季节适应对健康青年男性糖电解质饮料促进运动后体液恢复的影响

吴一凡，黄贤仁，玉应香，郭成成，谢 岚，常翠青

北京大学第三医院运动医学科 北京大学运动医学研究所运动医学关节伤病北京市重点实验室，北京 100191

长时间运动会导致大量出汗，造成机体水和电解质丢失。当脱水大于体质量的2%会影响体温调节，可增加心血管压力，降低运动能力[1- 2]。在运动后迅速补充水分，可以快速恢复体液平衡，提高恢复能力，并减轻运动后疲劳[3]。目前研究表明，糖电解质饮料的补液能力[4]，尤其是补充含有6%～10%碳水化合物和20～25 nmol/L钠的糖电解质饮料可以快速恢复机体的水合状态[5]，其中饮料成分是影响液体保留的主要因素之一。以往研究推断，补充钠和外源性碳水化合物摄入引起的血清钠浓度和血浆渗透压升高会刺激肾水重吸收[6]，影响饮料的渗透压，增加能量密度，而饮料渗透压可影响胃排空速度，从而影响肠道吸收的速率[7]。然而多数研究是在夏季完成，该补液效果是否存在季节性差异值得研究。

人体的水合状态存在季节性差异。研究表明，在夏季高温的国家，水摄入量和失水量比冬季高大约40%[8]。根据不同地区气候条件，其运动训练量和补液量也有所差异。运动强度、气候条件、运动外界环境会影响机体的代谢水平和出汗速率[9- 10]，机体的季节适应性可影响皮肤温度和耗氧量[11]，从而影响机体运动后的水合状态和恢复速率[12]。由于环境温度对液体流失的影响[13]，在不同季节运动或训练需要实施有针对性的个性化补液策略，以便更好地改善运动能力，提高恢复效率。本研究比较了不同季节糖电解质饮料的运动后补液效果，探讨了季节适应性对机体水、电解质平衡及其调节影响的可能机制，以期为优化运动人群的个性化运动补液方案提供依据。

对象和方法

对象2012年6月至2012年7月在北京大学第三医院通过广告招募的受试者15名，平均年龄(24.4±0.5)岁(20～28岁)，平均身高(172.33±7.57)cm(156.7～184.4 cm)，平均体质量指数(body mass index，BMI)(22.86±0.41)kg/m2(22.1～24.7 kg/m2)。纳入标准：(1)20～30岁健康男性；(2)有运动习惯，即≥3次/周，≥150 min/周中-高强度运动，至少1年以上；(3)常年居住在北方地区；(4)无心、肝、肾、血液系统等器质性病变或慢性疾病。根据实验室生理、代谢研究及相关研究文献确定样本量[14- 17]。本研究获北京大学第三医院医学伦理委员会批准，所有受试者均志愿参加，并在试验前签署了知情同意书[伦理编号：IRB00006761- 2011123(2)]。

研究方案采用随机交叉对照设计，分为饮水组和饮料组，两次试验之间洗脱期为8～14 d。冬季试验时间为12月至2月，夏季试验时间为6月至7月。夏季和冬季均在相同的实验室环境中完成，每名受试者共计完成4次试验。试验分为脱水期和复水期：(1)脱水期在高温[(31.66±0.12)℃]高湿[(55.91±1.38)%]的封闭环境下，以中等运动强度(60%～70% VO2max)在功率自行车上进行循环间歇运动(运动20 min，休息10 min)，至脱水2%体质量。运动中，每5 min记录1次心率，并询问自我感觉疲劳程度，以监测运动强度。复水期在恒温[(22.78±0.07)℃]恒湿[(38.27±0.75)%]的适宜环境中快速补充100%丢失体质量体积的白开水或市售糖电解质饮料(宝矿力，天津大冢饮料有限公司)(表1)。具体补充方法为：在运动结束20 min(即恢复期第0分钟)开始补充相当于丢失体质量50%的液体量，恢复期第10分钟、第20分钟各补充相当于丢失体质量25%的液体量；观察补液后180 min恢复期内机体水合状态的恢复状况。

表1 受试饮料的成分Table 1 The composition of the beverage

检测指标及方法受试者在运动前和恢复期第0、10、20、30、60、120、180分钟采集肘前静脉血，称量裸质量(感量10 g，HW- 100KGL，A&D，Japan)，测量身体成分(生物电阻抗法，MC- 180，TANITA，Japan)并进行感觉情绪问卷调查。在运动前后和恢复期每小时收集尿液。

EDTA抗凝管收集血液，毛细血管法检测红细胞压积(Hct)，氰化正铁血红蛋白法(南京建成生物工程研究所)检测血红蛋白(Hb)。促凝管收集血液后2000×g 离心5 min分离血清。血清和尿液的电解质(UNa和BNa)、尿和血肌酐(Ucre和Scre)用全自动生化分析仪(AU- 400，Olympus，Japan)检测，血浆渗透压(Posm)和尿渗透压(Uosm)采用冰点低压法(Model 210，Fiske®Micro-Osmometer)检测。每个样品均设平行对照。采用视觉模拟评分法(visual analogue scale，VAS)[18]测定口渴感、嘴唇干燥程度：即用1根0～100 mm的直线，两端代表相应感觉的两个极限，受试者在直线上标出代表自己感受的相应位置，并通过直尺测量，以mm为单位记录结果。

计算指标：(1)体液保留率=100×(液体摄入量-累积尿量)/液体摄入量；(2)血浆容量=100×(HbB/HbA)×{[1-(HctA/100)]/[1-(HctB/100)]}-100，其中A：after，B：before[19]；(3)肾小球滤过率(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)滤过钠分数(fractional excretion of sodium，FENa)=100×(UNa×Scre)/(BNa×Ucre)。

统计学处理采用SPSS 23.0统计软件，Shapiro-Wilk检验检查数据的正态分布，符合正态分布的计量资料以均数±标准误表示，组间比较采用配对t检验；时间变化、饮料(试验分组)和季节的影响关系分析采用三因素(试验×时间×季节)的重复测量方差分析，比较受试者各指标在不同时间点和不同季节间的差异；不满足球对称假设的采用Greenhouse-Geisser 法进行校正；P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

一般情况夏季的周运动量比冬季高429(MET·min)，但差异无统计学意义(t=-0.919，P=0.373)。冬夏两季的24 h饮水量差异也无统计学意义(t=-0.705，P=0.492)，但冬季24 h尿量明显大于夏季(t=4.051，P=0.010)，尿比重(t=-2.113，P=0.052)和尿渗透压(t=-2.371，P=0.032)小于夏季，冬季的嘴唇干燥程度明显高于夏季(t=5.021，P=0.001)(表2)。

表2 受试者冬夏两季一般状况Table 2 General condition of the subjects in winter and

受试者脱水情况夏季试验的脱水时间较冬季明显降低20 min(t=3.045，P=0.004)。但冬、夏两季4次试验的脱水率和运动强度(最大心率百分比和自感用力程度)差异均无统计学意义(P均>0.05)(表3)。

表3 受试者冬夏两季脱水过程一般情况Table 3 Dehydration course of the subjects in winter and

不同季节糖电解质饮料对血浆容量变化的影响运动会影响血浆容量发生动态变化，血浆容量的变化受时间效应(F=119.159，P<0.001)，时间×试验交互作用(F=5.705，P<0.001)的影响，其他因素无明显影响(P均>0.05)。运动后血浆容量显著下降，并在补液后开始回升，其中饮料组在补液后60 min显著升高，在120 min达到高峰后开始下降(图1)。冬夏两季补液后60 min(冬季两组相比：F=4.685，P=0.039；夏季两组相比：F=8.799，P=0.006)和补液后120 min(冬季两组相比：F=13.525，P=0.001；夏季两组相比：F=4.984，P=0.034)饮料组的血浆容量变化显著高于饮水组，但不同季节之间差异无统计学意义(P均>0.05)。

与冬季饮水组比较，aP<0.05，bP<0.01；与夏季饮水组比较，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图1 不同季节糖电解质饮料对血浆容量变化的影响Fig 1 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on plasma volume in different seasons

不同季节糖电解质对液体保留率的影响受试者液体保留率受时间效应(F=107.644，P<0.001)的影响，其他因素无明显影响(P均>0.05)(图2)。在夏季，补液后120 min，饮料组的液体保留率显著高出饮水组10.01%(F=5.312，P=0.028)；补液后180 min，饮料组比饮水组高出8.7%(F=4.340，P=0.046)。冬季补液后180 min，饮料组比饮水组高6.9%(F=4.128，P=0.048)。其余各组间各时间点液体保留率差异均无统计学意义(P均>0.05)。

与冬季饮水组比较，aP<0.05；与夏季饮水组比较，bP<0.05aP<0.05 compared with the winter water group；bP<0.05 compared with the summer water group图2 不同季节糖电解质饮料对液体保留率的影响Fig 2 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on fluid retention rate in different seasons

不同季节糖电解质饮料对血液相关指标的影响血浆渗透压受时间效应(F=34.402，P<0.001)、时间×试验的交互作用(F=6.206，P<0.001)、季节(F=10.268，P=0.003)的影响，其他因素无明显影响(P均>0.05)。运动脱水后，血浆渗透压显著升高。补液后饮水组血浆渗透压开始下降，而饮料组在补液后60 min开始下降。不同季节间，在补液后60(F=8.659，P=0.006)、180 min(F=4.610，P=0.041)，夏季饮水组均显著高于冬季饮水组，其余各时间点差异无统计学意义(P均>0.05)。

血糖受时间效应(F=115.091，P<0.001)、时间×试验的交互作用(F=135.644，P<0.001)、时间×季节×试验的交互作用(F=4.767，P=0.001)、试验分组(F=95.880，P<0.001)的影响。饮料组在补液后30 min血糖达到高峰，且在补液后10(F冬季=31.605，F夏季=68.108，P均<0.001)、20(F冬季=116.122，F夏季=203.298，P均<0.001)、30(F冬季=165.608，F夏季=288.423，P均<0.001)、60(F冬季=94.652，F夏季=86.672，P均<0.001)、120 min(F冬季=7.574，P=0.010，F夏季=0.257，P=0.616)，饮料组血糖均显著高于饮水组。不同季节间，饮料组在补液后10(F=27.432，P<0.001)、20 min(F=8.908，P=0.006)，夏季均显著高于冬季；而在补液后60(F=4.325，P=0.046)、120 min(F=18.986，P<0.001)，夏季均显著低于冬季，到补液后180 min，两季节间差异无统计学意义(F=2.103，P=0.157)。

血清钠水平受时间效应(F=74.960，P<0.001)、时间×试验的交互作用(F=3.822，P=0.004)、季节效应的影响(F=26.238，P<0.001)，其他因素无明显影响(P均>0.05)。运动后血清钠水平显著上升，并在补液后缓慢下降。夏季补液后60 min，饮料组明显高于饮水组(F=5.090，P=0.032)；饮料组在补液后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)，夏季血清钠水平均显著高于冬季；饮水组在补液后60(F=7.088，P=0.012)、120(F=21.047，P<0.001)、180 min(F=14.120，P=0.001)，夏季血钠水平均显著高于冬季(表4)。

表4 不同季节糖电解质饮料对血液相关指标的影响Table 4 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on blood related indicators in different

不同季节糖电解质饮料对尿液相关指标的影响累积尿量受时间效应(F=116.089，P<0.001)和试验分组(F=4.733，P=0.038)的影响，没有交互作用的影响(F=3.502，P=0.060)，不受季节影响(F=0.019，P=0.892)。补液后累积尿量开始增加，以60 min为1个区间测量，补液后120 min，夏季饮料组累积尿量显著低于饮水组(F=4.450，P=0.044)，其他各时间点差异均无统计学意义(P均>0.05)。

尿渗透压受时间效应(F=58.246，P<0.001)、时间×试验交互作用(F=4.477，P=0.006)的影响，其他因素无明显影响(P均>0.05)。运动后，尿渗透压显著升高并在补液后60 min开始下降。其中，饮料组尿渗透压缓慢下降并在120 min后稳定。饮水组在补液120 min降低并低于基线水平，后在180 min时又回升。不同季节间，在补液后30 min，夏季饮料组显著高于冬季(F=5.297，P=0.029)，其他各时间点差异均无统计学意义(P均>0.05)。

GFR存在季节差异(F=9.573，P=0.004)，受季节×试验的交互作用的影响(F=11.235，P=0.002)，无时间效应(F=1.021，P=0.395)。GFR在补液后呈先下降再回升的趋势，在不同季节间，补液后120(F=5.474，P=0.027)、180 min(F=10.186，P=0.003)，夏季饮料组均显著低于冬季。

FENa受到时间效应(F=66.837，P<0.001)、时间×试验的交互作用(F=4.210，P=0.09)、时间×季节×试验的交互作用(F=2.786，P=0.044)的影响，其他因素无明显影响(P均>0.05)。运动后FENa显著下降，在补液后开始回升。在补液后60(F=8.589，P=0.070)、120 min(F=20.237，P<0.001)，冬季饮料组显著高于饮水组，而夏季两组间差异均无统计学意义(P均>0.05)。不同季节间，补液后120(F=4.972，P=0.034)、180 min(F=8.425，P=0.007)，夏季饮料组均显著高于冬季，其他各时间点差异均无统计学意义(P均>0.05)(表5)。

表5 不同季节糖电解质饮料对肾脏功能相关指标的影响Table 5 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on kidney function related indicators in different

不同季节糖电解质饮料对受试者感官的影响夏季运动前口渴感(F=0.835，P=0.410)和嘴唇干燥程度(F=3.911，P=0.010)的评分值明显低于冬季。4组在运动后口渴感和嘴唇干燥程度均显著升高(P均<0.001)。补液后30 min，口渴感和嘴唇干燥程度都恢复至脱水前水平，并一直维持至60 min。其中夏季饮料组补液后各时间点口渴感和嘴唇干燥程度变化均优于饮水组，但差异无统计学意义(P均>0.05)。不同季节间，冬季嘴唇干燥程度和口渴感在补液后升高速度快于夏季，但差异也无统计学意义(P均>0.05)(表6)。

表6 不同季节糖电解质饮料对感官的影响Table 6 Effect of carbohydrate-electrolyte beverage on thirst and dryness in different

讨 论

体液平衡对运动表现、运动耐力和运动强度都有显著影响[20]。长时间的耐力运动后，补充运动饮料有助于运动后恢复和运动成绩提高[21]。本研究分别于冬夏两季在相同高温高湿的微小环境下运动诱导脱水2%，并在适宜恒温环境中补充100%体质量丢失的糖电解质饮料或白开水，观察体液恢复状况。结果发现，夏季脱水时间较冬季显著降低20 min，夏季更容易导致运动脱水。补液后，在恢复期120 min末，仅夏季饮料组的液体保留率显著高于饮水组；在恢复期180 min末，饮料组的液体保留率在冬夏两季均显著高于饮水组，但无季节性差异。补充糖电解质饮料可以在补液后60 min提高血浆容量，但发现在补液后的前120 min内，冬季血浆容量恢复比夏季快，而其体液保留率略低于夏季，到180 min时两季节间的体液恢复基本一致。这表明糖电解质饮料补充在恢复期180 min末的补液效果基本一致，但对于短期恢复，夏季补充糖电解质饮料有快速复水的优势，这可能与其体液恢复的机制不同有关。

环境温度对人体体液的调节具有显著影响，运动人体对环境和训练有一定的适应性。本研究中冬季试验日外环境为温度(-4.1±1.8)℃、湿度(56.3±13.8)%，夏季为温度(25.6±1.9)℃、湿度(73.1±15.0)%。所处地区为北方，夏季较潮湿，冬季较干燥，招募受试者均常年居住在北方。冬季受试者的24 h尿比重和尿渗透压均显著低于夏季，通过尿液指标判断受试者的水合状态冬季优于夏季。Chlíbková等[22]研究也发现，冬季跑步者在运动后的水合状态相对稳定。但冬季的24 h尿量显著高于夏季，这主要是由于夏季温度高且运动量大，体温升高引起皮肤血流量增加，汗液蒸发成为主要的散热途径。本研究中受试者在冬夏两季的最大摄氧量、最大心率和体质量没有差异，但在相同微小环境下冬季的脱水时间增加，这主要是由于夏季机体热适应后更容易出汗以保证体温维持在正常范围内。故为防止在低水合状态下进行运动，特别是在夏季，训练或比赛前的补液策略同样重要[23]。

本研究结果发现，冬夏两季在补充糖电解质饮料后，在180 min恢复期末的液体保留率分别为(74.9±4.7)%和(74.8±3.6)%。与已有研究一致[14，24]。糖电解质饮料促进运动后体液恢复，主要是通过添加糖以提高渗透压，增加能量密度来延缓胃排空速率，从而延缓肠道的吸收[15]，并通过增加钠摄取来促进肾对水的重吸收而增加机体的保水性[6]。本研究中，补充糖电解质饮料后，夏季的血糖变化速度更快。冬夏两季均在补液后30 min达到高峰，而夏季峰值显著高于冬季，但在峰值过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与冬季运动脱水时间长、消耗的碳水化合物较多，需要更多碳水化合物补充合成糖原有关。通过深度纵向组学发现季节对空腹血糖有显著影响[25]，热适应会增加机体对碳水化合物的代谢[26]。夏天血糖在峰值后迅速下降可能与夏季的胰岛素水平高于冬季有关[27]。此外本研究还发现，血钠水平存在显著的季节性差异，无论饮水组还是饮料组，从补液后60 min，夏季血钠水平均显著高于冬季。补充糖电解质饮料后，夏季的FENa在补液后120 min开始显著高于冬季，GFR显著低于冬季。这说明夏季对机体钠的调节同样灵敏，但在补液120 min后，夏季机体对钠的排泄速度较冬季快，体液保留效率开始下降。这可能是夏季常处于体液丢失与补充的动态过程，且与醛固酮分泌节律、肾脏功能生物节律有关[28- 29]。由此可见，夏季或炎热环境下运动后应该增加恢复后期(120 min以后)的补液频率和补液量，如在恢复期120 min后增加补液，或在运动后的正餐中提高水分的摄入，以抵消热应激造成的糖和电解质缺失。

值得注意的是，冬季饮水组血浆渗透压在补液后60 min显著低于基线值5.1 mOsm/kg，180 min仍低于基线值2.8 mOsm/kg，始终未恢复至脱水前水平，血浆渗透压的降低导致抗利尿激素释放减少，使远曲小管和集合管重吸收水分减少，排尿量增多，不利于体液恢复。而夏季饮水组的血浆渗透压恢复到基线水平。这说明机体对血浆渗透压的调节功能夏季优于冬季，冬季不利于血浆渗透压的恢复。而饮料组未发现季节差异，说明糖电解质饮料的高渗性可以迅速升高血浆渗透压并在一定时间内维持其在较高水平，且这种效应大于季节性变化对机体渗透压的调节作用。本研究通过视觉模拟评分对受试者的主观感受进行测量，结果显示，受试者的冬季嘴唇干燥程度显著高于夏季，且在运动补液后，冬季嘴唇干燥程度和口渴感增加的速度都较夏季快。北方地区冬季环境干燥，冬春季皮肤更容易失水[30]，人体皮肤的敏感性也更强[31]。人体的主观感受会影响自主饮水量[32]。故在冬季或寒冷环境下运动后，补充100%体质量丢失的液体不能满足运动后的快速恢复，增加补液量至体质量丢失的120%～150%可能更有利于优化运动后的补液速率，并抵消体表水分丢失带来的主观不适。

本研究的不足在于，作为对运动人体季节性适应的初探试验，本研究主要受试者为北方居住人群。对于不同地区居住、不同气候条件、不同年龄段的运动人群有待进一步扩大样本量进行研究。

综上，本研究结果发现，季节适应主要对机体的水合状况及其调节因素存在影响。冬夏两季糖电解质饮料的补液效果基本一致，但夏季体温升高快，代谢速度快，机体对血糖和电解质的调节较冬季迅速灵敏，在补充糖电解质饮料后120 min即达到快速复水高峰，随后有下降趋势，存在保留效率下降的风险。冬季人体的主观感受差，脱水速度慢，水合状态相对稳定；补水后的血浆渗透压显著下降且恢复速度慢，不利于初期的快速恢复，但其在120 min后的液体保留效率趋于稳定。运动后的营养补充时间安排、补充内容和补充量是最佳训练计划的重要影响因素，故基于此，结合不同季节的运动训练和比赛，可以精准运动后不同恢复时期的补液方案：夏季运动后少量多次可能更有利于促进恢复并维持较高体液保留效率；冬季应更多注重运动前的机体水合状态，且更有必要在运动后增加糖电解质饮料补充量并添加其他有利于体液恢复的营养成分，如蛋白质类物质。为了提高恢复速度并最大化训练适应性，对于体液恢复机制的探讨有必要进一步增加运动后恢复期的观察时间，更全面的探索恢复期的机体特征。