馬拉松運動員

「對於運動員來說,訓練有五大重點:耐力、速度、力量、技巧和意志力;其中最重要的就是意志力。」

《Ken Doherty-斯諾克撞球職業選手》

你知道運動員跟常坐在沙發上滑手機的宅宅有什麼不一樣嗎?如果你以為這兩者之間只有六塊肌和一塊肌的區別,那誤會可就大了!這裡我們講的絕對不只是「人帥益生菌,人醜大腸菌」這種外貌上的區別,就算你不是專業運動員,只要持續保持運動習慣,就會讓人打從腸子開始與眾不同。

 

精神益生菌 運動科學新焦點

 

運動員的運動量大,強度高,時間長,消耗的蛋白質多,長期下來,他們的腸道菌相自然跟一般人不相同[1];高度密集的訓練、挑戰極限的各項賽事,不但造成強大的心理壓力,也可能造成身體慢性發炎,影響運動員的睡眠和免疫力,連帶影響他們在運動場上的表現,因此尋求有助維持身體質量與運動性能的營養補充品,一直是運動科學的研究重點。

 

益生菌作為常見的保健食品,原本就具備維持消化道機能、調節免疫、增進代謝、降低體脂肪等功效,在醫學界提出「精神益生菌」的新發現後,具備抗壓力、抗疲勞、抗氧化潛力的益生菌,更是讓運動員趨之若騖。

 

跨足新領域 PS128挑戰三鐵超耐力

 

有鑑於目前針對益生菌對提升運動性能效果的研究有限,臺北護理健康大學、台北市立大學與實踐大學合力進行研究,以鐵人三項運動作為研究標的,探索PS128精神益生菌對於從事這類高強度、長時間、高耗損的耐力運動的選手有何助益。

 

鐵人三項運動是由游泳、自行車、跑步三項運動組合而成。選手們須依序獨立且連續完成三項運動。長時間的耐力運動會增加運動員的氧化壓力,造成肌肉疲勞和肌肉損傷,而肌肉損傷的現象包含延遲性肌肉痠痛、發炎反應,甚至會甚至衍生腎臟相關損傷。

 

研究發現,長期使用PS128能透過調節體內發炎反應及氧化壓力,藉此緩解肌肉損傷,減少腎臟受損的風險;並且能有效增加血液中的支鏈胺基酸濃度,降低疲勞感,提升運動表現,PS128因此被視為有效的運動增補劑,能有助於運動員的訓練管理、生理適應及整體健康。

 

【研究方法】

研究人員自台北市立大學招募受試的運動員,並且將34名運動員分成兩組進行雙盲測試。第一組的18名受試者參加總距離只有正規鐵人三項比賽一半的程比賽,在賽前接受為期8週的訓練,並且在第5週開始每天使用2顆PS128或安慰劑膠囊,連續使用4週PS128後,完成半程比賽。第二組的16名受試者則參加台南安平全國鐵人三項錦標賽,在賽前接受為期8週的訓練,並且在第6週開始每天使用2顆PS128或安慰劑膠囊,並在使用PS128的第三週同時增加一週的特別訓練,之後完成全程比賽。

 

為評估三鐵運動對受試者造成的肌肉疲勞、肌肉損傷、腎臟損傷程度、氧化壓力與發炎反應,研究者在受試者訓練前,三鐵比賽結束的當下及比賽結束休息3小時後進行血液及尿液抽樣,並且特別在第二組使用PS128的前後增加無氧運動能力與耐力的測試。

【研究說明】

1. PS128可有效降低三鐵全程競賽造成的肌肉傷害與肌肉疲勞

運動所導致的肌肉損傷是一種肌肉細胞膜被破壞而產生發炎的過程,會造成體内血液與酵素的活性改變,例如肌酸激酶(Creatine Kinase, CK) 及乳酸去氫酶 (Lactate Dehydrogenase, LDH) 即是常見的肌肉發炎指標;肌紅素 (Myoglobin) 則是急性肌肉損傷的指標。

 

血氨 (Ammonia) 及乳酸 (Lactate) 均是激烈運動後的代謝產物,常用來評估肌肉疲勞的現象,此外,身體為了應對運動所需的能量,會分解脂肪儲備釋放到血流作為能量來源,因此游離脂肪酸 (FFA) 也是評估肌肉疲勞的主要指標。

表1: 半程三鐵比賽選手肌肉損傷與疲勞比較表

半程三鐵比賽選手肌肉損傷與疲勞比較表.jpg

PG:使用安慰劑  /  LG:使用PS128

Basal:訓練前  /  AfterEX:三鐵比賽結束的當下  /   3hRest:比賽結束休息3小時

CK:肌酸激酶  /  LDH:乳酸去氫酶/ Ammonia血氨  /  Lactate:乳酸  /  FFA:游離脂肪酸

表2: 半程三鐵比賽選手肌肉損傷與疲勞比較表

全程三鐵比賽選手肌肉損傷與疲勞比較表.jpg

PG:使用安慰劑  /  LG:使用PS128

Basal:訓練前  /  AfterEX:三鐵比賽結束的當下  /   3hRest:比賽結束休息3小時

CK:肌酸激酶  /  LDH:乳酸去氫酶/ Ammonia血氨  /  Lactate:乳酸  /  FFA:游離脂肪酸

2. PS128可有效提升三鐵選手的動力及降低疲勞指數

研究利用Wingate測驗評估受試者的無氧運動能力,要求運動員在實驗前後在腳踏車上盡最大努力踩踏30秒,記錄他們的動力峰值 (peak power, PP)、平均動力 (mean power, MP) 及疲勞指數 (fatigue index, FI) 三項數值的變化;另外再以85% VO2 max 測驗受試者的耐力。

 

研究結果顯示,使用PS128的運動員於全程競賽後平均動力顯著高於使用安慰劑的組別,疲勞指數也顯著低於安慰劑組;且於全程競賽後自行車騎乘時間顯著高於安慰劑組;顯示PS128能提升運動表現。

表3: 全程三鐵比賽選手無氧運動能力與耐力前後測比較

全程三鐵比賽選手無氧運動能力與耐力前後測比較.jpg

PG:使用安慰劑  /  LG:使用PS128  /  Pre:使用PS128前  /  Post:全程三鐵比賽後

3. PS128能有效提昇支鏈胺基酸濃度,促進肌肉修復生長

支鏈胺基酸 (Branched-chain amio acid, BCAAs) 包含亮氨酸 (leucine)、異亮氨酸 (isoleucine) 和纈氨酸 (valine),是人體重要的多種必須胺基酸,對於骨骼肌蛋白質合成和肌肉修復的功能極其重要,不可或缺。BCAAs主要在肌肉中被代謝和利用,是運動時消耗量最大的胺基酸,有助於平衡肌肉能量代謝,提昇運動員的訓練成效。

 

比較挑戰全程三鐵的選手血液中的BCAAs,可發現使用PS128能顯著提高亮氨酸 (leucine)、異亮氨酸 (isoleucine) 和纈氨酸 (valine) 等胺基酸的數值。

表4: 全程三鐵比賽選手使用安慰劑與PS128後血液BCAAs比較

全程三鐵比賽選手使用安慰劑與PS128後寫意BCAAs比較.jpg

PG:使用安慰劑  /  LG:使用PS128  /  Normal:正常數值範圍(參考用)

研究結果顯示,長期使用PS128不僅能調節體內發炎與氧化壓力、降低肌肉及腎臟損傷風險、有效增加血液中的支鏈胺基酸濃度、降低疲勞感、提升運動表現外,還可以顯著提高運動耐力、增加腸道內好菌及減少壞菌,並顯著增加短鏈脂肪酸。

【研究方法】

 研究人員自台北市立大學的鐵人三項隊中招募20名參加過至少5年訓練的運動員,並且將其隨機分成兩組進行雙盲測試:安慰劑組(PG;n = 10)和植物乳桿菌組(LG ; n= 10),作為平行組研究。參與者被隨機分組,並要求在整個實驗過程中不補充發酵食品、益生菌、益生元和抗生素,並保持規律的生活方式,避免任何劇烈運動、熬夜、吸煙或飲酒飲料。所有參與者均為男性,各組之間的基礎身體特徵沒有顯著差異:年齡(21.6 ± 1.3 vs. 21.9 ± 1.4 歲)、體重(66.4 ± 7.7 vs. 66.0 ± 7.0 kg)、身高(167.2 ± 7.8與 168.8 ± 7.3 cm)和最大耗氧量 (VO 2最大限度; LG 和 PG 組分別為 55.5 ± 8.6 vs. 56.6 ± 9.0 mL/kg/min)。在醫療記錄中,實驗前3個月和實驗期間沒有骨折、脫臼或撕裂傷。

 

本研究基於雙盲實驗設計,以證實補充植物乳桿菌PS128 的可能效果,運動員於4周中,保持原有的日常訓練,並在訓練後和睡覺前補充益生菌補充劑(LG)和安慰劑治療(PG)。

【研究說明】

1.PS128可有效提升跑步的耐力表現

 補充劑組(LG)可以顯著提高跑步中的耐力表現;與PG組相比,LG組可提高約 130%(p = 0.0035)。

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圖1:使用PS128或安慰劑,前後耐力表現差異(秒)。PG:使用安慰劑/ LG:使用PS128。*:p < 0.05。

2.PS128可提升腸道好菌,並減少壞菌
與PG相比,LG中的Anaerotruncus、Caproiciproducens、Coprobacillus、Desulfovibrio、Dielma、Family_XIII_UCG_001、Holdemania和Oxalobacter屬顯著減少。此外,LG中的Akkermansia、雙歧桿菌、丁酸單胞菌和乳桿菌的豐度顯著高於PG。

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圖2:使用PS128或安慰劑,前後腸道菌相的差異。PG:使用安慰劑/ LG:使用PS128。*:p < 0.05。

3.PS128可顯著提升短鏈脂肪酸(SCFA)

在能量代謝中,短鏈脂肪酸(SCFAs),包括乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽,由難消化食物中的微生物群發酵和產生;它們不僅是結腸細胞的主要能量來源,對胃腸道健康至關重要,而且是能量轉換和應用的主要來源。

 

乙酸、丙酸和丁酸是糞便中發現的主要 SCFA。與 PG 相比,LG 的乙酸、丙酸和丁酸均顯著升高(p < 0.05)。比較組時,其他 SCFA(癸酸、庚酸、己酸、異丁酸、異戊酸、辛酸和戊酸)沒有顯著差異。

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圖3:使用PS128或安慰劑,前後糞便中短練脂肪酸的差異。PG:使用安慰劑/ LG:使用PS128。*:p < 0.05。

不是專業運動員也無妨,研究結果顯示,長期使用PS128不僅能調節體內發炎與氧化壓力、降低肌肉及腎臟損傷風險、有效增加血液中的支鏈胺基酸濃度、降低疲勞感、提升運動表現、顯著提高運動耐力、增加腸道內好菌及減少壞菌、顯著增加短鏈脂肪酸外,還可以提升肌肉力量。

【研究方法】

研究人員招募八名休閒跑者(四名男性:年齡:27.0 ± 2.3 歲;身高:176.8 ± 2.4 cm;體重:77.7 ± 8.5 kg;BMI:24.8 ± 2.4 kg/m2 和四名女性:年齡:24.0 ± 0.8 歲;身高:162.0 ± 4.3 cm;體重:55.5 ± 1.0 kg;BMI:21.2 ± 0.8 kg/m2)納入研究。參與者在過去一年中沒有接受過常規的阻力訓練、有氧運動或柔韌性訓練、也不經常搬運重物,並且沒有肌肉骨骼損傷。在試驗前48小時內保持正常的日常生活,禁止劇烈運動、吸煙、飲酒或熬夜,並在使用PS128期間,禁止食用其他益生菌,如發酵產品(如Yakult和酸奶)、維生素、礦物質、中藥、和抗生素。

 

實驗採用雙盲、隨機、安慰劑對照、平衡、交叉試驗。營養補充期為4週。在為期4週的營養補充結束時進行半程馬拉松(HM)。參與者每天早晚飯前使用2顆植物乳桿菌PS128(PS128)膠囊,持續4周作為PS128治療(LT, n = 8),和使用2粒安慰劑膠囊,持續4周作為安慰劑治療(PT,n= 8)。在HM後進行運動能力測試、血液測試和3個月的空白期。然後,將兩組參與者進行交換,並於後續進行相同檢測。

【研究說明】

1.PS128可有效提升跑步的耐力表現,並降低疲勞程度。

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圖1:使用PS128或安慰劑前後,半程馬拉松分段時間的差異。數據表示為平均值±標準偏差。PT:使用安慰劑/ LT:使用PS128。

第一階段距離為0-5250 m;第 2 階段距離為 5251–10,500 m;第三階段距離為 10,501–15,750 m;第 4 階段距離為 15,751–21,000 m;* 表示 PT 和 LT 之間存在顯著差異(p < 0.05);#表示PT在分裂時間上有顯著差異(p <0.05);$表示 LT 在拆分時間上有顯著差異(p < 0.05)。

[1] Jäger R, Mohr AE, Carpenter KC, et al. International Society of Sports Nutrition Position Stand: Probiotics. J Int Soc Sports Nutr. 2019;16(1):62.

[2] Wen-Ching Huang, Chen-Chan Wei, Chi-Chang Huang, Wen-Lin Chen and Hui-Yu Huang. The Beneficial Effects of Lactobacillus plantarum PS128 on High-Intensity, Exercise-Induced Oxidative Stress, Inflammation, and Performance in Triathletes. Nutrients 2019, 11, 353.

[3] Wen-Ching Huang, Chun-Hsu Pan, Chen-Chan Wei and Hui-Yu Huang. Lactobacillus plantarum PS128 Improves Physiological Adaptation and Performance in Triathletes through Gut Microbiota Modulation. Nutrients 2020, 12, 2315.

[4] Szu-Kai Fu, Wei-Chin Tseng, Kuo-Wei Tseng, Chang-Chi Lai, Ying-Chieh Tsai, Hsia-Ling Tai and Chia-Chen Hsu. Effect of Daily Oral Lactobacillus plantarum PS128 on Exercise Capacity Recovery after a Half-Marathon. Nutrients 2021, 13, 4023.