3种运动饮料对小白鼠补水能力的比较

阿不里米提·哈斯木---- --

(新疆交通职业技术学院汽车工程学院，新疆 乌鲁木齐 831401)

运动(尤其是长时间的运动)过程中摄入运动饮料会增加耐疲劳时间[1-2]，减少完成预定任务所需的时间，或者增加在固定时间内的工作量[3]，这些因素共同作用，表现为整体运动性能的提高。长时间运动，人体糖原储备的耗尽和脱水会导致疲劳[4]。其中脱水状态可能与有氧能力受损、血浆体积减少和核心温度升高等[5]有关。研究[6-8]表明，当脱水程度降至人体水分的2%时，运动性能受到不利影响，心血管压力增加。因此，需要保持人体摄入适量的水分以保证正常的生理机能。

人体水分吸收速率的影响因素主要有胃排空率(GER)和肠道吸收(IA)[9-10]，而胃抽吸术是测量评估GER的最常用技术，肠灌注则通常用于确定IA[9,11]。胃抽吸时，假设IA不受其速率限制，其测量(通过肠灌注)则依赖于将测试溶液不断地输送到测试部位，因此假定溶液不断从胃中流出，但肠道灌注仅能研究一小部分肠道，且未考虑内源性分泌物(如胰腺的内源性分泌物)[12-13]的影响。当人体作为独立的工作系统时，评估自由生活条件下溶液的补水能力需同时评估GER和IA。

通常，溶液中水吸收量的确定方法主要为同位素示踪剂法[14]。其具体原理为：以氘化氢(2H2O)形式的同位素为示踪剂[15]，将氘摄入测试溶液后，氢与氘原子发生混合，部分水将被“标记”，富集底物在体液中的动力学表征测试溶液的吸收速率[4,16]。该方法不能确定绝对的净液体摄入量，但可在细胞水平上测量液体的吸收率，还可同时对GER和IA进行评估[15,17-18]；并且氘标记同位素示踪剂可服用。试验拟首先收集受试对象数据，通过吸水动力学数学模型，使用Anova方法比较所研究饮料的参数：最大吸水率、完成吸水的时间以及在任何给定时间内的吸水率。在休息和运动条件下使用氘稀释技术，研究3种市售运动饮料和水的补水能力，旨在为运动员、军事人员和从事户外高强度工作人员的安全工作和体能表现提供合理化建议。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小白鼠：健康成年小白鼠(8～10周龄，体重280～300 g)，上海西普尔动物实验有限公司；

运动饮料1：百事可乐，市售；

运动饮料2：魔爪维生素饮料，市售；

运动饮料3：Energizer运动功能饮料，市售；

数字秤： Propert 1700型，0.001 g，澳大利亚Propert Pty Ltd公司；

测距仪：0.01 mm，英国Holtain公司；

心率监测器： FIN90440型，芬兰Polar Electro公司；

试管：5 mL，OZY-YT-2型，上海拜陌生生物分析有限公司；

同位素比质谱仪：AT-M2018T型，英国Hydra公司。

1.2 试验方法

受试对象每次测试前24 h内保持相同饮食，到达实验室前禁食4 h，共测试4周。随机将受试对象分为休息组或运动组，各组又随机分为碳水化合物运动饮料摄入组和饮用水摄入组。摄入饮料前，提取受试对象唾液样品5 mL以确定基础水平，再分别饮用300 mL测试溶液(6 ℃)、99%2H2O以及明胶胶囊，以达到0.05 g/kg体重的剂量[18]，并于摄入后的第2，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60 min提取唾液样品2.5 mL。

运动组：测试前，所有受试对象安装心率监测器，以相同的坡度及速度在跑步机上运动，以尽快时间达到最大心率的55%(通常需3～5 min)，随后服用氘示踪剂及饮料，继续保持运动状态，心率保持在最大心率的55%，于摄入后的第2，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60 min再次收集唾液样品2.5 mL。试验中允许受试对象咀嚼石蜡胶以增强唾液分泌[14]。

1.3 唾液样品中氘的富集

通过同位素比质谱法测定，并构建数学模型[19]，并计算吸收率达最大值的时间(t1)、吸收率为0的时间(t2)、最大吸收率的50%的时间(t1/2)以及示踪剂最大吸收率和饮料最大吸收量。

1.4 数据处理

使用Origin软件的Anova方差进行分析。

2 结果与分析

2.1 休息组饮料吸收情况

由表1可知，饮用水吸收率达最大值的时间(t1)大于3种运动饮料的，但各组吸收率为0的时间(t2)无明显差异；运动饮料2的最大吸收量小于饮用水的；饮用水达最大吸收率50%的时间(t1/2)明显大于运动饮料1和运动饮料3的。

表1 休息组饮料平均吸收参数†Table 1 Average absorption parameters of beverage in rest group

† 字母不同表示与饮用水比较差异显著(P<0.05)。

由图1可知，饮用水和运动饮料的吸收存在显著差异，饮用水的吸收率达最大值的时间(t1)显著大于运动饮料1和运动饮料3的；饮用水达最大吸收率时的吸收量显著高于运动饮料2的，其吸收率分别比运动饮料1、运动饮料3及运动饮料2高7%，16%，22%。综上，饮用水需要更长的时间才能达到最大吸收率，但与运动饮料相比，其最大吸收量更多，且所有液体的吸收时间近似相同。

2.2 运动组饮料吸收情况

由图2可知，饮用水吸收率达最大值的时间(t1)明显大于运动饮料的。

由表1、2可知，运动过程中溶液的吸收时间(t2)大于休息组的，但其示踪剂的最大吸收率低于休息组的。休息组和运动组的吸收率达最大值的时间(t1)相似，但运动组的最大吸收量低于休息组的，且运动组达最大吸收率50%的时间(t1/2)大于休息组的。从第1～4周，由于对环境和运动状态的不熟悉，可能引起受试小白鼠的焦虑情绪[20]，进而降低运动机能，影响心率。故受试对象适应度的差异可能会影响结论的准确性和可信度[4]。

试验所选运动饮料的碳水化合物含量和类型，钠、钾和镁含量有所不同[21-22]，制造商将其添加至饮料中，以期进行能量供应和提高补水速率。由图2可知，运动饮料的最大吸收速度更快，说明其补水速度更快，但其达最大吸收率50%的时间(t1/2)与饮用水的无显著差异。

图1 休息组的饮料吸收情况Figure 1 Amount of drinks absorbed by rest group

表 2 运动组饮料平均吸收参数†Table 2 Average absorption parameters of sports drinks in exercise group

† 字母不同表示与饮用水比较差异显著(P<0.05)。

图2 运动组的饮料吸收情况Figure 2 Amount of drinks absorbed by exercise group

2.3 补水能力

3种运动饮料的碳水化合物含量为5%～12%。当摄入含6%～8%碳水化合物的溶液后，受试小白鼠的GER几乎无变化；而碳水化合物含量为8%～10%的溶液与排空存在反比关系，GER随饮料中碳水化合物浓度的增加而降低。溶液中碳水化合物含量是影响吸水率的决定因素，等渗碳水化合物溶液中吸收的液体为纯水中吸收的6～10倍，运动饮料的营养物质在肠黏膜上的主动运输会形成渗透作用直至黏膜两侧的重量摩尔渗透压浓度相同。

试验表明，加入碳水化合物并不能改善水分的吸收，运动饮料中所含碳水化合物的浓度对胃排空和肠道吸收无影响，与杨洁等[23]的结论相反，可能是肠道灌注方法的局限性，该技术无法评估整个肠道以及内源性分泌物(如来自胰腺的分泌物)的影响。

尽管有证据[5]表明运动饮料可以通过增加碳水化合物的利用率来改善运动性能，但运动饮料在休息或运动期间都不会提高水的吸收率。运动饮料在休息期后再进行运动的情况下可能会提高水的吸收率，其达到最大吸收率的时间比饮用水的更快。

3 结论

使用以氘化氢(2H2O)形式的同位素示踪剂，比较研究了休息和运动条件下3种运动饮料和饮用水的补水能力。结果表明，休息状态下，3种饮料的吸收率达最大值的时间、达最大吸收率50%的时间和最大吸收量存在显著差异，但其吸收率为0的时间无显著性差异；运动状态下，饮用水和运动饮料的吸收率达最大值的时间存在显著差异。综上，运动饮料比普通饮用水能提供更多的能量，运动过程中其最大吸收速度更快，但是，加入碳水化合物的运动饮料并不能改善水分的吸收。