《Journal of the International Society of Sports Nutrition》：Prebiotics in sport and exercise: current evidence, practical applications, and methodological considerations
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背景：益生元可被宿主微生物选择性利用，部分通过增加有益肠道微生物及其代谢物的丰度来发挥健康促进和/或运动表现提升作用。尽管多项研究已显示出初步的有前景结果，但关于益生元对运动员运动表现、健康及幸福感影响的高质量科学证据仍然有限。
方法：本叙述性综述总结了目前关
背景：益生元可被宿主微生物选择性利用，部分通过增加有益肠道微生物及其代谢物的丰度来发挥健康促进和/或运动表现提升作用。尽管多项研究已显示出初步的有前景结果，但关于益生元对运动员运动表现、健康及幸福感影响的高质量科学证据仍然有限。
方法：本叙述性综述总结了目前关于运动员群体益生元摄入的现有证据，包括对胃肠道结构与功能、免疫应答、恢复、睡眠、健康状态、情绪及运动表现的影响。在运动员队列证据有限但存在生理学合理性支撑的领域，本研究评估了久坐人群及/或临床人群的研究发现，并讨论了这些发现对运动员的潜在相关性。最后，本文为从业者提供了在运动员中应用益生元的考量建议，并探讨了未来设计基于益生元研究的推荐方案。
结果：尽管关于运动员益生元应用的现有文献有限，但多项研究表明益生元具有改善肠道屏障完整性并降低胃肠道症状发生率/严重程度的潜力。数据亦表明，益生元可提高训练个体唾液免疫球蛋白A（sIgA）分泌速率，并缩短上呼吸道症状（URS）的持续时间及/或降低其严重程度。其他在运动员群体中值得进一步研究的新兴证据领域包括：益生元支持训练适应与恢复、促进睡眠改善以及增强情绪和认知功能的能力。当前研究的解读受到缺乏肠道微生物组和代谢组学指标、以及缺乏益生元补充期后稳健运动表现指标的限制。未来需开展纳入上述结局指标、设计良好且效能充分的研究，以确定益生元摄入在何种情境下能够有意义地改善健康和运动表现指标，并阐明任何有益效应背后的生理机制。
结论：益生元摄入是一种有前景的干预策略，可用于减轻运动诱导的肠上皮扰动、降低运动相关胃肠道症状，并缩短运动员上呼吸道症状的持续时间/严重程度。未来研究应优先采用高质量的运动表现评估，同时结合全面的微生物组和代谢组学分析，以阐明机制效应。此外，恢复、睡眠、情绪、认知功能、骨骼健康和营养素吸收等当前在运动员队列中证据有限的领域也应进一步探索。
关键词：益生元（Prebiotics）；运动（sport）；训练（exercise）；运动表现（performance）；微生物组（microbiome）；微生物群（microbiota）
论文主体内容总结
1. 引言
1.1 精英运动表现的独特需求与运动员微生物组
精英运动员面临独特的生理和心理挑战，包括高训练负荷、密集的赛程安排、有限的恢复窗口以及频繁的国际旅行。这些综合应激源可损害免疫功能，增加急性上呼吸道症状（URS）和胃肠道症状（GIS）的风险。剧烈训练可降低唾液分泌型免疫球蛋白A（sIgA）的分泌并改变1型T淋巴细胞分布，形成运动剂量与URS易感性之间的“J型”关系。急性剧烈运动还会增加肠道通透性，其潜在机制包括内脏血流灌注不足和体温过高。肠道屏障完整性降低可导致微生物易位，进而触发免疫系统激活和炎症细胞因子释放。
肠道微生物组受年龄、遗传因素、吸烟、心理应激、饮食和运动等多因素影响。运动员群体中较高的体力活动水平与更大的肠道微生物多样性和有益菌群丰度相关，而久坐行为则呈现相反模式。在整个运动生涯中，持续的训练暴露、较高的能量和宏量营养素摄入可能共同影响肠道微生物组的组成和功能。不同运动项目的生理和训练需求也可能独立于饮食影响肠道微生物组。此外，肠道微生物多样性在性别间也存在差异。运动员独特的肠道微生物组组成可能影响肠道微生物对益生元的选择性发酵，从而可能影响其有效性。
然而，精英运动员生活方式的其他因素可能导致肠道微生物组的不利变化，如国际比赛旅行后和高训练负荷期后α多样性的降低。运动员常因夜间比赛和旅行相关的昼夜节律紊乱而出现睡眠中断，这可能诱发肠道微生物组变化，而肠道微生物组成的变化又可能反过来影响睡眠质量，提示两者之间存在双向关系。
1.2 益生元的定义
益生元一词由Glenn Gibson和Marcel Roberfroid于1995年首次提出，其定义此后多次修订。国际益生菌和益生元科学协会（ISAPP）的当前定义为“被宿主微生物选择性利用并赋予健康益处的底物”。全球益生元协会（GPA）提供了类似定义，但较少强调选择性利用，并将其扩展至包含运动表现益处。研究最广泛的膳食益生元是非消化性果聚糖和半乳聚糖。大多数被认定为益生元的化合物属于膳食纤维范畴，但并非所有类型的膳食纤维都具有益生元特性。可溶性纤维能够在水中分散或溶解，从而在结肠内被微生物发酵；不溶性纤维则在水性环境中保持完整，主要增加粪便体积并加速肠道转运。总体而言，大多数可溶性纤维比不溶性膳食纤维更容易且更快地被肠道微生物发酵。
1.3 益生元对运动员的潜在益处
鉴于益生元促进肠道微生物多样性的能力，以及微生物多样性对免疫功能、肠道屏障完整性和全身炎症的影响，益生元提供了一种潜在干预手段，可在高应激或高训练负荷期间减少URS和GIS。肠道微生物对摄入的益生元和其他膳食纤维的代谢产生短链脂肪酸（SCFAs），其中丁酸、乙酸和丙酸是肠道内产生的三种主要SCFAs，被认为是肠道微生物组更有利组成相关健康促进效应的主要介导因子。尽管人体实验证据有限，但增加的SCFA产生被认为可通过降低URS风险、减轻运动诱导的肌肉损伤相关炎症反应以及调节能量产生和底物利用来有益于运动员健康与运动表现。
运动员队列中迄今为止的益生元干预研究显示，双歧杆菌属（Bifidobacterium spp.）丰度增加，URS和GIS的发生频率和严重程度降低。益生元还被证明可增加sIgA分泌、降低全身炎症生物标志物、肠上皮损伤和骨吸收标志物，凸显了其改善免疫功能、肠道完整性、炎症反应和骨骼健康的潜力。运动员在α多样性下降的时期，如国际旅行或高强度训练负荷期间，可能从益生元中获益最多。
2. 证据综合：运动员中的益生元补充
2.1 现有证据支持的结局
2.1.1 益生元对运动诱导的胃肠道综合征和胃肠道症状的影响
运动诱导的胃肠道综合征（EIGS）指运动引起的胃肠道完整性和功能变化，可导致GIS。运动相关GIS可对运动表现产生多种负面影响，包括降低运动强度/功率输出，严重时甚至导致活动中断。运动员GIS的发生频率因情境和测量方法不同而有很大差异，耐力运动中的发生率从<5%到>90%不等。肠上皮损伤最广泛测量的标志物之一是肠脂肪酸结合蛋白（I-FABP），急性运动后其水平持续升高，在炎热环境中反应增强。
Rauch等人（2025）的研究表明，每日16 g的益生元混合物（含部分水解瓜尔胶2.56 g、抗性淀粉和β-GOS 3.68 g）可在30°C下以60%最大摄氧量（V?O2max）跑步3小时的运动应激中适度减轻运动诱导的肠上皮损伤，表现为I-FABP升高幅度减小，并降低循环可溶性CD14（一种内毒素相关标志物）。Parker等人（2026）的概念验证随机对照试验显示，在炎热条件下（33°C，50%相对湿度）进行模拟足球比赛的26名健康男性运动员中，每日补充2.8 g活性β-GOS持续6周，可使I-FABP峰值变化衰减35%。
益生元也可能缓解剧烈运动引起的GIS。Parker等人（2026）的研究中，接受β-GOS的运动员在静息和运动期间的GIS严重程度均较低。Parker等人（2023）的另一项研究中，33名精英橄榄球联盟球员在职业赛季24周内每日摄入2.8 g β-GOS或安慰剂，β-GOS组的总GIS和上消化道GIS发生率和严重程度均低于安慰剂组。
然而，GIS改善并非总是一致报告。Rauch等人（2025）发现，尽管16 g·day?1的益生元混合物减轻了肠上皮损伤，但并未改善运动热应激下的GIS。一项针对休闲训练耐力运动员的12周β-GOS（2.8 g·day?1）试点研究未发现GIS变化，但参与者心肺适能较低、训练频率仅为每周两次、基线GIS极低，且每组仅9人，统计效能有限。
2.1.2 益生元与运动员免疫
Parker等人（2023）的研究中，精英橄榄球球员每日摄入β-GOS（2.8 g·day?1）24周后，URS持续时间缩短2天，sIgA分泌速率增加42%。Parker等人（2026）的后续研究同样显示，6周干预期间β-GOS组的URS发作平均持续3.2天，安慰剂组为8.9天，总体症状严重程度降低近三倍。β-GOS组运动后sIgA浓度升高，而安慰剂组则下降。
酵母β-葡聚糖（YBG）也被研究用于减少运动员URS。Talbott等人（2009）比较了马拉松后4周内每日摄入250 mg或500 mg酵母来源β-1,3/1,6葡聚糖与安慰剂的效果，两个β-葡聚糖组在2周和4周时URS均显著减少，4周时仅8%的治疗组受试者出现URS，安慰剂组为24%。然而，Nieman等人（2008）的研究中，燕麦β-葡聚糖（5.6 g·day?1，持续2周）未能改变3天高强度训练后2周内的URS发生率。这些不一致结果可能源于β-葡聚糖来源（酵母vs燕麦）、运动应激类型（马拉松比赛vs连续3天高强度骑行训练）和补充时长的差异。酵母β-葡聚糖与谷物β-葡聚糖在结构上不同，酵母β-葡聚糖通过益生元和直接免疫调节双重机制发挥作用，而燕麦β-葡聚糖主要被视为可发酵膳食纤维。
2.2 新兴证据支持的结局
2.2.1 益生元增强训练生理适应和加速恢复的潜力
Williams等人（2022）的随机对照试验中，久坐参与者在6周监督下高强度间歇训练（HIIT）期间每日摄入12 g富含低聚果糖（FOS）的菊粉，虽未改善V?O2peak，但使双歧杆菌属相对丰度增加38倍，上调了参与底物利用和能量代谢的多个代谢通路，并改善了通气阈值。
Wang等人（2022）的研究中，训练有素的运动员（职业乒乓球运动员）每日补充2 g β-葡聚糖持续4周后，握力和V?O2max较干预前改善，而对照组无此变化，同时肿瘤坏死因子α（TNF-α）浓度降低。Zabriskie等人（2020）的研究显示，在炎热潮湿环境中以55% V?O2peak进行剧烈 treadmill 运动后，摄入YBG（250 mg·day?1，持续13天）可降低巨噬细胞炎症蛋白1β，并伴随感知恢复改善。Had?i?等人（2023）的研究中，年轻篮球运动员每日摄入17 g可溶性膳食纤维益生元（Nutriose?）持续4周后，训练和比赛中的主观疲劳感觉等级显著降低，但神经肌肉功能和心血管适能未改善。
2.2.2 益生元支持睡眠
Gough等人（2025）探讨了12周β-GOS补充（2.8 g·day?1）对休闲训练耐力运动员主观睡眠的影响，未发现显著改善，但样本量小（每组9人）限制了统计效能。非运动员队列中，Tanihiro等人（2024）的研究显示，每日1.1 g酵母甘露聚糖持续4周可显著增加非快速眼动睡眠3期（N3）持续时间，粪便丙酸变化是解释总卧床时间变化的主要因素，粪便γ-氨基丁酸变化是解释非快速眼动睡眠时长变化的主要代谢组学变化。Looijesteijn等人（2024）的研究中，健康女性每日摄入1.3 g或2.0 g GOS持续3周，两种剂量均显著增加双歧杆菌属，但睡眠质量无显著变化。
2.2.3 益生元支持运动员健康状态、情绪和认知功能
Gough等人（2025）的12周β-GOS研究中，虽无显著组间效应，但β-GOS组中更多参与者达到华威-爱丁堡心理健康量表评分临床意义的改善（≥3分）（6人vs 2人），但个体间差异显著，随机效应占方差的73%。Talbott等人（2009）的研究中，马拉松后4周内摄入β-葡聚糖的运动员报告活力更高，紧张、疲劳、困惑和愤怒水平更低。Ni Lochlainn等人（2024）的双胞胎研究中，每日摄入含7.5 g益生元粉末（含≥3.375 g菊粉和≥3.488 g FOS）的干预组在剑桥神经心理测试自动化成套量表（CANTAB）评估的执行功能和记忆任务中表现显著优于安慰剂组。急性摄入5 g富含低聚果糖的菊粉也被发现可改善记忆识别和回忆评估的表现。
2.2.4 益生元支持运动员旅行期间的健康——旅行者腹泻
旅行者腹泻（TD）定义为24小时内4-5次稀便，通常持续2-3天，常伴随至少一种其他GIS。TD是前往发展中地区旅行者最常见的疾病，约20%-50%的旅行者会发病，运动员群体中的发生率（30%-60%）与普通人群相似。目前尚无在运动员队列中测试益生元对TD效果的研研究。但一项针对健康成年人的关键研究表明，前往TD高风险或低风险国家旅行14-60天的参与者中，每日摄入5.5 g β-GOS（Bimuno?；每5.5 g含2.64 g GOS）者在旅行前7天开始补充直至假期结束，与安慰剂组相比，β-GOS干预防止了排便次数和腹痛的增加，并将腹泻发生率（23% vs 38%）和持续时间（2.4天 vs 4.6天）显著降低。
2.3 具有理论依据但运动员实验证据有限的结局
2.3.1 益生元与运动表现
一项研究探讨了急性补充15 g菊苣根菊粉对15公里自行车计时赛表现的影响，假设单次15 g菊粉剂量可通过增加乙酸产生来改善肌肉氧合，但未发现血浆乙酸、肌肉氧合或计时赛表现方面的差异。参与者仅为休闲活动水平（平均V?O2max 47 ± 9.8 ml·kg?1·min?1），慢性补充或其他益生元类型是否能在训练有素的耐力运动员中产生显著表现提升仍不清楚。
2.3.2 益生元与骨骼健康
Ishizu等人（2021）的试点研究中，29名18-25岁日本女性运动员在习惯饮食基础上每日摄入一包菊粉（2.5 g）和乳果糖（1.0 g）强化益生元食品持续12周，双歧杆菌属丰度在3周和4周时较干预前增加约6%，血清TRACP-5b（一种反映破骨细胞数量和骨吸收速率的生物标志物）在12周时较干预前显著降低约15%，提示破骨细胞活性降低和骨转换减少。但该研究缺乏对照组/安慰剂组，难以确定观察到的变化是否完全归因于益生元强化食品。
2.3.3 益生元支持营养素吸收
Caco-2细胞的体外证据表明，市售益生元可上调与消化和吸收通路相关的基因，提示益生元可能调节肠上皮营养素转运过程。关于益生元改善微量营养素吸收的证据更为丰富，特别是钙和铁。乳果糖已被证明可剂量依赖性地增加绝经后妇女的钙吸收，GOS和FOS可增强贫血婴儿和铁缺乏女性对富马酸亚铁的吸收。人和啮齿动物数据也提示菊粉型果聚糖可能改善镁吸收。
3. 运动与训练环境中的实践应用
当前运动营养指南，如美国运动医学会（ACSM）的指南，或美国营养与饮食学会、加拿大营养师协会和ACSM的联合声明，均未提及益生元。国际奥委会最近的补充剂指南引入了益生菌作为减少URS和TD的潜在干预措施，但也未包含益生元补充剂。
3.1 益生元摄入的来源和时机
在考虑益生元补充之前，运动员应优先采用食物优先的方法，包括充足的每日纤维摄入和多样化的含益生元食物，如大蒜、洋葱、韭菜、芦笋、菊苣、耶路撒冷洋蓟和燕麦。然而，食物来源存在局限性，主要问题是达到临床有效剂量所需摄入的食物量。例如，100 g大蒜中的果聚糖型益生元相当于约14 g菊粉，要达到约2.5 g菊粉的最低临床有效剂量，需摄入约18 g大蒜（约6瓣），这在大多数情况下不切实际。
益生元补充剂因此提供了一种更方便的摄入有效剂量的方法，尤其是在食物选择受限的旅行和比赛期间。长期益生元补充可能对难以摄入足够膳食纤维的运动员有益。即使习惯性满足纤维指南的运动员，在URS和GIS风险升高的时期（如赛程密集、强化训练、冬季或国际旅行期间）添加益生元补充剂也可能有益。肠道微生物组成变化可在1周内检测到，但在运动员中观察到有益效应的研究通常使用至少4周的补充期。因此，运动员理想上应在目标时期前至少1周开始服用益生元，更长的补充窗口（≥4周）可能提供额外缓冲以确保预期反应已发生。目前没有关于一天中或训练/比赛前后益生元摄入最佳时机的证据，一旦开始补充，每日一致摄入可能比在特定时间摄入更为重要。
3.2 益生元的类型和剂量
在运动情境中选择益生元补充时，应策略性地、逐案考虑类型、剂量、时机和耐受性。个体因素如胃肠道敏感性、习惯性膳食摄入、训练负荷、运动类别、共生肠道微生物组组成和性别都可能影响特定运动员益生元摄入的有效性。从业者应优先选择在人体随机对照试验中证据更多的益生元类型，基于迄今的研究，即GOS和菊粉型果聚糖。ISAPP指出，大多数益生元需要≥3 g·day?1的剂量才能产生临床相关效应。基于运动员队列中的试验，约2.75 g·day?1的活性β-GOS（以Bimuno? GOS形式给予）似乎是支持免疫和促进肠道屏障完整性的有效剂量。非运动员队列中高纯度GOS的剂量反应研究则发现需要≥约5 g·day?1才能有效诱导双歧杆菌增殖。使用双歧杆菌来源酶生产的β-GOS混合物（如Bimuno? GOS）可能比其他来源的GOS混合物具有更强的益生元和双歧杆菌增殖效应，这可能解释了运动员中较低活性GOS剂量仍观察到有益效应的原因。菊粉型果聚糖方面，3-20 g·day?1的剂量在人体研究中被发现具有双歧杆菌增殖效应，但菊粉型果聚糖也可能在某些个体中增加肠胃胀气和腹部不适，因此大多数情况下推荐≤10 g·day?1的剂量。
3.3 潜在副作用和风险
一些运动员在益生元补充的初始阶段可能会经历暂时的GIS增加，如腹胀或肠胃胀气。建议密切监测胃肠道耐受性和副作用，并首先在休赛期或季前赛期间试用补充剂以确定个体反应。对于易出现胃肠道不适的运动员，从较低剂量开始并逐渐增加至目标摄入量可提高耐受性。空腹摄入益生元可能加速发酵速率从而增加腹胀等GIS风险，因此经历GIS的运动员可考虑随餐服用补充剂。无论是否随餐服用，每天在同一时间摄入益生元补充剂有助于提高依从性。
最后一个考量是每种产品的制造工艺以及可能污染补充剂的额外成分，这可能使精英运动员面临禁赛风险。从业者应熟悉每种产品的制造工艺，包括益生元的身份、组成和结构特征如何被控制，以及功能活性在加工和整个保质期内是否得以维持。还应评估质量控制程序，包括原材料和成品如何测试一致性、纯度和污染物。对于受反兴奋剂法规约束的运动员，任何益生元补充剂都应通过Informed Sport等计划进行独立批次测试和认证。
4. 未来在运动员群体中研究益生元的建议
未来研究应遵循几项关键建议，以改善隔离益生元效应与其他外部变量的能力。补充方案方面，研究人员应优先采用安慰剂对照研究，使用已在人体中广泛测试的益生元（如菊粉和GOS），确保补充窗口足够长（大多数情况下≥约2周），并系统记录依从性和任何不良反应。使用至少约3 g·day?1的益生元剂量有助于最大化观察到有意义生理效应的机会。研究设计方面，应优先招募具有足够统计效能（≥80%）的样本量，效能计算应基于统计学上可检测且生理学相关的效应量。参与者应在训练状态和其他运动特征方面相对统一，并确保在补充期和试验前对饮食和体力活动/训练负荷有足够的控制和记录。关键变量和生物标志物方面，应确保有明确且合理的首要、次要和第三结局指标。鼓励研究人员关注先前研究中已被益生元改变的结局和标志物，如GIS、肠道完整性/损伤、URS、IgA分泌、肠道微生物组成和SCFA浓度。
5. 结论
随着肠道-运动轴研究持续发展，益生元补充已成为支持胃肠道健康和调节免疫反应的有前景工具，近期发现提示其在减轻运动诱导的肠上皮扰动、降低运动相关GIS以及缩短运动员URS持续时间/严重程度方面的潜力。未来研究应优先采用高质量的运动表现评估，结合全面的微生物组和代谢组学分析，以阐明机制效应，并进一步探索恢复、睡眠、情绪、认知功能、骨骼健康和营养素吸收等证据有限的领域。
