膳食硝酸盐补充对运动员运动表现的影响：一项随机对照试验的系统综述与Meta分析

《Sports》：Dietary Nitrate Supplementation and Exercise Performance in Athletes: A Systematic Review and Meta-Analysis of Randomised Controlled Trials

　　

背景/目的：膳食硝酸盐补充可改善休闲活动人群的运动表现，但其在运动员中的有效性仍存在争议。本Meta分析评估了膳食硝酸盐补充对运动员六项运动表现及生理/感知觉结局指标的影响——峰值功率（peak power, PP）、平均功率（mean power, MP）、最大摄氧量（VO2max）、心率（heart rate, HR）、血乳酸（blood lactate, LAC）和主观疲劳感觉等级（rating of perceived exertion, RPE）——涵盖多种运动项目和测试方案。方法：共纳入45项随机安慰剂对照试验，涉及659名健康运动员（Tier 2或以上级别）。采用随机效应模型计算合并Hedges' g值，并进行了亚组分析、敏感性分析和发表偏倚分析。结果：六项结局指标均未发现统计学显著的整体效应（所有p > 0.05）。在探索性亚组分析中，仅男性研究中的PP显示出正向效应（g = 0.29，95% CI 0.02至0.56，p = 0.04），但与混合性别研究的交互作用不显著（p = 0.11）。甜菜根汁与无机硝酸盐在VO2max方面无显著差异。修剪填补法（trim-and-fill）估算了五项缺失研究，将该效应估计值降至零。按运动类型和运动方式（耐力、间歇性团队运动、力量/爆发力）进行的亚组分析均未发现显著差异。结论：膳食硝酸盐补充在运动员中未产生统计学显著的整体促力效应。任何潜在益处均较小且具有情境依赖性，血管内皮功能在高水平运动员中的可能作用有待进一步研究。未观察到统计学显著效应不应被视为无效应的确定性证据。

论文主体内容总结

1. 引言

膳食硝酸盐补充（常以甜菜根汁（beetroot juice, BRJ）或无机硝酸盐形式提供）已成为有氧耐力运动中使用最广泛的促力辅助手段之一，其生理机制已明确：无机硝酸盐（NO₃^?）经口腔共生细菌还原为亚硝酸盐（NO₂^?），随后在缺氧或酸性组织中转化为一氧化氮（NO），从而改善线粒体氧化效率、骨骼肌血流和快肌纤维收缩性。这些机制在休闲活动人群和非运动员中转化为一致的小到中等程度的运动表现改善。然而，膳食硝酸盐在精英或训练有素运动员中的有效性仍存在争议。既往Meta分析报告硝酸盐在非运动员中的效应量为0.25（95% CI 0.11至0.38），但在运动员中无显著效应（ES = 0.04，95% CI ?0.05至0.15）。另一项研究发现计时赛表现改善仅限于VO₂max < 55 mL/kg/min的训练水平较低个体。现有Meta分析存在若干局限性：多数综述仅聚焦单一运动表现结局或单一运动项目，缺乏对运动耐受和表现基础的生理及感知觉标志物的综合整合；过度分层可能稀释可检测的信号；且很少有Meta分析严格处理小样本研究偏倚。为弥补上述不足，本研究汇总了45项随机安慰剂对照试验，涵盖多种运动员群体和测试方式，综合评估硝酸盐补充对六项核心结局（PP、MP、VO₂max、HR、LAC、RPE）的影响。

2. 材料与方法

2.1 系统综述方案注册

本研究遵循Cochrane干预系统综述手册（6.0版）指南，并遵守2020年PRISMA声明。方案已在开放科学框架（Open Science Framework）上注册。初始文献检索于2026年5月6日完成，更新检索于2026年9月17日重新运行。由于方案注册（2026年6月30日）晚于初始检索完成时间，该注册为回顾性注册而非前瞻性注册。除两项事后添加的亚组分析（甜菜根汁与无机硝酸盐比较、交叉设计与平行设计比较）外，所有分析均已在注册方案中预先规定。

2.2 纳入标准

研究纳入遵循PICOS方法，具体纳入标准包括：研究对象为Tier 2或以上级别的健康运动员；干预措施为膳食硝酸盐补充（甜菜根汁、无机硝酸盐或其他富含硝酸盐的蔬菜）；对照为安慰剂；结局指标包括PP、MP、VO₂max、HR、LAC和RPE中的至少一项；研究设计为随机对照试验（平行或交叉设计）。

2.3 信息来源与检索策略

检索了PubMed/MEDLINE、SCOPUS、CINAHL、SPORTDiscus和Web of Science数据库，时间从建库至2026年9月17日，未设置年份限制。原始检索于2026年5月6日进行，之后持续监测检索提醒。2026年9月17日对所有数据库进行了完整重新检索。二次检索包括筛查所有纳入研究和相关综述的参考文献列表、通过Google Scholar进行正向引文追踪，以及监测检索提醒。检索仅限于已发表的同行评审期刊文章，未主动检索或纳入灰色文献。

2.4 研究筛选

首先使用EndNote去重，随后两名研究者独立使用Rayyan网络应用进行标题和摘要筛选，评估是否符合纳入标准。筛选过程对作者信息设盲以避免偏倚。随后两名研究者独立评估潜在符合研究的全文，分歧通过讨论解决，必要时由第三名评审者仲裁。

2.5 数据提取

从纳入研究中提取以下数据：研究设计和识别信息；依从性、研究持续时间、分组和结局指标；样本量；参与者特征（年龄、性别、运动项目、运动经验和/或训练负荷、VO₂max）；补充方案细节（硝酸盐剂量、末次给药距运动的时间、运动方案和主要表现指标）；以及补充组和安慰剂组相关结局的前后均值、标准差和原始变化均值。若数据报告不充分，通过电子邮件联系通讯作者。必要时使用WebPlotDigitizer软件从图中提取数据。数据提取由三名研究者独立完成，使用预先测试过的表格。

2.6 偏倚风险评估

使用改良版PEDro量表评估研究方法和报告的完整性，总分范围0–20分，纳入阈值为≥16分。最终偏倚风险评估使用Cochrane偏倚风险2工具（RoB 2），涵盖五个领域：随机化过程产生的偏倚、偏离预期干预措施产生的偏倚、结局数据缺失产生的偏倚、结局测量中的偏倚和报告结果选择中的偏倚。对于交叉试验，领域2的解释考虑了潜在的时期/残留效应和洗脱期的充分性。最终总体判断遵循完整Cochrane RoB 2算法，预先规定同时有三个或以上领域被评为"有一定担忧"的研究将被归类为高风险。

2.7 证据确定性评估

使用GRADE方法评估每个结局的证据确定性，以随机试验为起点（初始评为高确定性）。确定性在五个领域进行降级评估：偏倚风险、不一致性、间接性、不精确性和发表偏倚。GRADE评级按每个结局（PP、MP、VO₂max、HR、LAC、RPE）针对膳食硝酸盐补充与安慰剂的比较进行。

2.8 统计分析

所有分析使用R软件（4.2.1版）中的metafor和meta包进行。对每个结局计算补充组与安慰剂组前后变化分数之间的组间标准化均数差（Hedges' g），假设前后相关系数r = 0.5。使用限制最大似然法（REML）的随机效应模型估计合并总体效应。异质性通过τ²、I²和Q检验量化。每项研究每个结局仅贡献一个效应量，采用预先定义的两阶段选择程序处理同一队列的多个测量值。对于交叉试验，采用保守的独立组近似法计算效应量及其抽样方差。为探索异质性来源，对六个分类调节变量拟合混合效应Meta回归模型：补充来源、生物学性别、运动类型、运动方式、测试方式和设计类型。

3. 结果

3.1 检索结果

初始检索获得5012条记录，去除3988条重复记录后，1024条唯一记录进入标题和摘要筛选。筛选后332篇全文进行评估，排除298篇，34项研究符合纳入标准。正向引文追踪和新发表研究监测新增11项研究，最终共纳入45项研究。

3.2 研究特征

45项纳入研究均为随机对照试验（平行或交叉设计），其中41项采用交叉设计。参与者总数为659人（556名男性、88名女性、15名性别未明确报告），涵盖自行车、铁人三项、跑步、赛艇、皮划艇、越野滑雪、游泳、足球、冰球、击剑、跆拳道、CrossFit等多种运动项目。补充方案差异较大：多数研究（n = 29）采用单次急性给药，16项研究采用多日负荷策略（3–8天）。每日硝酸盐剂量范围为4.0至19.35 mmol，最常见剂量约为6.2–8.4 mmol。末次给药通常在运动前2–3小时。运动测试方案包括计时赛、次极量恒定负荷运动、递增负荷至力竭测试、Wingate无氧测试、重复冲刺方案和运动专项场地测试。

3.3 偏倚风险评估

随机序列生成方面，9项研究报告了适当方法被评为低风险，其余36项因方法描述不充分存在一定担忧。参与者和人员设盲方面，32项研究因充分的双盲、匹配安慰剂和适当的洗脱期被评为低风险，13项研究存在一定担忧。结局数据缺失在41项研究中得到充分处理。结局测量在42项研究中为低风险。选择性结局报告方面，仅5项前瞻性注册研究被评为低风险，其余40项因未提及预注册引起一定担忧。应用完整RoB 2算法后，总体偏倚风险为：1项研究低风险，33项有一定担忧，11项高风险。

3.4 证据确定性评估

所有结局的初始确定性为高，但因总体偏倚风险被评为严重而统一降级一级。PP和MP因Egger检验提示潜在小样本效应而额外降级。LAC和RPE因严重不一致性和严重不精确性各额外降级两级。最终证据确定性为：VO₂max和HR为中等，PP和MP为低，LAC和RPE为极低。

3.5 主要结果

3.5.1 膳食硝酸盐补充对运动表现及生理/感知觉反应的总体效应

45项研究对六项结局域贡献了数据：PP（k = 12）、MP（k = 17）、VO₂max（k = 26）、HR（k = 19）、LAC（k = 10）和RPE（k = 9）。随机效应Meta分析显示，膳食硝酸盐补充与安慰剂相比，六项运动表现或生理/感知觉反应结局均无统计学显著总体效应。合并标准化均数差（Hedges' g）均较小，95%置信区间均跨越零：PP（g = 0.13，95% CI ?0.07至0.32，p = 0.20；I² = 0.00%）、MP（g = 0.04，95% CI ?0.13至0.21，p = 0.65；I² = 0.00%）、VO₂max（g = ?0.03，95% CI ?0.20至0.15，p = 0.77；I² = 0.00%）、HR（g = ?0.08，95% CI ?0.27至0.10，p = 0.38；I² = 0.00%）、LAC（g = 0.09，95% CI ?0.30至0.48，p = 0.64；I² = 59.79%）和RPE（g = ?0.17，95% CI ?0.49至0.16，p = 0.32；I² = 33.33%）。PP、MP、VO₂max和HR的异质性可忽略不计，LAC为中等异质性，RPE为低至中等异质性。

3.5.2 亚组分析

补充来源方面，仅VO₂max可进行甜菜根汁与无机硝酸盐的比较，两者均与安慰剂无显著差异，交互作用不显著（p = 0.90）。性别方面，PP在仅男性研究中显示正向效应（g = 0.29，95% CI 0.02至0.56，p = 0.04），但在混合性别研究中无显著效应（g = ?0.04，95% CI ?0.34至0.25，p = 0.78），交互作用检验不显著（p = 0.10）。运动类型方面，仅MP和VO₂max有足够研究进行亚组分析，各运动类型之间无显著差异。运动方式方面，PP在耐力（g = 0.00）与力量/爆发力（g = 0.25）类别间无显著交互作用（p = 0.32）；MP和HR亦无显著差异。测试方式方面，仅VO₂max可进行自行车测力计与次极量自行车试验的比较，无显著差异（交互作用p = 0.12）。设计类型方面，VO₂max在交叉与平行设计间效应相似（交互作用p = 0.56）；HR在平行研究中的点估计更负（g = ?0.57），但交互作用不显著（p = 0.11）。

3.5.3 敏感性分析

逐一剔除分析表明总体效应估计稳健，移除任何单项研究均未实质性改变任何结局的合并效应方向和显著性。前后相关系数敏感性分析（r = 0.30、0.50、0.70）显示合并效应变化极小。交叉试验的跨条件相关性敏感性分析（r_cross = 0.30、0.50、0.70）显示所有结局的合并效应在三种假设下保持一致，支持主要分析中独立组近似的稳健性。

3.5.4 发表偏倚

PP的Egger检验显著（z = 2.88，p = 0.02），修剪填补法估算了五项缺失研究，将合并效应衰减至接近零（g = ?0.01，95% CI ?0.22至0.20）。MP的Egger检验亦显著（z = 2.33，p = 0.03），但修剪填补法未估算缺失研究，调整后估计值不变。其余结局的发表偏倚评为不严重。

4. 讨论

本Meta分析发现膳食硝酸盐补充对运动员六项运动表现和生理/感知觉反应结局均无统计学显著总体效应。这一发现与既往多项Meta分析一致，支持训练状态调节硝酸盐促力潜力的观点，即随着有氧适能提高，获益递减。机制解释包括：训练有素个体基线NO生物利用度较高，削弱外源性硝酸盐的额外获益；硝酸盐来源的NO产生非位点特异性，可能在心输出量接近极限时使血流从活跃肌肉分流至非优先血管床；以及个体间口腔硝酸盐还原酶活性的差异造成"应答者"与"不应答者"的区分。血管内皮功能在高水平运动员中可能已接近功能上限，进一步解释了外源性硝酸盐未能产生显著获益。与既往报告PP和MP正向效应的Meta分析相比，本研究仅纳入运动员且仅限于自行车或跑步任务中的测量，可能解释了差异。VO₂max无显著效应提示硝酸盐对有氧代谢的潜在益处无法通过VO₂max这一较粗略的指标捕捉。HR、LAC和RPE的置信区间较宽，应解释为不精确的零效应估计而非无效应的证据。男性PP的正向效应在修剪填补校正后减弱，且交互作用不显著，不应解释为性别特异性促力效应。甜菜根汁与无机硝酸盐在VO₂max方面无显著差异，提示硝酸盐递送载体未显著改变促力反应。交叉与平行设计的比较未发现系统性偏倚。未来研究应关注前瞻性注册、充分样本量、标准化血浆硝酸盐和NO₂^?测量、纳入女性运动员和大师级运动员、剂量-反应关系探索，以及硝酸盐与其他促力辅助手段（特别是咖啡因）的相互作用。

局限性

本Meta分析存在以下局限性：纳入研究总体偏倚风险以"有一定担忧"为主，主要来源为随机序列生成报告不充分和缺乏前瞻性注册；LAC存在中等异质性（I² = 59.79%），RPE存在低至中等异质性（I² = 33.33%）；亚组分析可用研究数量有限，降低了检测交互效应的统计功效；PP和MP检测到发表偏倚；依赖聚合数据而非个体参与者数据，无法进行更精细的调节变量分析；41项交叉试验采用独立组近似法，系统性地膨胀了效应估计的方差并降低了统计功效；纳入研究的补充方案和运动方式差异可能引入无法完全控制的未测量混杂因素；所检查的六项结局跨越不同生理构念，从以无氧功率为主到最大心肺适能再到急性生理/感知觉反应。

5. 结论

本Meta分析纳入45项随机对照试验，未发现膳食硝酸盐补充对运动员运动表现或生理/感知觉反应（包括PP、MP、VO₂max、HR、LAC和RPE）有统计学显著的合并效应。补充来源亚组分析显示甜菜根汁与无机硝酸盐在VO₂max方面无显著差异。仅男性研究中PP的正向效应在统计上不稳健，应视为探索性发现。这些结果与既往Meta分析一致，提示膳食硝酸盐的促力获益可能主要局限于非运动员或训练水平较低个体。然而，鉴于若干置信区间包含潜在有意义的效应且各结局的证据确定性从中等到极低不等，本研究结果不应被视为无效应的确定性证据。未来研究应聚焦于识别预测应答性的个体特征、优化给药策略，以及探索硝酸盐补充可能赋予有意义优势的特定运动情境（如高海拔、间歇性冲刺方案）。