急性摄入甜菜根汁对足球运动员重复冲刺后即刻敏捷性的影响研究

《Nutrients》：Influence of Acute Beetroot Juice Intake on Agility Performance Immediately Post-Repeated Maximal Sprinting in Soccer Players Xueheng Yang, Takehira Nakao and Atsushi Saito

这篇研究论文通过双盲随机交叉试验发现，单剂量甜菜根汁(BJ)摄入，能有效改善足球运动员在重复高强度冲刺(6×20米全力跑)后的敏捷性表现。研究表明，BJ中的硝酸盐(NO3?)通过一氧化氮(NO)途径，能改善神经肌肉功能与认知决策过程，从而显著提升选择反应时间(CRT)和变向速度(CODS)，但对简单反应时间(SRT)影响有限。这为天然膳食补充剂在提升运动表现中的应用提供了基于实践的科学依据。

　　

引言

在足球比赛中，球员们经常需要在时间压力和高度竞争的条件下完成关键动作，例如突破防守、与队友传递以及调整射门。这种快速评估局势、并执行速度和方向改变的能力对运动表现至关重要，这些特征与敏捷性密切相关。敏捷性被定义为“响应刺激时，全身快速改变速度或方向的运动”，其组成部分包括变向速度（CODS）以及感知和决策因素。CODS主要依赖于下肢肌肉力量，而感知和决策因素则与认知功能相关。因此，改善下肢肌肉和认知功能可能提升敏捷性。

足球运动的特点是间歇性运动模式，高强度的短时间爆发与低强度运动交替进行。球员在比赛中频繁进行重复的高强度冲刺。然而，高强度运动会暂时损害执行功能，如注意力控制、逻辑推理和决策。Stroop任务中的错误率随着运动强度的增加而增加。这种认知能力下降可能与大脑前额叶皮层氧合减少导致的神经活动降低有关。高强度运动还会对认知和肌肉功能产生负面影响。与重复收缩相关的肌肉疲劳可能是导致这种下降的部分原因，部分是通过肌浆网(SR)的钙离子(Ca²⁺)释放减少。此外，高强度运动可能降低动脉血氧浓度，限制氧气向肌肉的输送。这些效应会通过损害认知和下肢肌肉功能来降低敏捷性。

近年来，人们对用于提高运动表现和恢复的天然膳食补充剂的兴趣日益增长。甜菜根汁（BJ）是一种富含硝酸盐(NO₃^?)的天然食品。摄入的硝酸盐(NO₃^?)被口腔厌氧菌还原为亚硝酸盐(NO₂^?)，随后通过转化为一氧化氮(NO)发挥生理作用。NO具有血管舒张作用，可以增加大脑和骨骼肌的血流量和氧气输送，从而增强神经和肌肉功能。此外，NO增加局部脑血流量，增强前额叶皮层的氧合，并可能减轻高强度运动后的认知表现下降。同时，NO可能通过促进肌浆网(SR)释放Ca²⁺和增加微血管氧分压(PO₂mV)来提高肌肉力量和功率输出。这些效应在疲劳状态下可能更为明显。

材料与方法

研究设计

本研究采用双盲、随机、交叉设计。参与者被随机分配到A组或B组。A组在第一次实验中摄入BJ，第二次摄入安慰剂(PL)。B组则反之。两种饮料经过处理，在外观上无法区分。所有参与者均为非吸烟者，不服用任何常规药物，过去6个月内无骨科损伤史，且当前未服用含BJ或NO的补充剂。实验前，参与者被要求至少6小时内避免摄入酒精、咖啡因和尼古丁。从实验前两天到测试日，以及在整个洗脱期内，参与者被要求避免食用高硝酸盐含量的食物。

实验当天的方案如下图所示：

参与者

研究对象为21名男性足球运动员（竞技运动员8人；业余运动员13人）。参与者完成了双盲随机交叉试验。样本量估计基于配对t检验，效应量设定为d = 0.9。此分析表明，达到足够的统计效力至少需要12名参与者。

测试物质

在BJ摄入实验中，参与者单次摄入70毫升浓缩甜菜根汁（约含400毫克NO₃^?）。在安慰剂摄入实验中，参与者摄入等量的风味相似的蔬菜汁。PL饮料含有NO₃^?，含量为11.38±17.72毫克/100克。由于PL和BJ之间存在8.8克的碳水化合物含量差异，这可能影响实验结果，因此向PL中添加了10克糊精。

唾液亚硝酸盐浓度和血压

使用唾液测试条对唾液NO₂^?浓度进行定性评估。为了确认BJ摄入的效果并避免血压过度降低，使用自动血压计测量血压。参与者保持静坐10分钟后进行测量。

冲刺跑强度和持续时间

使用Borg量表（6-20）评估主观运动强度，并在每次冲刺后立即记录。同时，记录每次冲刺的持续时间，以确认参与者是否正确执行了冲刺。

敏捷性和变向能力测量

敏捷性和变向测试使用敏捷性测量系统进行。SRT测量采用了?oh等人开发的半圆训练。参与者对视觉刺激做出反应，在传感器前快速移动脚部，并测量反应时间。该测量方法利用地板上以半圆形排列的五个传感器。

CRT使用Y型敏捷性测试进行测量。该测试旨在评估运动过程中的认知处理能力。测试重复三次，记录每次测试的完成时间，并计算平均值。

在比赛中，足球运动员不仅需要向前冲刺，还需要进行多样化的移动，如侧步和后撤步。因此，使用T型测试评估CODS。首先，在起点放置传感器。中心标记点距离起点10米。左右标记点分别放置在中心标记点左右5米处。参与者从起点冲刺到中心标记点，然后侧步移动到左标记点，接着侧步移动到右标记点，然后返回中心标记点，最后返回起点。移动到每个标记点时，参与者必须用手触碰标记点。测试进行两次，记录完成时间并计算平均值。

统计分析和结果

所有统计分析均使用SPSS版本27.0.0.0进行。由于数据不符合正态分布，因此使用非参数检验。

唾液NO₂^?浓度

BJ摄入后，所有参与者的唾液NO₂^?浓度均显著增加。相比之下，PL摄入后未观察到NO₂^?浓度的显著变化。

血压变化

BJ摄入后，所有参与者的收缩压(SBP)均显著下降。相比之下，舒张压(DBP)未观察到显著变化。此外，PL摄入后，SBP或DBP均未观察到显著变化。

冲刺时间与主观疲劳感觉

在三组冲刺中，冲刺时间未观察到显著差异。主观疲劳感觉(RPE)在各组间存在显著差异。事后检验显示，第1组的值显著低于第3组。

SRT、CRT、CODS

BJ摄入后，SRT在所有参与者中没有观察到显著差异。对分组数据的分析显示，业余足球运动员在摄入BJ和PL后存在显著差异。

CRT在合并数据和业余足球运动员中，BJ摄入后均显著快于PL摄入后。在竞技运动员中，观察到中等效应量，但由于样本量较小，这一发现需谨慎解读。

CODS在所有参与者中，BJ摄入后均显著快于PL摄入后。对分组数据的分析显示，在业余足球运动员中，BJ摄入后的CODS显著快于PL摄入后。

下图显示了冲刺后敏捷性测试结果对比：

参与者的鉴别验证

参与者在摄入BJ或PL后完成了一份关于口味和产品特征的自由回答问卷。在所有参与者中，摄入BJ组主要识别为番茄胡萝卜汁等，摄入PL组则主要为普通蔬菜汁等。没有参与者能准确识别出BJ。相反，29%摄入PL的参与者准确识别了PL。虽然BJ未被识别，但能识别PL的参与者可能能够区分BJ和PL。然而，由于大多数参与者仅将其识别为“果汁”，因此影响被认为是有限的。

讨论

本研究的主要发现表明，BJ摄入改善了冲刺后CRT和CODS的表现，而SRT在BJ和PL摄入之间没有显著差异。这些结果提供了新的证据，表明BJ可以提高需要快速决策和变向运动的运动中的敏捷性相关表现，尤其是在冲刺后条件下。

唾液测试条在BJ摄入2小时后观察到显著的颜色变化。在本研究中，BJ摄入2小时后唾液NO₂^?浓度也显著增加。甜菜根汁摄入已被报道可降低血压。在本研究中，BJ摄入后SBP降低了约10毫米汞柱。NO通过NO₃^?–NO₂^?–NO途径生成，促进环磷酸鸟苷介导的血管舒张，从而降低外周血管阻力。DBP没有降低可能与参与者基线DBP较低有关。

各组冲刺表现没有观察到显著差异。与Reynolds等人的研究一致，尽管循环NO₃^?水平明显升高，但急性富含NO₃^?的BJ摄入并未改善短时重复冲刺跑的表现，这表明对非常短暂、接近最大强度的冲刺任务的增效益处有限。相比之下，BJ对于需要更多感知认知处理的更复杂的敏捷性相关动作可能更有益。各组之间的RPE存在显著差异；即使在相同的运动负荷和充分的休息条件下，第三组的RPE也高于第一组。因此，冲刺时间和RPE均表明参与者按照方案进行了冲刺跑。

全力冲刺后，所有参与者的SRT表现在BJ和PL之间没有差异。探索性亚组模式表明业余运动员有适度改善，但考虑到有限样本量，这些观察结果应谨慎解释。SRT是在冲刺后立即评估的，此时的表现可能不仅取决于肌肉功能，还取决于感知认知和协调性需求。尽管没有直接评估认知功能或大脑氧合，但先前的研究表明高强度运动会短暂改变前额叶氧合并损害认知表现。由于NO₃^?衍生的NO生成在缺氧条件下会增强，一种可能的解释是BJ可能支持大脑灌注/氧合，并有助于维持冲刺后的感知认知功能。

CRT反映了基于选择的处理，在本研究中使用Y型测试进行评估。重要的是，Y型测试完成时间包含多个组成部分，包括从起跑、响应刺激到越过终点线；因此，表现不太可能由单一因素解释。据我们所知，之前没有研究评估过BJ摄入后的Y型测试表现。如上所述，NO₃^?衍生的NO生成在氧合降低的条件下可能会增强，这表明BJ可能有助于维持前额叶组织氧合，并在冲刺后测试期间保持刺激处理或决策能力。从神经肌肉的角度来看，NO₃^?补充与肌肉血流量和血管传导性增加有关，特别是在II型肌纤维中，并可能增加这些纤维中的微血管氧分压(PO₂mV)，这可能支持Y型测试中的重复冲刺动作，并有助于整体完成时间更快。这些协同效应显著改善了业余足球运动员的Y型测试表现。

与SRT和CRT不同，CODS不需要刺激驱动的反应；它涉及执行预定的运动模式，通常用作预计划变向表现的一个指标，具有强烈的神经肌肉贡献。在本研究中，所有参与者的CODS在BJ摄入后都有所改善，这表明BJ可能对冲刺后条件下的变向表现有益。值得注意的是，文献中的发现并不一致。一个可能的解释是，他们的方案没有包括立即的高强度冲刺刺激，可能没有产生局部的、暂时的肌肉氧合降低，而在这种条件下NO₃^?衍生的NO生成会增强。与这一解释一致的是，BJ可能通过增强肌肉功能，特别是II型肌纤维的功能，来支持变向表现。

局限性

这项研究有一些局限性。本研究中施加的运动强度对足球运动员来说可能相对较低。当研究在户外进行且参与者众多时，很难根据每个参与者的体能水平调整运动强度。未来的研究应根据个体体能水平确定运动负荷。实验是在炎热环境的户外进行的。因此，本研究无法检验在冬季或寒冷条件下摄入BJ的效果。尽管本研究实施了组间12分钟的休息期，这可能有助于维持表现，但很难确认疲劳效应的消除。因此，不能排除改变敏捷性测试的进行顺序会产生不同的结果。用于评估半圆训练的敏捷性测量设备，难以检测黑色鞋子。参与者快速踩在传感器前时，设备有时无法记录。未来的研究应要求参与者穿着颜色鲜艳的鞋子。受此技术问题影响的参与者在1周后重新测试，以尽量减少潜在的学习效应，并使用重新测试的数据进行最终分析。在评估冲刺强度的方法方面仍存在挑战。本研究使用了冲刺速度和RPE；然而，冲刺速度可能缺乏客观性，因为参与者可以自行调节速度。同样，RPE是主观指标，这限制了其可靠性。此外，唾液NO₂^?是使用比色测试条评估的，这只提供了定性估计。未来的研究应将客观的生化测定与客观的强度测量相结合。最初计划使用心率监测器，但由于六次冲刺的持续时间太短，无法准确测量心率，因此未使用。未来的研究应考虑纳入客观指标（如心率和血乳酸浓度）。竞技亚组样本量较小，限制了亚组的推断；未来的研究应包括更大的竞技运动员样本。最后，区分BJ和PL的能力是最关键的问题。匹配BJ和PL的口味对于准确评估BJ的生理效应至关重要。未来的研究需要改进实验设计，以最大限度地减少因参与者识别而产生的心理偏差。

结论

BJ摄入抑制了业余足球运动员在高强度冲刺后所有测试中表现的下滑。相比之下，在足球运动员中，只有CRT显著改善。从实践角度来看，BJ有可能成为业余足球运动员和运动员的有效性能增强工具，特别是在敏捷性至关重要的运动中（如篮球）。BJ是一种由天然蔬菜制成的浓缩饮料，是无机NO₃^?的安全来源；其在提高运动表现方面的作用已得到既定科学证据的支持。此外，BJ是市售的，消费者很容易获得。因此，BJ在提高敏捷性相关的运动表现方面前景广阔。然而，为了证实这些发现并建立更广泛的适用性，需要进一步进行更大样本量和面向实践的实验设计的研究。