季節(jié)適應對健康青年男性糖電解質(zhì)飲料促進運動后體液恢復的影響

吳一凡，黃賢仁，玉應香，郭成成，謝 嵐，常翠青

北京大學第三醫(yī)院運動醫(yī)學科 北京大學運動醫(yī)學研究所運動醫(yī)學關節(jié)傷病北京市重點實驗室，北京 100191

長時間運動會導致大量出汗，造成機體水和電解質(zhì)丟失。當脫水大于體質(zhì)量的2%會影響體溫調(diào)節(jié)，可增加心血管壓力，降低運動能力[1- 2]。在運動后迅速補充水分，可以快速恢復體液平衡，提高恢復能力，并減輕運動后疲勞[3]。目前研究表明，糖電解質(zhì)飲料的補液能力[4]，尤其是補充含有6%～10%碳水化合物和20～25 nmol/L鈉的糖電解質(zhì)飲料可以快速恢復機體的水合狀態(tài)[5]，其中飲料成分是影響液體保留的主要因素之一。以往研究推斷，補充鈉和外源性碳水化合物攝入引起的血清鈉濃度和血漿滲透壓升高會刺激腎水重吸收[6]，影響飲料的滲透壓，增加能量密度，而飲料滲透壓可影響胃排空速度，從而影響腸道吸收的速率[7]。然而多數(shù)研究是在夏季完成，該補液效果是否存在季節(jié)性差異值得研究。

人體的水合狀態(tài)存在季節(jié)性差異。研究表明，在夏季高溫的國家，水攝入量和失水量比冬季高大約40%[8]。根據(jù)不同地區(qū)氣候條件，其運動訓練量和補液量也有所差異。運動強度、氣候條件、運動外界環(huán)境會影響機體的代謝水平和出汗速率[9- 10]，機體的季節(jié)適應性可影響皮膚溫度和耗氧量[11]，從而影響機體運動后的水合狀態(tài)和恢復速率[12]。由于環(huán)境溫度對液體流失的影響[13]，在不同季節(jié)運動或訓練需要實施有針對性的個性化補液策略，以便更好地改善運動能力，提高恢復效率。本研究比較了不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料的運動后補液效果，探討了季節(jié)適應性對機體水、電解質(zhì)平衡及其調(diào)節(jié)影響的可能機制，以期為優(yōu)化運動人群的個性化運動補液方案提供依據(jù)。

對象和方法

對象2012年6月至2012年7月在北京大學第三醫(yī)院通過廣告招募的受試者15名，平均年齡(24.4±0.5)歲(20～28歲)，平均身高(172.33±7.57)cm(156.7～184.4 cm)，平均體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)(22.86±0.41)kg/m2(22.1～24.7 kg/m2)。納入標準：(1)20～30歲健康男性；(2)有運動習慣，即≥3次/周，≥150 min/周中-高強度運動，至少1年以上；(3)常年居住在北方地區(qū)；(4)無心、肝、腎、血液系統(tǒng)等器質(zhì)性病變或慢性疾病。根據(jù)實驗室生理、代謝研究及相關研究文獻確定樣本量[14- 17]。本研究獲北京大學第三醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準，所有受試者均志愿參加，并在試驗前簽署了知情同意書[倫理編號：IRB00006761- 2011123(2)]。

研究方案采用隨機交叉對照設計，分為飲水組和飲料組，兩次試驗之間洗脫期為8～14 d。冬季試驗時間為12月至2月，夏季試驗時間為6月至7月。夏季和冬季均在相同的實驗室環(huán)境中完成，每名受試者共計完成4次試驗。試驗分為脫水期和復水期：(1)脫水期在高溫[(31.66±0.12)℃]高濕[(55.91±1.38)%]的封閉環(huán)境下，以中等運動強度(60%～70% VO2max)在功率自行車上進行循環(huán)間歇運動(運動20 min，休息10 min)，至脫水2%體質(zhì)量。運動中，每5 min記錄1次心率，并詢問自我感覺疲勞程度，以監(jiān)測運動強度。復水期在恒溫[(22.78±0.07)℃]恒濕[(38.27±0.75)%]的適宜環(huán)境中快速補充100%丟失體質(zhì)量體積的白開水或市售糖電解質(zhì)飲料(寶礦力，天津大冢飲料有限公司)(表1)。具體補充方法為：在運動結束20 min(即恢復期第0分鐘)開始補充相當于丟失體質(zhì)量50%的液體量，恢復期第10分鐘、第20分鐘各補充相當于丟失體質(zhì)量25%的液體量；觀察補液后180 min恢復期內(nèi)機體水合狀態(tài)的恢復狀況。

表1 受試飲料的成分Table 1 The composition of the beverage

檢測指標及方法受試者在運動前和恢復期第0、10、20、30、60、120、180分鐘采集肘前靜脈血，稱量裸質(zhì)量(感量10 g，HW- 100KGL，A&D，Japan)，測量身體成分(生物電阻抗法，MC- 180，TANITA，Japan)并進行感覺情緒問卷調(diào)查。在運動前后和恢復期每小時收集尿液。

EDTA抗凝管收集血液，毛細血管法檢測紅細胞壓積(Hct)，氰化正鐵血紅蛋白法(南京建成生物工程研究所)檢測血紅蛋白(Hb)。促凝管收集血液后2000×g 離心5 min分離血清。血清和尿液的電解質(zhì)(UNa和BNa)、尿和血肌酐(Ucre和Scre)用全自動生化分析儀(AU- 400，Olympus，Japan)檢測，血漿滲透壓(Posm)和尿滲透壓(Uosm)采用冰點低壓法(Model 210，F(xiàn)iske?Micro-Osmometer)檢測。每個樣品均設平行對照。采用視覺模擬評分法(visual analogue scale，VAS)[18]測定口渴感、嘴唇干燥程度：即用1根0～100 mm的直線，兩端代表相應感覺的兩個極限，受試者在直線上標出代表自己感受的相應位置，并通過直尺測量，以mm為單位記錄結果。

計算指標：(1)體液保留率=100×(液體攝入量-累積尿量)/液體攝入量；(2)血漿容量=100×(HbB/HbA)×{[1-(HctA/100)]/[1-(HctB/100)]}-100，其中A：after，B：before[19]；(3)腎小球濾過率(glomerular filtration rate，GFR)以肌酐清除率(Ccre)表示：Ccre=Ucre×V/Scre，其中V=Uvol/T(尿流速)；(4)濾過鈉分數(shù)(fractional excretion of sodium，F(xiàn)ENa)=100×(UNa×Scre)/(BNa×Ucre)。

統(tǒng)計學處理采用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件，Shapiro-Wilk檢驗檢查數(shù)據(jù)的正態(tài)分布，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準誤表示，組間比較采用配對t檢驗；時間變化、飲料(試驗分組)和季節(jié)的影響關系分析采用三因素(試驗×時間×季節(jié))的重復測量方差分析，比較受試者各指標在不同時間點和不同季節(jié)間的差異；不滿足球?qū)ΨQ假設的采用Greenhouse-Geisser 法進行校正；P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

一般情況夏季的周運動量比冬季高429(MET·min)，但差異無統(tǒng)計學意義(t=-0.919，P=0.373)。冬夏兩季的24 h飲水量差異也無統(tǒng)計學意義(t=-0.705，P=0.492)，但冬季24 h尿量明顯大于夏季(t=4.051，P=0.010)，尿比重(t=-2.113，P=0.052)和尿滲透壓(t=-2.371，P=0.032)小于夏季，冬季的嘴唇干燥程度明顯高于夏季(t=5.021，P=0.001)(表2)。

表2 受試者冬夏兩季一般狀況Table 2 General condition of the subjects in winter and

受試者脫水情況夏季試驗的脫水時間較冬季明顯降低20 min(t=3.045，P=0.004)。但冬、夏兩季4次試驗的脫水率和運動強度(最大心率百分比和自感用力程度)差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)(表3)。

表3 受試者冬夏兩季脫水過程一般情況Table 3 Dehydration course of the subjects in winter and

不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對血漿容量變化的影響運動會影響血漿容量發(fā)生動態(tài)變化，血漿容量的變化受時間效應(F=119.159，P<0.001)，時間×試驗交互作用(F=5.705，P<0.001)的影響，其他因素無明顯影響(P均>0.05)。運動后血漿容量顯著下降，并在補液后開始回升，其中飲料組在補液后60 min顯著升高，在120 min達到高峰后開始下降(圖1)。冬夏兩季補液后60 min(冬季兩組相比：F=4.685，P=0.039；夏季兩組相比：F=8.799，P=0.006)和補液后120 min(冬季兩組相比：F=13.525，P=0.001；夏季兩組相比：F=4.984，P=0.034)飲料組的血漿容量變化顯著高于飲水組，但不同季節(jié)之間差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

與冬季飲水組比較，aP<0.05，bP<0.01；與夏季飲水組比較，cP<0.05，dP<0.01aP<0.05，bP<0.01 compared with the winter water group；cP<0.05，dP<0.01 compared with the winter summer group圖1 不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對血漿容量變化的影響Fig 1 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on plasma volume in different seasons

不同季節(jié)糖電解質(zhì)對液體保留率的影響受試者液體保留率受時間效應(F=107.644，P<0.001)的影響，其他因素無明顯影響(P均>0.05)(圖2)。在夏季，補液后120 min，飲料組的液體保留率顯著高出飲水組10.01%(F=5.312，P=0.028)；補液后180 min，飲料組比飲水組高出8.7%(F=4.340，P=0.046)。冬季補液后180 min，飲料組比飲水組高6.9%(F=4.128，P=0.048)。其余各組間各時間點液體保留率差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

與冬季飲水組比較，aP<0.05；與夏季飲水組比較，bP<0.05aP<0.05 compared with the winter water group；bP<0.05 compared with the summer water group圖2 不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對液體保留率的影響Fig 2 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on fluid retention rate in different seasons

不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對血液相關指標的影響血漿滲透壓受時間效應(F=34.402，P<0.001)、時間×試驗的交互作用(F=6.206，P<0.001)、季節(jié)(F=10.268，P=0.003)的影響，其他因素無明顯影響(P均>0.05)。運動脫水后，血漿滲透壓顯著升高。補液后飲水組血漿滲透壓開始下降，而飲料組在補液后60 min開始下降。不同季節(jié)間，在補液后60(F=8.659，P=0.006)、180 min(F=4.610，P=0.041)，夏季飲水組均顯著高于冬季飲水組，其余各時間點差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

血糖受時間效應(F=115.091，P<0.001)、時間×試驗的交互作用(F=135.644，P<0.001)、時間×季節(jié)×試驗的交互作用(F=4.767，P=0.001)、試驗分組(F=95.880，P<0.001)的影響。飲料組在補液后30 min血糖達到高峰，且在補液后10(F冬季=31.605，F(xiàn)夏季=68.108，P均<0.001)、20(F冬季=116.122，F(xiàn)夏季=203.298，P均<0.001)、30(F冬季=165.608，F(xiàn)夏季=288.423，P均<0.001)、60(F冬季=94.652，F(xiàn)夏季=86.672，P均<0.001)、120 min(F冬季=7.574，P=0.010，F(xiàn)夏季=0.257，P=0.616)，飲料組血糖均顯著高于飲水組。不同季節(jié)間，飲料組在補液后10(F=27.432，P<0.001)、20 min(F=8.908，P=0.006)，夏季均顯著高于冬季；而在補液后60(F=4.325，P=0.046)、120 min(F=18.986，P<0.001)，夏季均顯著低于冬季，到補液后180 min，兩季節(jié)間差異無統(tǒng)計學意義(F=2.103，P=0.157)。

血清鈉水平受時間效應(F=74.960，P<0.001)、時間×試驗的交互作用(F=3.822，P=0.004)、季節(jié)效應的影響(F=26.238，P<0.001)，其他因素無明顯影響(P均>0.05)。運動后血清鈉水平顯著上升，并在補液后緩慢下降。夏季補液后60 min，飲料組明顯高于飲水組(F=5.090，P=0.032)；飲料組在補液后10(F=8.855，P=0.006)、20(F=11.360，P=0.002)、30(F=20.521，P<0.001)、60(F=19.626，P<0.001)、120(F=25.579，P<0.00)、180 min(F=15.190，P=0.001)，夏季血清鈉水平均顯著高于冬季；飲水組在補液后60(F=7.088，P=0.012)、120(F=21.047，P<0.001)、180 min(F=14.120，P=0.001)，夏季血鈉水平均顯著高于冬季(表4)。

表4 不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對血液相關指標的影響Table 4 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on blood related indicators in different

不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對尿液相關指標的影響累積尿量受時間效應(F=116.089，P<0.001)和試驗分組(F=4.733，P=0.038)的影響，沒有交互作用的影響(F=3.502，P=0.060)，不受季節(jié)影響(F=0.019，P=0.892)。補液后累積尿量開始增加，以60 min為1個區(qū)間測量，補液后120 min，夏季飲料組累積尿量顯著低于飲水組(F=4.450，P=0.044)，其他各時間點差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

尿滲透壓受時間效應(F=58.246，P<0.001)、時間×試驗交互作用(F=4.477，P=0.006)的影響，其他因素無明顯影響(P均>0.05)。運動后，尿滲透壓顯著升高并在補液后60 min開始下降。其中，飲料組尿滲透壓緩慢下降并在120 min后穩(wěn)定。飲水組在補液120 min降低并低于基線水平，后在180 min時又回升。不同季節(jié)間，在補液后30 min，夏季飲料組顯著高于冬季(F=5.297，P=0.029)，其他各時間點差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

GFR存在季節(jié)差異(F=9.573，P=0.004)，受季節(jié)×試驗的交互作用的影響(F=11.235，P=0.002)，無時間效應(F=1.021，P=0.395)。GFR在補液后呈先下降再回升的趨勢，在不同季節(jié)間，補液后120(F=5.474，P=0.027)、180 min(F=10.186，P=0.003)，夏季飲料組均顯著低于冬季。

FENa受到時間效應(F=66.837，P<0.001)、時間×試驗的交互作用(F=4.210，P=0.09)、時間×季節(jié)×試驗的交互作用(F=2.786，P=0.044)的影響，其他因素無明顯影響(P均>0.05)。運動后FENa顯著下降，在補液后開始回升。在補液后60(F=8.589，P=0.070)、120 min(F=20.237，P<0.001)，冬季飲料組顯著高于飲水組，而夏季兩組間差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。不同季節(jié)間，補液后120(F=4.972，P=0.034)、180 min(F=8.425，P=0.007)，夏季飲料組均顯著高于冬季，其他各時間點差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)(表5)。

表5 不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對腎臟功能相關指標的影響Table 5 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on kidney function related indicators in different

不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對受試者感官的影響夏季運動前口渴感(F=0.835，P=0.410)和嘴唇干燥程度(F=3.911，P=0.010)的評分值明顯低于冬季。4組在運動后口渴感和嘴唇干燥程度均顯著升高(P均<0.001)。補液后30 min，口渴感和嘴唇干燥程度都恢復至脫水前水平，并一直維持至60 min。其中夏季飲料組補液后各時間點口渴感和嘴唇干燥程度變化均優(yōu)于飲水組，但差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。不同季節(jié)間，冬季嘴唇干燥程度和口渴感在補液后升高速度快于夏季，但差異也無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)(表6)。

表6 不同季節(jié)糖電解質(zhì)飲料對感官的影響Table 6 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on thirst and dryness in different

討 論

體液平衡對運動表現(xiàn)、運動耐力和運動強度都有顯著影響[20]。長時間的耐力運動后，補充運動飲料有助于運動后恢復和運動成績提高[21]。本研究分別于冬夏兩季在相同高溫高濕的微小環(huán)境下運動誘導脫水2%，并在適宜恒溫環(huán)境中補充100%體質(zhì)量丟失的糖電解質(zhì)飲料或白開水，觀察體液恢復狀況。結果發(fā)現(xiàn)，夏季脫水時間較冬季顯著降低20 min，夏季更容易導致運動脫水。補液后，在恢復期120 min末，僅夏季飲料組的液體保留率顯著高于飲水組；在恢復期180 min末，飲料組的液體保留率在冬夏兩季均顯著高于飲水組，但無季節(jié)性差異。補充糖電解質(zhì)飲料可以在補液后60 min提高血漿容量，但發(fā)現(xiàn)在補液后的前120 min內(nèi)，冬季血漿容量恢復比夏季快，而其體液保留率略低于夏季，到180 min時兩季節(jié)間的體液恢復基本一致。這表明糖電解質(zhì)飲料補充在恢復期180 min末的補液效果基本一致，但對于短期恢復，夏季補充糖電解質(zhì)飲料有快速復水的優(yōu)勢，這可能與其體液恢復的機制不同有關。

環(huán)境溫度對人體體液的調(diào)節(jié)具有顯著影響，運動人體對環(huán)境和訓練有一定的適應性。本研究中冬季試驗日外環(huán)境為溫度(-4.1±1.8)℃、濕度(56.3±13.8)%，夏季為溫度(25.6±1.9)℃、濕度(73.1±15.0)%。所處地區(qū)為北方，夏季較潮濕，冬季較干燥，招募受試者均常年居住在北方。冬季受試者的24 h尿比重和尿滲透壓均顯著低于夏季，通過尿液指標判斷受試者的水合狀態(tài)冬季優(yōu)于夏季。Chlíbková等[22]研究也發(fā)現(xiàn)，冬季跑步者在運動后的水合狀態(tài)相對穩(wěn)定。但冬季的24 h尿量顯著高于夏季，這主要是由于夏季溫度高且運動量大，體溫升高引起皮膚血流量增加，汗液蒸發(fā)成為主要的散熱途徑。本研究中受試者在冬夏兩季的最大攝氧量、最大心率和體質(zhì)量沒有差異，但在相同微小環(huán)境下冬季的脫水時間增加，這主要是由于夏季機體熱適應后更容易出汗以保證體溫維持在正常范圍內(nèi)。故為防止在低水合狀態(tài)下進行運動，特別是在夏季，訓練或比賽前的補液策略同樣重要[23]。

本研究結果發(fā)現(xiàn)，冬夏兩季在補充糖電解質(zhì)飲料后，在180 min恢復期末的液體保留率分別為(74.9±4.7)%和(74.8±3.6)%。與已有研究一致[14，24]。糖電解質(zhì)飲料促進運動后體液恢復，主要是通過添加糖以提高滲透壓，增加能量密度來延緩胃排空速率，從而延緩腸道的吸收[15]，并通過增加鈉攝取來促進腎對水的重吸收而增加機體的保水性[6]。本研究中，補充糖電解質(zhì)飲料后，夏季的血糖變化速度更快。冬夏兩季均在補液后30 min達到高峰，而夏季峰值顯著高于冬季，但在峰值過后夏季的下降速率快，在180 min末低于冬季血糖水平。冬季血糖峰值低于夏季也可能與冬季運動脫水時間長、消耗的碳水化合物較多，需要更多碳水化合物補充合成糖原有關。通過深度縱向組學發(fā)現(xiàn)季節(jié)對空腹血糖有顯著影響[25]，熱適應會增加機體對碳水化合物的代謝[26]。夏天血糖在峰值后迅速下降可能與夏季的胰島素水平高于冬季有關[27]。此外本研究還發(fā)現(xiàn)，血鈉水平存在顯著的季節(jié)性差異，無論飲水組還是飲料組，從補液后60 min，夏季血鈉水平均顯著高于冬季。補充糖電解質(zhì)飲料后，夏季的FENa在補液后120 min開始顯著高于冬季，GFR顯著低于冬季。這說明夏季對機體鈉的調(diào)節(jié)同樣靈敏，但在補液120 min后，夏季機體對鈉的排泄速度較冬季快，體液保留效率開始下降。這可能是夏季常處于體液丟失與補充的動態(tài)過程，且與醛固酮分泌節(jié)律、腎臟功能生物節(jié)律有關[28- 29]。由此可見，夏季或炎熱環(huán)境下運動后應該增加恢復后期(120 min以后)的補液頻率和補液量，如在恢復期120 min后增加補液，或在運動后的正餐中提高水分的攝入，以抵消熱應激造成的糖和電解質(zhì)缺失。

值得注意的是，冬季飲水組血漿滲透壓在補液后60 min顯著低于基線值5.1 mOsm/kg，180 min仍低于基線值2.8 mOsm/kg，始終未恢復至脫水前水平，血漿滲透壓的降低導致抗利尿激素釋放減少，使遠曲小管和集合管重吸收水分減少，排尿量增多，不利于體液恢復。而夏季飲水組的血漿滲透壓恢復到基線水平。這說明機體對血漿滲透壓的調(diào)節(jié)功能夏季優(yōu)于冬季，冬季不利于血漿滲透壓的恢復。而飲料組未發(fā)現(xiàn)季節(jié)差異，說明糖電解質(zhì)飲料的高滲性可以迅速升高血漿滲透壓并在一定時間內(nèi)維持其在較高水平，且這種效應大于季節(jié)性變化對機體滲透壓的調(diào)節(jié)作用。本研究通過視覺模擬評分對受試者的主觀感受進行測量，結果顯示，受試者的冬季嘴唇干燥程度顯著高于夏季，且在運動補液后，冬季嘴唇干燥程度和口渴感增加的速度都較夏季快。北方地區(qū)冬季環(huán)境干燥，冬春季皮膚更容易失水[30]，人體皮膚的敏感性也更強[31]。人體的主觀感受會影響自主飲水量[32]。故在冬季或寒冷環(huán)境下運動后，補充100%體質(zhì)量丟失的液體不能滿足運動后的快速恢復，增加補液量至體質(zhì)量丟失的120%～150%可能更有利于優(yōu)化運動后的補液速率，并抵消體表水分丟失帶來的主觀不適。

本研究的不足在于，作為對運動人體季節(jié)性適應的初探試驗，本研究主要受試者為北方居住人群。對于不同地區(qū)居住、不同氣候條件、不同年齡段的運動人群有待進一步擴大樣本量進行研究。

綜上，本研究結果發(fā)現(xiàn)，季節(jié)適應主要對機體的水合狀況及其調(diào)節(jié)因素存在影響。冬夏兩季糖電解質(zhì)飲料的補液效果基本一致，但夏季體溫升高快，代謝速度快，機體對血糖和電解質(zhì)的調(diào)節(jié)較冬季迅速靈敏，在補充糖電解質(zhì)飲料后120 min即達到快速復水高峰，隨后有下降趨勢，存在保留效率下降的風險。冬季人體的主觀感受差，脫水速度慢，水合狀態(tài)相對穩(wěn)定；補水后的血漿滲透壓顯著下降且恢復速度慢，不利于初期的快速恢復，但其在120 min后的液體保留效率趨于穩(wěn)定。運動后的營養(yǎng)補充時間安排、補充內(nèi)容和補充量是最佳訓練計劃的重要影響因素，故基于此，結合不同季節(jié)的運動訓練和比賽，可以精準運動后不同恢復時期的補液方案：夏季運動后少量多次可能更有利于促進恢復并維持較高體液保留效率；冬季應更多注重運動前的機體水合狀態(tài)，且更有必要在運動后增加糖電解質(zhì)飲料補充量并添加其他有利于體液恢復的營養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)類物質(zhì)。為了提高恢復速度并最大化訓練適應性，對于體液恢復機制的探討有必要進一步增加運動后恢復期的觀察時間，更全面的探索恢復期的機體特征。