运动员维生素D营养状况的相关研究

严士敏，陈凤玲

(上海交通大学医学院附属第九人民医院内分泌科，上海 201900)

20世纪30年代，Mellanby[1]在鱼肝油中发现某种物质，它能有效防治佝偻病，后将其命名为“维生素D”。研究表明，维生素D不是维生素，而是激素[2]。目前，被发现的维生素D不少于10种，其中最重要的为维生素D3(胆钙化醇)。维生素D3在体内经过3个器官：皮肤、肝脏和肾脏，通过三步反应：一步光化学反应和两步酶促反应，转变成激素形式的1,25-二羟维生素D3[1,25-dihydroxyvitamin D3，1,25-(OH)2-D3]，1,25-(OH)2-D3通过与靶器官特定的维生素D受体相结合，发挥生物学效应[3]。维生素D不但在调节钙磷代谢、维护骨骼健康方面发挥重要作用，且与免疫系统、细胞增殖和分化及其他内分泌器官密切相关。其受体在体内广泛分布，说明维生素D对机体的基本生命活动有广泛影响。维生素D不足或缺乏直接威胁着人体健康[4]。运动员作为一类特殊人群，其竞技能力是一个国家国民健康素质和综合国力的体现。维生素D缺乏对运动员身体健康及竞技状态水平的影响不容小觑。因此，探究运动员维生素D营养状况及其相关因素，协助制订合理的预防及改善措施，有利于维护运动员健康，提高运动成绩。现就运动员维生素D营养状况的相关研究予以综述。

1 运动员维生素D营养状况

人体维生素D主要由皮肤中相应的维生素D原经紫外线照射转变而来，通过饮食获得的维生素D非常有限。通常人们以电化学发光法(罗氏诊断)检测25-羟维生素D的结果，作为判断个体维生素D的营养状况的标准。其中，≤10 ng/mL为维生素D严重缺乏；10～<20 ng/mL为维生素D缺乏；20～<30 ng/mL为维生素D不足；30～<50 ng/mL为维生素D充足[5]。

目前，全球约有88.1%的人类存在维生素D不足，以中老年人为甚[6]。而在以年轻人为主的运动员中，维生素D不足的比例高达56%[7]。一项纳入了全球23项研究、2 313名运动员的分析发现，各地运动员普遍存在维生素D不足，且营养状况差别非常大[7]。运动员维生素D不足的比例：美国为39%，澳大利亚为34%，西班牙/法国为32%，英国/爱尔兰为70%，中东为84%[7]。目前，尚缺乏针对中国运动员的维生素D营养状况调查。但对中国多地居民维生素D营养状况的调查显示，中国人群亦存在明显的维生素D不足，其发生率高达48.6%～98.1%，以居住于高纬度的北方人群为著[8]。

2 运动员维生素D营养状况与运动功能

骨骼和肌肉是人体的两大运动器官，直接影响着运动员的运动能力。而维生素D是目前公认的、重要的骨代谢调节激素，它不仅能促使未成熟破骨细胞的前体细胞转变为成熟的破骨细胞，使旧骨中的骨盐溶解，钙、磷转运到血内，促进骨质吸收；还能刺激成骨细胞，促进骨样组织成熟和骨盐沉着[9]。维生素D不仅在维护骨骼健康方面发挥重要作用，还与肌肉功能、有氧代谢能力、运动损伤、损伤修复、睾酮水平等密切相关。因此，运动员的维生素D营养状况直接影响运动员的运动功能及竞技状态。

2.1维生素D与骨骼功能 维生素D参与了调节骨细胞功能，影响骨代谢，对维持各年龄阶段骨骼健康起非常重要的作用。维生素D缺乏，在儿童中会导致佝偻病，而成年人会引发软骨病和骨质疏松。其机制为：当维生素D缺乏时，肠道及肾脏对钙的吸收减少，血钙水平降低，促使甲状旁腺激素分泌增加。而甲状旁腺激素能刺激肾脏内1,25-(OH)2-D3的生成。一方面，1,25-(OH)2-D3与肠细胞内的维生素D受体结合，并与细胞核内维A酸X受体结合，形成异源二聚体复合物，该复合物作用于钙通道TRPV6(transient receptor potential cation channel,subfamily V,member 6)的维生素D反应元件，促使肠细胞摄取钙增加，血钙水平上升，以利于骨形成。另一方面，1,25-(OH)2-D3与成骨细胞上的维生素D受体相互作用，增加质膜核因子κB受体活化因子配基的表达。核因子κB受体活化因子配基与破骨细胞前体上的核因子κB受体活化因子结合，促进破骨细胞分化、成熟，促进骨钙入血，增加骨吸收[10]。而长期维生素D缺乏，甲状旁腺激素持续过多分泌，可导致骨吸收大于骨形成，骨密度下降，继而引发骨质疏松、骨软化。研究表明，血浆25-羟维生素D水平至少在20 ng/mL以上，才能使血浆甲状旁腺激素水平保持在正常范围，从而维持正常的骨骼功能，将骨软化风险降至最低[11]。

当维生素D缺乏时，正常的骨骼结构被削弱，骨折风险明显增加。此类骨折通常发生于髋关节、脊柱和手腕关节[12]。这不仅会耗费大量的医疗费用、增加社会负担，还会导致患者生活质量下降和死亡率升高。同时，维生素D缺乏所致的骨重吸收与骨形成之间的不平衡，还易引发应力性骨折。应力性骨折通常是指由于长期高强度、高频率的负荷训练，且未得到适当休息，破骨细胞活性大于成骨细胞，骨微结构发生改变而导致的骨折[13]。其多发于运动员和军队新兵。应力性骨折占运动损伤的比例高达10%[14]，其中发病率最高的运动项目为篮球(21.3%),其次为棒球(13.7%)、田径(11.4%)、划船(9.5%)、足球(8.4%)、有氧运动(5.3%)和古典芭蕾舞(4.9%)[15]。

有研究证实，给予骨折高危人群，补充足量的维生素D和钙剂，可显著降低骨折风险[16-17]。在北欧，针对9 605名社区居民进行的大型临床对照研究显示，补充维生素D和钙剂，可使骨折风险降低16%[16]。在美国，2016年国家骨质疏松基金会对总计纳入30 970人的8项研究进行统计分析发现，补充维生素D和钙剂能使总的骨折风险降低15%，髋骨骨折风险降低30%[17]。但给予运动员补充足量维生素D和钙剂，是否同样能有效降低骨折风险，有待进一步研究证实。

2.2维生素D与肌肉功能 人体肌纤维主要分为两类：Ⅰ型肌纤维(慢缩肌纤维)和Ⅱ型肌纤维(快缩肌纤维)。其中，Ⅱ型肌纤维在体育运动(尤其在一些强度较大的无氧运动，如短跑、跳跃、突发加速、减速等)中发挥重要作用。肌肉组织表达大量的维生素D受体，因此它亦是维生素D重要的靶器官[18]。

维生素D对肌肉组织作用的分子机制包括维生素D受体的基因组和非基因组效应。基因组效应：1,25-(OH)2-D3通过与肌细胞内核受体的结合，引发信使RNA的基因转录和随后的蛋白质合成，从而增强细胞质内钙结合蛋白活性，促进钙内流；并能促进胰岛素生长因子的表达，诱导肌细胞分化、增殖，促使骨骼肌增生、肥大[19]。非基因组效应：维生素D的非基因组效应尚未阐明。其可能机制为：1,25-(OH)2-D3与肌细胞表面受体结合，通过促分裂原活化的蛋白激酶和磷脂酶C介导的信号通路，促使细胞外钙内流，提高肌细胞收缩能力[20]。此外，维生素D亦可抑制肌生成抑制蛋白的表达。肌生成抑制蛋白对肌肉生成起负调控作用，其表达减少，有利于肌细胞增生[21]。

Ⅱ型肌纤维对维生素D缺乏非常敏感。当维生素D缺乏时，Ⅱ型肌纤维内逐渐出现脂肪浸润、纤维化，使肌纤维出现萎缩，从而引起肌肉疼痛、无力、运动速度减慢等症状，尤以近端肌肉群表现更为明显[22]。临床通过磁共振检查证实，上肢肩袖肌群的脂肪样变性与25-羟维生素D缺乏直接相关[23]。一项观察性研究显示，肌肉的运动能力与维生素D水平密切相关[24]。由4 100名60岁以上老年人参与的下肢肌肉功能测试(八步走和重复坐立位试验)显示，维生素D水平较高者，其肌肉运动更好[25]。另有研究得出，维生素D水平高于25 nmol/L的老年人运动能力明显优于维生素D水平低于25 nmol/L的老年人；而维生素D水平高于50 nmol/L的老年人运动能力最优[26]。

此外，补充维生素D能明显增加Ⅱ型肌纤维的数量和直径，特别是ⅡA型细胞的数量，从而使肌肉力量及功能显著增强[27]。同时，补充维生素D不但可以增加肌肉力量，还可提高平衡能力。在一项随机对照研究中，对照组每日给予800 IU的维生素D，补充5个月后，其跌倒发生率较安慰剂组明显降低[28]。与单补充钙片相比，给予钙和维生素D复合制剂的老年人，其跌倒发生率在12个月内下降27%、20个月内下降39%，肱四头肌力量增加8%，身体摇摆下降28%，TUG(The Timed Up and Go test)测试时间缩短11%[29]。在另一项小型介入性试验中，给予年轻的芭蕾舞演员(11名男性和13名女性，平均年龄28岁)每日服用2 000 IU维生素D，可明显提高舞者的等距拉伸能力，减少伤害事件的发生[30]。

2.3维生素D与最大摄氧能力 最大摄氧量是指人体在进行有大量肌肉群参加的力竭性运动中，当氧运输系统中的心泵功能和肌肉的用氧能力达到本人的极限水平时，人体每单位时间所能摄取的氧量。其直接反映了个人的最大有氧代谢能力。最大摄氧量主要受心排血量、动脉血氧含量、运动肌群的血液分流和肌细胞对氧摄取能力的影响[31]。而心肌细胞和血管组织内均存在维生素D受体，这表明1,25-(OH)2-D3可作用于该组织受体，将氧气通过血液循环运送至各个组织器官加以利用，从而影响组织最大摄氧量。

虽然维生素D对最大摄氧量影响的具体生理机制尚不清楚，但多项研究表明，在成年人中血浆维生素D水平与最大摄氧量呈正相关[32-34]。且对年轻的白人男性职业足球运动员进行的研究发现，运动员蹲跳、反向跳、10 m及20 m冲刺的能力、最大摄氧量与维生素D水平呈正相关[32]。Forney等[33]研究发现，与25-羟维生素D<35 ng/mL者相比，25-羟维生素D>35 ng/mL的青年男性的最大摄氧量明显增加。另一项针对青年女性的研究亦表明，维生素D水平越高，其最大摄氧量越高[34]。可见，充足的维生素D可增加机体的最大摄氧量，从而提高运动员有氧代谢能力。

2.4维生素D与组织损伤修复能力 运动员在高强度的体育训练过程中，经常会发生运动损伤。为尽快恢复竞技状态，加速组织损伤修复显得尤为重要。人类骨骼肌通过组织重构来应对运动刺激和组织损伤[35]。在损伤修复过程中，1,25-(OH)2-D3通过抑制细胞增殖、调节成肌细胞生长因子的表达和C2C12骨骼肌细胞内肌肉生长抑素的分泌，促进肌源性细胞分化[36]。

Stratos等[37]将56只体重为300～325 g的雄性Wistar鼠分为维生素D高剂量组(8.3 mg/kg)和低剂量组(0.83 mg/kg)，予喂食超生理剂量的维生素D后，检测它们的比目鱼肌损伤后各组织损伤修复之间的差异。结果发现与低剂量组相比，高剂量组雄性Wistar鼠比目鱼肌损伤后，细胞凋亡显著减少，细胞基质蛋白分泌明显增加。而细胞基质蛋白对骨骼肌组织损伤后的修复重建发挥至关重要的作用。在另一项研究中，研究组每日补充维生素D 4 000 IU，对照组给予安慰剂，35 d后进行特定的剧烈运动，引发肌肉损伤。在损伤后1、24、48、72 h，分别测定其血浆25-羟维生素D、丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶水平及单腿等距力量和肌肉酸痛度，结果显示研究组的血浆25-羟维生素D水平明显升高，等距力量峰值的修复速度明显加快，血液循环中即刻和迟发的(48 h、72 h)肌肉损伤标志物丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶水平降低，但肌肉酸痛度没有差异[38]。

2.5维生素D与雄激素水平 在人体，雄激素除了刺激雄性副性器官发育成熟，维持正常性欲外，还有许多生理作用。其作用于肌肉，可以促进蛋白质的合成、骨骼肌的生长、肌肉量的增长和肌肉力量的增加；作用于骨骼，可抑制破骨细胞的骨吸收，刺激成骨细胞形成，维持骨质密度及强度；此外，雄激素还有抑制体内脂肪增加、增加个体活力等作用[39]。可见，雄激素对于运动员的运动能力有十分重要的影响。

近年来，关于25-羟维生素D与雄激素关系的研究日益增多。已有多项研究证实，人体内雄激素水平与25-羟维生素D水平密切相关[39-41]。且补充维生素D能使内源性睾酮的产生增加。一项随机双盲对照研究显示，给男性(非糖尿病患者)每日补充3 332 IU的维生素D，12个月后其体内25-羟维生素D、总睾酮、生物活性睾酮和游离睾酮的水平均明显升高[42]。维生素D对睾酮水平的影响，可能与以下两条途径相关：促进雄激素生成和抑制睾酮芳构化。雄激素主要由男性的睾丸或女性的卵巢分泌。在人体和鼠类的睾丸组织内，已证实存在有维生素D受体和维生素D代谢酶，故维生素D可参与影响雄激素分泌[43-44]。在动物模型试验中亦发现，高水平的25-羟维生素D可抑制睾酮芳构化，从而使睾酮转化减少，体内睾酮水平升高[45]。虽然维生素D对睾酮的潜在作用机制仍需进一步研究，但维持体内维生素D水平充足，有利于维持较高水平的雄激素，从而促进运动员肌肉量增长，肌肉力量增加，运动能力提高。

3 小 结

维生素D与人体健康关系密切。其缺乏可导致骨吸收增加，骨形成、骨基质产生、骨矿化减少及骨的机械稳定性受损；骨骼肌可出现肌无力，肌肉收缩和肌肉松弛异常等改变；骨骼及肌肉的此种改变，容易引发运动损伤。同时，维生素D缺乏不利于损伤修复，且会影响个体最大摄氧量和雄激素水平，从而影响运动员竞技能力。然而，目前运动员维生素D营养状况未得到足够的重视，国内尚缺乏针对我国运动员维生素D营养状况的全面评估。有研究表明，运动员维生素D的缺乏与其生活地域[7]、季节[46]、种族[47]、运动类型[48-49]等相关。而过量补充维生素D可引发维生素D中毒。因此，未来需全面评估当地运动员的维生素D水平，以制订合理的维生素D营养方案、科学设计运动计划。