rats[J].Medicine and Science in Sports and Exercise, 2005, 37(9):1525-1529.
[25] CLARKSON P M, RAWSON E S.Nutritional supplements to increase muscle mass[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 1999, 39(4):317-328.
[26] 朱晓梅, 严政, 曹佩江, 等.肌酸及其复合制剂对小鼠运动能力的影响[J].体育与科学, 1998(5):97-101.ZHU X M, YAN Z, CAO P J, et al.Effect of creatine and creatine-compound on exercise ability of rats[J].Sports &Science, 1998(5):97-101.
[27] DAWSON B, CUTLER M, MOODY A, et al.Effects of oral creatine loading on single and repeated maximal short sprints[J].Australian Journal of Science and Medicine in Sport, 1995, 27(3):56-61.
[28] KILDUFF L P, GEORGIADES E, JAMES N, et al.The effects of creatine supplementation on cardiovascular, metabolic, and thermoregulatory responses during exercise in the heat in endurance-trained humans[J].International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2004, 14(4):443-460.
[29] VOLEK J S, MAZZETTI S A, FARQUHAR W B, et al.Physiological responses to short-term exercise in the heat after creatine loading[J].Medicine and Science in Sports and Exercise, 2001, 33(7):1101-1108.
[30] GREENWOOD M, KREIDER R B, GREENWOOD L, et al.Cramping and injury incidence in collegiate football players are reduced by creatine supplementation[J].Journal of Athletic Training, 2003, 38(3):216-219.
[31] TARNOPOLSKY M A, PARSHAD A, WALZEL B, et al.Creatine transporter and mitochondrial creatine kinase protein content in myopathies[J].Muscle &Nerve, 2001, 24(5):682-688.
[32] HAUSMANN O N, FOUAD K, WALLIMANN T, et al.Protective effects of oral creatine supplementation on spinal cord injury in rats[J].Spinal Cord, 2002, 40(9):449-456.
[33] NELSON A G, ARNALL D A, KOKKONEN J, et al.Muscle glycogen supercompensation is enhanced by prior creatine supplementation[J].Medicine and Science in Sports and Exercise, 2001, 33(7):1096-1100.
[34] SANTOS R V T, BASSIT R A, CAPERUTO E C, et al.The effect of creatine supplementation upon inflammatory and muscle soreness markers after a 30 km race[J].Life Sciences, 2004, 75(16):1917-1924.
[35] COOKE M B, RYBALKA E, WILLIAMS A D, et al.Creatine supplementation enhances muscle force recovery after eccentrically-induced muscle damage in healthy individuals[J].Journal of the International Society of Sports Nutrition, 2009, 6(1):13-24.
[36] GREEN A L, SIMPSON E J, LITTLEWOOD J J, et al.Carbohydrate ingestion augments creatine retention during creatine feeding in humans[J].Acta Physiologica Scandinavica, 1996, 158(2):195-202.
[37] GREEN A L, HULTMAN E, MACDONALD I A, et al.Carbohydrate ingestion augments skeletal muscle creatine accumulation during creatine supplementation in humans[J].The American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism, 1996, 271(5Pt 1):E821-E826.
[38] THEODOROU A S, PARADISIS G, SMPOKOS E, et al.The effect of combined supplementation of carbohydrates and creatine on anaerobic performance[J].Biology of Sport, 2017, 34(2):169-175.
[39] 刘小杰, 许建超, 李娜, 等.β-羟基-β-甲基丁酸盐(HMB)运动功效的研究进展[J].中国食品添加剂, 2021, 32(6):132-138.LIU X J, XU J C, LI N, et al.Research progress on exercise efficacy of β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB)[J].China Food Additives, 2021, 32(6):132-138.
[40] CROSS D A, ALESSI D R, VANDENHEEDE J R, et al.The inhibition of glycogen synthase kinase-3 by insulin or insulin-like growth factor 1 in the rat skeletal muscle cell line l6 is blocked by wortmannin, but not by rapamycin:Evidence that wortmannin blocks activation of the mitogen-activated protein kinase pathway in l6 cells between ras and raf[J].The Biochemical Journal, 1994, 303(1):21-26.
[41] GERLINGER-ROMERO F, GUIMAR
ES-FERREIRA L, GIANNOCCO G, et al. Chronic supplementation of beta-hydroxy-beta methylbutyrate (HMβ) increases the activity of the GH/IGF-I axis and induces hyperinsulinemia in rats[J]. Growth Hormone &IGF Research: Official Journal of the Growth Hormone Research Society and the International IGF Research Society, 2011, 21(2):57-62.
[42] HE X, DUAN Y H, YAO K, et al.β-hydroxy-β-methylbutyrate, mitochondrial biogenesis, and skeletal muscle health[J].Amino Acids, 2016, 48(3):653-664.
[43] FERN
NDEZ-LANDA J, CALLEJA-GONZLEZ J, LE
N-GUERE
O P, et al.Effect of the combination of creatine monohydrate plus HMB supplementation on sports performance, body composition, markers of muscle damage and hormone status:A systematic review[J].Nutrients, 2019, 11(10):2528-2544.
[44] FERNNDEZ-LANDA J, FERNNDEZ-LZARO D, CALLEJA-GONZLEZ J, et al.Long-term effect of combination of creatine monohydrate plus β-hydroxy β-methylbutyrate (HMB) on exercise-induced muscle damage and anabolic/catabolic hormones in elite male endurance athletes[J].Biomolecules, 2020, 10(1):140-155.
[45] FERNNDEZ-LANDA J, FERNNDEZ-LZARO D, CALLEJA-GONZLEZ J, et al.Effect of ten weeks of creatine monohydrate plus HMB supplementation on athletic performance tests in elite male endurance athletes[J].Nutrients, 2020, 12(1):193-207.
[46] SÖKMEN B, ARMSTRONG L E, KRAEMER W J, et al.Caffeine use in sports:Considerations for the athlete[J].Journal of Strength and Conditioning Research, 2008, 22(3):978-986.
[47] DOHERTY M, SMITH P M, DAVISON R C R, et al.Caffeine is ergogenic after supplementation of oral creatine monohydrate[J].Medicine and Science in Sports and Exercise, 2002, 34(11):1785-1792.
[48] LEE C L, LIN J C, CHENG C F.Effect of caffeine ingestion after creatine supplementation on intermittent high-intensity sprint performance[J].European Journal of Applied Physiology, 2011, 111(8):1669-1677.
[49] LEE C L, LIN J C, CHENG C F.Effect of creatine plus caffeine supplements on time to exhaustion during an incremental maximum exercise[J].European Journal of Sport Science, 2012, 12(4):338-346.
[50] TREXLER E T, SMITH-RYAN A E, ROELOFS E J, et al.Effects of coffee and caffeine anhydrous intake during creatine loading[J].Journal of Strength and Conditioning Research, 2016, 30(5):1438-1446.
[51] TREXLER E T, SMITH-RYAN A E.Creatine and caffeine:Considerations for concurrent supplementation[J].International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2015, 25(6):607-623.
[52] GRGIC J, PEDISIC Z, SAUNDERS B, et al.International society of sports nutrition position stand:Sodium bicarbonate and exercise performance[J].Journal of the International Society of Sports Nutrition, 2021, 18(1):61.
[53] MERO A A, KESKINEN K L, MALVELA M T, et al.Combined creatine and sodium bicarbonate supplementation enhances interval swimming[J].Journal of Strength and Conditioning Research, 2004, 18(2):306-310.
[54] KIM J.Effects of combined creatine and sodium bicarbonate supplementation on soccer-specific performance in elite soccer players:A randomized controlled trial[J].International Journal of Environmental Research and Public Health, 2021, 18(13):6919.
[55] BARBER J J, MCDERMOTT A Y, MCGAUGHEY K J, et al.Effects of combined creatine and sodium bicarbonate supplementation on repeated sprint performance in trained men[J].Journal of Strength and Conditioning Research, 2013, 27(1):252-258.
[56] GRIFFEN C, ROGERSON D, RANCHORDAS M, et al.Effects of creatine and sodium bicarbonate coingestion on multiple indices of mechanical power output during repeated Wingate tests in trained men[J].International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2015, 25(3):298-306.
[57] 门小明, 邓波, 陶新, 等.一水肌酸及其组合添加物对生长育肥猪胴体组成与肉质相关指标的营养调控研究[J].动物营养学报, 2019, 31(1):285-293.MEN X M, DENG B, TAO X, et al.Nutritional regulation of creatine and its combination additives on carcass composition and meat quality related indices of growing-finishing pigs[J].Chinese Journal of Animal Nutrition, 2019, 31(1):285-293.
[58] BURKE D G, CHILIBECK P D, PARISE G, et al.Effect of alpha-lipoic acid combined with creatine monohydrate on human skeletal muscle creatine and phosphagen concentration[J].International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2003, 13(3):294-302.
[59] ROBINSON T M, SEWELL D A, HULTMAN E, et al.Role of submaximal exercise in promoting creatine and glycogen accumulation in human skeletal muscle[J].Journal of Applied Physiology, 1999, 87(2):598-604.
[60] 李闯. 运动营养品中肌酸的检测[J].食品工业, 2017, 38(10):298-301.LI C.Detection of creatine in sports nutrition[J].The Food Industry, 2017, 38(10):298-301.
[61] 叶少文, 高芝炀, 苏昭仑.高效液相色谱法测定肌酸粉中一水肌酸、肌酸酐和双氰胺含量[J].食品安全质量检测学报, 2020, 11(23):8721-8725.YE S W, GAO Z Y, SU Z L.Determination of creatine monohydrate, creatinine and dicyandiamide in creatine powder by high performance liquid chromatography[J].Journal of Food Safety &Quality, 2020, 11(23):8721-8725.
[62] 周永国. 高效液相色谱法同时测定血清中肌酸、尿酸和肌酐[J].分析科学学报, 1998,14(1):52-54.ZHOU Y G.Simultaneous determination of creatine,uric acid and creatinine in serum by high performance liquid chromatography[J].Journal of Analytical Science, 1998,14(1):52-54.
[63] TRANBERG M, STRIDH M H, JILDEROS B, et al.Reversed-phase HPLC with UV detection for the determination of N-acetylaspartate and creatine[J].Analytical Biochemistry, 2005, 343(1):179-182.
[64] 文娜, 汤兆星, 李芳, 等.反相高效液相色谱法同时测定羊肉中肌酸、肌酸酐、肌苷酸、鸟苷酸[J].化学工程与装备, 2008(5):105-107.WEN N, TANG Z X, LI F, et al.Simultaneous determination of creatine, creatinine, inosine and guanylate in mutton by reversed-phase high performance liquid chromatography[J].Chemical Engineering &Equipment, 2008(5):105-107.
[65] 马玉花, 黄冬群, 张瑞, 等.高效液相色谱法同时测定尿液中4种非蛋白氮的含量[J].色谱, 2013, 31(11):1102-1105.MA Y H, HUANG D Q, ZHANG R, et al.Simultaneous determination of four common nonprotein nitrogen substances in urine byhighperformance liquid chromatography[J].Chinese Journal of Chromatography, 2013, 31(11):1102-1105.
[66] MACNEIL L, HILL L, MACDONALD D, et al. Analysis of creatine, creatinine, creatine-d3 and creatinine-d3 in urine, plasma, and red blood cells by HPLC and GC-MS to follow the fate of ingested creatine-d3[J]. Journal of Chromatography. B, Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences, 2005, 827(2):210-215.
[67] 王月兵, 夏靖媛, 罗夏炯, 等.D3-肌酸稀释法在小鼠骨骼肌质量检测中的应用[J].解放军医学杂志, 2017, 42(7):628-632.WANG Y B, XIA J Y, LUO X J, et al.Total-body skeletal muscle mass determination by D3-creatine dilution in mice[J].Medical Journal of Chinese People′s PLA, 2017, 42(7):628-632.
[68] JOVANOV P, VRANE
M, 
M, et al.Hydrophilic interaction chromatography coupled to tandem mass spectrometry as a method for simultaneous determination of guanidinoacetate and creatine[J].Analytica Chimica Acta, 2018, 1028:96-103.
[69] SUN N, LI Q R, ZHAO L B, et al.Simultaneous quantitative analysis of phosphocreatine, creatine and creatinine in plasma of children by HPLC-MS/MS method:Application to a pharmacokinetic study in children with viral myocarditis[J].Biomedical Chromatography:BMC, 2019, 33(8):e4558.
[70] ENNOR A H, STOCKEN L A.The estimation of creatine[J].The Biochemical Journal, 1948, 42(4):557-563.
[71] MO Y, DOBBERPUHL D, DASH A K.A simple HPLC method with pulsed EC detection for the analysis of creatine[J].Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2003, 32(1):125-132.
[72] RODR
GUEZ J, BERZAS J J, CASTAEDA G, et al.Very fast and direct capillary zone electrophoresis method for the determination of creatinine and creatine in human urine[J].Analytica Chimica Acta, 2004, 521(1):53-59.
[73] KAÇAR C, ERDEN P E, PEKYARDIMCI S, et al.An Fe3O4-nanoparticles-based amperometric biosensor for creatine determination[J].Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology, 2013, 41(1):2-7.