酮单酯摄入与运动-热应激期间的认知和身体表现

《Journal of the International Society of Sports Nutrition》：Ketone monoester ingestion and cognitive and physical performance during exercise-heat stress

　　

背景：在极端环境条件下维持认知和身体表现对于特种作战部队（SOF）至关重要。高热会因脑血流量、底物可用性、热耐受性降低以及心血管负担增加而对认知功能产生负面影响。尽管酮单酯（ketone monoester，KET）已显示出对认知的有益作用，但其在运动-热应激期间的效能尚未被探索。
方法：17名耐力训练男性（年龄=23.8±5.2岁；VO₂max=58.6±3.2 ml·kg^?1·min^?1）完成了一项随机、双盲、平衡、交叉研究。受试者摄入4 mg·kg^?1咖啡因，并联合酮单酯（KET；(R)-3-羟基丁基-(R)-3-羟基丁酸酯）或能量匹配的碳水化合物对照（CHO；Cluster Dextrin?）。每次实验访问包括在热环境（34°C，45%相对湿度）中进行90分钟负重跑步机运动，随后进行高强度力竭时间（TTE）测试。在运动前、中、后评估认知表现（1-back、2-back、Dynavision反应时间[RT]、物体击打与回避[OHA]）、血液代谢物、平均心率和核心体温（CBT），并使用线性混合模型ANCOVA进行分析。TTE持续时间和TTE期间的最大心率使用配对样本t检验进行分析。
结果：在认知表现方面，KET在所有时间点相对于CHO表现出显著更高的1-back总准确率（+2.8%，p=0.001）和目标准确率（8.9%，p<0.001）。此外，KET增加了整体目标辨别力（d′: +0.3，p=0.001），不受任务条件和时间点影响。对于2-back，未观察到总准确率或目标准确率的整体条件间差异，尽管任务难度总体上高于1-back表现。RT或OHA结果未观察到条件间差异。在血液代谢物方面，KET在运动中期和运动后相对于CHO显著增加了循环BHB浓度（分别+1.7和+3.5 mmol·L^?1；两者p<0.001），并在相同时间点降低了血糖（分别14.7和27.6 mg·dL^?1；p=0.002和p<0.001）。对于平均心率，存在时间主效应，第一个45分钟运动时段的心率低于第二个时段（?7.7 beats·min^?1，p=0.01），但无条件效应（p=0.453）。CBT在两种条件下随时间增加（p<0.001），但在KET和CHO之间无差异（p=0.065）。KET后的TTE持续时间显著长于CHO（8.9±4.6 vs 7.0±2.1 min；p=0.04），而TTE期间的最大心率在条件间无差异（p=0.112）。
结论：在热环境中长时间负重运动后，酮单酯摄入与咖啡因联合改善了工作记忆的特定方面，并导致力竭时间显著长于碳水化合物对照。然而，这些效应并非普遍适用于所有认知结果，因为2-back、RT或OHA未观察到条件间差异。值得注意的是，尽管表现存在差异，平均心率、TTE期间最大心率和核心体温并无差异。这些发现共同表明，酮单酯和咖啡因联合摄入可能在持续运动-热应激期间支持认知和身体表现的特定方面，而不改变心血管或热应激。
关键词：运动营养；酮单酯；膳食补充剂；兴奋剂；认知；战术

论文解读文章

**研究背景与意义**
在极端环境条件下维持认知和身体表现对于特种作战部队（SOF）至关重要。高热会通过降低脑血流量、底物可用性、热耐受性以及增加心血管负担，对认知功能产生负面影响。酮单酯（ketone monoester, KET）已被证明对认知有益，但其在运动-热应激条件下的效能尚未被探索。因此，本研究旨在评估KET与咖啡因联合摄入，相对于碳水化合物（CHO）与咖啡因组合，在运动-热应激期间对认知和身体表现的影响。论文发表在《Journal of the International Society of Sports Nutrition》。

**研究方法**
研究人员采用随机、双盲、平衡、交叉设计，纳入17名耐力训练男性（年龄23.8±5.2岁，VO₂max=58.6±3.2 ml·kg^?1·min^?1）。受试者摄入4 mg·kg^?1咖啡因，并联合KET（(R)-3-羟基丁基-(R)-3-羟基丁酸酯）或能量匹配的CHO（Cluster Dextrin?）。每次实验包括在热环境（34°C，45%相对湿度）中进行90分钟负重跑步机运动（速度50% vVO₂max，坡度5%，负重背心20%体重），随后进行高强度力竭时间（TTE）测试。认知表现通过1-back、2-back、Dynavision反应时间（RT）和物体击打与回避（OHA）任务评估，血液代谢物（β-羟基丁酸[BHB]和葡萄糖）、平均心率（HR）和核心体温（CBT）在运动前、中、后测量。数据分析采用线性混合模型ANCOVA和配对样本t检验。

**研究结果**
**3.1 认知表现**
- **3.1.1 词汇编码与回忆**：未发现条件或时间的主效应或交互作用。
- **3.1.2 Dynavision**：总得分和RT无显著条件或时间差异。
- **3.1.3 物体击打与回避（OHA）**：准确率、目标击中率、干扰物击中率和d′无显著差异。
- **3.1.4 N-back任务**：KET在1-back任务中表现出显著更高的总准确率（+2.75%，p=0.001）和目标准确率（+8.92%，p<0.001），以及更高的整体目标辨别力（d′: +0.29，p=0.001）。2-back任务无条件间差异。1-back的RT在时间点3（运动后）快于时间点2（中期）。目标CVRT在时间点3时2-back显著高于1-back。非目标RT在2-back上高于1-back，但条件间无差异。

**3.2 实验心率**
平均HR在第二个45分钟运动时段显著高于第一个时段（+8.0 beats·min^?1，p<0.001），但无条件间差异。

**3.2.1 核心体温（CBT）**
平均CBT在第二个运动时段显著高于第一个（+2.1°C，p<0.001），但条件间无差异。

**3.2.2 血糖**
KET在时间点2和3的血糖浓度显著低于CHO（分别?14.7和?27.6 mg·dL^?1，p=0.002和p<0.001），且KET条件下时间点3血糖低于时间点2。

**3.3 血液β-羟基丁酸（BHB）**
KET在时间点2和3的BHB浓度显著高于CHO（分别+1.7和+3.5 mmol·L^?1，p<0.001），且KET条件下时间点3高于时间点2。

**3.3.1 力竭时间（TTE）**
KET后的TTE持续时间（8.9±4.6 min）显著长于CHO（7.0±2.1 min，p=0.04），效应量g=0.5。9/17参与者（52.9%）在KET后TTE改善超过最小有意义变化（0.6 min），而4/17（23.5%）下降，4/17无变化。TTE期间最大心率无条件间差异。

**讨论与结论**
讨论部分指出，KET联合咖啡因摄入在运动-热应激条件下改善了工作记忆的特定方面（1-back准确率和目标辨别力），并延长了力竭时间，但未影响心率、核心体温或血糖调节。这些效应可能归因于KET增加脑血流量和提供替代底物，而非改变心血管或热应激。研究局限性包括样本量小、单性别、某些认知测量变异性高，以及未评估单独成分效应。未来研究应探索不同应激源下的剂量-反应关系，并采用更可靠的测量工具。

**结论翻译**：本研究提供了新证据，表明在SOF相关人群中，酮单酯摄入与咖啡因联合在运动-热应激期间可维持工作记忆表现并延长高强度耐力能力。与碳水化合物和咖啡因摄入相比，在热环境中长时间负重运动后，在更高认知需求的任务和耐力表现中观察到差异。这些初步发现支持酮单酯补充作为在高温运动中维持认知和身体表现的潜在对策，并值得在更大规模的野外军事研究中进一步验证。