男性不全饑餓狀態(tài)下不同飲水量對體成分和某些生理生化功能的影響*

邢 瑞， 趙陽鵬， 杜 鵬， 穆慧玲， 房龍梅， 白 霜， 劉 晉， 劉 鵬， 王若永△， 曾新安△

(1. 華南理工大學(xué)， 廣東 廣州 510641； 2. 中國人民解放軍93735部隊， 天津 301700； 3. 空軍軍醫(yī)大學(xué)空軍特色醫(yī)學(xué)中心， 北京 100142; 4. 軍需工程技術(shù)研究所， 北京 100010)

饑餓是指食物供應(yīng)受到限制以至于斷絕，或者食物攝入受到影響，進食困難以至于不能進食，從而使機體處于能量、營養(yǎng)攝入不足或缺乏的狀態(tài)。機體完全得不到或完全無法攝入食物時稱為完全饑餓狀態(tài)；能夠得到或攝入部分食物，但又不能完全滿足機體需要時稱為不全饑餓狀態(tài)[1]。

一些特殊情況會造成饑餓，如居民在地震等自然災(zāi)害中被困瓦石中，礦工遇到礦難被困礦井中，旅行者登山遠足迷失荒野，空軍飛行員因飛機失事跳傘落入野外。為了應(yīng)對上述情形，相關(guān)人員可能會配備應(yīng)急口糧(也叫救生口糧)維持最低生理需求[2-4]。盡管有關(guān)不全饑餓時應(yīng)急口糧能量供應(yīng)、三大營養(yǎng)素比例、維生素礦物質(zhì)供給量對體能、生理生化及代謝的影響已有許多報道[5-7]，但對于除飲食外的飲水量的相關(guān)研究較少。而在實際情況中，飲用水和食物的供給常常同時受到限制。因此，本研究對比了限制飲水(每天500 ml)和自由飲水兩種飲水模式下不全饑餓對人體生理生化體能等指標的影響，以期為不全饑餓狀態(tài)下的最低飲水量設(shè)置提供理論依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 對象與分組

研究對象為10名健康青年男性志愿者，從事中輕度體力勞動和腦力勞動，年齡22～32歲，身體健康。試驗前進行心電圖、肝腎功能檢查，排除器質(zhì)性病變。將10名受試者隨機分為2組，每組5人，分別為限水組和不限水組。不限水組年齡為(26.94±2.90)歲，身高為(175.80±3.63)cm，限水組年齡為(23.27±1.82)歲，身高為(177.60±7.96)cm。

1.2 膳食計劃

本試驗研究的不全饑餓狀態(tài)模擬礦難、登山遇險、地震被困或飛機野外迫降等依靠應(yīng)急食物維持體力等待救援的情形。試驗期間的氣溫在7～18℃之間。在3 d的試驗中一次性發(fā)放全部口糧和飲水，受試者根據(jù)自身情況分配每日飲食飲水量。

試驗期間給每名受試者配發(fā)壓縮餅干280 g，能量值為 1 280 kcal，限水組配發(fā)純凈水1 500 ml (3瓶，天津頂新食品有限公司生產(chǎn))，不限水組配發(fā)6 000 ml純凈水。受試者在3 d試驗期間只能食用配發(fā)的口糧，禁止攝入其他食物。因為自救或者待救過程中有必要的體力消耗活動，受試者在試驗期間正常開展中輕強度的日常工作。

1.3 主觀癥狀的測試

受試者按時填寫主觀癥狀問卷調(diào)查表，記錄自己的主觀感覺，每天20:00評價1次。問卷調(diào)查內(nèi)容包括口渴感、饑餓感、疲勞感、頭暈、頭疼以及其他不適癥狀。每種主觀癥狀強度分為6級：0級為無癥狀；1級為輕微；2級為較輕；3級為輕度；4級為較重；5級為重度。主要觀察半饑餓和限制飲水對人體主觀感覺的影響。

1.4 24 h活動熱能消耗的測試

采用日常生活作業(yè)觀察法[8]記錄受試者3 d的活動并計算每日能量消耗。

1.5 體重和體成分測定

使用TANITA BC-420體成分儀測定體重和體成分，在試驗前1 d和試驗期間每天20:00時進行測定。

1.6 生理生化指標測定

在試驗前1 d和試驗第4日7:30取空腹靜脈血，使用美國雅培CD1800全自動血細胞計數(shù)儀檢測紅細胞、白細胞、紅細胞壓積和血紅蛋白等血常規(guī)指標；使用柯達750全自動生化分析儀檢測血清鉀、血清鈉、血清鈣、血清磷、血糖、甘油三酯、血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶等血生化指標。全血制備成血清，使用試劑盒檢測超氧化物歧化酶SOD(Sigma，貨號：19160)、丙二醛MDA(Abcam，貨號：ab18970)和總抗氧化能力T-AOC (碧云天，貨號：S0116)三個指標。

收集試驗期間每日24 h尿量，用1 000 ml量筒測量，在試驗前1 d和試驗期間每天20:00時進行測量。取中段晨尿，使用Uritest500尿液分析儀檢測尿蛋白、尿酮體、尿中葡萄糖、白細胞和血細胞等尿常規(guī)指標。

1.7 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件。對試驗期間受試者主觀感覺采用非參數(shù)檢驗Friedman法；對血常規(guī)、血生化、抗氧化指標和進食、飲水量的組內(nèi)前后對比采用配對樣本t檢驗，組間對比采用獨立樣本t檢驗；其余指標采用重復(fù)測量的方差分析，比較組間及組內(nèi)差別。

2 結(jié)果

2.1 受試者每日情況和進食進水以及排尿情況

從受試者主觀癥狀看，限水組從第2日開始有明顯的口渴感(P<0.05)，不限水組無口渴癥狀出現(xiàn)(P>0.05)。限水組第1日就出現(xiàn)饑餓感，而不限數(shù)組從第2日開始出現(xiàn)饑餓感。2組都從第2日開始出現(xiàn)疲勞感(P<0.05)。頭暈和頭痛癥狀在2組中均未出現(xiàn)(P>0.05)。雖然受試者經(jīng)過3 d極低熱量飲食都有較大程度的疲倦和饑餓感，但試驗結(jié)束時每個人還保持神智清醒，語言表達、注意力、聽力、視力等都沒有異常表現(xiàn)(表1)。

由于第1日還有一定的能量儲備，所以食物的攝入量較少，之后進食量逐日增加。在試驗前2組受試者的每日飲水量都在2 000 ml左右，測試期間限水組的飲水量每天為450 ml左右，不限水組為1 100 ml上下。2組的尿量在試驗前分別為(1 440±89)ml和(1 500±292)ml，在試驗第1日和第2日下降明顯，第3日趨于穩(wěn)定，說明人體已經(jīng)適應(yīng)了當前的膳食結(jié)構(gòu)(表2)。

Tab. 1 The subjective sensation symptoms of two groups (mean ranks, n=5)

Tab. 2 The daily average intakes of food, water and urine volume n=5)

2.2 受試者24 h 活動熱量消耗情況

為期3 d的24 h生活作業(yè)觀察法得到的數(shù)據(jù)顯示，限水組平均每天的能量消耗為(2 306±156)kacl，不限水組為 (2 310±167)kcal，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。因為試驗期間，受試者除了在測試仰臥起坐和俯臥撐時活動強度較高，其他時間大多為休息或輕度體力活動狀態(tài)，所以每日能量消耗能維持在較低水平。

2.3 受試者體重和體成分的變化

如表3所示，2組的體重都明顯下降(P<0.05)，限水組和不限水組體重平均每天下降的重量分別為1.11 kg和 0.94 kg，3 d后體重分別下降了4.29%和3.56%；以體成分的數(shù)據(jù)來看，體脂質(zhì)量、肌肉質(zhì)量與試驗前的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，體水分和骨質(zhì)明顯下降(P<0.05)，其中體水分的減少是導(dǎo)致體重下降的主要原因。在試驗結(jié)束時，限水組體重減少的88%是由體水分貢獻的，在不限水組，這一數(shù)值為92%。兩組之間各指標無顯著性差異。

2.4 受試者生理生化指標變化

不限水組紅細胞、白細胞、紅細胞壓積和血紅蛋白等血常規(guī)指標均無無明顯變化(P>0.05)。限水組白細胞計數(shù)由試驗前的7.26±1.49減少至6.68±1.16(P<0.05)，血小板計數(shù)由230.80±64.71增高到243.60±59.61(P<0.05)，紅細胞壓積由49.54%±3.63%升高至52.13%±3.58%(P<0.05)，其他血常規(guī)指標試驗前后的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

2組試驗后血清中的鉀、鈉、鈣、磷較試驗前均略有升高(P<0.05)。2組血中葡萄糖和甘油三酯均降低(P<0.05，表4)。

試驗期間，血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶的活性均在正常值范圍。

2組尿中葡萄糖、蛋白質(zhì)、白細胞和紅細胞等指標均在正常范圍，試驗期間無顯著變化。試驗前受試者酮體及膽紅素檢測均為陰性，試驗后限水組5人全部出現(xiàn)尿酮體，其中2人尿酮體(±)，3人尿酮體(2+)，3人膽紅素(1+)，不限水組1人尿酮體(+)，1人尿酮體(1+)，3人膽紅素(1+)。

從抗氧化指標來看，2組試驗后的SOD和T-AOC都較試驗前有所下降(P<0.05)，MDA有所增高但無顯著性差異(P>0.05，表5)。

Tab. 3 The changes of body weight and body composition n=5)

Tab. 4 The concentrations of potassium, sodium, calcium, phosphorus, glucose and triglyceride in serum n=5)

Tab. 5 The changes of SOD, MDA and T-AOC n=5)

3 討論

本研究設(shè)置平均每天420 kcal的能量值是因為救生或應(yīng)急口糧提供的能量大多介于400 kcal到1 200 kcal之間，同時每日攝入量400 kcal的極低熱量飲食的安全性已經(jīng)得到眾多研究的證明[8]。研究表明[9]，人體每天需要排出至少500 ml尿量來保證大部分代謝廢物不在體內(nèi)積累，所以選擇驗證500 ml是否能作為不全饑餓狀態(tài)下的每日最低飲水量。

2組在試驗結(jié)束時體重下降明顯。Veverbrants[10]、Rapoport[11]和Siervo[12]的完全饑餓(提供足量飲水)研究中平均每天的體重減少量為0.79 kg、1.02 kg和1.00 kg，與本試驗不限水組0.95 kg/d的數(shù)值相當。3 d后體重下降量的90%左右來自于體水分，限水組和不限水組每天平均喪失0.98 kg和0.87 kg的水。不限水組雖然飲水不受限制，但該組飲水量從2 040 ml自發(fā)下降到了1 080 ml。雖然其飲水量下降到試驗前的一半左右，但通過主觀反應(yīng)量表可知此組并未出現(xiàn)口渴感，說明飲食量減少會導(dǎo)致飲水量減少。不限水組每日飲水量要多于尿量，體水分缺大量流失，可以從體水分平衡機制的角度分析。人體中的水來自飲水、食物水以及有氧呼吸作用中產(chǎn)生的代謝水，而水的排出方式包括排尿、排糞、排汗和呼氣[13]。通常習(xí)慣將排汗和呼吸排出的水分稱為“不易察覺水分喪失(insensible water losses)”。所以可以歸納出如下的公式：[飲用水+食物中的水分+代謝水-(尿液+糞便中的水分+汗液+呼出的水分)=0]。其中，每日飲水量和尿量是測量過已知的。救生干糧和糞便中的水分含量很少，該兩項可相互抵消。代謝水產(chǎn)生量取決于消耗的總能量和三大能源物質(zhì)各自提供能量的占比[14]。2組3 d的能量代謝模式相同，所以代謝水的產(chǎn)生也應(yīng)該是相當?shù)?。由?組喪失的體水分并無顯著性差異可知，限水組汗液和呼出水分的量要遠小于不限水組。同時2組的汗液和呼出水分都遠高于人體正常代謝時的水平。Veverbrants[10]等人的試驗結(jié)果也表明禁食狀態(tài)下不易察覺水分喪失高于正常水平。因此在不全饑餓狀態(tài)，人體不易察覺水分喪失的顯著增加是導(dǎo)致體水分負平衡的主要原因。

尿酮體的出現(xiàn)是由于膳食中缺乏足夠的碳水化合物，迫使體內(nèi)以脂肪分解代謝提供能量為主而產(chǎn)生的。但限水組尿酮體陽性率和濃度均高于不限水組，可能是因為飲水不足導(dǎo)致機體更早進入酮體供能的代謝模式。體水分喪失和血液濃縮同時也導(dǎo)致了血中電解質(zhì)濃度升高。紅細胞壓積作為衡量血液黏度的重要指標，伴隨著血液黏度的增加而迅速增高。雖然限水組的絕大部分血液指標的濃度都隨細胞外液減少而升高，但白細胞和血小板逆勢下降，說明在不全饑餓這種營養(yǎng)不良的狀態(tài)下，人的免疫系統(tǒng)功能下調(diào)并出現(xiàn)輕微炎癥反應(yīng)。2組SOD和TAOC的下降說明人體的氧化還原系統(tǒng)受到一定程度減弱，對氧化應(yīng)激的抵抗能力有所下降，與Boza、Marczuk等人的結(jié)論相似[15, 16]。

人體在不全饑餓但供水充足的情況下無法實現(xiàn)體水分平衡的原因，參與此調(diào)控機制的激素、體液系統(tǒng)中電解質(zhì)和體水分間的相互關(guān)系需要繼續(xù)探索。該研究為新式救生口糧的研發(fā)提供了新的思路，以最大限度的減少體水分的喪失，特別是能降低排汗和呼出水分強度為目的開發(fā)新的功能性成分或調(diào)整營養(yǎng)素比例。

綜上所述，本試驗探究了短期不同飲水量的不全饑餓狀態(tài)對健康男性體成分和生理生化的影響，推測不全饑餓狀態(tài)下的體分水喪失來自不易察覺減少，發(fā)現(xiàn)不全饑餓狀態(tài)下限定飲水量僅對白細胞、血小板和尿酮體影響明顯。如果繼續(xù)減少飲水量，可能會引起更多指標的差異，所以基于本試驗條件，在每日能量攝入400 kcal左右的短期不全饑餓狀態(tài)下，500 ml為可接受的最低飲水量。