運動飲料促進運動后體液恢復(fù)的應(yīng)用研究進展

吳一凡，玉應(yīng)香，郭成成，常翠青

北京大學(xué)第三醫(yī)院運動醫(yī)學(xué)研究所，北京 100191

合理營養(yǎng)有助于運動員和運動健身人群完成科學(xué)訓(xùn)練，提高運動成績，促進運動后恢復(fù)。運動員水合狀態(tài)是其重要的健康指標(biāo)之一，保持良好的水合狀態(tài)對于在集訓(xùn)期和比賽期的運動員十分重要。水分缺乏會影響其運動成績，甚至威脅健康，故要在運動前、中、后補液，減少體液丟失和保證體液快速恢復(fù)。運動飲料作為強有力的運動營養(yǎng)補充劑，廣泛應(yīng)用于運動員和運動愛好者。運動飲料一般含有6%～9%的碳水化合物，適量的鈉、鉀、鎂等電解質(zhì)[1]，并有不同的口味以改善飲料的適口性，增加飲用量。目前，在運動飲料的研發(fā)中，除了添加不同類型和濃度的碳水化合物和電解質(zhì)，也通過添加其他營養(yǎng)素以改善其功能[2]。如添加不飽和脂肪酸防止運動引起的氧化損傷[3- 4]；添加高質(zhì)量蛋白質(zhì)或氨基酸提高肌肉蛋白質(zhì)合成速率[5]，提高運動表現(xiàn)[6]，加快身體恢復(fù)[7]；此外，一些功能性飲料還會添加膠原蛋白、維生素、礦物質(zhì)、抗氧化劑、植物提取物、益生元等物質(zhì)[8]，以期在皮膚、心臟健康、免疫功能和腸道健康等中的作用，從而滿足運動人群的不同需求。運動飲料在促進運動后恢復(fù)方面的作用一直是研究熱點之一。運動后恢復(fù)是一個多方面的過程，運動后恢復(fù)性的營養(yǎng)措施主要為恢復(fù)上一場運動造成的體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)損失，以恢復(fù)運動能力，并平衡身體的營養(yǎng)儲備以提高對運動的適應(yīng)性，所以運動后的營養(yǎng)補充至關(guān)重要[9]。而補液是其中優(yōu)化運動員運動表現(xiàn)和保證運動后安全方面的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[10]。本文將對運動飲料促進運動后體液恢復(fù)的作用及其機制進行綜述。

水合狀態(tài)對運動人體的重要性

人體內(nèi)的水分保持動態(tài)平衡的狀態(tài)。當(dāng)機體攝入水過少，或者丟失水過多時，機體將處于脫水狀態(tài)。在高強度運動下，飲水可以提高循環(huán)耐力運動的表現(xiàn)[11]。但運動員往往缺乏飲水的認知，在運動中常常出現(xiàn)汗液流失過多的狀況，導(dǎo)致運動員在脫水的狀態(tài)下完成比賽或訓(xùn)練。輕度脫水狀態(tài)(水分丟失達體重的2%)即可對機體的生理功能和運動能力產(chǎn)生不良影響，如骨骼肌糖原消耗增加[12]，損害肌肉力量和耐力。同時，大量運動還會導(dǎo)致一定量的鈉、鉀和其他微量元素丟失。在運動期間或之后24 h內(nèi)易發(fā)生運動性低鈉血癥[13]。在長距離運動中單純攝入純水或攝入水過多也會使體液中的鈉稀釋，引發(fā)低鈉血癥，從而導(dǎo)致惡心、力竭和意識喪失等癥狀[14]。低水合狀態(tài)還會影響機體的精細運動、反應(yīng)時間和認知功能[15- 16]。因此，如果機體以低水合或脫水狀態(tài)完成運動，需要在運動后及時補液。

運動飲料的補液機制

快速為機體提供足夠水分和補充足夠能量是運動飲料的兩個特征[17]。飲料成分是影響液體攝入、胃排空、小腸吸收、液體分布和液體保留的重要因素[18]。飲料的味道、狀態(tài)(是否含有氣體如碳酸飲料)和溫度也會影響運動員的飲用量[19]。

鈉是細胞外液中的主要陽離子，對血漿滲透壓的影響很大。它也是汗液中最豐富的電解質(zhì)，體液丟失主要來自細胞外液。Maughan等[20]在早期研究中證明，鈉濃度與液體保留率直接相關(guān)，尿量與所攝入的液體的鈉含量成反比；鈉攝入引起的血清鈉濃度和滲透壓濃度的升高會刺激腎水重吸收。鉀是細胞內(nèi)液中的主要陽離子，在汗液中流失相對較少。研究表明單純的含鉀飲料的液體保留性并不顯著[21]，故在運動后更多關(guān)注鈉的補充。通過攝入含鈉的飲料或零食可以刺激口渴感覺和保留水分，從而有助于迅速而完全地恢復(fù)體液[22]。

碳水化合物是主要的能量物質(zhì)，除此之外還可以刺激小腸對水分的吸收。其主要途徑為糖與鈉聯(lián)合轉(zhuǎn)運的同時，攜帶水分子通過小腸上皮細胞進入血液。而碳水化合物的類型和劑量都會影響靜止或運動過程中機體對飲料的吸收率。不同碳水化合物類型的轉(zhuǎn)運機制不同：葡萄糖、麥芽糖或一些低聚糖的轉(zhuǎn)運體為鈉葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白1[23]；果糖則利用葡萄糖轉(zhuǎn)運體5[24]，為非主動轉(zhuǎn)運過程，其吸收速度慢于葡萄糖，因而水分吸收也較慢。蔗糖既可以水解為葡萄糖和果糖，也可以利用其自身的二糖轉(zhuǎn)運蛋白[25]。碳水化合物還會影響飲料的滲透壓[23]，而飲料滲透壓會影響胃排空的速度從而影響腸道吸收的速率。故目前的運動飲料多通過混合多種碳水化合物并進行配比，以保證運動飲料的適口性和復(fù)水效果。

目前也有在碳水化合物和電解質(zhì)基礎(chǔ)上添加肽、氨基酸或蛋白質(zhì)的運動飲料。氨基酸和蛋白質(zhì)也可以通過與鈉聯(lián)合轉(zhuǎn)運，增加水在腸道的吸收。動物實驗證實，口服丙氨酰-谷氨酰胺能夠更好地增強水和電解質(zhì)的腸道吸收，且優(yōu)于單獨的谷氨酰胺或葡萄糖[26]，氨基酸的混合物可以增加電解質(zhì)吸收率并降低細胞旁通透性[27]，能更好地恢復(fù)血漿體積[28]。此外，蛋白質(zhì)促進體液恢復(fù)的可能機制還包括增加了血漿白蛋白濃度，從而增加血漿滲透壓濃度調(diào)節(jié)抗利尿激素；或通過增加能量密度從而延緩胃排空[29]；也有研究表明運動后攝入蛋白質(zhì)可以增加血漿容量的擴張[30]。氨基酸口服補液飲料常用于臨床中治療腹瀉，但對某些特定氨基酸或蛋白質(zhì)飲料在運動后體液恢復(fù)中的詳細機制仍需進一步的研究探討。

綜上，運動飲料通過增加電解質(zhì)來增加機體的保水性，通過增加能量密度來延緩胃排空速率從而延緩腸道的吸收，導(dǎo)致腎臟對水的重吸收增加，尿液減少，體液潴留增加。

不同運動飲料的補液效果

在正常的飲食習(xí)慣下，人體通?？梢栽?～24 h內(nèi)恢復(fù)體液平衡。但是運動員的運動強度和運動量較高，運動后的補液飲料需要快速有效，加速運動后的體液恢復(fù)，才能保證下一次的訓(xùn)練成績或比賽成績不受影響[31]。運動后補液是否有效，取決于液體攝入量和尿液丟失量之間的平衡，故運動后補充的運動飲料其液體保留性至關(guān)重要。

碳水化合物電解質(zhì)飲料Shirreffs和Maughan[32]研究表明，在運動誘導(dǎo)脫水體重的1.8%～2.0%后，在60 min內(nèi)補充150%丟失體積的含有0、25、50或100 mmol/L鈉的飲料，6 h恢復(fù)期結(jié)束時，補充含50 mmol/L鈉的電解質(zhì)飲料組鈉平衡基本恢復(fù)，含100 mmol/L鈉的電解質(zhì)飲料組體液和鈉的水平都達到正平衡狀態(tài)，而攝入低鈉或無鈉飲料的在6 h恢復(fù)期結(jié)束還處于負平衡的狀態(tài)。

不同濃度碳水化合物電解質(zhì)飲料在恢復(fù)體液平衡上效果不同。在運動脫水體重的2%后30 min內(nèi)補充150%丟失體積含有25 mmol/L Na(+)和0、2%或10%葡萄糖的飲料，補液后6 h含10%葡萄糖的飲料的液體保留率最高[(46±5)%]，2%葡萄糖飲料的液體保留率為(40±14)%，兩者均顯著高于無糖飲料[(27±13)%，P<0.05)]，表明高滲性飲料有利于運動后體液恢復(fù)[33]。另一研究顯示，在恢復(fù)期間，10%葡萄糖飲料在第60和120分鐘時血漿滲透壓較大，血漿體積較小(小于2%葡萄糖飲料，P<0.01)；而在第4小時，10%葡萄糖飲料的液體保留率更高(64%)。運動后120 min的胃采樣結(jié)果顯示，2%葡萄糖飲料組有0.3%的飲料殘留，而10%葡萄糖組殘留量為42.1%(P<0.001)[34]。表明高滲飲料的高液體保留性主要是因其降低了胃排空速率，且與脫水期的運動強度無關(guān)[35]。

不同類型的碳水化合物也會影響液體保留，主要在于甜度和滲透壓的改變。果糖的甜度和滲透壓高，轉(zhuǎn)運速度慢，果糖與葡萄糖配制可以增加單一葡萄糖對水和電解質(zhì)的吸收[36]。麥芽糖的甜度較低，會增加運動飲料的適口性。異麥芽酮糖是一種慢速氧化的低聚糖，通過α- 1，6-糖苷鍵連接葡萄糖和果糖。研究顯示6.5%的異麥芽酮糖電解質(zhì)飲料比2%異麥芽酮糖電解質(zhì)飲料能更好地促進運動后2 h的體液恢復(fù)[37]，但攝入異麥芽酮糖也會加劇胃腸道不適[38]。低聚糖不易吸收而能量密度低的特性，多用于延長耐力運動中的糖供應(yīng)，故僅作為運動飲料的輔助成分。蜂蜜作為碳水化合物的來源之一，其補液效果也值得探討。一項研究中10名受試者以65%最大攝氧量強度跑步60 min，脫水1.5%左右體質(zhì)量，在運動后第0、30、60分鐘分別補充60%、50%、40%體質(zhì)量丟失體積的槐花蜂蜜飲料(蜂蜜含量6.8%)或純水，在補液后60 min時，蜂蜜飲料組的血漿滲透壓顯著高于純水組，并能夠改善葡萄糖代謝[39]。槐花蜂蜜含有31.2%的果糖、22.9%的葡萄糖、3.3%的麥芽糖和9.9%的蔗糖，還含有少量鈉，表明不同類型糖的混合物對運動員的體液和糖原恢復(fù)也有積極作用。

運動后補充碳水化合物電解質(zhì)飲料可以顯著提高液體保留率，并有助于肌糖原的恢復(fù)。不同碳水化合物會影響胃排空和肌糖原補充的速率。對于長時間的體育鍛煉(>2 h)，運動員可選擇任一種類型的碳水化合物電解質(zhì)飲料，以加速恢復(fù)體液和糖原。

碳水化合物+蛋白質(zhì)飲料蛋白質(zhì)對增加運動后肌肉蛋白質(zhì)合成有積極的作用，在促進運動后的糖原再合成、減少運動后肌肉酸痛/功能損失上也有較大優(yōu)勢。此外，含有蛋白質(zhì)的運動飲料也可以促進體液恢復(fù)。

Seifert等[40]研究顯示，運動脫水2.5%體質(zhì)量后，在3 h恢復(fù)期末，補充6%碳水化合物添加1.5%乳清蛋白飲料的液體保留率比6%碳水化合物的飲料高15%、比水高40%。但其可能是由于飲料的能量密度不同，導(dǎo)致排空速率不同的結(jié)果。在保證能量密度、鈉、鉀和脂肪含量匹配的條件下，James等[41- 44]研究顯示，4%碳水化合物添加2.0%～2.5%的牛奶蛋白/乳清蛋白飲料在4 h恢復(fù)期末的液體保留率達到55%～64%，顯著高于同等能量密度的碳水化合物飲料，并且在4 h末基本達到正體液平衡。但添加蛋白質(zhì)含量達到4%的碳水化合物電解質(zhì)飲料并沒有增加液體保留的效果。

Li等[45- 46]研究以酪蛋白和乳清蛋白為基礎(chǔ)的運動飲料，結(jié)果顯示乳清蛋白在液體保留的效果優(yōu)于酪蛋白，且添加了2.2%乳清蛋白的運動飲料在4 h恢復(fù)期末的液體保留率最高，達到55.4%；而與碳水化合物電解質(zhì)飲料相比，受試者補充添加了乳清蛋白的運動飲料后的尿比重和尿滲透壓恢復(fù)更快。

綜上，添加蛋白質(zhì)的碳水化合物電解質(zhì)飲料對運動后的液體保留效果較單獨的碳水化合物補充更好。添加2%左右的蛋白質(zhì)其液體保留率可達到50%以上，且能夠加速體液平衡的恢復(fù)，其中牛奶蛋白的補液效果已有較好驗證。而含有大豆、堅果、谷物蛋白的飲料是素食者的主要選擇，但其蛋白質(zhì)量較牛奶蛋白低，吸收差[47]，在運動后補液上的效果還鮮有研究。但也有研究表明，與蛋白質(zhì)的類型相比，運動后恢復(fù)中蛋白質(zhì)的含量和攝入的總能量更為重要[48]。

碳水化合物+氨基酸/肽飲料氨基酸作為促進肌肉蛋白合成的運動補劑，單獨攝取支鏈氨基酸(branched chain amino acid，BCAA)可以在運動后刺激雷帕霉素復(fù)合物 1信號傳導(dǎo)的磷酸化[49]，在增加肌肉蛋白質(zhì)合成上有良好的作用[50]。Tai等[51]探討B(tài)CAA+電解質(zhì)飲料在運動后補液中的應(yīng)用顯示，經(jīng)常運動的青年男女受試者通過運動和蒸桑拿脫水體質(zhì)量的2%，在脫水結(jié)束后的1 h內(nèi)補充丟失體質(zhì)量150%的BCAA+電解質(zhì)飲料(0.25 g/kg BCAA)、碳水化合物電解質(zhì)飲料或甜味水，第一次補充30%～35%總體積的測試飲料，剩余體積補充純凈水，均分為3等分，每15分鐘補充1次，這種補充方式似乎更符合運動員的日常習(xí)慣，在恢復(fù)期3 h后，BCAA+電解質(zhì)飲料的液體保留率略高于碳水化合物電解質(zhì)飲料[(43.5±17.1)% 比(40.8±17.1)%]，但BCAA+電解質(zhì)飲料的尿比重在恢復(fù)期末恢復(fù)基線水平，且尿量較另外兩組少，表明BCAA+電解質(zhì)飲料可以提高細胞補液的速度。

肽是由兩個及以上氨基酸脫水縮合的物質(zhì)，因氨基酸的種類、序列和分子量大小不同而具有不同的健康效應(yīng)[52]，且認為二肽和/或三肽吸收更快[53]。有研究表明，丙氨酰-谷氨酰胺二肽可以調(diào)節(jié)抗利尿激素，有助于增加水和電解質(zhì)的恢復(fù)，延緩疲勞[54]。添加肽的運動飲料在跑步、足球和籃球等長時間的耐力運動中都有改善運動員運動表現(xiàn)和反應(yīng)能力的效果[55- 57]。關(guān)于肽飲料在運動后補液的效果有待研究。

牛奶牛奶因含有5%左右的碳水化合物以及3%左右的蛋白質(zhì)，還有少量的電解質(zhì)，是天然的蛋白質(zhì)飲料。Shirreffs等[58]研究表明，牛奶可以作為有效的運動后補液飲料。運動脫水后分別補充150%丟失體質(zhì)量的牛奶、牛奶+20 mmol/L鈉、碳水化合物電解質(zhì)飲料和水，牛奶和牛奶+20 mmol/L鈉在4 h恢復(fù)期結(jié)束時的體液保留率分別達到(69±10)%和(72±4)%，兩者明顯高于碳水化合物電解質(zhì)飲料和水，且達到了正體液平衡。Seery和Jakeman[59]通過計量補液后(前30 min攝入1000 ml，之后每30分鐘攝入500 ml至丟失體質(zhì)量150%體積的復(fù)水飲料)，觀察5 h恢復(fù)期內(nèi)各組間的體液平衡水平，與水和碳水化合物電解質(zhì)飲料相比，只有牛奶組在恢復(fù)期第5小時達到體液正平衡，液體保留率為(71±4)%。

豆?jié){和牛奶的能量、營養(yǎng)素分布相似，屬于植物蛋白。Desbrow等[60]探討了牛奶、豆奶、碳水化合物電解質(zhì)飲料和一種高能量運動奶粉的補液效果，15名有運動習(xí)慣的男性運動脫水后，分4次補充液體丟失量150%的上述飲料，結(jié)果顯示補液后4 h，高蛋白高碳水化合物膳食補充劑的液體保留率最高(65.1%)，豆?jié){(46.9%)與牛奶相似(40.0%)，碳水化合物電解質(zhì)飲料最低(16.6%)。表明蛋白質(zhì)的來源可能不是影響液體保留的主要因素，但豆?jié){的適口性最差。

綜上，牛奶可以作為快速補液的“天然運動飲料”，在補液后3～5 h的恢復(fù)期就可以基本恢復(fù)體液平衡，對于乳糖不耐受者，可以選擇豆奶替代。但與運動飲料相比，牛奶和其他乳類飲料的適口性較差，且飽腹感更強，這可能導(dǎo)致在實際應(yīng)用時運動員較少選擇奶類在運動后補充。

天然植物飲料近年人們擔(dān)心運動飲料中碳水化合物對體質(zhì)量的影響，而希望用天然水替代飲料的作用。新鮮的椰子水中含有豐富的鉀，以及少量鈉、氯和碳水化合物，且具有抗氧化活性[61]。研究顯示12名有運動習(xí)慣的男性經(jīng)過60 min運動后，在1 h內(nèi)補充丟失體質(zhì)量125%體積的復(fù)水飲料，3 h恢復(fù)期后，天然椰子水、濃縮椰汁和碳水化合物電解質(zhì)運動飲料的液體保留效果相似，均高于純凈水，但在液體平衡上差異無統(tǒng)計學(xué)意義[62]。Pérez-Idárraga 和Aragón-Vargas[21]的研究結(jié)果同樣證明，新鮮椰子水[鉀(71.1±22.5)mmol/L]和富含鉀的飲料[鉀(50.2±0.2)mmol/L]的補液功效差異無統(tǒng)計學(xué)意義，在恢復(fù)期3 h末的液體保留率分別為(65.9±15.4)%和(62.5±15.4)%，但略低于運動飲料。

北美地區(qū)有一種天然的植物源飲料—楓樹水，其中存在多酚化合物、益生元、電解質(zhì)等。Matias等[63]嘗試將其作為天然的運動飲料，26名健康活躍的大學(xué)生(男女各13名)運動脫水2%體質(zhì)量，在運動后30 min內(nèi)定量給予1 L楓樹水或楓木味飲料，分為4等份(250 ml)快速補充后觀察2 h內(nèi)的復(fù)水情況，結(jié)果顯示楓樹水在補液后0.5 h抗氧化活性最高，但楓樹水和楓木味飲料的補液效果差異無統(tǒng)計學(xué)意義，且女性較男性的體液恢復(fù)慢。楓樹水的鈉含量較低可能是其補液相對不足的原因，且給定絕對體積的補液飲料也可能是影響其研究結(jié)果的原因之一。

總的來說，由于天然植物類飲料中的碳水化合物和電解質(zhì)成分不同，有一定的補液效果，且適口性和耐受性較好，可作為一類安全有效的復(fù)水飲料。其中存在的一些天然的活性成分還可以增加人體的抗氧化能力，對運動后的氧化應(yīng)激存在潛在效應(yīng)。

深海礦泉水深海是生物起源的可能場所，故認為深海中礦泉水的成分對人體有益。深海礦泉水的礦物質(zhì)成分與地表水有很大的不同，通常含有大量的鈉、鉀、氯、鎂，還存在70多種微量元素，尤其是銣的含量遠高于淡水。研究表明西太平洋地區(qū)的深海礦泉水可以促進青年和中年男性在運動脫水后的疲勞恢復(fù)[64]，減弱運動引起的氧化損傷[65]。Keen等[66]對比了KonaDeep?深海礦泉水、佳得樂運動飲料和Arrowhead山泉水(泉水)的復(fù)水作用。與佳得樂和山泉水相比，深海礦泉水組可以提高快速復(fù)水速率，對運動脫水后的體液恢復(fù)有積極的影響。補充深海礦泉水后男性和女性在整體補液效果上差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但與其他兩組相比，深海礦泉水組的唾液滲透壓恢復(fù)速率更快[67]。

綜上，深海礦泉水中不同礦物質(zhì)和微量元素的協(xié)同作用可能有助于提高人體的體液恢復(fù)速率和抗氧化能力，對這類天然水的液體保留效果還有待進一步的認識。

功能性飲料常見的功能性飲料，除碳水化合物和電解質(zhì)外，還會添加咖啡因、抗氧化劑、?；撬帷⒉伙柡椭舅岬任镔|(zhì)，其中與體液恢復(fù)相關(guān)的主要物質(zhì)是咖啡因—潛在的利尿劑?？Х纫驎黾幽土涂蛊谛訹68- 69]，故常用于訓(xùn)練前后。但目前的研究表明，對于長時間大強度的運動，在運動前攝入咖啡因不會影響脫水和電解質(zhì)平衡[70]。另有研究表明，攝入0～400 mg/L咖啡因的復(fù)水飲料對體內(nèi)液體保留均無影響[71]。尤其對于有咖啡飲用習(xí)慣的運動人群來說，其可能造成體液丟失的概率更小。故在運動后適度攝入含咖啡因的飲料不會影響運動后體水的恢復(fù)[71]。

小結(jié)與展望

能量密度、碳水化合物的轉(zhuǎn)運途徑和鈉的液體滯留性可能是運動飲料達到液體保留效果的途徑。除了已確定的碳水化合物和電解質(zhì)成分以外，蛋白類補充劑和天然物質(zhì)也被開發(fā)和利用。其中，蛋白質(zhì)的補液效果較為顯著，通過添加2%左右的乳清蛋白可以加強碳水化合物電解質(zhì)飲料的補液效果。而對于碳水化合物+氨基酸/肽飲料也有促進補液速率的趨勢，還需要更多的研究以探討其液體保留效果，特別是不同來源的肽與碳水化合物電解質(zhì)組成的運動飲料對運動后補液的效果。另外，許多動植物蛋白經(jīng)過酶解得到的生物活性肽，含有不同類型的氨基酸和肽段，這類聚合物對運動后恢復(fù)及液體保留的作用也值得探討。利用動物和植物中的有效功能成分，開發(fā)適用于不同運動人群的安全可靠的運動飲料，有望在滿足運動員和運動人群需要的同時，可以創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益和社會效益。