急性甜菜根汁与咖啡因补充对柔道运动员模拟比赛日专项表现的影响

《European Journal of Sport Science》：The Effect of Acute Beetroot Juice and Caffeine Supplementation on Specific Judo Performance During a Simulated Competition Day in Judo Athletes

　　

甜菜根汁（Beetroot juice, BJ）和咖啡因（Caffeine, CAF）是公认的运动表现增强剂。然而，在柔道比赛日的特定情境下，关于其功效及相互作用的研究甚少。本研究采用随机、双盲、安慰剂对照交叉设计，探讨了BJ、CAF及其组合（BJCAF）在模拟比赛日中对柔道专项表现的急性影响。35名竞技柔道运动员（年龄23±5岁；体重74±13kg）完成了4次试验（BJ、CAF、BJCAF和安慰剂），每次试验包括5轮柔道乱取（randori）和专项柔道体能测试（Special Judo Fitness Test, SJFT），随后进行神经肌肉和认知评估。与安慰剂相比，CAF在第1–3轮试验中增强了SJFT表现、神经肌肉功能和认知能力，但在第5轮试验中未表现出增强效果（p < 0.05）。相反，BJ在第5轮试验中改善了上述指标（p < 0.05）。BJCAF在第1–3轮及第5轮试验中增强了SJFT表现，在第1、2和4轮试验中改善了认知功能，并在所有轮次试验中提升了神经肌肉表现（p < 0.05）。重要的是，在第5轮试验中，BJ和BJCAF条件下的SJFT表现、神经肌肉功能和认知结果均优于单独CAF条件（p < 0.05）。结果表明，CAF的促力效应在整个模拟比赛日中未能持续维持，而BJ则提供了后期阶段的益处。联合摄入有效抵消了单独摄入CAF在后期试验中出现的表现下降，同时保留了其早期优势。这凸显了在为柔道等多轮次、高强度运动赛事设计营养策略时，考虑时间动态和代谢成本的重要性。

论文解读文章

一、研究背景与目的

柔道是一项高强度、间歇性的格斗运动，要求运动员具备先进的技术技巧以及肌肉力量、无氧能力、有氧能力、力量耐力与战术决策能力的复杂结合。典型的柔道比赛日通常包含5至7场比赛，对运动员的生理和认知能力构成巨大挑战，因为运动员必须在有限恢复时间内维持峰值表现。这种比赛结构会促使进行性中枢和外周疲劳的发展，通常表现为肌肉力量下降、警觉性受损和代谢功能改变，这些均可能对比赛结果产生决定性影响。因此，有效的恢复和连续比赛中维持表现的能力对柔道运动员至关重要，即使是微小的提升也可能决定奖牌的归属。

咖啡因作为中枢神经系统兴奋剂，通过拮抗腺苷受体减少腺苷介导的抑制作用，增加中枢驱动力，提高唤醒和警觉水平，降低给定负荷下的主观疲劳感，并促进神经肌肉募集。在外周，咖啡因增加循环儿茶酚胺和心率，刺激糖酵解，增加工作肌肉的底物可用性。在肌肉层面，咖啡因似乎通过增加肌浆网钙释放增强兴奋-收缩耦联，并可能提高运动单位放电频率，共同支持更高的峰值功率输出。这些中枢和外周作用转化为跨运动专项任务的一致表现益处，包括改善间歇冲刺表现、力量和功率输出以及耐力。咖啡因还可可靠地改善注意力和反应速度等简单认知功能。

膳食硝酸盐，通常以浓缩甜菜根汁形式摄入，提供了另一种促力途径。摄入后，硝酸盐依次还原为亚硝酸盐，再转化为一氧化氮（Nitric Oxide, NO），这一过程在低氧和酸性条件下加速。一氧化氮诱导血管舒张并调节肌肉收缩效率。补充研究表明，膳食硝酸盐可降低亚极限运动的氧成本，增强肌肉灌注和线粒体效率，并加速运动回合之间磷酸肌酸的再合成。这些适应性被认为通过延迟疲劳和减少对无氧途径的依赖来支持重复高强度运动。

尽管CAF和膳食硝酸盐单独使用时具有公认的促力潜力，但在柔道比赛日的特定情境下，关于其功效和相互作用的研究甚少。以往研究主要集中于单次比赛或训练方案，而非多场竞技比赛的累积需求。单次最大努力所施加的生理压力与比赛日中逐渐发展的疲劳有本质不同。关于CAF在重复回合运动中的补充研究有限，部分研究报告其促力效应在连续回合中得以维持，而其他研究则提示在后期运动阶段效应减弱甚至产生不利影响，可能源于更大的稳态紊乱或初始刺激后的反弹效应。同样，BJ在重复高强度比赛模型中的作用仍不清楚，其改善代谢效率的主要机制可能在后期比赛中特别有利。值得注意的是，CAF的生理效应（如肾上腺素能活性增加和血管收缩）与BJ的效应（包括NO介导的血管舒张和肌肉灌注增强）在若干方面相互对立。这种对比提出了一个引人关注且尚未充分探索的问题：BJ的血管舒张和效率增强特性能否抵消与CAF相关的后期比赛表现下降，或者联合摄入能否维持连续比赛中的身体输出和认知表现？

因此，本研究的主要目的是在竞技柔道运动员中，通过一系列旨在复制柔道比赛日需求的设计，检验CAF、BJ及其联合摄入对专项表现、生理反应和认知功能的急性影响。研究人员假设CAF对柔道专项表现的促力效应不会在最后几轮试验中持续，其早期益处可能促成随后的表现下降，而BJ联合摄入将减轻这种下降。

二、研究设计与方法

研究人员采用随机、双盲、安慰剂对照交叉设计。每名运动员完成四次相同的实验试验，间隔至少10天的洗脱期。条件包括BJ、CAF、BJ+CAF（BJCAF）和安慰剂（PLA）。为控制潜在的顺序效应，补充条件按照平衡拉丁方设计进行管理。35名竞技柔道运动员（23名男性和12名女性；年龄23±5岁；体重74±13kg）从最初的47名志愿者中招募。排除标准包括习惯性咖啡因摄入>1mg/kg/天、前3个月内肌肉骨骼损伤、当前使用营养补充剂或怀孕。

实验前，志愿者参加了熟悉化会议和最大摄氧量（VO₂max）测试。每次试验包括4分钟高强度柔道乱取，随后立即进行专项柔道体能测试（SJFT），间隔30秒用于柔道服整理。神经肌肉功能评估（反向跳跃（Countermovement jump, CMJ）和最大等长握力（Handgrip strength, HGS））和认知表现评估在运动前和第1轮试验后及每轮试验后进行。参与者摄入70mL富含硝酸盐的BJ（约6.4mmol硝酸盐）或硝酸盐耗竭的BJ，以及3mg/kg CAF或250mg蔗糖。静脉血样本在基线和多个时间点采集，用于分析乳酸、葡萄糖、硝酸盐、亚硝酸盐和咖啡因浓度。肌肉氧合通过近红外光谱（Near-infrared spectroscopy, NIRS）在最后一次SJFT期间记录。

三、研究结果

SJFT表现：与安慰剂相比，CAF在第1、2和3次SJFT中增加了总投掷次数（Total throws, TT），但在第5次SJFT中低于安慰剂，且在第5和第6次SJFT中低于BJ和BJCAF。BJ在第5和第6次SJFT中相对于安慰剂增加了TT。BJCAF相对于安慰剂在第1、2、3、5和6次SJFT中均增加了TT。SJFT指数方面，CAF在第2次SJFT中改善但第5和第6次SJFT中受损，BJ在第3–6次SJFT中改善，BJCAF在第5和第6次SJFT中优于CAF。

心率与主观疲劳感：CAF和BJCAF条件在所有SJFT中的运动后即刻心率（HR₀）均高于PLA和BJ。CAF在多数SJFT中的运动后1分钟心率（HR₁）高于其他条件，而BJ在部分SJFT中低于PLA。CAF在第5次SJFT中的主观疲劳感（Rating of Perceived Exertion, RPE）高于PLA、BJ和BJCAF。

神经肌肉功能：CAF在运动前和第1–3轮试验中增加了CMJ跳高和飞行时间/收缩时间（FT:CT）比值，但在第5轮试验中低于PLA、BJ和BJCAF。BJCAF在运动前和第1–5轮试验中均增加了跳高，在第1–5轮试验中增加了FT:CT比值。HGS方面，CAF在运动前和第1–2轮试验中增加，BJCAF在运动前和第1、2、4轮试验中增加，而BJ在第5轮试验中高于PLA和CAF。

认知功能：CAF和BJCAF在运动前和第1–2轮试验中减少了精神运动警觉任务（Psychomotor Vigilance Test, PVT）中的失误次数并增加了平均反应速度，但CAF在第4–5轮试验中失误次数增加、反应速度下降。BJ在第4轮试验中失误次数低于PLA，在第5轮试验中反应速度高于PLA和CAF。

肌肉氧合：在最后一次SJFT期间，所有条件下的组织饱和指数（Tissue Saturation Index, TSI）均从基线下降。测试后恢复期TSI在BJ和BJCAF条件下高于PLA和CAF。

血液变量：CAF和BJCAF在运动中、最终SJFT前和运动后的乳酸浓度高于PLA和BJ，而BJ在最终SJFT前乳酸低于PLA和BJCAF。CAF和BJCAF的血糖在多个时间点高于其他条件。BJ和BJCAF条件下血浆硝酸盐和亚硝酸盐浓度显著升高。CAF和BJCAF条件下血浆咖啡因浓度达到约3–3.7μg/mL。

四、讨论与结论

研究结果表明，CAF的促力效应在模拟比赛日的早期试验中得以体现，但在后期试验中出现了显著下降，表现为SJFT表现受损、神经肌肉功能下降和认知警觉性降低。相比之下，BJ在后期试验中提供了益处，改善了运动效率和心血管恢复。联合摄入（BJCAF）产生了最有利的整体特征，既保留了CAF的早期优势，又抵消了单独使用CAF时观察到的后期表现下降，支持了比赛日全程的高水平持续表现。

这些发现强调了在设计多回合、高强度运动赛事（如柔道）的营养策略时，考虑时间动态和代谢成本的重要性。BJ的NO介导血管舒张和代谢效率增强特性可能有助于抵消CAF相关的后期表现下降，而CAF的早期中枢激活作用与BJ的后期代谢支持作用相结合，可能为竞技柔道运动员提供更全面的促力策略。