生酮饮食对运动员运动能力影响的Meta分析

柏 星，王国军，张秋艳，曾 超

（1.湖南工业大学 体育学院，湖南 株洲 412000；2.体质健康和运动健身湖南省重点实验室，湖南 株洲 412000）

生酮饮食（Ketogenic diets，KD）是指通过限制碳水化合物的摄入，调节蛋白质消耗并增加脂肪氧化［1］，即一种高脂肪、低碳水化合物、适量蛋白质的饮食方式。生酮饮食最初是由于在治疗难治性癫痫中效果突出而被广泛认可［2］，后续在糖尿病、癌症、肥胖等疾病治疗中得到广泛应用［3］。随着科研人员对运动员营养膳食研究的不断深入，作为众多饮食策略之一的生酮饮食受到越来越多的关注。

近年来，研究生酮饮食的目光逐渐转移到运动员身上，许多运动员希望通过生酮饮食方式在减重减脂的同时获得更好的运动表现。不过，尽管其在体重管理方面作用显著，但在运动领域的研究大多为动物实验和个案研究，袁瑞等［4］在探讨生酮饮食对小鼠骨骼肌力量及运动耐力的影响中对健康小鼠进行为期4周的标准饲料和生酮饲料对照干预后发现生酮饮食可有效减轻小鼠体重且对骨骼肌力量和运动耐力无显著影响。目前也有部分学者对运动员训练期间进行生酮饮食和标准饮食的对照研究以探讨生酮饮食对运动员运动能力的影响，但研究结果之间对于是否会对运动员肌肉力量、有氧能力、无氧能力、疲劳等方面产生不利影响尚无统一定论［5-6］，且许多外在因素诸如年龄、性别、运动员个人能力等可能导致研究结果间不一致性。由于缺乏对生酮饮食的认识，许多教练员不赞成他们的运动员使用生酮饮食。如何善用饮食策略，在保证运动员减重减脂的同时使其运动竞技水平保持稳定状态是目前存在的难题。本研究系统探讨生酮饮食对运动员运动能力适应性的影响并对可能造成研究变量差异的因素进行合理分析，以期为运动员的饮食调控提出一定参考建议。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准

1.1.1 纳入标准

对照组和试验组均：①研究对象：运动员、高强度运动者；②研究方法：随机对照实验（RCT）、随机平行试验、随机交叉试验，对是否采取盲法不做要求；③所有受试者须≥18周岁，无性别限制；④干预手段：单纯生酮饮食与其他饮食对照或与空白组对照；⑤两组间一般资料和基线特征均无明显异质性；⑥评价指标：瘦体重（Lean Mass，LM）、卧推（Bench Press，BP）、深蹲（Squat，SQ）、最大摄氧量（VO2max）、Wingate Power、脂肪量（Fat Mass，FM）、呼吸商或呼吸交换比值（Respiratory exchange ratio，RER）、自感用力度（Rate of Perceived Exertion，RPE）。

1.1.2 排除标准

①非中、英文文献，重复发表文献，无法获得全文，无可用的结局指标；②综述、动物实验；③有健康问题、吸烟饮酒的受试者；④生酮饮食与其他饮食补充剂联合或进行任何其他特殊饮食的受试者；⑤参与非法药物使用、服用任何性能增强补充剂（如肌酸、β-羟基β-丁酸甲酯、咖啡因、蛋白粉、增重剂、产热剂等）的受试者；⑥女性额外排除正在怀孕或计划怀孕的受试者；⑦排除儿童和青少年。

1.2 检索策略

本研究主要在CNKI（China National Knowledge Infrastructure）、万方、维普、中国生物医学（CBM）、PubMed、Embase、Web of Science等中英文数据库进行检索，年份限制为2000～2021年，同时追溯纳入文献的参考文献及灰色文献，语种只包括中、英文。检索的中文关键词包括：“生酮饮食”“生酮膳食”“低碳水化合物、高脂肪”“运动员”“训练”“肌肉力量”“身体成分”等；检索的英文关键词包括“Diet，Ketogenic”“Diet，High-Protein Low-Carbohydrate”“K-LCHF”“Diet，Carbohydrate-Restricted”“Athletes”“Movement”“Exercise”“Motion”“Muscle Contraction”“Muscle Strength”等。在以上7个数据库中，采用主题词与自由词结合的方式进行检索。阅读检索文献的摘要和全文，筛选并纳入符合条件的文献。

以CNKI为例，其具体检索策略为SU=（'生酮膳食'+'生酮饮食'+'低碳水化合物'+'LCHF'+'keto'+'K-LCHF'+'低碳水化合物饮食'+'KD'+'LCD'+'低碳水化合物高脂肪饮食'+'限制糖类饮食'+'高蛋白低碳水化合物饮食'+'阿特金斯饮食'+'南海滩饮食'）and SU=（'运动员'+'运动'+'训练'+'肌收缩'+'肌肉收缩'+'肌力'+'肌肉速度力量'+'肌肉速度'+'肌肉力量'+'骨骼肌力量'+'肌肉收缩力肌力'+'肌肉'+'筋肉'+'身体成分'+'力量素质'+'肌肉功率'+'肌肉爆发力'+'动作速度'+'肌肉量'+'瘦体重'+'练习'+'锻炼'+'体育活动'+'肌肉强度'+'体成分'+’身体素质’+'体质’+’体能素质'+'体育素质'+'IBM'+'去脂体重'）AND AB=（'随机对照'+'随机'+'RCT'+'随机分配'）。

1.3 文献筛选、资料提取及质量评价

1.3.1 文献筛选、数据提取

将各个数据库检索的结果导入NoteExpress软件进行文献管理，由2名研究者独立进行文献筛选、提取资料并交叉核对。如遇分歧，则通过讨论或由第3位研究者进行复核。首先阅读文题进行初筛，再阅读摘要和全文进行复筛。提取的数据主要包括：①纳入研究的基本信息：第一作者、发表年份、研究方法等。②研究对象的基线特征和干预措施。③结局指标和结果数据。若对研究数据存有疑问或数据不完整，通过邮件联系原始作者澄清或补充；若同一研究对应多篇文献，则提取最新文献信息；若数据来自多个时间点，则使用干预完成后评估所得的数据。

1.3.2 质量评价

2名研究者采用Cochrane协作网提供的偏倚风险评估工具（Cochrane 5.1.0版本）［7］对纳入的研究进行质量评价。评价条目包括是否随机分配、是否分配隐藏、受试者及研究人员是否使用盲法、结局评估者是否使用盲法、结局数据是否完整、是否有选择性报告研究结果以及是否存在其它偏倚7个方面。每项偏倚风险的评估都分为高、低、不详3项。本文纳入的14篇文献中，14篇文献均制定了明确的纳入标准及排除标准，14篇文献均对基线资料进行了比较，包括性别、年龄、体重等，组间基线资料均无显著性差异，具有可比性。由于干预方式的特殊性使得受试者、研究者和评价者无法致盲，仅有1篇文献明确表示评价者盲法，导致入选文献质量参差不齐，影响了研究质量的总体水平。见图2、3。

1.4 统计学分析

运用Review Manager 5.3软件进行统计分析，根据结局指标（瘦体重、卧推、深蹲、最大摄氧量、Wingate Power、脂肪量、呼吸商或呼吸交换比值、自感用力度）对所有纳入文献进行Meta分析。本研究的结局指标均属于连续性变量，但各指标单位不完全相同。因此，根据效应量选择（Mean Difference，MD）或标准化均数差（Standardized Mean Difference，SMD）及95%置信区间（CI）表示。当p≥0.10，I2＜50%可认为各研究间异质性不显著，无需考虑研究间的异质性，故使用固定效应模型合并统计量，合并统计量选用均数差（MD）；反之若p＜0.1，I2≥50%，说明纳入的文献具有异质性，应当通过亚组分析等方法分析导致异质性的原因，若不能通过亚组分析消除异质性，应使用随机效应量模型计算合并统计量，合并统计量选用标准均数差（SMD），以消除各研究之间均数相差较大及单位不同对结果的影响。并且检验统计量均使用95%可信区间（CI），当p＜0.05时，各指标存在差异，有统计学意义。当文献量大于10篇则采用漏斗图进行发表偏倚分析。

2 结果

2.1 文献检索结果

本研究通过检索中国知网（CNKI）、万方（WANFANG）、维普（VIP）、CBM、PubMed、Embase、Web of Science7个数据库，共检索相关文献3 627篇，初步筛选2 673篇，通过阅读文献的题目和摘要，筛选文献192篇。对初筛的文献进行全文仔细阅读和评估，提取相关信息，纳入符合系统评价标准的文章，最终纳入14篇文献研究，筛选流程如图1所示。

图1 文献筛选流程

2.2 纳入文献的基本特征

表1为纳入研究的基本信息，所纳入的14篇文献的所有试验组均为运动员或接受过高强度训练的运动者，总例数296例，其中试验组150例，对照组146例。

表1 纳入研究基本特征

2.3 风险偏倚性分析

所有纳入文献均为随机试验，从图2、图3可以看出，所纳入的研究均存在一定的偏倚性，但文献质量均达到中等及以上。

图2 纳入文献偏倚风险图

图3 纳入文献个体偏倚风险情况

2.4 Meta分析结果

2.4.1 生酮饮食对运动员肌肉力量的影响

1）瘦体重（Lean Mass，LM）

8篇文献报道了瘦体重变化情况，经过异质性检验，I2=0%＜50%，且Q检验的p=0.75＞0.1，提示本次研究选择的文献之间没有异质性，故采用固定效应量模型进行meta分析。继续进行敏感性分析结果也显示本次研究具有较好稳定性。最终统计结果表明生酮饮食对瘦体重影响效果无统计学意义，MD=-0.82，95%CI［-2.01～0.37］，z=1.35，p=0.18＞0.05。见图4。

图4 瘦体重变化的meta分析

2）卧推（Bench Press，BP）

6篇文献报道了卧推变化情况，经过异质性检验，I2=0%＜50%，且Q检验的p=0.83＞0.1，提示本次研究选择的文献之间没有异质性，故采用固定效应量模型进行meta分析。继续进行敏感性分析结果也显示本次研究具有较好稳定性。最终统计结果表明生酮饮食对BP影响效果无统计学意义，MD=-2.62，95%CI［-5.81～0.56］，z=1.61，p=0.11＞0.05。见图5。

图5 Bench Press变化的meta分析

3）深蹲（Squat，SQ）

3篇文献报道了深蹲变化情况，经过异质性检验，I2=0%＜50%，且Q检验的p=0.91＞0.1，提示本次研究选择的文献之间没有异质性，故采用固定效应量模型进行meta分析。继续进行敏感性分析结果也显示本次研究具有较好稳定性。汇总的效应量也具有统计学意义，MD=-5.08，95%CI［-9.84～-0.32］，z=2.09，p=0.04＜0.05，表明生酮饮食可能降低了下肢肌肉力量。见图6。

图6 Squat变化的meta分析

2.4.2 生酮饮食对运动员有氧能力的影响

3篇文献报道了最大摄氧量变化情况，经过异质性检验，I2=0%＜50%，且Q检验的p=0.58＞0.1，提示本次研究选择的文献之间没有异质性，故采用固定效应量模型进行meta分析。继续进行敏感性分析结果也显示本次研究具有较好稳定性，汇总的效应量也具有统计学意义，MD=3.39，95%CI［0.92～5.86］，z=2.69，p=0.007＜0.05，表明生酮饮食增强机体摄氧能力。见图7。

图7 VO2max变化的meta分析

2.4.3 生酮饮食对运动员无氧能力的影响

3篇文献报道了Wingate power变化情况，经过异质性检验，I2=29%＜50%，且Q检验的p=0.24＞0.1，提示本次研究选择的文献之间没有异质性，故采用固定效应量模型进行meta分析。继续进行敏感性分析结果也显示本次研究具有较好稳定性。最终统计结果显示：合并效应量具体统计学意义，MD=-28.03，95%CI［-53.16～-2.90］，z=2.19，p=0.03＜0.05，表明生酮饮食可能引起肌肉在短时间内产生高机械功率的能力下降。见图8。

图8 Wingate power变化的meta分析

2.4.4 生酮饮食对运动员其他方面的影响

1）脂肪量（Fat Mass，FM）

8篇文献报道了脂肪含量变化情况，经过异质性检验，I2=0%＜50%，且Q检验的p=0.90＞0.1，提示本次研究选择的文献之间没有异质性，故采用固定效应量模型进行meta分析。继续进行敏感性分析结果也显示本次研究具有较好稳定性，汇总的效应量也具有统计学意义，MD=-1.18，95%CI［-1.73～-0.64］，z=4.25，p=0.000 1＜0.05，表明生酮饮食可以显著降低身体脂肪含量。见图9。

图9 脂肪含量变化的meta分析

2）呼吸商或呼吸交换比值（RER）

6篇文献报道了呼吸商或呼吸交换比值变化情况，经过异质性检验，I2=78%≥50%，且Q检验的p≤0.1，提示本次研究选择的文献之间存在异质性，故采用随机效应量模型进行meta分析。见图10。

图10 RER变化的meta分析

继续进行敏感性分析结果显示本次研究具有较好稳定性，进而选择以年龄（＜35岁；≥35岁）为分组指标进行亚组研究来寻找异质性来源。最终统计结果显示：两组合并效应量均具有统计学差异，总体效应量为SMD=-1.52，95%CI［-1.97～-1.06］，z=6.55，p=0.000 01＜0.05，表明生酮饮食有利于吸入氧气排出二氧化碳且伴随年龄增长表现明显。见图11。

图11 不同年龄段对RER影响的亚组分析

3）自感用力度（RPE）

5篇文献报道了自感用力度变化情况，经过异质性检验，I2=70%≥50%，且Q检验的p≤0.1，提示本次研究选择的文献之间存在异质性，故采用随机效应量模型进行meta分析。见图12。

图12 RPE变化的meta分析

继续进行敏感性分析结果显示本次研究具有较好稳定性，进而选择以研究对象类型为分组指标进行亚组研究来寻找异质性来源。最终统计结果显示：两组合并效应量均具有统计学差异，总体效应量为SMD=0.34，95%CI［0.15～0.53］，z=3.53，p=0.000 4＜0.05，表明生酮饮食会增加运动员主观疲劳且对专业运动员影响较大。见图13。

图13 专业性对RPE影响的亚组分析

3 讨论

3.1 主要发现

饮食调控是优化体育锻炼适应的重要组成部分，因此，调节特定营养素的摄入量，可以影响实现身体目标的能力。在稳态运动过程中，生酮饮食摄入一方面可以引起总碳水化合物氧化减少、全身脂肪氧化和脂肪分解增加2～3倍［22］，另一方面也可作为“节省”糖原的潜在干预措施［23-24］。从本次meta分析结果中不难看出，生酮饮食在不过多影响肌肉性能的前提下诱导了更多的脂肪量下降。这与以往评估生酮饮食方案中的研究结果是一致的，但对于瘦体重的影响却没有得到同样的证实，本次研究关于瘦体重一项汇总的研究结果不具有统计学意义提示生酮饮食对运动员瘦体重的影响尚不明确。这与以往研究存在一些相似之处，一些研究者认为生酮饮食对肌肉分解没有直接影响［25］，部分学者则认为有影响［26-27］。从机制上看，肌肉蛋白质的合成决定肌肉质量累积，蛋白质合成受激素睾酮（testosterone，T）和转录调节通路（Akt-mTOR）控制。在生酮饮食过程中，碳水化合物摄入减少一方面使得胰岛素水平降低［28］，有助于脂肪储备的动员，另一方面也可能抑制肌肉生长途径即在蛋白质转录过程中生酮饮食似乎能够增加蛋白激酶（AMPK）的磷酸化［29］，但AMPK的磷酸化对Akt-mTOR通路是抑制［30］，由此可以看出体脂利用增加的机制与肌肉质量减少的机制存在一些共同的途径，综合上述研究结果表明：生酮饮食在增加脂肪消耗的同时，可能会导致瘦体重含量下降。

肌肉力量和效率被认为是影响运动成功的两个最关键的因素。在有关上肢肌肉力量测试的1RM卧推和下肢肌肉力量测试的1RM深蹲中，汇总多个研究结果的数据均表明：限制碳水化合物的摄入在一定程度上影响了肌肉的增加，对肌肉表现产生负面影响。对耐力运动员来说，长时间的生酮饮食可以让机体调节适应游离脂肪酸并使之成为主要的代谢燃料，进而促使碳水化合物在中度且耗力的运动中利用减少［31］。而对力量运动员来说，一般则建议保持较高的碳水化合物摄入以维持肌内糖原储存从而适应更大的训练量。尽管统计结果显示总体效应量是下降的，但是我们不难观察到仍有为数不多的研究与本研究结果不一致。如Paoli等［32］研究发现，与正常饮食组相比，生酮饮食后力量表达有所改善，且这一点符合运动员适应生酮饮食后促使机体发生酮症，通过游离脂肪酸和酮类为肌肉提供燃料，节省肌肉蛋白质损耗的机制。另一点与其他试验不同的是：本文汇总的瘦体重质量增加的两项研究中饮食期所采取的训练方式均是抗阻训练，这种饮食期的训练模式区别于其他研究。综合上述研究结果表明：饮食期的训练选择可能在一定程度上影响了肌肉力量表达，但仍需做进一步的研究。总体来说，大多数研究似乎表明生酮饮食并不影响肌肉性能，在某些特定情况下，这可能被认为是有益的［33-34］。

VO2max被认为是衡量有氧适能的金标准。本次Meta分析汇总结果显示生酮饮食可以增强机体摄氧能力。这可以解释为，一方面由于脂肪氧化增加、交感神经激活增强、身体质量或脂肪质量降低，若想产生与混合饮食相同的能量产量则需更多的氧气摄入；另一方面由于运动训练促进全身脂肪分解，增强了氧化游离脂肪酸作为燃料的能力和有效性［35］，进而影响氧气摄取。值得注意的是，Hoppeler等［36］表示：即使是生酮饮食，受试者仍然有大量的肌肉糖原存储［37-38］，而这种肌糖原储备足够为单次高强度运动提供能量，即使是在测量最大摄氧量所需的短时间运动中。

在温盖特试验中，平均功率和总功结果反映了无氧糖酵解为运动提供ATP的能力［39-40］。高强度、短时间运动严重依赖于无氧能量代谢，有几种可能的机制可以解释在本次Meta分析中温盖特测试中功率下降的原因：第一个可能的原因是生酮饮食使得体重减轻，导致产生力量的能力下降有所下降，进而影响无氧能力；另外，饮食适应期较长，所引起的轻度全身酸性可能会使肌肉在高强度厌氧运动中更迅速更严重的产生酸中毒，从而抑制肌肉收缩功能，损害性能，并且酸性的PH值可能会降低钠钾泵的活性，导致细胞膜膜电位减少，细胞兴奋性降低［41］，进而导致疲劳，这与我们在自感用力度中的研究结果保持一致；第三种可能的机制是高心肌细胞H+浓度降低了孤立肌纤维的峰值功率。本研究汇总结果与其他研究者观点一致：遵循低碳水化合物饮食的运动员可能会无意中损害他们的无氧运动表现。

3.2 其他方面

本次Meta分析汇总的统计学结果提示生酮饮食使得呼吸交换比值下降，它的变化证实了生酮饮食降低内质网的能力，长期来看，这种适应转化为呼吸比率的减少，这代表了新陈代谢向更依赖脂肪酸的转变［42-43］。且更低的呼吸交换比值似乎预示着运动员能够更好的处理自身体重变化［44］，通过亚组分析不难看出这种能力伴随年龄增长表现更为强烈。但同时也表示更容易导致运动员疲劳，这与本次研究中有关自感疲劳度的效应量结果相一致，产生疲劳的原因可能是由于交感神经系统活动增加［45］、酮适应补偿代谢应激增加后所产生的潜在神经效应增加释放一种与嗜睡和疲倦感有关的神经递质5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）导致中枢神经信号感知疲劳增加［46］、积极性降低，从而损害耐力性能［47-48］，且糖原分解的减少或糖原分解途径的损伤也可能导致更高强度的早期肌肉疲劳。但我们也不难从研究中看出：随着运动员逐渐适应生酮饮食，这种感知消耗和运动表现受损的情况得到了改善［49］。当然，运动员对疲劳或努力程度的感知还可能受到锻炼体验、锻炼能力以及锻炼强度等方面的影响。

在实际运用生酮饮食过程中要遵循专业人员的建议，生酮饮食对机体产生的可能的副作用包括脱水、低血糖和增加肾结石的风险，此外还可能引起代谢紊乱，导致酸中毒、高脂血症、维生素和微量元素缺乏（锌、硒和铜）、低血糖、高尿酸血症、贫血和白细胞减少等［50］，通过专业人员的指导可能会减低风险的发生。

4 研究的局限性

1）纳入研究的数量有限、样本量偏小、无后期跟踪；2）研究纳入的14篇文献大部分为小样本研究，汇总结果会受到一定的影响；3）无法使饮食期训练项目标准化：受试者均为经验丰富的运动员或具有多年的训练经验人员，人均每周要进行3～4次训练，但在所纳入的研究中大多表示运动量和强度由每个人自己决定。

5 小结

生酮饮食对肌肉含量的影响尚不明确却可能会导致肌肉力量的下降，但通过饮食期间合理有效的训练可以防止肌肉力量的下降，有助于提升运动员有氧能力但对短时间高强度的无氧能力却不友好，且对呼吸交换比值和自感疲劳度无不利影响。我们还应当指出，这项研究针对的是专业性不同的运动员且都是在短时间内完成的（＜6个月），因此我们无法研究饮食的长期影响且不能保证所有的结果都可以互相推广。

适当监控和规划生酮饮食可能是一种合理、有用、安全的营养策略，生酮饮食适用于在主要依赖脂肪氧化为燃料的长时间低强度运动人群中、在健身和/或体格比赛前的赛前碳水化合物限制阶段的运动员和在偏好低碳水化合物饮食的人群中等。生酮饮食可接受范围广，可帮助运动员快速减重减脂，可以让运动员在没有使用的不必要和有害的程序的情况下达到理想的体重类别，拥有良好的应用价值和发展前景。