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Exercise-induced stress behavior, gut-microbiota-brain axis and diet: a systematic review for athletes
运动诱发的应激行为，肠道-微生物-脑轴和饮食：一项运动员的系统评价
▍摘 要
疲劳、情绪障碍、表现不佳和胃肠道不适，是运动员在训练和比赛期间的常见现象。肠道微生物群及其对宿主行为、肠道屏障和免疫功能的影响被认为是脑-肠轴的重要方面。最近在小鼠模型中的证据表明，运动期间的身体和情绪压力与胃肠道微生物组成的变化有高度的相关性。
众所周知，饮食可以显著地调节肠道菌群的组成。由于优秀运动员的应激反应相当复杂，定义标准的饮食制度是困难的。随着越来越多的优秀运动员患有与肠道有关的心理和胃肠道疾病，针对微生物菌群的治疗可能需要纳入运动员的饮食中，并考虑膳食纤维以及目前运动员肠道中不存在的微生物类群。
本系统综述的目的是，总结支持运动诱导的应激反应和肠道菌群之间相互作用的现有证据，以及其对优秀运动员的健康和表现的可能影响。第二个目标是确定饮食策略，以改变微生物组成，改善整体健康和运动表现。
▍饮食建议
以减少运动引起的应激行为和症状，改善运动员肠道菌群组成和功能
由于饮食强烈影响肠道菌群的组成和功能，通过营养来调节肠道菌群可能会改善运动员的应激反应和提高成绩。在为运动员设计个性化饮食时，另一个重要的考虑因素是了解微生物群是如何随时间变化的。下面表格概述了可能增强运动和/或训练适应从而改善健康和表现的营养策略。
| 营养素 | 常见推荐量 | 声称好处 | 缺点 | 建议 |
|---|---|---|---|---|
| 碳水 | 每天训练2h+：7-12g/kg/d | 恢复肌肉和肝糖原储存； 减轻应激激素水平和免疫抑制； 减少疲劳，提高表现和情绪。 | 不能提高免疫功能； 不能防止高强度训练后血浆谷氨酰胺浓度下降； 不能促进健康的肠道菌。 | 在训练和休息期间摄入复合的植物碳水和植物蛋白，以促进健康的肠道菌群。 |
| 蛋白质 | 1.2-1.6g/kg/d | 增强宿主的免疫力，从而降低感染的发生率； 减少疲劳，增加饱腹感。 | 运动前的高蛋白低碳水饮食会降低运动后血浆谷氨酰胺浓度； 大量动物蛋白会在肠道中产生潜在的有毒化合物。 | 不建议精英运动员摄入超过1.2-1.6 g /kg |
| 氨 基 酸 | ||||
| 谷氨酰胺 | 无确定推荐量，急性剂量大于20-30g似乎没有不良影响。 | 剧烈运动前2小时使用可改善应激诱导的肠道通透性，降低血浆内毒素，并具有抗炎作用。 | 运动期间和运动后补充足够量的谷氨酰胺，以防止运动后血浆浓度下降，对唾液IgA和淋巴细胞功能没有影响。 | 补充谷氨酰胺应取决于症状 |
| BCAA | 没有确定的补充建议 | 提高耐力和肌肉蛋白质合成； 可能通过改变某些脑神经递质来介导运动中疲劳的影响。 | 大脑5-羟色胺的增加是由血液中游离色氨酸池的增加所驱动的证据非常薄弱； 补充BCAA可以通过增加氨的产量有效地减少疲劳。 | 缺乏证据，对于BCAA的类型或数量没有建议。 |
| 酪氨酸 | 没有确定补充剂量 | 补充酪氨酸(150mg/kg)可能会减少急性应激的不良影响。 | 在高温条件下，酪氨酸的摄入不会影响疲劳的时间或认知功能。 | 不确定具体的氨基酸建议以减少中枢疲劳。 |
| 脂肪 | 一般是15-30%总能量。 在长时间的运动中，30-50%脂肪可能有利于耐力运动员和提高能量。 | 脂肪可减轻消化障碍运动员肠道低灌注后的炎症、细菌易位和肠道损伤； 运动后摄取脂质可改善胃肠道功能，流感症状。 | 高脂饮食的微生物群会增加焦虑行为和神经炎症，并破坏肠道屏障功能； 与高碳水饮食相比，高脂饮食可能对免疫功能有害； ω-6多不饱和脂肪酸可以在运动期间和运动后负向改变细胞膜流动性和免疫功能。 | ω-3多不饱和脂肪酸的最佳剂量约为1-2克/天，EPA与DHA的比例为2:1，可减少ROS和炎症。 |
维生素 抗氧化剂 | 维生素C, E， β-胡萝卜素和多酚，可减少自由基的形成和脂质过氧化。 | 在跑步者从高强度运动中恢复时，多酚可以增加肠道细菌多酚代谢和生酮的代谢特征 | 多酚提取物不能减轻繁重运动的生理压力，也不能提高恢复速度 | 不推荐大剂量的简单抗氧化剂混合物或单一的维生素； 应该从蔬果获取抗氧化剂。 |
| 纤维 | 每1000千卡14g，或成年女性25g，成年男性38g。 | 低膳食纤维摄入与较低的微生物多样性、较少的抗致病菌和较少的短链脂肪酸产生有关，这可能导致炎症和较少的交感神经系统刺激。 | 在高强度训练或比赛前吃高纤维食物可能会导致肠胃不适，如腹胀、胀气和腹胀。 | 在训练前后几小时内增加植物性食物的摄入量，少吃高添加糖、精制碳水化合物和脂肪的加工食品。 |
| 益生菌 | 目前无具体膳食建议 | 富含乳酸菌和双歧杆菌的发酵食品可以导致肠道菌群活性的特定变化，改善应激引起的症状，如抑郁、情绪障碍和消化问题。 | 嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和两歧双歧杆菌对重度抑郁患者的抑郁有有益作用； 长双歧杆菌R0175 (PF)可以减轻焦虑，释放皮质醇水平； 瑞士乳杆菌还能降低焦虑、血浆ACTH和皮质酮浓度，并能恢复海马血清素(5-HT)和NE水平。 | 双歧杆菌菌株很常见，已经产生了最好的结果，尽管需要更多的研究来更好地理解肠道-大脑轴。 |
1、碳水化合物
毫无疑问，充足的碳水化合物摄入对于高强度的训练计划和运动成绩至关重要。每天训练超过2小时的运动员，碳水摄入量建议为每天7-12 g/kg，脂肪摄入量通常为1 g/kg(<总热量的20%)。碳水化合物能在长时间的高强度运动中恢复肌肉和肝糖原的储存，减少增加的应激激素水平，如皮质醇，并能限制与高强度运动相关的免疫抑制。高碳水摄入(8.5 g/kg/d，65%总能量)和在高强度训练期间自由摄入碳水可以减少疲劳，改善表现和情绪。
但是，高碳水饮食不能改善免疫功能，也不能防止高强度训练后血浆谷氨酰胺浓度的下降。此外，葡萄糖和果糖的结合已经被证明是有益的，因为它导致了比摄入单一碳水更高的氧化率，减轻了运动中内源性能量储备的消耗，并在运动后急性恢复期间刺激这些储备的补充。
然而，富含简单和精制碳水化合物的饮食既不能促进健康的肠道菌群组成，也不能产生有益的短链脂肪酸。需要进行更多的研究，以了解微生物群从饮食中提取营养物质的能力，并包括宿主的代谢变化。
2、蛋白质和氨基酸
运动前几天高蛋白低碳水的饮食会导致运动后血浆谷氨酰胺浓度降低。然而，在健康、营养良好的运动员中，谷氨酰胺补充剂很少得到科学研究的支持。目前还没有确定的谷氨酰胺推荐剂量，尽管大约20-30g的急性剂量似乎对健康成年人没有不良影响。另一方面，剧烈运动前2小时使用谷氨酰胺可改善应激诱导的肠道通透性，并可能产生抗炎作用，是修复和恢复肠道屏障功能的常用补充剂。我们的结论是，补充谷氨酰胺应取决于症状(即血浆谷氨酰胺水平低，肠漏)。
目前，还没有确定的BCAA补充建议，尽管它们被认为可以提高运动表现，同时增加肌肉蛋白质合成并减少疼痛。补充BCAA也已被用于通过改变脑神经递质的产生，如5-羟色胺、多巴胺和去甲肾上腺素，来介导运动疲劳的影响。由于缺乏证据，对于BCAA运动员应该服用的类型或数量没有建议。
一系列研究表明，酪氨酸补充剂(150mg/kg)可以减少各种急性应激的许多不利影响。如果肠道灌注是运动员面临的主要问题之一，建议补充谷氨酰胺-精氨酸-瓜氨酸。然而，在高温条件下锻炼时，摄入酪氨酸不会影响到疲劳的时间或认知功能。鉴于这些不确定的结果，不可能确定特定的氨基酸建议，以减少中枢疲劳综合征。
高蛋白饮食可通过结肠内的氨基酸发酵影响肠道微生物的组成和功能，产生不良代谢物和尿素；由于蛋白质分解代谢和持续的训练压力，剧烈运动已被证明会增加血浆尿素水平。因此，运动员体内普遍存在的高水平尿素，可能会由于自身增殖和代谢所需的氮的可利用性而改变微生物的组成。每个饮食计划都伴随着对微生物群组成和功能的同步调整。
因此，纯素食者、素食者、杂食者和红肉高食用量者的微生物群组成差异很大。基于一系列研究，我们得出结论，动物蛋白和蔬菜、纤维和/或抗性淀粉一起食用，似乎可以减少由肠道菌群发酵的氨基酸产生的，潜在有害副产物的负面影响。
3、脂肪和多不饱和脂肪酸
运动员的脂肪摄入往往很低，占总能量的15-30%。在长时间的运动中，脂肪代谢的增加(30-50%总能量)可能具有节约糖原的效果，并可能改善耐力表现和健康。事实上，高脂肠内营养已被证明可以减轻肠道灌注不足导致消化障碍后的肠道炎症、细菌易位和肠道损伤。
ω-6多不饱和脂肪酸可以在运动期间和运动后负向改变细胞膜流动性和免疫功能。ω-3多不饱和脂肪酸的最佳剂量约为1-2克/天，EPA与DHA的比例为2:1，可减少ROS和炎症。到目前为止，由于结果相互矛盾，很难就ω-3 补充剂的数量和持续时间向运动员提出任何明确的建议。
目前，摄入高脂肪饮食对随后的运动表现的影响还不明确，而且缺乏关于压力个体的信息。除此之外，高脂肪和高热量饮食的摄入与慢性“低度”系统性炎症、肠道通透性增加和血浆脂多糖(LPS)有关，同时还会降低总细菌密度，增加拟杆菌目和梭状芽孢杆菌目相对比例。因此，高脂肪饮食也可能引起肠道菌群的不利变化。
4、维生素和抗氧化剂
不建议单独补充微量营养素或大剂量的简单抗氧化混合物。服用大剂量的单一维生素(在运动员中并不罕见)可能弊大于利，因为大多数维生素在体内主要作为辅酶发挥作用。一旦这些酶系统饱和，游离形式的维生素就会产生毒性作用。因此，运动员应该从增加水果和蔬菜的摄入中，获得复杂的抗氧化化合物混合物。
5、纤 维
美国营养与饮食学会(Academy of Nutrition and Dietics)最近确定，适当的纤维摄入量为每1000千卡总纤维14克，或者是成年女性为25克，成年男性为38克，其依据是研究表明可以预防冠心病。低膳食纤维摄入量与较低的微生物多样性、较少的短链脂肪酸产量和较少的抗致病菌有关，所有这些都可能对寄主产生有害的长期后果。
运动员在恢复期和训练期间，可通过增加植物性食物的摄入量，同时减少高添加糖、精制碳水和脂肪的加工食品的能量，以达到充足的膳食纤维摄入量。此外，膳食纤维和大量食用植物性食物似乎会抑制，细菌从蛋白质中产生有害代谢产物，这强调了摄入足够的复合碳水化合物以维持肠道微生物碳水发酵的重要性。
6、益生菌
目前有合理的证据表明，定期摄入益生菌可能会积极地改变肠道菌群的数量和结构，并可能影响免疫功能以及肠道上皮细胞的增殖、功能和保护。此外，它们还可能改善由压力引起的症状，如抑郁、情绪障碍和其他消化问题。益生菌的补充是高度可变的，取决于菌株和微生物群组成，因此，目前还没有针对运动员的剂量和菌株的具体膳食建议。我们还需要对肠道细菌与大脑相互作用的机制进行更多的研究，并可能改变运动员的情绪、疲劳、抑郁和整体健康状况。
▍结 论
运动诱导的应激会改变应激和分解代谢激素、细胞因子和肠道微生物分子，这可能会导致胃肠道紊乱、焦虑、抑郁和表现不佳。根据这些初步结果，运动员情绪和胃肠道功能的变化可以反映出在强烈的身体压力下，肠道菌群和肠道-脑轴之间潜在的相互作用。
推荐适当的营养选择，以减少优秀运动员胃肠道不适的风险，确保比赛前胃快速排空，水和营养物质的吸收和内脏血管的充分灌注。然而，从长远来看，精英运动员饮食中复合碳水化合物的缺乏，可能会对肠道菌群的组成和功能产生负面影响。
因此，应促进复合植物多糖的摄入，以维持肠道菌群的多样性和功能。还应注意的是，应减少休息和训练期间的高动物蛋白摄入，因为它可能会对肠道微生物群产生负面影响。在饮食中补充益生元和/或益生菌，刺激双歧杆菌、乳酸杆菌等特定微生物和有益代谢物，以提高代谢、免疫和屏障功能。
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