铁营养与运动能力

林文弢, 杨 玲

(1.珠海科技学院,广东 珠海 519041; 2.韶关学院,广东 韶关 510500)

组成人体的元素很多,被分为常量元素和微量元素两大类。铁是人体必需的微量元素之一,直接影响运动员的训练与比赛能力[1]。人体铁元素的含量对维持正常生理功能尤其重要,过度运动训练会引起铁缺乏甚至贫血,从而影响运动员的身体机能和运动耐力,过多摄入铁元素又会导致多个器官和组织受损[2]。因此,了解人体铁的生理功能,探讨铁营养对机体运动能力的影响,及时准确测定出运动员体内的铁含量,对运动员保证正常身体机能,提高运动能力有重要作用。

1 铁元素含量与特点

铁是地球矿物质中含量居第4位的元素,是人体内含量最丰富的必需微量金属元素。成人体内铁的正常含量为3～5 g,其中,正常男性每公斤体重含50 mg,正常女性每公斤体重含35 mg,新生儿每公斤体重含铁元素达60～70 mg[3]。人体内铁的化合物可分为功能性铁和存储铁两大类。功能性铁主要存在于体内酶类,储存铁则存在于骨骼肌肌红蛋白和血液中的血红蛋白。其中:血液血红蛋白中的铁约占60%～70%,其作为氧的运输载体在体内参与氧的转运和利用;3%的铁以肌红蛋白的形式贮存于肌细胞中;26%～36%的铁以铁蛋白或含铁血黄素的形式储存于肝、脾、骨髓等组织中;还有一些铁存在于电子传递链的细胞色素酶中,参与ATP的形成[4]。在固体状态下,铁以金属或含铁化合物的形式存在;在水溶液中,则以三价铁离子的高铁(Fe3+)和二价铁离子亚铁(Fe2+)2种氧化状态形式存在。食物中多为三价铁离子的高铁,人体内铁主要以二价铁离子的形式被吸收。人体血液中血红蛋白(Hb)和骨骼肌肌红蛋白(Mb)铁卟啉环分子的铁为二价铁离子的亚铁,可以结合2个氧[5]。当人体消化吸收不良或出现胃病时,食物中的三价铁离子不能转化为二价铁离子。当运动员大运动量训练或营养不良时,由于缺乏维生素C和维生素A,高铁不能转化为亚铁,从而引起缺铁性贫血,严重影响运动员的身体机能和运动能力。

2 铁的生物学功能

2.1 构成某些结合蛋白和酶,参与氧气转运与贮存

在人体内,铁是许多结合蛋白和酶的重要组成成分,包括含铁蛋白类(转铁蛋白、铁蛋白、乳铁蛋白等)、血红素蛋白类(血红蛋白与肌红蛋白等)、含铁酶类(无硫、非血红素酶类)、铁-硫酶类(脱氢酶类、乌头酸酶等)等。这些结合蛋白、酶蛋白的生物学作用如表1所示。

表1 哺乳类动物含铁蛋白及其生物学作用[2]

铁是血红蛋白和肌红蛋白的重要组成成分,参与氧气的运输,直接影响人体内的物质代谢和能量代谢。血红蛋白和肌红蛋白的含铁卟啉环分子可以结合2个氧,血红蛋白从肺部结合氧气经血液循环到机体各个部分,铁缺失会影响血红蛋白的合成及氧气的运输。肌红蛋白可以从血红蛋白中接受并贮存氧,供肌肉运动所需[6]。

氧是人体内物质代谢和能量代谢最重要的先决条件,人体能源物质中除糖可以在无氧条件下氧化分解外,其余均要在有氧条件下才能分解代谢,同时释放能量。因此,铁是人体正常生理功能必需的微量元素。肌肉内Mb的浓度在缺铁时明显降低,限制肌肉对氧的利用。铁可直接影响机体氧气的运输、肌肉的有氧氧化及 ATP的形成,进而影响运动能力。因此,铁对运动员非常重要。

2.2 参与电子传递和能量代谢

在肝、脾、骨髓等组织中,铁以铁-硫蛋白或含铁血黄素的形式存在于电子传递链的细胞色素酶中, 细胞色素含有血红素的结合位点,血红素中的铁卟啉环起着接受电子将Fe2+氧化为Fe3+的作用。通过铁-硫蛋白及细胞色素构成的电子传递系统使代谢物脱出的氢离子氧化为氢质子,经电子传递系统传给氧,最后生成水,同时释放出能量用于合成ATP,参与细胞的能量代谢。铁作为构成呼吸链中电子传递体的重要组成成分,在机体能量代谢中起着非常重要的作用。运动员的运动能力与能量代谢密切相关,铁可以通过维持机体呼吸链的正常功能来影响运动员的运动能力。

2.3 铁缺乏会影响免疫细胞分化及其功能

铁是人体细胞分化和生长必不可少的物质,会影响免疫细胞的分化和生长,缺铁时T淋巴细胞的数量下降。研究[7]表明:蛋白激酶-C活性、脾及纯化淋巴细胞的迁移都会因缺铁而发生变化;铁是组成过氧化物酶和一氧化氮氧合酶的重要成分,是免疫细胞中发挥酶活性功能的关键物质,是决定免疫细胞机能的关键酶;人体缺铁时,细胞介导免疫延迟,免疫机能下降。人体内的转铁蛋白除了具有转运铁的能力外,还具有免疫调节能力,转铁蛋白参与淋巴细胞增殖过程,影响机体的免疫功能和吞噬功能,影响机体抗感染能力。

3 铁营养对运动能力的影响

铁作为血红蛋白、肌红蛋白和某些功能性酶的主要成分,参与物质代谢与能量代谢,维持人体的正常生理机能,直接影响运动员的运动能力。

研究证明,缺铁会导致蛋白质合成减少,使血红蛋白携氧能力下降,严重影响运动员的最大吸氧量,从而影响运动员的有氧代谢能力。在青年越野跑运动员中,17%的男性和15%的女性因缺铁而导致运动耐力下降[8-9]。对缺铁运动员及时补铁的对比研究[10]证明,除100 m跑外,运动员口服硫酸亚铁0.3 g和维生素C 0.3 g后,俯卧撑、20 s原地高抬腿跑、立定跳远和三级跳远等测试成绩都比对照组有显著提高。

铁缺乏的运动员易疲劳,出现严重的心动过速,运动时易产生乳酸堆积,氧气摄入量下降,肌肉代谢能力降低,导致体力和耐力下降。陈吉棣等[11]研究指出,铁缺乏使红细胞变形性降低,容易损伤,存在于细胞内的血红蛋白失去其运输氧气和二氧化碳的功能,影响机体氧气的供应,使机体的运动能力下降。运动员贫血越严重,运动能力下降越明显,若通过血液回输增加血液的携氧能力,其运动能力很快会得到改善,但运动耐力的恢复却非常缓慢[12]。冯炜权等[13]研究指出,要提高运动员的体能,创造优异运动成绩,不仅要注意平衡膳食,更要及时补充微量元素。

经过训练的机体含有更多铁,红细胞的体积和总血红蛋白较高,活动量增加,使单位肌肉内含铁酶的数量增加、肌肉质量增长。血红蛋白数量的高低直接影响运动员的物质代谢和能量代谢水平。运动员丢失铁较多提示潜伏性缺铁。因缺铁而导致机体缺氧会出现各种反应:脑细胞缺氧导致头晕眼花,注意力不集中;肌细胞缺氧则会全身乏力、疲劳,影响运动能力和技术水平的正常发挥。陈芒等[14]研究发现,排球运动员大强度训练后引起体内微量元素变化,若钙、铁、镁缺乏,提示应在膳食中增加补充量。强体力活动至力竭,体内铁元素含量有衰竭现象[15]。

4 铁营养补充

运动员的铁营养不仅与日常膳食有关,也与运动训练强度有关。铁的补充与膳食中铁的含量、铁的吸收与转运、维生素与酶等关系密切。

4.1 铁元素日推荐量

膳食铁的每日推荐供给量应大于人体平均需要量,与每日人体失铁量有关,运动员从事大负荷训练,特别是竞争激烈的比赛后,铁的需要量更大。我国居民铁元素的每日推荐供给量:0～9岁为10 mg;10～12岁为12 mg;13～16岁,男性为15 mg,女性为20 mg;成年男性为12 mg,女性为18 mg;孕妇与乳母为25～30 mg;45岁以上为12 mg[16]。运动员每天膳食中铁的需要量应根据实际情况适当增加,特别是女运动员,还要根据不同生理周期进行调整。

4.2 运动员铁营养补充注意事项

4.2.1 平衡膳食

运动员要创造优异运动成绩,必须重视膳食平衡,不仅是量的平衡,更是质的平衡。注意在运动员膳食中搭配含铁食品,如肝类、蛋黄、豆类及含铁较多的强化食品,保证铁的补充。同时,注意补充充足的蛋白质、维生素C及标准量叶酸等。此外,改变膳食中高脂肪和维生素不足的现象,纠正偏食和挑食习惯。

4.2.2 合理安排补充时间

在大运动量训练和比赛时,运动员的物质代谢和能量代谢加强,需要大量的氧气,铁的消耗量也随之增加。一般来说,运动员缺铁可分为3个阶段:早期称铁排空阶段, 血清铁蛋白低于12 μg/L, 此时铁相关指标如血红蛋白、总铁结合能力、转铁蛋白饱和度等仍正常,此阶段少量缺铁对运动能力影响不大;第2阶段为潜伏缺铁期,贮备铁减少或耗尽,表现为铁转移减少, 血清铁含量下降, 总铁结合能力增加, 转铁蛋白饱和度减少,但血红蛋白仍属正常范围;第3阶段为缺铁性贫血,即临床上的贫血, 表现为血红蛋白、红细胞压积值低下, 细胞体积均值下降。因此,运动员要根据运动训练的特点及时补充铁。

4.2.3 女运动员铁营养补充

正常成年男运动员每日铁摄入量与排出量基本保持平衡。如一位男性长跑运动员每天训练2 h,铁丢失量为1.75 mg,而其摄铁量为2.29 mg,呈现正铁平衡。但同样的运动量,女运动员丢铁量为2.3 mg,每日吸收铁仅为1.0 mg,出现负铁平衡,长期负铁平衡易导致运动性贫血,因此,女运动员铁营养补充尤其重要。

5 小 结

体内铁平衡对人体健康及运动能力至关重要。铁缺乏会对运动员的运动能力和最大耐力产生负面影响。在运动训练过程中,根据运动员的实际情况,通过膳食等适时适量进行铁营养补充,可提高运动员的身体机能,促进能量物质的合成,增强机体的免疫力,为其大运动量训练和比赛夯实基础。