胶原蛋白运动食品对田径运动员生理机能的改善作用

田径运动是田赛和径赛的合称，其包含了在跑道内完成的以肢体动作为主、跑步为辅的如跳高、跳远、撑杆跳、掷标枪等运动项目，及以跑步为主的如竞走、短跑、中长跑等运动项目。田径运动是一种结合了速度与耐力、力量与技巧的综合性体育运动。“更高、更快、更强”的奥林匹克精神在田径运动中得到了充分展现。田径运动竞技是力量、技术、心理的较量，全面考验了运动员的力量、速度、爆发力、耐力、协调、坚韧等运动素质，对田径运动员身体形态指标、运动能力水平等生理机能和心理素质水平要求更高。在高水平的田径比赛中，胜负的决定往往只在毫厘之间，田径运动员为了提升看似很小的成绩而投入巨大的精力和时间进行枯燥的训练，因此，生理机能的提升对田径运动员而言是必不可少的。田径运动员除了需要科学、有效的训练指导，也需要摄入满足其生理需要的特殊营养素帮助其提升生理机能，来发挥其最大的运动能力。近年来，随着运动食品的研究和开发，胶原蛋白成为运动营养食品界不可或缺的一部分，其具有促进机体生长发育、维持正氮平衡、增加肌肉量和肌肉力量、减少脂肪组织，促进肌酸合成、减少关节疼痛、改善关节功能等作用。该研究旨在对胶原蛋白的生理功能进行阐述，进而分析其对运动员生理机能的影响，以期为运动员营养保健提供一定的理论参考。

一、胶原蛋白的生物学功能

胶原蛋白是一种广泛存在于机体皮肤、骨骼、内脏、血管、肌腱、软骨、关节中的起支撑、修复、止血、保护及免疫功能的人体含量最多的蛋白质，占人体总蛋白质的30%以上。胶原蛋白本身是构成细胞外基质的主要成分，其三股螺旋结构与交联所形成的纤维或网络可作为细胞增殖生长的依附与骨架，诱导其它细胞如上皮细胞在此增殖、分化，并为细胞的生长提供适当的微环境。有研究表明：将可吸收的胶原海绵与人类成纤维细胞生长因子重组体结合，可以促进小鼠坐骨神经的再生。因此，胶原蛋白可应用于创面的愈合与再生、损伤修复、神经再生长、心脏瓣膜手术等。

胶原蛋白具有止血和抗氧化的功能。胶原蛋白可增强血管的弹性和强度，且与血液中的血小板通过粘附、聚集作用形成血栓从而参与止血的过程。胶原蛋白经酶的定向降解后可形成一种具有抗氧化性的胶原多肽，可减少脂质过氧化和自由基的产生，清除体内自由基或减少自由基的产生，从而减少自由基对机体的损伤，延缓疲劳产生，预防疾病，延缓衰老。

胶原蛋白是人体软骨组织的主要成分，占软骨中总蛋白的80%。胶原蛋白将骨骼与肌肉相连，使得关节连接处的筋骨具有弹性、柔韧性，从而起到缓冲和保护人体膝盖、关节等软骨组织的作用。同时，胶原蛋白中的特殊氨基酸成分羟氨酸可将血浆中钙质运输至骨骼沉淀成骨钙，让骨骼更强健。因此，胶原蛋白是保护关节组织、增加骨密度、预防骨质疏松，促进骨骼强健的物质基础。

胶原蛋白可增强巨噬细胞吞噬活性或胞饮作用来提高机体非特异性免疫防御功能。有实验证明：巨噬细胞与胶原蛋白结合，可将巨噬细胞的吞噬作用提高100%。同时，胶原蛋白可提升淋巴细胞的能力，使其分解产生血浆细胞，而血浆细胞能产生免疫球蛋白来提升人体抵抗外来微生物和变异细胞的能力。有研究表明：胶原蛋白可增强免疫力低下的小鼠T淋巴细胞的增殖功能、对NK细胞的杀伤活性也有增强作用。

二、胶原蛋白运动食品对田径运动员生理机能的影响

1.促进田径运动员骨骼强健

人体骨骼相互连接构成人体骨架，其由30%的有机物和70%的无机物组成。有机物主要是蛋白质，其中胶原蛋白占80%左右，其形成骨骼的基本框架对维持骨结构的完整非常重要；无机物主要是填充在框架中的钙、磷等矿物质成分，其使骨坚硬挺实。生成骨质首先需要胶原蛋白，胶原蛋白和其他物质交织形成胶原蛋白基质网，然后，钙、磷、等骨矿物质以羟基磷酸盐的形式沉积在胶原蛋白基质网的空隙上，形成富有弹性而坚硬的骨骼。因此，形成骨质、提高骨密度，增加骨骼强度需胶原蛋白和钙质共同来完成。胶原蛋白被吸收后首先在软骨积累，刺激软骨细胞明显增加合成细胞外大分子基质，促进人体成骨细胞增殖和减少破骨细胞生成，抑制破骨细胞的骨吸收作用，防止骨流失，从而调整骨骼构成和骨骼重建，有效维持骨密度，扩大骨皮质面积，增加骨骼的坚固性，促进骨骼强健。有实验研究表明：胶原蛋白能改善绝经后女性脊柱和股骨颈的骨密度，分别提高了4.2%和7.7%，且血液中骨形成的标志性成分I型前胶原氨基端肽含量显著提高。口服胶原蛋白后，破骨细胞含量下降，骨密度和骨的机械强度含量显著增强，骨小梁的网状微观结构明显改善。

胶原蛋白除了在维持骨结构中起着重要的作用，同时，它对钙、磷等矿物质的沉积起决定作用。当人体缺乏胶原蛋白时，钙质不容易沉积到骨骼，而钙质是一种增强骨骼强度和增加软组织硬度的重要物质，因此，当胶原蛋白摄入不足时易出现钙流失所致的骨密度下降而导致的骨质疏松。骨胶原蛋白是钙质的“黏合剂”，骨胶原蛋白基质网是钙质的“家”，结合了胶原蛋白，钙质才能更好地在骨骼上“安家”。同时，羟氨酸作为胶原蛋白中的特殊氨基酸可将血浆中钙质运输至骨骼沉淀成骨钙，让骨骼更坚硬、强健。田径运动员服用胶原蛋白可以有效地补充高强度训练所流失的胶原蛋白，用以容纳钙质等矿物质形成骨质，有助于预防和治疗骨质疏松症和加强运动员损伤部位的愈合。

2.改善田径运动员关节疼痛

田径运动员由于长期高强度的承受重力冲击或进行过度屈伸等运动方式易致关节软骨损伤而引起关节疼痛，而胶原蛋白类运动营养补充剂能明显缓解关节疼痛，减少运动员镇痛药的使用，改善其运动灵活性，提升运动能力。关节软骨主要由59%的胶原蛋白、蛋白多糖（氨基多糖）和软骨细胞等组成，在运动过程中关节软骨可缓冲震荡和冲击，减轻关节面的受力和摩擦，有效保护关节。胶原蛋白交联形成网状结构，其是关节的支架，蛋白多糖（氨基多糖）等其他成分填在其空隙中，增加关节软骨的硬度和强度。当运动致胶原蛋白加剧流失时，胶原蛋白网状结构松弛甚至发生断裂，使得蛋白多糖（氨基多糖）等成分加速流失，关节软骨发生退行性变化，加剧骨与骨之间的摩擦，引发各种关节损失，导致关节疼痛。有研究数据显示：运动员口服胶原蛋白12周后，能明显降低运动员膝关节疼痛的程度，且疼痛缓解率达88%。联合补充胶原蛋白和钙对关节疼痛的改善程度优于单一补钙。因此，胶原蛋白对改善田径运动员关节疼痛起着重要作用。这可能与人体口服胶原蛋白后，补充的Ⅱ型胶原蛋白和生成的氨基多糖能抵消软骨组织的磨损和修复关节微损伤有关，只有充足的胶原蛋白、氨基多糖和钙，才能不断复原、重建、再生受损的关节软组织，减少其退化和降解，减少由此引发的关节疼痛。同时，有实验显示：给30名体育运动员连续数月每天服用10 g胶原蛋白，将体内氨基酸含量前后进行对比，服用后氨基酸含量是服用前的6倍，尤其是脯氨酸、甘氨酸、羟脯氨酸含量显著提高。对于软骨重建、再生而言，充足的脯氨酸与甘氨酸是其基本条件，若高强度运动后氨基酸供给不足，将会导致软骨再生受阻、易致软骨损伤，引发骨关节功能障碍和疼痛。

3.提高田径运动员肌肉力量

胶原蛋白能增加肌肉体积和收缩力，使机体具有更好的肌肉恢复性和适应性。此作用的产生可能与以下几个方面的原因有关：（1）胶原蛋白由于其氨基酸含有较多的氮原子及其分子量低，可以更好地维护氮平衡和体重；（2）胶原蛋白中含有合成肌酸的重要物质甘氨酸和精氨酸，而肌酸被证实能增大肌肉表面积和增强肌肉相关机能。且胶原蛋白补充的时间和吸收动力学可以影响肌肉蛋白合成功效。一般认为：补充时间最好在运动前或运动后3 h内，这能强烈促进合成和提高肌肉蛋白合成水平。研究表明，运动后额外补充蛋白质能够显著提升运动后净肌肉蛋白合成，减少肌肉蛋白分解，增加肌肉强度和力量。田径运动员需要在运动后摄入蛋白质来抵消运动时的蛋白质消耗，从而获得蛋白质正氮平衡、增加肌肉量和肌肉力量，以此来最大限度地发挥骨骼肌的适应性反应，收获更佳的速度和耐力完成比赛。

4.促进田径运动员创伤愈合

对田径运动员来说，出现皮肤、肌肉等组织创伤在所难免。胶原蛋白能促进伤口止血和创伤愈合，而创伤发生后，必须先止血才开始伤口愈合。首先胶原蛋白聚集、活化、凝结血小板发挥止血机制；其次，胶原蛋白通过控制巨噬细胞而调节创伤愈合的进程，其促进肉芽组织生长并为新生组织提供适宜的自然环境，其降解产物羟基脯氨酸是机体修复细胞所必需的氨基酸，为创面修复提供营养物质。胶原蛋白还能贮存、运输、促进β-成纤维细胞生长因子和转化因子β1等生长因子，而生长因子在组织修复、创伤愈合中起重要作用。在组织生长修复、器官再生中起重要作用，并能加速伤口愈合过程。一般情况下，创伤组织中胶原蛋白的含量会反映创伤愈合的程度。有数据显示：给予急性创伤的小鼠不同浓度鹿茸胶原蛋白涂抹，高浓度鹿茸胶原蛋白小鼠的伤口愈合率较高，愈合程度与胶原蛋白的浓度正相关，且皮肤赖氨酸浓度亦与鹿茸胶原蛋白浓度正相关。

5.促进田径运动员疲劳恢复，提高运动耐力

运动持续时间越长，强度越大，机体需要的能量就越多。蛋白质作为三大产能营养物质之一，发挥着重要的作用。当运动训练失水过多、食欲不佳时，可为运动员补充胶原蛋白、复合维生素等膳食营养，将有助于提高运动员的能量利用率，增进食欲，改善营养摄入不足，从而缓解体力疲劳，提高运动耐力，增强运动效果。

6.其他方面

有关文献指出：当运动员能量消耗过多未得到足够补充，易形成膳食紊乱，而能量摄入不足常伴发雌激素水平降低，导致月经紊乱和骨质疏松，这不仅影响女运动员的生理机能而致运动能力下降，还易导致应力性骨折、骨裂而影响女运动员身体健康。胶原蛋白除了能增加蛋白质的摄入补充能量不足，还能延长和提高降钙素的作用时间和强度，能预防和治疗骨质疏松，提高骨密度，对预防女运动员三联综合征大有裨益。

三、小结

胶原蛋白具有优良的生物学特性，在多个领域发挥重要作用。如作为医学材料应用于生物医学领域的伤口愈合、烧伤修复等；亦广泛应用于美妆产品中，能起到抗氧化、预防衰老的作用。胶原蛋白运动食品近年来越来越被运动营养领域所青睐，其在保护田径运动员骨、关节，止血、促进创伤愈合，抗疲劳、增加肌肉力量等方面发挥重要作用，田径运动员除了需要科学持续性的运动，亦需要个体化补充胶原蛋白运动食品以期达到最佳的生理机能状态，获得更佳的运动竞技成绩。