运动饮料促进运动后体液恢复的应用研究进展

吴一凡，玉应香，郭成成，常翠青

北京大学第三医院运动医学研究所，北京 100191

合理营养有助于运动员和运动健身人群完成科学训练，提高运动成绩，促进运动后恢复。运动员水合状态是其重要的健康指标之一，保持良好的水合状态对于在集训期和比赛期的运动员十分重要。水分缺乏会影响其运动成绩，甚至威胁健康，故要在运动前、中、后补液，减少体液丢失和保证体液快速恢复。运动饮料作为强有力的运动营养补充剂，广泛应用于运动员和运动爱好者。运动饮料一般含有6%～9%的碳水化合物，适量的钠、钾、镁等电解质[1]，并有不同的口味以改善饮料的适口性，增加饮用量。目前，在运动饮料的研发中，除了添加不同类型和浓度的碳水化合物和电解质，也通过添加其他营养素以改善其功能[2]。如添加不饱和脂肪酸防止运动引起的氧化损伤[3- 4]；添加高质量蛋白质或氨基酸提高肌肉蛋白质合成速率[5]，提高运动表现[6]，加快身体恢复[7]；此外，一些功能性饮料还会添加胶原蛋白、维生素、矿物质、抗氧化剂、植物提取物、益生元等物质[8]，以期在皮肤、心脏健康、免疫功能和肠道健康等中的作用，从而满足运动人群的不同需求。运动饮料在促进运动后恢复方面的作用一直是研究热点之一。运动后恢复是一个多方面的过程，运动后恢复性的营养措施主要为恢复上一场运动造成的体内营养物质损失，以恢复运动能力，并平衡身体的营养储备以提高对运动的适应性，所以运动后的营养补充至关重要[9]。而补液是其中优化运动员运动表现和保证运动后安全方面的关键环节[10]。本文将对运动饮料促进运动后体液恢复的作用及其机制进行综述。

水合状态对运动人体的重要性

人体内的水分保持动态平衡的状态。当机体摄入水过少，或者丢失水过多时，机体将处于脱水状态。在高强度运动下，饮水可以提高循环耐力运动的表现[11]。但运动员往往缺乏饮水的认知，在运动中常常出现汗液流失过多的状况，导致运动员在脱水的状态下完成比赛或训练。轻度脱水状态(水分丢失达体重的2%)即可对机体的生理功能和运动能力产生不良影响，如骨骼肌糖原消耗增加[12]，损害肌肉力量和耐力。同时，大量运动还会导致一定量的钠、钾和其他微量元素丢失。在运动期间或之后24 h内易发生运动性低钠血症[13]。在长距离运动中单纯摄入纯水或摄入水过多也会使体液中的钠稀释，引发低钠血症，从而导致恶心、力竭和意识丧失等症状[14]。低水合状态还会影响机体的精细运动、反应时间和认知功能[15- 16]。因此，如果机体以低水合或脱水状态完成运动，需要在运动后及时补液。

运动饮料的补液机制

快速为机体提供足够水分和补充足够能量是运动饮料的两个特征[17]。饮料成分是影响液体摄入、胃排空、小肠吸收、液体分布和液体保留的重要因素[18]。饮料的味道、状态(是否含有气体如碳酸饮料)和温度也会影响运动员的饮用量[19]。

钠是细胞外液中的主要阳离子，对血浆渗透压的影响很大。它也是汗液中最丰富的电解质，体液丢失主要来自细胞外液。Maughan等[20]在早期研究中证明，钠浓度与液体保留率直接相关，尿量与所摄入的液体的钠含量成反比；钠摄入引起的血清钠浓度和渗透压浓度的升高会刺激肾水重吸收。钾是细胞内液中的主要阳离子，在汗液中流失相对较少。研究表明单纯的含钾饮料的液体保留性并不显著[21]，故在运动后更多关注钠的补充。通过摄入含钠的饮料或零食可以刺激口渴感觉和保留水分，从而有助于迅速而完全地恢复体液[22]。

碳水化合物是主要的能量物质，除此之外还可以刺激小肠对水分的吸收。其主要途径为糖与钠联合转运的同时，携带水分子通过小肠上皮细胞进入血液。而碳水化合物的类型和剂量都会影响静止或运动过程中机体对饮料的吸收率。不同碳水化合物类型的转运机制不同：葡萄糖、麦芽糖或一些低聚糖的转运体为钠葡萄糖协同转运蛋白1[23]；果糖则利用葡萄糖转运体5[24]，为非主动转运过程，其吸收速度慢于葡萄糖，因而水分吸收也较慢。蔗糖既可以水解为葡萄糖和果糖，也可以利用其自身的二糖转运蛋白[25]。碳水化合物还会影响饮料的渗透压[23]，而饮料渗透压会影响胃排空的速度从而影响肠道吸收的速率。故目前的运动饮料多通过混合多种碳水化合物并进行配比，以保证运动饮料的适口性和复水效果。

目前也有在碳水化合物和电解质基础上添加肽、氨基酸或蛋白质的运动饮料。氨基酸和蛋白质也可以通过与钠联合转运，增加水在肠道的吸收。动物实验证实，口服丙氨酰-谷氨酰胺能够更好地增强水和电解质的肠道吸收，且优于单独的谷氨酰胺或葡萄糖[26]，氨基酸的混合物可以增加电解质吸收率并降低细胞旁通透性[27]，能更好地恢复血浆体积[28]。此外，蛋白质促进体液恢复的可能机制还包括增加了血浆白蛋白浓度，从而增加血浆渗透压浓度调节抗利尿激素；或通过增加能量密度从而延缓胃排空[29]；也有研究表明运动后摄入蛋白质可以增加血浆容量的扩张[30]。氨基酸口服补液饮料常用于临床中治疗腹泻，但对某些特定氨基酸或蛋白质饮料在运动后体液恢复中的详细机制仍需进一步的研究探讨。

综上，运动饮料通过增加电解质来增加机体的保水性，通过增加能量密度来延缓胃排空速率从而延缓肠道的吸收，导致肾脏对水的重吸收增加，尿液减少，体液潴留增加。

不同运动饮料的补液效果

在正常的饮食习惯下，人体通常可以在8～24 h内恢复体液平衡。但是运动员的运动强度和运动量较高，运动后的补液饮料需要快速有效，加速运动后的体液恢复，才能保证下一次的训练成绩或比赛成绩不受影响[31]。运动后补液是否有效，取决于液体摄入量和尿液丢失量之间的平衡，故运动后补充的运动饮料其液体保留性至关重要。

碳水化合物电解质饮料Shirreffs和Maughan[32]研究表明，在运动诱导脱水体重的1.8%～2.0%后，在60 min内补充150%丢失体积的含有0、25、50或100 mmol/L钠的饮料，6 h恢复期结束时，补充含50 mmol/L钠的电解质饮料组钠平衡基本恢复，含100 mmol/L钠的电解质饮料组体液和钠的水平都达到正平衡状态，而摄入低钠或无钠饮料的在6 h恢复期结束还处于负平衡的状态。

不同浓度碳水化合物电解质饮料在恢复体液平衡上效果不同。在运动脱水体重的2%后30 min内补充150%丢失体积含有25 mmol/L Na(+)和0、2%或10%葡萄糖的饮料，补液后6 h含10%葡萄糖的饮料的液体保留率最高[(46±5)%]，2%葡萄糖饮料的液体保留率为(40±14)%，两者均显著高于无糖饮料[(27±13)%，P<0.05)]，表明高渗性饮料有利于运动后体液恢复[33]。另一研究显示，在恢复期间，10%葡萄糖饮料在第60和120分钟时血浆渗透压较大，血浆体积较小(小于2%葡萄糖饮料，P<0.01)；而在第4小时，10%葡萄糖饮料的液体保留率更高(64%)。运动后120 min的胃采样结果显示，2%葡萄糖饮料组有0.3%的饮料残留，而10%葡萄糖组残留量为42.1%(P<0.001)[34]。表明高渗饮料的高液体保留性主要是因其降低了胃排空速率，且与脱水期的运动强度无关[35]。

不同类型的碳水化合物也会影响液体保留，主要在于甜度和渗透压的改变。果糖的甜度和渗透压高，转运速度慢，果糖与葡萄糖配制可以增加单一葡萄糖对水和电解质的吸收[36]。麦芽糖的甜度较低，会增加运动饮料的适口性。异麦芽酮糖是一种慢速氧化的低聚糖，通过α- 1，6-糖苷键连接葡萄糖和果糖。研究显示6.5%的异麦芽酮糖电解质饮料比2%异麦芽酮糖电解质饮料能更好地促进运动后2 h的体液恢复[37]，但摄入异麦芽酮糖也会加剧胃肠道不适[38]。低聚糖不易吸收而能量密度低的特性，多用于延长耐力运动中的糖供应，故仅作为运动饮料的辅助成分。蜂蜜作为碳水化合物的来源之一，其补液效果也值得探讨。一项研究中10名受试者以65%最大摄氧量强度跑步60 min，脱水1.5%左右体质量，在运动后第0、30、60分钟分别补充60%、50%、40%体质量丢失体积的槐花蜂蜜饮料(蜂蜜含量6.8%)或纯水，在补液后60 min时，蜂蜜饮料组的血浆渗透压显著高于纯水组，并能够改善葡萄糖代谢[39]。槐花蜂蜜含有31.2%的果糖、22.9%的葡萄糖、3.3%的麦芽糖和9.9%的蔗糖，还含有少量钠，表明不同类型糖的混合物对运动员的体液和糖原恢复也有积极作用。

运动后补充碳水化合物电解质饮料可以显著提高液体保留率，并有助于肌糖原的恢复。不同碳水化合物会影响胃排空和肌糖原补充的速率。对于长时间的体育锻炼(>2 h)，运动员可选择任一种类型的碳水化合物电解质饮料，以加速恢复体液和糖原。

碳水化合物+蛋白质饮料蛋白质对增加运动后肌肉蛋白质合成有积极的作用，在促进运动后的糖原再合成、减少运动后肌肉酸痛/功能损失上也有较大优势。此外，含有蛋白质的运动饮料也可以促进体液恢复。

Seifert等[40]研究显示，运动脱水2.5%体质量后，在3 h恢复期末，补充6%碳水化合物添加1.5%乳清蛋白饮料的液体保留率比6%碳水化合物的饮料高15%、比水高40%。但其可能是由于饮料的能量密度不同，导致排空速率不同的结果。在保证能量密度、钠、钾和脂肪含量匹配的条件下，James等[41- 44]研究显示，4%碳水化合物添加2.0%～2.5%的牛奶蛋白/乳清蛋白饮料在4 h恢复期末的液体保留率达到55%～64%，显著高于同等能量密度的碳水化合物饮料，并且在4 h末基本达到正体液平衡。但添加蛋白质含量达到4%的碳水化合物电解质饮料并没有增加液体保留的效果。

Li等[45- 46]研究以酪蛋白和乳清蛋白为基础的运动饮料，结果显示乳清蛋白在液体保留的效果优于酪蛋白，且添加了2.2%乳清蛋白的运动饮料在4 h恢复期末的液体保留率最高，达到55.4%；而与碳水化合物电解质饮料相比，受试者补充添加了乳清蛋白的运动饮料后的尿比重和尿渗透压恢复更快。

综上，添加蛋白质的碳水化合物电解质饮料对运动后的液体保留效果较单独的碳水化合物补充更好。添加2%左右的蛋白质其液体保留率可达到50%以上，且能够加速体液平衡的恢复，其中牛奶蛋白的补液效果已有较好验证。而含有大豆、坚果、谷物蛋白的饮料是素食者的主要选择，但其蛋白质量较牛奶蛋白低，吸收差[47]，在运动后补液上的效果还鲜有研究。但也有研究表明，与蛋白质的类型相比，运动后恢复中蛋白质的含量和摄入的总能量更为重要[48]。

碳水化合物+氨基酸/肽饮料氨基酸作为促进肌肉蛋白合成的运动补剂，单独摄取支链氨基酸(branched chain amino acid，BCAA)可以在运动后刺激雷帕霉素复合物 1信号传导的磷酸化[49]，在增加肌肉蛋白质合成上有良好的作用[50]。Tai等[51]探讨BCAA+电解质饮料在运动后补液中的应用显示，经常运动的青年男女受试者通过运动和蒸桑拿脱水体质量的2%，在脱水结束后的1 h内补充丢失体质量150%的BCAA+电解质饮料(0.25 g/kg BCAA)、碳水化合物电解质饮料或甜味水，第一次补充30%～35%总体积的测试饮料，剩余体积补充纯净水，均分为3等分，每15分钟补充1次，这种补充方式似乎更符合运动员的日常习惯，在恢复期3 h后，BCAA+电解质饮料的液体保留率略高于碳水化合物电解质饮料[(43.5±17.1)% 比(40.8±17.1)%]，但BCAA+电解质饮料的尿比重在恢复期末恢复基线水平，且尿量较另外两组少，表明BCAA+电解质饮料可以提高细胞补液的速度。

肽是由两个及以上氨基酸脱水缩合的物质，因氨基酸的种类、序列和分子量大小不同而具有不同的健康效应[52]，且认为二肽和/或三肽吸收更快[53]。有研究表明，丙氨酰-谷氨酰胺二肽可以调节抗利尿激素，有助于增加水和电解质的恢复，延缓疲劳[54]。添加肽的运动饮料在跑步、足球和篮球等长时间的耐力运动中都有改善运动员运动表现和反应能力的效果[55- 57]。关于肽饮料在运动后补液的效果有待研究。

牛奶牛奶因含有5%左右的碳水化合物以及3%左右的蛋白质，还有少量的电解质，是天然的蛋白质饮料。Shirreffs等[58]研究表明，牛奶可以作为有效的运动后补液饮料。运动脱水后分别补充150%丢失体质量的牛奶、牛奶+20 mmol/L钠、碳水化合物电解质饮料和水，牛奶和牛奶+20 mmol/L钠在4 h恢复期结束时的体液保留率分别达到(69±10)%和(72±4)%，两者明显高于碳水化合物电解质饮料和水，且达到了正体液平衡。Seery和Jakeman[59]通过计量补液后(前30 min摄入1000 ml，之后每30分钟摄入500 ml至丢失体质量150%体积的复水饮料)，观察5 h恢复期内各组间的体液平衡水平，与水和碳水化合物电解质饮料相比，只有牛奶组在恢复期第5小时达到体液正平衡，液体保留率为(71±4)%。

豆浆和牛奶的能量、营养素分布相似，属于植物蛋白。Desbrow等[60]探讨了牛奶、豆奶、碳水化合物电解质饮料和一种高能量运动奶粉的补液效果，15名有运动习惯的男性运动脱水后，分4次补充液体丢失量150%的上述饮料，结果显示补液后4 h，高蛋白高碳水化合物膳食补充剂的液体保留率最高(65.1%)，豆浆(46.9%)与牛奶相似(40.0%)，碳水化合物电解质饮料最低(16.6%)。表明蛋白质的来源可能不是影响液体保留的主要因素，但豆浆的适口性最差。

综上，牛奶可以作为快速补液的“天然运动饮料”，在补液后3～5 h的恢复期就可以基本恢复体液平衡，对于乳糖不耐受者，可以选择豆奶替代。但与运动饮料相比，牛奶和其他乳类饮料的适口性较差，且饱腹感更强，这可能导致在实际应用时运动员较少选择奶类在运动后补充。

天然植物饮料近年人们担心运动饮料中碳水化合物对体质量的影响，而希望用天然水替代饮料的作用。新鲜的椰子水中含有丰富的钾，以及少量钠、氯和碳水化合物，且具有抗氧化活性[61]。研究显示12名有运动习惯的男性经过60 min运动后，在1 h内补充丢失体质量125%体积的复水饮料，3 h恢复期后，天然椰子水、浓缩椰汁和碳水化合物电解质运动饮料的液体保留效果相似，均高于纯净水，但在液体平衡上差异无统计学意义[62]。Pérez-Idárraga 和Aragón-Vargas[21]的研究结果同样证明，新鲜椰子水[钾(71.1±22.5)mmol/L]和富含钾的饮料[钾(50.2±0.2)mmol/L]的补液功效差异无统计学意义，在恢复期3 h末的液体保留率分别为(65.9±15.4)%和(62.5±15.4)%，但略低于运动饮料。

北美地区有一种天然的植物源饮料—枫树水，其中存在多酚化合物、益生元、电解质等。Matias等[63]尝试将其作为天然的运动饮料，26名健康活跃的大学生(男女各13名)运动脱水2%体质量，在运动后30 min内定量给予1 L枫树水或枫木味饮料，分为4等份(250 ml)快速补充后观察2 h内的复水情况，结果显示枫树水在补液后0.5 h抗氧化活性最高，但枫树水和枫木味饮料的补液效果差异无统计学意义，且女性较男性的体液恢复慢。枫树水的钠含量较低可能是其补液相对不足的原因，且给定绝对体积的补液饮料也可能是影响其研究结果的原因之一。

总的来说，由于天然植物类饮料中的碳水化合物和电解质成分不同，有一定的补液效果，且适口性和耐受性较好，可作为一类安全有效的复水饮料。其中存在的一些天然的活性成分还可以增加人体的抗氧化能力，对运动后的氧化应激存在潜在效应。

深海矿泉水深海是生物起源的可能场所，故认为深海中矿泉水的成分对人体有益。深海矿泉水的矿物质成分与地表水有很大的不同，通常含有大量的钠、钾、氯、镁，还存在70多种微量元素，尤其是铷的含量远高于淡水。研究表明西太平洋地区的深海矿泉水可以促进青年和中年男性在运动脱水后的疲劳恢复[64]，减弱运动引起的氧化损伤[65]。Keen等[66]对比了KonaDeep®深海矿泉水、佳得乐运动饮料和Arrowhead山泉水(泉水)的复水作用。与佳得乐和山泉水相比，深海矿泉水组可以提高快速复水速率，对运动脱水后的体液恢复有积极的影响。补充深海矿泉水后男性和女性在整体补液效果上差异无统计学意义，但与其他两组相比，深海矿泉水组的唾液渗透压恢复速率更快[67]。

综上，深海矿泉水中不同矿物质和微量元素的协同作用可能有助于提高人体的体液恢复速率和抗氧化能力，对这类天然水的液体保留效果还有待进一步的认识。

功能性饮料常见的功能性饮料，除碳水化合物和电解质外，还会添加咖啡因、抗氧化剂、牛磺酸、不饱和脂肪酸等物质，其中与体液恢复相关的主要物质是咖啡因—潜在的利尿剂。咖啡因会增加耐力和抗疲劳性[68- 69]，故常用于训练前后。但目前的研究表明，对于长时间大强度的运动，在运动前摄入咖啡因不会影响脱水和电解质平衡[70]。另有研究表明，摄入0～400 mg/L咖啡因的复水饮料对体内液体保留均无影响[71]。尤其对于有咖啡饮用习惯的运动人群来说，其可能造成体液丢失的概率更小。故在运动后适度摄入含咖啡因的饮料不会影响运动后体水的恢复[71]。

小结与展望

能量密度、碳水化合物的转运途径和钠的液体滞留性可能是运动饮料达到液体保留效果的途径。除了已确定的碳水化合物和电解质成分以外，蛋白类补充剂和天然物质也被开发和利用。其中，蛋白质的补液效果较为显著，通过添加2%左右的乳清蛋白可以加强碳水化合物电解质饮料的补液效果。而对于碳水化合物+氨基酸/肽饮料也有促进补液速率的趋势，还需要更多的研究以探讨其液体保留效果，特别是不同来源的肽与碳水化合物电解质组成的运动饮料对运动后补液的效果。另外，许多动植物蛋白经过酶解得到的生物活性肽，含有不同类型的氨基酸和肽段，这类聚合物对运动后恢复及液体保留的作用也值得探讨。利用动物和植物中的有效功能成分，开发适用于不同运动人群的安全可靠的运动饮料，有望在满足运动员和运动人群需要的同时，可以创造更多的经济效益和社会效益。