热湿环境下牛磺酸剂量反应关系对耐力骑行表现的影响：4克补充剂优化体温调节与运动表现

本研究首次系统评估热湿环境（35°C, 65% RH）下急性牛磺酸补充的剂量效应，发现4克剂量通过增强体温调节（降低核心温度、提高出汗率）显著延长耐力骑行力竭时间12.4%，而1克与6克剂量无效，为高温高湿环境的运动营养策略提供精准指导。

　　

1 引言

在高温高湿环境中运动表现显著受损，主要由于蒸发冷却效率降低，导致热应激加速和体温调节功能衰竭。虽然适当补水策略可部分缓解这些影响，但牛磺酸补充等针对性营养干预可能通过解决潜在生理应激源提供额外保护。牛磺酸作为一种条件必需氨基酸，通过三种主要机制在热应激管理中表现出特殊相关性：清除运动诱导活性氧的抗氧化能力、脱水期间维持细胞体积和电解质平衡的渗透调节功能，以及通过增强汗腺反应性和下丘脑调节的直接体温调节作用。这些独特机制使牛磺酸成为相对湿度超过60%的湿热环境中特别有前景的运动增强剂。

当前对牛磺酸剂量反应关系的理解仍不明确，因各研究结果存在冲突。虽然低剂量急性补充（1克）在骑行计时赛中未显示性能益处，但慢性高剂量给药（6克/天）改善了最大摄氧量，但需要长期使用。动物研究表明中等剂量（3-4克）可能提供急性体温调节优势，但受控环境应激下的人类数据仍然有限。这种不一致可能源于运动方案、环境条件和补充方案的差异，突显了在标准化热应激条件下进行系统剂量比较的必要性。

新兴证据特别表明，牛磺酸在高温环境中的功效可能与其一般性运动增强作用不同。研究证明急性牛磺酸摄入可在35°C时提高出汗率12.7%，而慢性补充似乎在渐进性热暴露期间延迟关键核心温度阈值。然而，现有研究主要考察了中等湿度水平（≤40% RH）下的这些效应，留下了一个关键空白：在蒸发冷却严重受损的高湿度（≥60% RH）生理挑战条件下，对牛磺酸潜力的理解。

因此，本研究旨在研究三种牛磺酸剂量（1、4和6克）在受控高温高湿条件（35°C和65%相对湿度）下对耐力骑行表现和体温调节反应的急性效应。我们假设中等剂量牛磺酸（4克）将通过提高体温调节效率最优地延长力竭时间，而较低和较高剂量由于生理刺激不足和潜在渗透应激 respectively 效果较差。这项研究首次系统评估了热湿结合条件下牛磺酸的剂量依赖性运动增强效应，为环境挑战条件下的运动表现提供了实用见解。

2 方法

2.1 研究设计

本研究采用双盲、随机、安慰剂对照、交叉设计。参与者完成5次实验室访问。首次访问时熟悉实验设备和程序，并调整功率自行车座椅和手柄位置。

正式实验期间（第2-5次访问），参与者根据随机分配方法分为安慰剂组（P）、低剂量组（L，1克牛磺酸）、中剂量组（M，4克牛磺酸）和高剂量组（H，6克牛磺酸）。条件间设置7天间隔以确保方案后的完全恢复和交叉补充摄取的足够时间。牛磺酸的清除/生物利用度比率约为21小时，被视为足够的洗脱期。整个实验在可控高温高湿舱内进行，精确调节温度为35°C ± 1°C和湿度65% ± 2%。本研究获得机构伦理批准（首都体育学院，编号2020A55）并符合1964年赫尔辛基宣言。

2.2 程序

参与者在力竭测试前6小时服用温度胶囊测量胃肠道温度，以确保胶囊不在胃中并避免受摄入食物或饮料影响。测试开始前1小时摄入300毫升水与补充剂混合物以确保状态均质。热身前后测量体重，穿戴心率带和皮肤温度按钮。参与者首先在实验室环境（25°C，30% RH）进行5分钟100瓦稳态热身，随后进入高温高湿舱进行力竭测试。全程记录心率、核心温度、皮肤温度、RPE和热感觉。力竭时间在测试结束后立即记录，然后擦干身体并再次测量体重。

2.3 参与者

16名体育教育专业男大学生自愿参与本研究（年龄：20.12 ± 1.12岁；身高：1.76 ± 0.06米；体重：72.06 ± 5.99千克；最大摄氧量（V?O_2max）：46.24 ± 4.07毫升/千克/分钟）。先验样本量使用G*Power计算，参数设置为α = 0.05，统计功效 = 0.85，效应量 = 0.25。参与者自愿参加并了解程序要求和潜在不适反应。使用体力活动准备问卷（PAR-Q）识别运动风险人群。实验方案在受控条件下进行，有预定义终止标准以确保安全。参与者签署知情同意书并确保有足够时间完成实验。纳入标准包括：年龄18-22岁，每周至少3次体能训练课程；健康状况良好，近6个月无重大疾病、受伤或手术；近3个月未服用任何运动增强剂；无高温高湿环境运动习惯。

2.4 补充与标准化

先前研究将牛磺酸摄入剂量分为三类：低（0.5-2克）、中（3-5克）和高（>5克）。所有补充剂以粉末形式制备，使用分析天平称量，随后与300毫升水混合摄入。参与者在实验前1小时摄入补充剂。选择1小时时间点是因为这是口服给药后牛磺酸血浆可用度的峰值时间。参与者被随机分配到4个补充组：安慰剂（麦芽糊精）、低剂量（1克牛磺酸）、中剂量（4克牛磺酸）和高剂量（6克牛磺酸），随后进行随机交叉试验。实验前，参与者记录饮食，并被指示在正式实验前24小时重复这些饮食。在整个研究期间，禁止参与者食用任何营养补充剂。通过每日饮食日志、定期访谈和随机抽查（经参与者同意）验证合规性。任何补充剂使用都会导致立即排除研究。所有受试者在进食后至少3小时进入实验室。选择一天中的相同时间段完成每个实验以最小化昼夜节律影响（上午8:00–10:00）。

2.5 测量

2.5.1 力竭时间

力竭时间（TTE）是实验室环境中常用的耐力表现测量指标。参与者以50瓦开始骑行（LODE 906900, 荷兰），每3分钟增加50瓦。要求保持70转/分钟的踏频直到完全力竭。力竭定义为自愿退出或踏频降至60转/分钟以下超过10秒。TTE在力竭测试结束时立即记录。

2.5.2 心率

参与者全程佩戴polar心率带（Polar H10, 芬兰）。心率带必须与皮肤紧密接触，特别注意胸腹连接中间的佩戴位置。

2.5.3 血乳酸

通过血乳酸仪（EKF Diagnostics Holdings plc, 卡迪夫, 英国）检测耳血获取血乳酸（BLa）。在力竭测试前和结束后立即测量BLa。

2.5.4 出汗率

通过收集运动前后参与者体重信息并使用以下公式计算出汗率（SR）：出汗率 = (体重变化量 + 液体摄入量)/运动时间。

2.5.5 核心温度

使用可摄入无创温度胶囊（e-CELSIUS^?, BMedical Pty LTb, 澳大利亚）测量核心温度，受试者在实验前6小时服用。温度胶囊用于测量人体胃肠道温度，采样频率设置为30秒。与外部传感器（e-CELSIUS^?, BMedical Pty LTb, 澳大利亚）连接后，接收核心温度数据并持续监测胃肠道温度。

2.5.6 平均皮肤温度

使用温度记录按钮（DS1922L, Maxim Integrated, 美国）测量皮肤温度，附着于胸骨切迹、前臂、大腿和小腿，记录胸部（T_胸）、前臂（T_臂）、大腿（T_大腿）和小腿（T_小腿）的皮肤温度。使用公式计算全身平均皮肤温度（MST）：MST = 0.3 (T_胸 + T_臂) + 0.2 (T_大腿 + T_小腿)。

2.5.7 主观体力感觉等级

在6至20点Borg量表上记录主观体力感觉等级（RPE）。在基线、力竭测试开始后每3分钟以及力竭测试结束后立即记录RPE。参与者提供口头评分，研究团队立即记录。

2.5.8 热感觉

在9点量表上记录热感觉（TS），其中-4 =“非常冷”，0 =“中性”，4 =“非常热”。使用与RPE相同的口头记录方法记录TS。

2.6 统计分析

使用SPSS 27.0软件包（IBM Corp, 阿蒙克, 纽约, 美国）进行统计分析。数据以均值±标准差（SD）表示。通过Shapiro-Wilk检验所有数据的正态性，并通过Mauchly检验对数据进行球形检验。使用重复测量双因素（组别×时间）方差分析分析核心温度、血乳酸、心率、热感觉和RPE。使用单因素方差分析和Bonferroni校正分析力竭时间和出汗率。统计显著性水平设定为p < 0.05。使用Cohen的偏η2指南解释效应量（0.01 = 小，0.06 = 中，0.14 = 大）。

3 结果

3.1 力竭时间

记录P组（均值 = 702.38；SD = 83.088）、L组（均值 = 754.81，SD = 125.378）、M组（均值 = 812.38，SD = 90.948）和H组（均值 = 760.44，SD = 121.962）的力竭时间值。数据显示干预间力竭时间存在显著差异，F_{(3, 33)} = 4.858，MSE = 1442.365；p = 0.046。后续多重比较显示，M组的力竭时间显著高于P组（p = 0.031）。

3.2 心率

这些结果显示干预主效应不显著[F_{(3, 60)} = 0.237, p = 0.870, η2_partial = 0.012]，时间主效应显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 57)} = 1177.885, p < 0.001, η2_partial = 0.988]，干预×时间交互效应不显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 59)} = 2.018, p = 0.104, η2_partial = 0.120]。

3.3 血乳酸

记录P组（均值 = 10.006；SD = 2.406）、L组（均值 = 10.130，SD = 2.879）、M组（均值 = 12.275，SD = 1.882）和H组（均值 = 11.600，SD = 1.892）的血乳酸前后差值。数据显示干预间血乳酸前后差值存在显著差异，F_{(3, 33)} = 3.876，MSE = 5.30；p = 0.014。后续多重比较显示，M组的血乳酸前后差值显著高于P组（p = 0.043）。

3.4 出汗率

记录P组（均值 = 0.981；SD = 0.506）、L组（均值 = 1.388，SD = 0.828）、M组（均值 = 1.681，SD = 0.525）和H组（均值 = 1.444，SD = 0.802）的出汗率值。数据显示干预间出汗率存在显著差异，F_{(3, 33)} = 4.858，MSE = 0.465；p = 0.041。后续多重比较显示，M组的出汗率显著高于P组（p = 0.031）。

3.5 核心温度

这些结果显示干预主效应不显著[F_{(3, 60)} = 1.051, p = 0.377, η2_partial = 0.050]，时间主效应显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 57)} = 49.150, p < 0.001, η2_partial = 0.775]，干预×时间交互效应显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 59)} = 3.689, p = 0.010, η2_partial = 0.200]。在9分钟时（p = 0.037）和力竭结束时（p = 0.001），M组的核心温度显著低于P组。

3.6 平均皮肤温度

这些结果显示干预主效应不显著[F_{(3, 60)} = 1.964, p = 0.129, η2_partial = 0.089]，时间主效应显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 57)} = 94.695, p<0.001, η2_partial = 0.869]，干预×时间交互效应不显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 59)} = 1.276, p = 0.290, η2_partial = 0.080]。

3.7 主观体力感觉等级与热感觉

对于RPE，这些结果显示干预主效应不显著[F_{(3, 60)} = 0.300, p = 0.826, η2_partial = 0.015]，时间主效应显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 57)} = 366.065, p < 0.001, η2_partial = 0.963]，干预×时间交互效应不显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 59)} = 2.093, p = 0.093, η2_partial = 0.124]。

对于TS，这些结果显示干预主效应不显著[F_{(3, 60)} = 1.867, p = 0.145, η2_partial = 0.085]，时间主效应显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 57)} = 151.966, p < 0.001, η2_partial = 0.914]，干预×时间交互效应不显著，Greenhouse-Geisser校正后[F_{(4, 59)} = 1.631, p = 0.178, η2_partial = 0.100]。

4 讨论

本研究调查了高温高湿条件（35°C, 65% RH）下急性牛磺酸补充对耐力骑行表现的剂量反应效应。我们的研究结果表明，中等剂量牛磺酸（4克）与安慰剂相比显著延长力竭时间12.4%，而低剂量（1克）和高剂量（6克）未显示运动增强益处。这些结果提示了一种U形剂量反应关系，其中4克是在这些环境条件下性能增强的最佳剂量。

观察到的4克牛磺酸的性能益处似乎通过改善体温调节介导。具体而言，我们发现该剂量在运动后期降低核心温度，同时提高出汗率。这些发现与先前的研究一致，表明牛磺酸通过汗腺调制和下丘脑体温调节增强蒸发冷却。较高的出汗率可能反映了牛磺酸在外泌汗腺中上调水通道蛋白-5表达的作用，尽管未来研究应直接测量这一机制。重要的是，本研究中的潮湿条件（65% RH）可能放大了体温调节挑战，使这些改善对运动表现特别有意义。

6克剂量缺乏益处需要仔细考虑。几个因素可能解释这一发现：首先，高剂量牛磺酸可能诱导渗透性利尿，抵消其体温调节益处。其次，肠道牛磺酸转运体在4克以上可能饱和，限制生物利用度。第三，高剂量和极端湿度的组合可能超出了身体的冷却能力。虽然我们的数据无法明确区分这些可能性，但它们强调了高温高湿条件下剂量优化的重要性。

在代谢方面，与安慰剂相比，4克组运动后显示更大的血乳酸积累。这很可能反映了他们延长的运动持续时间而非清除受损，因为牛磺酸通常在热中性条件下减少乳酸积累。湿度诱导的代谢向无氧糖酵解转变可能解释了这种差异，表明环境条件显著改变了牛磺酸的代谢效应。

虽然我们观察到4克牛磺酸改善热感觉的趋势，但主观测量（RPE, TS）未达到统计显著性。这可能反映了热应激知觉反应的高个体间变异性，建议未来研究采用更大样本量以检测潜在的心理益处。

应承认几个局限性。首先，缺乏血浆牛磺酸测量阻止了关于吸收和动力学的明确结论。其次，我们的分级运动方案不同于真实世界的耐力事件，可能限制普适性。第三，同质样本（年轻男性运动员）在推断到其他人群时需要谨慎。未来研究应调查体重调整剂量（例如50毫克/千克），包括女性和大师级运动员，并检查长时间运动场景。

总之，本研究确定4克是在高温高湿条件下改善耐力表现的最佳急性牛磺酸剂量，主要通过增强体温调节。U形剂量反应关系强调了避免剂量不足和过量的重要性。这些发现为运动员和教练提供了实用指导，同时强调了个体化策略和长期补充方案进一步研究的必要性。

5 结论

在高温高湿条件下，急性口服中等4克牛磺酸剂量通过改善体温调节反应有效增强耐力运动表现。这一发现突出了牛磺酸补充作为缓解热相关性能下降策略的实用潜力。未来研究应探索剂量反应关系，利用血浆牛磺酸水平优化暴露于极端环境的运动员和职业人群的剂量策略。