運動員水鹽代謝狀態(tài)的評定方法

陳瀟斐，陳文鶴

運動員水鹽代謝狀態(tài)的評定方法

陳瀟斐，陳文鶴

水鹽代謝平衡是保證人體健康的基本條件，是運動員維持良好機能狀態(tài)和發(fā)揮最大運動潛能的必然要求。在日常生活及運動訓(xùn)練后評定運動員水鹽代謝狀態(tài)，及時調(diào)整水鹽攝入量為增進(jìn)健康、促進(jìn)運動能力的提高提供科學(xué)保障。目前存在多種評定水鹽代謝狀態(tài)的方法，本文通過對各種方法優(yōu)劣勢的比較分析，指出適合實驗室條件或日常生活中評定運動員水鹽代謝狀態(tài)的方法，并提出以汗液指標(biāo)評定運動訓(xùn)練后體內(nèi)水鹽代謝狀態(tài)的設(shè)想，旨在為以后的科學(xué)研究選取合適方法提供依據(jù)。

運動訓(xùn)練；水鹽代謝；同位素稀釋技術(shù)；血液指標(biāo)；尿液指標(biāo)

人體內(nèi)水平衡的神經(jīng)體液調(diào)節(jié)是動態(tài)的也是相當(dāng)復(fù)雜的過程，會受到日常飲食中水鹽的攝入、運動訓(xùn)練、汗液的丟失、腎臟功能、體液滲透壓及體液在細(xì)胞內(nèi)外的流動等因素的影響。因此，水鹽代謝狀態(tài)的變化就像正弦波形一樣，基于一種平均水平而不斷的上下波動[1]。這種復(fù)雜的動態(tài)變化使我們產(chǎn)生疑問：哪種體液測定方法可以很好的表現(xiàn)整個機體的水鹽代謝狀態(tài)？目前有很多學(xué)者對這一問題展開了一系列的研究，盡管在前三十年間眾多研究著作中已提出超過十種的評定機體水鹽代謝狀態(tài)的技術(shù)和方法，但是答案仍是不確定的，因為在個體的日常自由生活狀態(tài)下精確地記錄水的攝入和排出量是相當(dāng)困難的。即使在特定的狀態(tài)下，存在一種最優(yōu)的評定方法，但是另一問題便緊接而來：能否以精確數(shù)值體現(xiàn)機體脫水、水鹽代謝正常的程度。

1 評定運動員水鹽代謝狀態(tài)的意義

水雖然不像糖、脂肪、蛋白質(zhì)可以在體內(nèi)氧化供能，但是水是僅次于氧的維持生命的必需物質(zhì)。作為細(xì)胞反應(yīng)及熱平衡調(diào)節(jié)的基本溶劑，水在人體內(nèi)起著至關(guān)重要的作用。充足的水的攝入對增進(jìn)機體健康、促進(jìn)運動員最大能力的發(fā)揮運動水平以及防止熱損傷來說是非常重要的。眾多研究顯示，提供準(zhǔn)確可靠的評定運動后機體水鹽代謝狀態(tài)的方法是必需的也是值得探討的問題。以下研究事實均強調(diào)評定水鹽代謝狀態(tài)的重要性：（1）人體內(nèi)水不停地進(jìn)出細(xì)胞，參與整個機體的體液循環(huán)，并不斷地通過肺、皮膚及腎臟丟失水。（2）艱苦的勞動、劇烈運動以及熱應(yīng)激會導(dǎo)致機體水的攝入量顯著高于在溫和環(huán)境下工作時對水的需求量[2]。（3）飲食中水的攝入不足或過量會改變細(xì)胞體積，從而影響到細(xì)胞功能，例如：細(xì)胞的代謝、興奮性、物質(zhì)的運輸、激素的釋放、細(xì)胞的增殖及細(xì)胞的死亡。（4）在運動丟失大量的汗液之后攝入過多不含電解質(zhì)的水，會稀釋全身的血液導(dǎo)致機體水異常。嚴(yán)重者會出現(xiàn)臨床意義上的水中毒—低鈉血癥，常見于馬拉松、鐵人三項、徒步旅行、軍事演習(xí)等項目中[3]。（5）喪失1 000 ml水會使心率增加8 次/min,心輸出量減少1 L/min,中心體溫可增加0.3℃。由此造成細(xì)胞內(nèi)、外液丟失，血容量受影響，心臟負(fù)擔(dān)加重，運動能力下降，對健康也造成威脅，可導(dǎo)致腎臟損害，引起腎缺血、少尿、無尿、血尿[4]。

研究表明，環(huán)境的變化、運動、飲食等都會對體內(nèi)水平衡產(chǎn)生影響，準(zhǔn)確地評定運動員水鹽代謝狀態(tài)及內(nèi)環(huán)境狀況，為增進(jìn)健康、促進(jìn)運動能力的提高提供科學(xué)保障。

2 評定運動員水鹽代謝狀態(tài)的方法

2.1 同位素稀釋技術(shù)

口服已知濃度和體積的示蹤劑，在安靜狀態(tài)下經(jīng)3～4 h[5]示蹤物質(zhì)在體內(nèi)達(dá)到平衡后取樣檢測樣本中被標(biāo)記物的濃度，可以計算出示蹤物質(zhì)被稀釋的總量即體內(nèi)水的總量。運動訓(xùn)練后再次取樣，測標(biāo)記物濃度。根據(jù)前后濃度的變化計算運動后體內(nèi)水總量的變化。示蹤劑通常選取D2O或H218O。利用這種方法檢測體內(nèi)水總量變化的最小檢出率為0.8 L，體內(nèi)水的變化受神經(jīng)體液的調(diào)節(jié)，所以正常情況下浮動很小，從一天到第二天的檢測結(jié)果只存在0.9%～1.0%的變化[6]。筆者認(rèn)為可以用這種方法來確定體內(nèi)水總量的變化，也可以監(jiān)測到小腸對攝入水的吸收、水的流動、分布及體內(nèi)水平衡的情況。但是過量的重水對人體是有害的，而且同位素的選擇會在一定程度上影響到測試的結(jié)果，因此這種方法不適合用于運動訓(xùn)練的長期監(jiān)控。

2.2 生物電阻抗法

生物電阻抗分析法(BIA)的原理是把人體看做一個均質(zhì)的具有固定橫截面積的導(dǎo)體，將同一電流密度的微弱交流電信號導(dǎo)入人體時,電流會沿著電阻小、傳導(dǎo)性能好的體液流動。電流通路的導(dǎo)電性取決于水分的多少，可用阻抗的測定值來表示。眾多研究顯示，機體的電阻抗特性與身體成分存在統(tǒng)計相關(guān)，所以可以用這種方法來間接測量身體成分。但是對于這一方法的原理假設(shè)來說，人體并不是一個均質(zhì)的導(dǎo)體，所以此方法的檢測具有一定程度的誤差，會受到多種因素的影響，其中包括皮膚表面電極的位點、皮膚溫度、皮膚血流、受試者的姿勢、近期水?dāng)z入的情況、血漿滲透壓及運動等[7]。運動員運動訓(xùn)練后皮膚的溫度升高機體排出大量的汗液，這將會在很大程度上影響到測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在20世紀(jì)90年代以前，BIA方法一般用單頻信號測得樣本的脂肪組織來求得凈重，這種方法比較容易實現(xiàn)，但是它只是針對某一特定人群的測試方法，選擇的樣本必須屬于同一體質(zhì)類型的測試結(jié)果才更加可靠。眾研究者經(jīng)過對BIA的改良設(shè)計出了生物電阻抗頻譜法（BIS）的體成分測量法。它是在一個頻率范圍內(nèi)選取多個頻點,根據(jù)人體的細(xì)胞外液電阻（Re）、細(xì)胞內(nèi)液電阻（Ri）和細(xì)胞膜電容（Ci）三元件模型，用測得的阻抗值推算人體的特征參數(shù)Re、Ri和Ci，進(jìn)而推算人體內(nèi)水分的體積。BIS法克服了BIA法對樣本的依賴性,但是由于它需要的信號頻率多,因此硬件設(shè)計相對復(fù)雜，且成本高[8]。

2.3 紅細(xì)胞壓積、血漿滲透壓

紅細(xì)胞壓積是指細(xì)胞在血中所占的容積百分比，又稱血細(xì)胞比容。正常人的紅細(xì)胞壓積值是：成年男性為40%～50%，成年女性為37%～48%，新生兒為55%。其測定值受取血部位及血管類型的影響。紅細(xì)胞壓積在評定運動后水鹽代謝狀態(tài)方面主要反映體液進(jìn)出血液循環(huán)的情況。當(dāng)紅細(xì)胞壓積數(shù)值增大時表明參與血液循環(huán)的體液減少，血液濃縮。當(dāng)數(shù)值降低時表明有過多的體液進(jìn)入血液循環(huán)，血液被稀釋。

雖然紅細(xì)胞壓積可以用來評定機體體液的循環(huán)情況，但是血漿滲透壓這一血液指標(biāo)被更為廣泛地運用于評定機體的水鹽代謝狀態(tài)。因為，細(xì)胞外滲透壓對體液的調(diào)節(jié)有很大的影響，指標(biāo)對體內(nèi)水的變化更為敏感。Greenleaf JE[9]在飲水?dāng)z入的控制機制研究中指出：滲透壓增加1%會導(dǎo)致抗利尿激素分泌增加一倍。

血漿滲透壓的測試采用一種滲壓計，要求測試人員具備精湛的技術(shù)，可將變化系數(shù)控制在0.3%～0.4%。正常情況下血漿滲透濃度為300 mOsm/（kg·H2O）。值得強調(diào)的是，血漿滲透壓的測試必須在取得樣本后立即進(jìn)行，否則環(huán)境溫度、PH值變化、乳酸濃度、電解質(zhì)與蛋白的結(jié)合等都會使?jié)B透壓降低，造成實驗誤差[5]。

2.4 體重的變化

根據(jù)體重的變化來評定水鹽代謝狀態(tài)是一種常用的安全的評定方法，適合對于急性變化狀況發(fā)生后，尤其是用于運動引起的脫水現(xiàn)象發(fā)生1～4 h后。當(dāng)機體熱量平衡時，體重的丟失量基本等于水分的流失量，因為在機體內(nèi)沒有其他成分的變化率和體重的變化率相似。但是要更精確的評定機體的水鹽代謝狀態(tài)，要控制大量的飲水、尿液及糞便的排泄、汗液的蒸發(fā)及衣服對汗液的吸收等因素。當(dāng)體重的測定間隔時間超過4 h時，就需要考慮機體氧化生成水及呼吸丟失水等因素對體內(nèi)水變化的影響。Lindsay B.[10]等在針對耐力訓(xùn)練后體重變化預(yù)測體內(nèi)水變化的精確度及相關(guān)性的研究中指出：體重變化與體內(nèi)總水分變化的差值平均為0.07±1.07 kg（p=0.29），沒有差異顯著性。體內(nèi)總水分變化的測試采用重水（D2O）標(biāo)記稀釋技術(shù)，檢測過程中嚴(yán)格控制尿液、汗液等因素的影響。統(tǒng)計結(jié)果顯示，Δ BM和Δ TBW組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.76，說明體重變化是預(yù)測體內(nèi)水變化情況的有效的指標(biāo)，通過運動前后體重的測量可以準(zhǔn)確可靠地評定機體水鹽代謝狀態(tài)。

但是當(dāng)測量周期持續(xù)幾周或幾個月時，這種方法便不再適用，因為在此期間脂肪組織的變化量是不可知的，其對體內(nèi)水分的比例變化有很大的影響。RONALD J. MAUGHAN[11]等人指出用體重的變化來評定體內(nèi)水的變化程度是不科學(xué)的，因為體內(nèi)水分的變化及體重的變化受到多種因素的影響。呼吸丟失的水分、體內(nèi)物質(zhì)氧化產(chǎn)生的水分、飲水的攝入、隨汗液丟失的水分等使機體內(nèi)水分的分布及量的計算復(fù)雜化，這些元素的變化會使檢測結(jié)果出現(xiàn)很大的誤差。

2.5 尿液指標(biāo)

2.5.1 尿滲透壓及尿比重

尿滲透壓的測量和血液滲透壓的方法一樣，采用一種滲壓計，在極其嚴(yán)格的實驗條件下進(jìn)行測試，要求測試人員有較好的技術(shù)以減少測量誤差，而且要在取樣后即刻進(jìn)行測試。尿滲透壓可以很好地反應(yīng)腎臟的濃縮和稀釋能力。尿的滲透濃度由于體內(nèi)缺水或水過多等出現(xiàn)大幅度的變動。當(dāng)運動丟失大量汗液導(dǎo)致體內(nèi)缺水時，機體將排出滲透濃度高于血漿滲透濃度的高滲尿，即尿被濃縮。當(dāng)體內(nèi)水過多時，將排出滲透濃度低于血漿滲透濃度的低滲尿，即尿被稀釋。正常人尿液的滲透濃度可在50～1 200 mOsm/（kg·H2O）之間波動。

尿比重是指在4℃條件下尿液與同體積純水的重量之比，取決于尿中溶解物質(zhì)的濃度，與固體總量成正比，也是反應(yīng)腎對尿的濃縮和稀釋功能的客觀指標(biāo)。正常情況下，24 h混合尿的比重介于1.003～1.030之間，可由一種手?jǐn)y式比重計測得。如果攝入的水分過多或過少，或者是水和固體物的排出量發(fā)生顯著變化時，尿的比重可以降至1.001，或升至1.035甚至更高。尿比重的變化主要受氣溫、訓(xùn)練強度、訓(xùn)練持續(xù)時間、泌汗、飲水等的影響[12]。

尿滲透壓和尿比重由幾種相互作用的機制調(diào)節(jié)，所受影響因素較多，其數(shù)值的變化只能大致地判斷運動后機體處于水鹽代謝平衡還是脫水狀態(tài)。它們對于精確地評定機體水鹽代謝狀態(tài)的可靠性和穩(wěn)定性還有待于進(jìn)一步驗證。

2.5.2 尿顏色

為了簡化尿常規(guī)檢查，一些研究者對尿液的顏色進(jìn)行了一系列的研究，發(fā)現(xiàn)尿液顏色的變化和機體水鹽代謝狀態(tài)呈比例關(guān)系。將尿的顏色從淡黃色到褐綠色分為1～8個色差級別。正常的尿顏色為淡黃色，分?jǐn)?shù)位于1～2之間，當(dāng)缺水程度稍重時尿顏色為褐色，分?jǐn)?shù)為5～6之間，大于6時代表機體嚴(yán)重脫水[13]。

Lawrence E. Armstrong[14]等人在早期做了一項測試，把尿的顏色（Ucol）、尿比重（Usg）及尿滲透壓（Uosm）的變化與體重的變化趨勢進(jìn)行比較，研究這3項指標(biāo)作為評定機體水鹽代謝狀態(tài)指標(biāo)的可靠性。研究表明Ucol的變化趨勢與體重丟失的變化最為相似，較Usg及Uosm更為可靠地評定機體水鹽代謝狀態(tài)，Usg、Uosm與Ucol為高度相關(guān)（r=0.80和0.82）。但是有研究表明在運動量很大及大量丟失汗液的情況下，尿液指標(biāo)并不能準(zhǔn)確地反應(yīng)機體的水鹽代謝狀態(tài)。因此，筆者認(rèn)為，應(yīng)將尿液及血液相關(guān)指標(biāo)結(jié)合起來共同評價機體的水鹽代謝狀態(tài)更為有效和可靠，但是這樣將會增加實驗的復(fù)雜程度。2.6 口渴感覺分級

當(dāng)儀器和技術(shù)受限時，便可采用一種近似評定機體水鹽代謝狀態(tài)的方法即口渴主觀感覺級別。口渴感覺級別可分為1～9個等級。1為一點也不渴，3為有點口渴，5為中等程度口渴，7為非常口渴，9為非常非常口渴[15]。這種方法非常直接地反應(yīng)機體對水的需求，但是受主觀因素影響極大，所以只能用于日常生活中作為經(jīng)常在脫水狀態(tài)下運動、勞動或限制飲食的人群的參考標(biāo)準(zhǔn)，以提醒人們補充健康生活所需的水分。

表1 人體水鹽代謝評定方法對實驗條件的要求TableⅠ Experiment Requirements for Assessing Water-Electrolytes Metabolism of Human Body

3 如何選擇合適的評價方法

在實驗室中如何選擇合適的水鹽代謝狀態(tài)的評定方法與在日常生活中的選擇條件不同。在實驗室條件下，要求選擇準(zhǔn)確性高、較可靠的指標(biāo)。并且為了得到精確的研究結(jié)果，要求操作人員具備精湛的實驗技術(shù)，實驗設(shè)備的成本也相對較高一些。從表1來看，符合這些要求的有同位素稀釋技術(shù)、血漿及尿液滲透壓、紅細(xì)胞壓積。而BIA及BIS法雖然操作簡單，但是需要嚴(yán)格地控制環(huán)境及受試者自身的影響因素，否則可靠性將會很低。在血漿滲透壓和尿液滲透壓的選擇上來看，筆者認(rèn)為血漿滲透壓比尿液滲透壓對機體水鹽代謝狀態(tài)的反應(yīng)速度快，更能反應(yīng)機體內(nèi)部液體濃度的變化，適用于急性脫水后的檢測。

在日常生活中，方法的選取對儀器成本要求較低，對操作技術(shù)要求簡單。但是也要選擇準(zhǔn)確度較高、對人體危害較小的方法。符合這些要求的方法有尿液指標(biāo)的檢測及體重的變化。體重變化的監(jiān)測用于急性脫水狀態(tài)的評定更為有效，尿液指標(biāo)可以用于日常生活中機體水鹽代謝狀態(tài)的長期監(jiān)控，可以及時地了解機體的狀態(tài)，對飲水的攝入進(jìn)行有效的調(diào)整。

4 結(jié)論

評定運動員水鹽代謝狀態(tài)的多種方法中，并不存在評定的“金標(biāo)準(zhǔn)”，尤其是針對運動過程中出現(xiàn)的水鹽代謝失衡現(xiàn)象，還沒有一個最為精確的評價方法。評價方法的選擇都需要考慮其準(zhǔn)確性和可靠性，應(yīng)根據(jù)實際情況篩選合適的方法。在實驗條件允許的情況下，為了獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果，建議將多個方法結(jié)合起來綜合評定運動員水鹽代謝狀態(tài)。

5 展望

在炎熱的環(huán)境下，運動過程中體溫的升高使排汗成為了首要的散熱方式，伴隨汗液的流出而丟失的電解質(zhì)的濃度也是可觀的。那么能否以丟失汗液的離子濃度和汗液的量來間接地反映運動后機體水鹽代謝的狀況呢？不同部位汗液離子濃度及排汗率是否存在差異，部位汗液定性定量分析是否能反映機體整體的水鹽代謝狀態(tài)？運動訓(xùn)練后汗液離子濃度與血清離子濃度的變化是否具有相關(guān)性等，還有待于進(jìn)一步的實驗支持和論證。

[1]Lawrence E. Armstrong,et al. (2010).Human Hydration Indices: Acute and Longitudinal Reference Values [J]. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 20:145-153.

[2]Scott J. Montain ,et al. (2007). Sweat Mineral-Element Responses During 7 h of Exercise-Heat Stress[J]. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 17:574-582.

[3]Manz F, Wentz A. (2003). 24-h hydration status: parameters, epidemiology and recommendations [J]. EurJ Clin Nutrition ,57 (2):S10-S18.

[4]秦劭斐.碳水化合物、水、電解質(zhì)與運動飲料[J].體育科技. 2000,21(1):32-34.

[5]Lawrence E. Armstrong. et al. (2005). Hydration Assessment Techniques [J]. International Life Sciences Institute,10:S40-S54.

[6]Bartoli WP, Davis JM, Pate RR, Ward DS, WatsonPD. (1993). Weekly variability in total body water using 2H2O dilution in college-age males[J]. Medical Science Sports Exercise,25:1422-1428.

[7]Berneis K, Keller U. (2000). Bioelectrical impedance analysis during acute changes of extracellular osmolality in man. Clinical Nutrition,19:361-366.

[8]祁朋祥等.一種基于生物電阻抗原理的人體成分測試裝置的研制[J].生物醫(yī)學(xué)工程研究，2009 ,28(3):197～201. Greenleaf JE, Morimoto T. (1996). Mechanism controlling

[9]fluid ingestion: thirst and drinking [J]. Exercise and Sport,18 : 40-47.

[10]Lindsay B. et al. (2009). Change in body mass accurately and reliably predicts change in body water after endurance exercise [J].European Journal Appl Physiology ,105:959-967.

[11]RONALD J. MAUGHAN. et al.(2007). Errors in the estimation of hydration status from changes in body mass[J]. Journal of Sports Sciences,25(7): 797 - 804.

[12]馮連世、馮美云等.《優(yōu)秀運動員身體機能評定方法》[M].人民體育出版社.2003:P102.

[13]Lindsey E. Eberman. et al. (2007). Comparison of Refractometry, Urine Color, and Urine Reagent Strips to Urine Osmolality for Measurement of Urinary Concentration [J]. Athletic Training & Sports Health Care,6(1):267-271.

[14]Lawrence E. Armstrong. et al.(1998).Urinary Indices During Dehydration, Exercise, and Rehydration. International Journal of Sport Nutrition,345-355.

[15]Young AJ, Sawka MN, Epstein Y, Pandolf KB. (19870. Cooling different body surfaces during upper and lower body exercise[J]. J Application Physiology,63:1218-1223.

(責(zé)任編輯：何聰)

Methods for Assessing Athlete's Status of Water-Electrolytes Metabolism

CHEN Xiao-fei, CHEN Wen-hei
(Shanghai University of Sport, Shanghai 200438 China)

Water-electrolytes metabolism balance is essential to health. It plays a pivotal role in maintaining good functional status and bringing athlete's performance potential into full play. It is necessary to assess the water-electrolytes metabolism status in daily life and after training so as to adjust the intake volume of water and electrolytes for the aim of keeping fit and improving exercise ability. There exist several ways of assessing water-electrolytes metabolism status. The article compares the different ways and selects the method that is suitable for assessing water-electrolytes metabolism in laboratory and in daily life. It suggests using sweat indicators to assess the water-electrolytes metabolism status after training so as to provide appropriate methods for the scientific researches in future.

training; water-electrolytes metabolism; isotope dilution; blood index; urine index

G804.7

A

1006-1207(2010)06-0051-04

2010-09-26

陳瀟斐，女，在讀碩士研究生.主要研究方向：運動訓(xùn)練生理生化監(jiān)控.

上海體育學(xué)院，上海 200438