蛋白同化ステロイドであるテストステロンは骨格筋や神経組織において、蛋白合成を促進し、同化作用と抗異化作用の両方に働き、用量依存的に筋力、パワー、持久力、肥大を促進する。
テストステロンは、ヒトを含む成熟した男性哺乳類の循環中にジヒドロテストステロン（DHT）とともに存在するアンドロゲンで、様々な生物学的プロセスにおいて重要なホルモンである。
アンドロゲン循環濃度の上昇は、同化作用にプラスの効果をもたらし、筋肥大や運動能力の向上につながる。
そのため、アナボリックステロイドを使用せずにテストステロン濃度を操作することは、非常に重要なテーマである。競技スポーツにおけるアンドロゲンの使用は違法のため、テストステロン濃度を高める「自然な」方法を求める声は止まない。
トレーニング変数（トレーニングの強度や量など）の操作が、運動に対するアンドロゲン反応にどのような影響を与えるかを調べる研究には力が注がれているが、多量栄養素や微量栄養素の摂取量の変化がアンドロゲン反応にどのような影響を与えるかを理解することにはフォーカスされていない。
下のレビューは、安静時および運動時の循環テストステロン濃度を高めるための様々な多量栄養素および微量栄養素の具体的な効果について検討したもの。さらに、運動選手の低エネルギー状態の役割と、そのテストステロン濃度への影響についても検討している。
Manipulation of Dietary Intake on Changes in Circulating Testosterone Concentration
・テストステロンは主に精巣の間質に存在するライディッヒ細胞（約95％）でコレステロールから合成される。
副腎も少量（～5％）のアンドロゲンを産生する 。女性の場合、テストステロンは 主に副腎と卵巣から少量生産される。
合成されたテストステロンは血中に分泌され，標的組織に届けられる。血中ではテストステロンのほとんどは血清アルブミンと性ホルモン結合グロブリ（SHBG）である。少量のテストステロンは結合せずに輸送され、遊離型テストステロン（FT）と呼ばれる。FTはテストステロンの活性型で、タンパク質に結合したテストステロンは不活性である。
・テストステロンが標的組織に到達すると細胞膜を介して拡散し、受容体に結合して生物学的効果を刺激するか、あるいは男性の生殖器官で高発現している細胞質酵素である5α-リダクターゼによってDHTに還元される。この酵素は、男性の生殖器官、皮膚、脳に多く発現している。
・テストステロンは、視床下部-下垂体前葉-性腺軸の制御下で合成される。視床下部から放出されるゴナドトロピン放出ホルモン（GnRH）は、下垂体前葉からの黄体形成ホルモン（LH）の放出を刺激する。
LHは、精巣内のライディッヒ細胞を刺激して テストステロンの合成を促す。循環血液中のテストステロン濃度が上昇すると負のフィードバックループにより、ゴナドトロフィン（GnRHとLH）の放出が抑制される。
・アンドロゲンの作用は、主にFTがアンドロゲン受容体（AR）に結合することによって媒介される。DHTは、テストステロンよりもさらに強く同じARに結合するため、そのアンドロゲン作用はテストステロンの約5倍になる。
天然物抽出物とアロマターゼ阻害作用
天然物抽出物は伝統医学で用いられ、アロマターゼ阻害活性を有することが確認されている。
ウコギ科植物のBrassaiopsis glomerulata 朝鮮人参は、南アジアや東南アジアではリウマチや腰痛の治療、消化促進や便秘の改善、骨粗鬆症、便秘の緩和、骨折や捻挫の治療、その他の健康問題など、いくつかの薬効が報告されている。
他の研究者は朝鮮人参のヘキサン抽出物に強いアロマターゼ阻害作用があることを報告した。
また、5種類のソテツのにアロマターゼ阻害活性があることを報告した研究もある。
他のいくつかの植物種も強力なアロマターゼ阻害剤であるl0-propargylestr.4-ene3,17-dioneに類似したアロマターゼ阻害能を持つ植物として、オオバヤドリギ、ビャクダン、 ショウガ科などを報告した。
ニシキギ科の植物であるEuonymus alatusの抽出物にも強力なアロマターゼ阻害作用があることを報告した研究もある。
赤ワインの健康効果はここ数十年の研究で、抗酸化作用、脂質調節作用、抗炎症作用を有することが報告されている。興味深いことに赤ワインには、アロマターゼ阻害作用があることも報告されている。
これまでにアロマターゼ阻害作用があると報告された赤ワインは5種類でカベルネ・ソーヴィニヨンが最も有効であると報告されている。
同時にブドウ種子抽出物が強力なアロマターゼ阻害剤であることを報告した。
赤ワインを摂取するとFT濃度が有意に高くなり、SHBGおよびE2の濃度が低下したことを報告している。
白ボタン茸の摂取がアロマターゼ活性と乳癌細胞を阻害することを報告した研究もある。
髪や肌の質感を向上させるためによく用いられるアカツメクサ花エキスも5-α-リダクターゼ活性を阻害することが報告されている。
興味深いことに、アカツメクサの花は低濃度ではアロマターゼ活性を阻害するが、高濃度ではエストロゲン作用を示すU字型の用量反応曲線が見られた。
マンゴスチンとから抽出したエキスにアロマターゼ酵素を強く阻害する作用があることを報告した研究チームもある。
この研究チームは、マンゴスチンが乳がんの予防や治療に役立つことを主眼に置いていた。
レジスタンストレーニングを行っている男性に、ガルシナマンゴスタナを42日間摂取させたところ（800mg/日）、ベンチプレスおよびレッグプレスの最大筋力が、プラセボ対照群に比べて有意に増加した。
他にも、コラード、トマトの葉、紅茶、コーヒー、ココア、ケール、ジャガイモの葉などから、高いアロマターゼ阻害活性を持つと報告されている植物エキスが多数ある。いずれにしても、これらのアロマターゼ阻害作用の多くは、栄養素に含まれるフラボノイドに起因すると考えられる。
フラボノイド
フラボノイド属化合物は，アロマターゼ阻害剤として作用することが示唆されている。
フラボノイドは植物の二次代謝産物の一種で、果物、野菜などに広く含まれている。抗酸化作用、抗炎症作用、抗変異原性、抗がん性を有し、アロマターゼ阻害を含む主要な細胞酵素機能を調節する能力を持つことから，健康に有益な効果をもたらす。 アピゲニンは多くの果物や野菜に含まれるフラボノイドで、パセリ、セロリ、セロリバック、カモミールなどによく含まれている。
フラボノイドはビールにも含まれている。キサントフモールが豊富なスタウトビールには高濃度のプレニルフラボノイドが含まれておりアロマターゼ活性を阻害することで知られている。
抗アロマターゼ薬であるアミノグルテチミドと比較して、同等以上のアロマターゼ阻害剤としてフラボン、フラバノン、レスベラトロール、オレウロペインなどを挙げた研究もある。フラボンやフラバノンは多くの果物や緑茶に含まれ、レスベラトロールは赤ワインの主成分の一つであり、オレウロペインはオリーブオイルに含まれている。
アロマターゼ阻害作用を含む食品や栄養補助食品を摂取することは、テストステロンからエストラジオールへの変換を阻害することで、間接的にテストステロン濃度を高めることで、エルゴジェニック効果が得られる可能性がある。
その他の栄養素
テストステロンの濃度を高めることで同化作用を持つ可能性が示唆されている天然由来の栄養素は他にもある。
イドレ-3-カルビノール（アブラナ科の野菜から抽出したエキス）、クリシン、ノコギリヤシ、カヤツリグサ科の植物であるトリビュラステレストリスからなる複数のサプリメントを、プロホルモンであるアンドロステンジオンおよびデヒドロエピアンドロステロンと併用することで、プロホルモンのみの場合と比較して、中年男性のFT濃度が大きく増加した。
また、ホウ素のテストステロン増加作用を調べた研究者もいる。テ閉経後の女性と健康な男性のテストステロン濃度は、ホウ素を補給することで有意に上昇するというエビデンスがある。
果実、イモ類、ワイン、サイダー、ビール、コーヒー、牛乳、乾燥して調理した豆類、ジャガイモ、豆類などの様々な食品には、最大量のホウ素が含まれる。
・いくつかの研究で、低エネルギー状態ではLH濃度が低下し、テストステロン合成に影響を及ぼすことが実証されている。また、総カロリー摂取量が40％減少すると、テストステロン濃度が有意に低下することを報告した研究者もいる。
トレーニング量が循環テストステロン濃度に及ぼす影響を調べた研究では、トレーニング量を増やし、エネルギー制限を行ったフィジーク選手は、通常の食事とトレーニング量を維持したフィジークアスリートと比較して、テストステロン濃度が有意に低下することが報告されている。
エネルギー制限を行った長距離ランナーは、コルチゾールの有意な上昇、テストステロンの減少、テストステロン／コルチゾール比の低下が報告されている。
これらの研究は、エネルギー供給量が少ないと体内のさまざまな生理系に悪影響を及ぼすことを示している。
高脂肪食と食物性脂肪
ホルモン系が最適に機能するためには脂肪が重要な多量栄養素となり、ステロイドホルモンの生成を支えることになる。
高脂肪食（HFD）がコレステロール値を上昇させることを考慮すると、食物脂肪の消費量が増加すると、テストステロンの産生が増加する可能性が示唆される。ある研究では、ケトジェニック(KD)食とノンケトジェニック(NKD)食が筋力、体組成、ホルモンプロファイルに及ぼす影響を調べた。
両研究グループは脂肪分の多い食事を摂取した（KDとNKDはそれぞれ75％対65％）。食事の主な違いは、KDグループが炭水化物の摂取量が非常に少ない（5％）のに対し、NKD（15％）はであった。両群とも12週間のレジスタンストレーニングプログラムに参加した。
その結果両グループともに、ベースラインから総テストステロン（TT）とFTの濃度がベースラインから有意に増加した。
さらに、4週目、6週目、8週目のTTおよびFT濃度は、2週目に比べて有意に上昇した。
この結果は、コレステロールを多く含むHFDが、レジスタンストレーニングを行っている男性のTTとFTをその状態にかかわらず増加させることを示唆している。
レジスタンストレーニングを行っている人のテストステロン濃度に対する食事成分の影響を調べた別の研究では、安静時のテストステロン濃度と食餌性脂肪の消費量との間に有意な相関関係があることが報告された。
食物性タンパク質とプロテインサプリメント
循環テストステロン濃度への影響に関して注目されているタンパク質の1つが大豆タンパク質である。
大豆タンパク質の摂取は、12週間のレジスタンストレーニング後の筋力パフォーマンスに大きな効果があることが実証されている。
大豆にはイソフラボンが含まれている。
イソフラボンは植物性エストロゲンとも呼ばれ、エストロゲン受容体に結合し，エストロゲンに似た作用をもたらす化合物である。菜食主義のアスリートたちの間で大豆プロテインが人気を博していることから、スポーツパフォーマンスへの影響やテストステロン濃度の変化に注目が集まっている。
しかし、様々な研究結果から、大豆プロテインとホエイプロテインの比較において、大豆よりホエイの方がテストステロンの反応を高めるための優れたプロテインサプリメントである可能性を示している。
ビタミンD
ビタミンDにはビタミンD3(コレカルシフェロール)とビタミンD2(エルゴカルシフェロール)という2つの生物学的形態がある。
ビタミンD3は最も生物学的利用能が高く、太陽光を浴びると皮膚で合成される。
ビタミンDの生物学的作用に中心的な役割を果たすビタミンD受容体は卵巣、前立腺、精巣などの生殖組織、およびヒトの精子で観察される。
ビタミンD受容体は精巣内のライディッヒ細胞に存在し，ここでコレステロールからテストステロンが合成される。このことは、ビタミンDがテストステロンの合成に重要な役割を果たしていることを示唆している。ビタミンD欠乏症の男性は、ビタミンD濃度が正常な男性と比較して、テストステロン濃度が有意に低いことが示されている。
また、ビタミンD濃度と血中テストステロンおよびSHBG濃度、ならびに遊離型アンドロゲン指標との間には有意な関連が認められた。
一般にスポーツ選手はビタミンD欠乏症のリスクが高く、特に屋内スポーツ選手はビタミンD欠乏症のリスクが高い。ビタミンDの摂取はビタミンDの状態を正常に保つだけでなく、テストステロン濃度を高める可能性がある。
男性54名を対象とした試験では、1日83μg(3332IU)のビタミンDを12ヶ月間摂取したグループはプラセボ群と比較して、循環25-ヒドロキシビタミンD、TT、FT 濃度がプラセボ群に比べて有意に増加したことが報告された。
アスリートのビタミンD補給量は、1日あたり5000IUが望ましいとされている。
亜鉛
テストステロンに関する亜鉛の役割は、LHの合成と分泌に関連している。
LHはライディッヒ細胞におけるテストステロンの合成を刺激する。
また亜鉛は、テストステロンをDHTに変換する際にも重要。
DHTは主に前立腺、皮膚、毛包、肝臓などの末梢組織に存在している。
DHTはアンドロゲン受容体に対する結合親和性がテストステロンの4倍で解離速度が3倍遅いことから、DHTはテストステロンよりも強いアンドロゲン作用を持つと考えられている。
また亜鉛は、亜鉛依存性のジカルボキシペプチダーゼであるアンジオテンシン変換酵素（ACE）の正常な機能に必要である。ACEは 下垂体におけるLH産生を増加させ、アンドロゲン産生に影響を与えることが報告されている。
亜鉛が不足するとテストステロンの合成が阻害され、テストステロン濃度の低下と相関することが示されている。
スポーツ選手は、一般人に比べて亜鉛欠乏症のリスクが高い。
ある研究では、健康な若年成人を対象に、亜鉛の補給がTT とFT濃度に対する亜鉛補給の効果を調べた。参加者は4週間にわたり硫酸亜鉛（3mg/kg/day）を4週間摂取させた。研究者らは、亜鉛の補給によって運動前と運動後のTTとFTの両方の濃度が増加したと報告した。
マグネシウム
マグネシウムは骨格筋の機能とエネルギー産生に関与しており、エルゴジェニック効果の可能性を示唆している。いくつかの研究で、マグネシウムとテストステロン濃度との関係が報告されている。
約400名の高齢男性を対象とした研究では、マグネシウムの状態とテストステロンの間に有意な相関があることが報告された。
マグネシウムは、酸化ストレスや炎症を減少させる役割を持つことが知られている。テストステロンの濃度が酸化ストレスに強く影響されることを考えると 酸化ストレスを減少させるマグネシウムの役割がテストステロン濃度を維持する刺激となる可能性がある。抗酸化力とテストステロンの間には、強い正の相関関係が報告されている。
マグネシウムが欠乏するとフリーラジカルの生成を増加させ、組織の酸化的損傷が増加し、細胞内抗酸化物質レベルの低下、過酸化酸素生成の増加などが起こる。対照的に、正常なマグネシウム濃度はフリーラジカルを除去することでキサンチンオキシダーゼやニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADPH)オキシダーゼの上昇を抑制することで、酸素ラジカルの生成を防ぐ。
マグネシウムの欠乏は低度の全身性炎症と関連し、炎症性サイトカインである腫瘍壊死因子α（TNF-α）およびインターロイキン1（IL-1）の増加が示されている。低悪性度の慢性炎症は、ライディッヒ細胞からのテストステロンの分泌を抑制することによりテストステロン濃度を低下させ、LH分泌抑制効果とライディッヒ細胞でのLH感受性の低下の両方が示されている。
TNF-αの増加は、細胞の初期応答遺伝子の発現を制御する転写因子である核内因子κB（NF-κB）を活性化する。NF-κBは，Nur77やSF-1などのステロイド生成酵素遺伝子の活性化を抑制し、ライディッヒ細胞でのステロイド生成（コレステロールからテストステロンの生合成）を制御するNur77やSF-1などのステロイド生成酵素遺伝子の活性化を阻害する。