运动中补充不同饮料对女子马拉松运动员运动成绩和生理机能影响

桂曌环孙风华姒刚彦陈亚军

1中山大学公共卫生学院妇幼卫生系（广州510080）2香港教育大学体育健康系

运动中补充不同饮料对女子马拉松运动员运动成绩和生理机能影响

桂曌环1，2孙风华2姒刚彦2陈亚军1

1中山大学公共卫生学院妇幼卫生系（广州510080）2香港教育大学体育健康系

目的：比较21 km运动中补充碳水化合物-电解质-蛋白质饮料（Carbohydrate-electrolyte-pro⁃tein solution，CEPS）、碳水化合物-电解质饮料（Carbohydrate-electrolyte solution，CES）和不含碳水化合物与蛋白质的饮料（Placebo，PLA）对女性马拉松运动员运动成绩的影响。方法：研究对象为12名女性马拉松运动员，年龄33.4±2.1岁，BMI 21.10±0.6 kg/m2，最大摄氧量（VO2max）48.5±1.9 mL/kg/min。选取CEPS（4%碳水化合物+2%蛋白质）和CES（6%碳水化合物）作为实验组饮料，两组饮料总能量匹配；并选取无碳水化合物和蛋白质的PLA作为对照组饮料。采用随机交叉实验设计完成3次21 km测试，每次测试间隔不少于28天。每次测试中，首5 km，受试者以其70%VO2max的速度跑步，其后的16 km，运动员可自由调节速度以最短时间完成。每次运动过程中，每2.5 km给予受试者150 mL指定的饮料（CEPS、CES或PLA）。每5 km采集血液和气体样本，记录主观测量指标和运动成绩，并监测心率和体核温度。结果：与PLA相比，运动员摄入CES后跑步时间显著缩短（97.8±1.6 min vs.102.4±2.4 min，P＜0.05），但CEPS组运动成绩（100.7±2.9 min）与其他两组饮料相比差异均无统计学意义（P＞0.05）。CES组血糖高于PLA组（P＜0.05）。CEPS组呼吸交换率高于PLA组（P＜0.05）。三组间体核温度、乳酸、心率、碳水化合物和脂肪氧化速度、碳水化合物和脂肪氧化总量差异无统计学意义（P＞0.05）。主观测量指标包括主观疲劳感评分，腹部舒适度评分和口渴评分在三组饮料间差异无统计学意义（P＞0.05）。结论：与不含能量物质的对照组相比，运动中补充6%的含碳水化合物饮料，可以提高女子马拉松运动员的运动成绩，而未发现摄入4%碳水化合物+2%蛋白质饮料在耐力运动中的积极作用。

耐力运动；碳水化合物；蛋白质；运动成绩；生理机能

糖是人体最直接、最经济的能量来源。由于体内的糖储备有限，当进行长时间耐力运动而未得到糖补充时，会造成骨骼肌糖原大量消耗和血糖水平的下降，从而限制运动员的运动能力。研究显示，运动中补充碳水化合物-电解质饮料（carbohydrate–electrolyte so⁃lution，CES）可以提高耐力运动成绩[1，2]，其潜在机制可能是维持运动中正常血糖水平和较高的碳水化合物氧化速度[3，4]。

近年来有研究发现，在CES饮料中添加少量的蛋白质，即碳水化合物-电解质-蛋白质饮料（carbohydrate–electrolyte–protein solution，CEPS），可以进一步提高运动耐力[5-7]。这可能与蛋白质的补充可以增加氨基酸的生物利用率、提高胰岛素和降低皮质醇水平有关，这些代谢和激素水平的变化可以维持肌糖原贮存水平[8]，减少糖原利用，防止蛋白质分解[9]。“澳大利亚马拉松运动指南”提出，蛋白质如低脂牛奶可以有效地修复受损肌肉，被认为是良好的补液饮料[10]。国际运动营养协会也认为以4︰1的比例摄入碳水化合物和蛋白质，可以提高运动饮料的水合作用[11]。

补充CEPS与运动成绩的关系已有不少研究报道，但结果仍不一致，并且研究大都基于男性运动员，对女性运动员的报道较少，而男女运动员在物质代谢上存在差异[12]，所以研究结论并不完全适用于女性运动员。因此本研究旨在分析比较在21 km运动中补充CEPS、CES与不含碳水化合物和蛋白质的对照饮品（Placebo，PLA）对女性马拉松运动员运动耐力的影响。

1 研究对象与方法

1.1 原料来源和配置

从“可口可乐”公司产品名单中选取了两种含糖量不同的运动饮料：零系水动乐（Aquarius zero）和水动乐（Aquarius）。Aquarius zero不含碳水化合物与蛋白质，Aquarius含有4%的碳水化合物但不含蛋白质，两种饮料含有相同的电解质成分，如，钠、钾、镁、钙等电解质。Aquarius zero作为阴性对照组PLA，Aquarius中分别添加碳水化合物和蛋白质作为实验组。按照等能量的原则，配制成6%碳水化合物的CES以及4%碳水化合物+2%蛋白质的CEPS，CES与CEPS的总能量相同。三种饮料分别为CEPS、CES、PLA，饮料均为水果口味，配置后的口感差异性尽量减少到最低限度。

1.2 研究对象

受试者为12名香港女子马拉松运动员，年龄33.4±2.1岁，BMI 21.10±0.6 kg/m2，最大摄氧量（VO2max）为48.5±1.9 mL/kg/min。既往健康，无糖尿病、冠心病、高血压等代谢疾病、心血管疾病病史及家族史，无肌肉关节损伤。运动员均有1年以上的训练史，参加过至少一次马拉松比赛，经过对受试者的询问核实，受试者平时专项训练时长超过6 h/周，能按实验要求完成运动测试。

1.3 研究方法

1.3.1 最大摄氧量测定

采用递增负荷运动方式在跑台（德国h/p/cosmos para graphics COS10198）上测定最大摄氧量。方法：受试者以6 km/h的速度进行2 min的热身运动，跑台起始坡度为3%，每分钟高度递增2%，保持10 km/h跑步速度不变。当受试者乳酸水平达到8.0 mmol/L、呼吸交换率达到1.10、心率达到（220－年龄）次/分，或主观疲劳感评分（rating of perceived exertion，RPE）达到19，当4种情况中任意2种情况出现，同时在当前运动负荷下不能维持跑步速度，此时间点摄氧量即为受试者的最大摄氧量[13]。通过趋势线确定摄氧量与运动速度的曲线方程，确定70%VO2max对应的运动速度，并用于正式实验中。

1.3.2 实验前准备

运动员于第一阶段实验前48 h开始记录每日膳食内容，第二、第三实验阶段前48 h均采用相同的食物；每个实验日前48 h中避免进食含酒精、咖啡因、尼古丁的食物，避免剧烈运动。实验前2 h摄入500 mL的水，以保证实验前良好的水合状态。三次实验均在一天的同一时间段和相同的生理周期内进行。每两次实验之间至少间隔28天。

本研究中以网络健康护理方式对观察组患者进行干预,患者入院后不仅常规24h接听患者电话,做好指导与宣教;同时注重通过定时的电话随访、短信提醒、微信指导、知识讲座等方式来及时了解患者情况,在为患者解疑答惑的同时为患者进行健康宣教与指导此外,通过微信指导健康知识讲座视频的上传与分享,可为患者及时与医护人员联系提供方便,并便于患者随时观看专家指导;以便患者积极主动的配合、坚持各项干预,养成正确的行为习惯,从而不断改善自我效应及自我管理能力。

1.3.3 正式运动

受试者以60%VO2max对应的速度进行5 min热身运动，随后第一个5 km按照70%VO2max下对应速度进行测试，剩下的16 km受试者可随意调节速度。每次运动过程中，每2.5 km（0、2.5、5、7.5、10、12.5、15、17.5 km）给予运动员150 mL已配制好的饮料（三次实验依次分别提供CEPS、CES、PLA）。每5 km记录主观测量指标包括RPE评分[14]、口渴量表（Perceived thirst， PT）评分、腹部舒适度量表（Abdominal discomfort，AD）评分。使用运动心肺功能系统（Cortex MetalyzerⅡ-R，German）每5 km进行5 min气体采集和分析，包括每分钟耗氧量（VO2）、二氧化碳呼出量（VCO2）以及呼吸交换率（RER）。并通过VO2和VCO2指标利用公式计算碳水化合物和脂肪氧化速度[15]。最后碳水化合物总量=碳水化合物氧化速度×跑步时间，脂肪氧化总量=脂肪氧化速度×跑步时间。每5 km采集一次指尖血，测量血糖与乳酸。服用体核温度感应器小药丸（Cor⁃Temp TM Ingestible Core Body Temperature Sensor），每5 km测量一次体核温度。运动员佩戴心率检测器（PolarTeam System，Polar Electroy，Finland）于临近心脏的位置每5 km实时监测心率。用秒表记录运动员21 km运动成绩。本研究的实验方案见图1。

图1 本研究实验设计示意图

1.4 统计学处理

采用SPSS 21.0软件进行统计分析。所有数据用平均值±标准误表示。三组饮料的比较采用重复测量设计方差分析（Repeated ANOVA）。所有检验显著性标准均设置为0.05，双侧检验。

2 结果

2.1 1166 k k m m跑运动成绩

三次实验中第一个5 km均采用的是70%VO2max的速度，为固定运动速度，所以计算剩下的16 km作为本实验的运动成绩。运动员在CEPS、CES、PLA三组中的运动成绩分别为100.7±2.9 min、97.8±1.6 min和102.4±2.4 min。与PLA相比，运动员摄入CES后，运动成绩提高约4.5%（P＜0.05），但CEPS与其他两组相比运动成绩差异没有统计学意义（P＞0.05）。

从表1可以看出，运动员在21 km运动中的体核温度、乳酸、心率、碳水化合物和脂肪氧化速度、碳水化合物和脂肪氧化总量三组间总体差异没有统计学意义（P＞0.05）。运动过程中CES组血糖水平高于PLA组（P＜0.05）。CEPS组呼吸交换率高于PLA组（P＜0.05）。

表1 21 km运动中补充CEPS、CES和PLA对部分生理指标的影响

2.3 主观测量指标

从表2得知，RPE在三组间差异没有统计学意义（CEPS vs.CES vs.PLA：10.4±0.6 vs.10.1±0.7 vs.10.4±0.5；P＞0.05）。PT在CEPS、CES和PLA组间差异均无统计学意义（CEPS vs.CES vs.PLA：1.7 ±0.4 vs.1.5±0.3 vs.1.8±0.4；P＞0.05）。同样，摄入CEPS、CES、PLA后，对AD的影响差异也未见统计学意义（CEPS vs.CES vs.PLA：1.3±0.3 vs.1.0± 0.3 vs.1.1±0.3；P＞0.05）。

表2 21 km运动中补充CEPS、CES和PLA对主观测量指标的影响（分）

3 讨论

本研究分析比较在21 km跑步中补充CEPS、CES和PLA三组饮料对女子马拉松运动员运动成绩的影响，结果显示，与PLA相比，运动中补充CES可以提高运动耐力；但CEPS与CES和PLA相比，对运动成绩影响差异没有统计学意义。

碳水化合物具有易消化吸收、易运输、易被动员的特征，是人类生理活动主要的能量代谢物质。关于CES对运动成绩的积极影响已得到研究证实[1，2]。研究认为摄入CES后，在长时间耐力运动中可以减少肌糖原利用，维持正常血糖水平和较高的碳水化合物氧化速度[3，4]。本次研究也观察到，运动员补充CES后，在21 km运动中血糖水平明显高于PLA组。另外，虽然两组在碳水化合物和脂肪氧化总量影响上没有差别，但CES组的碳水化合物氧化速度略高于PLA组，脂肪氧化速度略低于PLA组。在糖分能够持续供应的运动中，碳水化合物氧化速度越快，表明机体吸收利用碳水化合物的程度越高，从而能够充分满足机体此刻的能量需求，维持良好的运动状态[16]，这也部分解释了CES可以提高运动成绩。

本研究并未发现摄入CEPS后，运动员的运动成绩优于CES组。这与其他研究结论相反。Ivy和Saunders等人发现摄入CEPS后与CES相比可以进一步提高运动成绩[5-7]，结果差异的原因可能是实验方法的不一致。Ivy和Saunders等人的研究中采用的是运动直至力竭（time to exhaustion，TTE）的运动方案。TTE一直是研究者们讨论的话题，它并非是评价运动能力的敏感指标，因为TTE运动方案具有较高的变异系数（5.2%～55.9%）[17]；且TTE要求运动员在长时间运动中维持固定的运动速度，与运动员日常训练比赛采用的方案不一样，在可重复性和实际应用性上有缺陷。此外，上述研究中，CEPS与CES总能量并未得到匹配，CEPS能量高出CES多达25%，这就表明CEPS增进机能可能是由于增多的卡路里而并非蛋白质的作用。本研究采用计时赛（Time trial，TT）运动方案，TT是只要求运动员在尽量短的时间内完成一段固定的距离，以此来评定其运动能力。TT变异系数较小（1%～5%）[17]，与运动员日常训练方式一致，结果的可重复性和实际应用较好，较为稳定。此外本实验匹配了CEPS和CES的总能量，平衡了能量不同造成运动结果的差异。另有两篇研究采用TT运动方案[18，19]，但未发现CEPS进一步提高运动成绩。Romano-Ely等[20]的实验中匹配了CEPS与CES的总能量，也并未发现两组间的TTE存在差异。这表明，当匹配CEPS和CES总能量后，采用TT运动方案，CEPS未必能进一步提高运动成绩。

Jeukendrup等人[21]提出当摄取碳水化合物量在60～70 g/h范围时，将达到人体最佳运输和消化吸收碳水化合物的值，并发挥碳水化合物的最佳作用。而本研究中，运动员在CEPS实验组每小时摄入碳水化合物量仅有24 g，明显低于最佳摄入值。这也可能是未能发现CEPS组运动成绩优于PLA组的原因。同时，本次实验招募的运动员为业余马拉松运动员。而业余运动员与专业运动员相比，因较少接触高强度训练和比赛，在高强度耐力运动中，成绩的稳定性较差[22]，因而对摄入饮料的反应敏感性较差，这可能是未发现CEPS提高耐力运动的原因之一。

4 结论

与不含能量物质的对照组相比，运动中补充6%的碳水化合物饮料，可以提高女子马拉松运动员的运动成绩，而未发现摄入4%碳水化合物+2%蛋白质饮料在耐力运动中的积极作用。

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Effectsof Different BeveragesConsumption on 21 km Running Performance and Physiological Functions in Female RecreationalM arathon Runners

GuiZhaohuan1，2，Sun Fenghua2，SiGangyan2，Chen Yajun1
1DepartmentofMaternaland Child Health，SchoolofPublic Health，Sun Yat-Sen University，Guangzhou 510080，China 2DepartmentofHealth and Physical Education，The Education University ofHong Kong

Chen Yajun，Email：chenyj68@mail.sysu.edu.cn

ObjectiveTo compare the effect of a carbohydrate–electrolyte–protein solution（CEPS，2%protein plus 4%carbohydrate），carbohydrate–electrolyte solution（CES，6%carbohydrate），and non⁃caloric sweetened placebo（PLA）on 21 km running performance of female recreational marathon run⁃ners.MethodsIn a randomized cross-over design，12 female recreational marathon runners（age：33.4 ±2.1 years，body mass index：21.10±0.6 kg/m2，and maximal oxygen consumption：48.5±1.9 mL/kg/ min）performed a 21 km time trial（TT）run on three occasions separated by at least 28 days.During the first 5 km，participants ran on the treadmill with 70%VO2max.Thereafter，the participants ran atwhatever speed they wished for the remaining 16 km of the performance run.In each main trial，partici⁃pants ingested the CEPS，CES，or PLA at a rate of 150 mL every 2.5 km.The blood samples，gas sam⁃ples，heart rate，core temperature，and subjective measures were conducted every 5 km throughout the ex⁃ercise.ResultsTime of TT run completion was slightly shorter（P＜0.05）in the CES trial（97.8± 1.6 min）than in the PLA trial（102.4±2.4 min），with no significant differences between the CEPS tri⁃al（100.7±2.9 min）and the other two trials（P＞0.05）.There were no differences in core temperature，blood lactate，heart rate，CHO oxidation rate，fat oxidation rate，CHO oxidation amount，and fat oxidation amount among the different trials（all P＞0.05）.The average blood glucose was higher in CES trial than PLA trial（P＜0.05）.The average respiratory exchange rate was higher in CEPS trial than PLA tri⁃al（P＜0.05）.Conclusion Compared with ingesting the PLA，ingesting the 6%CES improves the 21 km TT run performance in recreational female runners.However，no additional benefit of CEPS was ob⁃served on endurance performance.

endurance performance，carbohydrate，protein，performance，physiological function

2016.10.17

Dean’s Research Fund（FLASS/DRF/ECR-2）

陈亚军，Email：chenyj68@mail.sysu.edu.cn