冯亦唯 ，房国梁 ，汪 涵 ，覃 飞 ，2，耿 雪 ，3，瞿超艺 ，3，董亚南，徐旻霄，赵丽娜，赵翠翠，赵杰修*
正常水合状态（euhydration）是全身水分含量最佳的状态；
当体内过度脱水或水分过多时，机体则分别处于低水合状态（hypohydration）或高水合状态（hyperhydration）（McDermott et al.， 2017）。运动员维持正常的水合状态对于保持最佳的运动能力、促进机体恢复、维持良好的认知功能和健康状况至关重要（Volterman et al.， 2014）。水合状态一直是国内外学者和广大体育从业者共同关注的问题之一。基于此，本研究从水合状态对运动员健康和运动能力的影响、运动员水合状态的评价指标与方法、运动员的补液策略3方面进行了梳理。
1.1 水合状态对运动员健康的影响
1.1.1 低水合状态对运动员健康的影响
水是机体必需的营养物质，脱水会对运动员健康造成潜在危害。当脱水至1%～2%体质量时，运动员的生理机能逐渐下降；
脱水超过3%体质量时，热痉挛、热晕厥和热衰竭等运动性热病的发病风险增加；
脱水超过4%体质量时，机体可能出现血压下降、体温和心率升高等脱水综合征；
脱水超过6%～10%体质量时，运动员可能出现恶心、肌肉抽搐、精神活动减弱等症状 （赵杰修， 2007；
Casa et al.， 2000）。严重脱水也可能加重横纹肌溶解症甚至导致急性肝、肾功能衰竭等并发症（Sawka et al.， 2007）。另外，机体长期处于低水合状态会增加肾结石、尿路感染、便秘、腺瘤性息肉、糖尿病、心血管疾病和运动性哮喘等发病风险（Manz， 2007）。
1.1.2 高水合状态对运动员健康的影响
运动员在运动期间过度补充纯净水能维持短暂的高水合状态，但会增加运动性低钠血症的发生风险。运动性低钠血症是指运动过程中或运动后24 h内血浆钠浓度低于135 mmol/L，在长时间耐力型项目中发生率较高，如超级马拉松、铁人三项、公路自行车、公开水域游泳，其主要原因是摄入过量的低渗液体和血管加压素的非渗透性刺激作用（McDermott et al.， 2017）。运动性低钠血症的轻度患者可能无症状表现或出现头晕、疲劳和恶心等非特异性症状；
随着血钠浓度的降低，重度患者可表现为头痛、呕吐、神志不清，由脑水肿引起的癫痫，由非心源性肺水肿引起的喘息等典型症状（Hew-Butler et al.， 2015）。因此，过度补充纯净水诱导的高水合状态会对运动员健康造成潜在危害。
1.2 水合状态对运动员运动能力的影响
1.2.1 低水合状态对运动员运动能力的影响
脱水可能导致运动员有氧耐力的降低，但有氧耐力降低的脱水阈值尚存争议。学界普遍认为脱水超过2%体质量会降低有氧耐力。然而，Cheuvront等（2005）发现，低温环境下脱水至3%体质量不会降低有氧耐力。Wall等（2015）研究发现，高温环境下脱水至3%体质量不会降低有氧耐力。由于不同研究间脱水方式、运动环境、运动时间和强度等因素存在差异，有氧耐力降低的脱水阈值也不完全统一（James et al.， 2019）。综上所述，低水合状态会对有氧耐力造成潜在不利影响，而有氧耐力降低的脱水阈值约为2%体质量。
脱水也可能导致运动员无氧运动能力的降低，但无氧运动能力降低的脱水阈值尚存争议。有研究表明，脱水至3%～4%体质量会降低无氧能力（McDermott et al.，2017）。然而，Cheuvront等（2006a）发现，温热环境下中度脱水至2.7%体质量并不会降低无氧能力。也有Meta分析指出，脱水超过2%体质量会导致全身肌肉耐力和绝对力量下降，但对无氧能力和垂直纵跳能力无显著影响（Savoie et al.， 2015）。由于无氧能力降低的脱水阈值差异与环境、脱水方式、运动方案、测试指标、恢复时间等因素有关，因此关于低水合状态对无氧运动能力的影响不可一概而论（Kraft et al.，2012）。总之，轻度和中度脱水对无氧能力的影响较小，重度脱水会降低无氧能力，无氧能力降低的脱水阈值约为3%～4%体质量。
1.2.2 高水合状态对运动员运动能力的影响
运动前过度补充纯净水或服用营养补剂能诱导机体维持高水合状态，增加液体潴留，延缓运动过程中脱水引起的不良影响，但是关于不同方式诱导的高水合状态对运动员有氧耐力的影响存在不一致的研究结果。例如，运动前过度补充纯净水诱导的高水合状态易引起胃肠道不适并造成排尿频率增多的困扰，反而可能影响运动能力的发挥（Sawka et al.， 2007）；
运动前摄入甘油溶液能诱导高水合状态，研究表明，补充甘油能提高有氧耐力，但也有研究显示，补充甘油对有氧耐力的改善作用并不显著，其研究结果的不一致可能与研究设计（包括运动方案、环境和干预剂量等）差异有关（Van Rosendal et al.，2012）；
运动前摄入含氯化钠或碳酸氢钠的溶液能诱导高水合状态，可能有助于改善有氧耐力，但相关研究有限（Savoie et al.， 2016；
Siegler et al.， 2021）。目前，鲜见关于高水合状态与无氧能力的研究，其原因可能是高水合状态对无氧能力的影响甚微。因此，运动员在运动前服用营养补剂诱导的高水合状态具有改善有氧耐力的潜力，但其确切作用还需要更多高质量、大样本量的研究论证。
鉴于水合状态对运动员的潜在影响，已有相关水合状态的评价指标与方法的研究。水合状态受到膳食摄入、运动和出汗等诸多因素的影响，并非是一个特定、静态的固定值，而是围绕平均值不断动态、窄幅波动的正弦波（Armstrong et al.， 2013）。目前，水合状态没有统一的评价“金标准”，仅分析单一的评价指标可能出现假阳性或假阴性结果（Armstrong， 2007）。因此，建议科研人员和教练员结合具体情况选择多种合适的评价方法，实现优势互补，并综合多指标结果进行分析。
2.1 尿液指标与水合评价方法
2.1.1 尿渗透压
尿渗透压是评价水合状态的经典指标，得到国内外学者的广泛认可。在尿液指标中，尿渗透压的敏感度最高，尿液颜色的敏感度相对较低。尿渗透压代表肾脏对血浆渗透压变化的调节反应，尿渗透压与血浆渗透压也存在高度相关性（Baron et al.， 2015）。目前，尿渗透压的脱水阈值尚未达成共识。美国运动医学会（The Ameri‐can College of Sports Medicine，ACSM）建议将尿渗透压＜700 mOsm/L作为正常水合状态的阈值（Sawka et al.，2007）。
尿渗透压的测试仪器通常选用冰点或蒸汽渗透压仪。由于渗透压仪价格昂贵，操作较复杂，需要专业人员定期校准和长期维护，尿渗透压主要应用于实验室测试，但在场地测试中并不实用。
2.1.2 尿比重
尿比重是评价水合状态的常用生物学指标。尿比重测试简便，在场地和实验室测试中被广泛应用。ACSM建议将尿比重＜1.020作为正常水合状态的阈值（Sawka et al.， 2007）。由于剧烈训练、肌肉质量增加、高蛋白饮食、营养补剂摄入等混杂因素都可能增加尿液浓度，导致尿比重和尿渗透压出现假阳性结果（Zubac et al.， 2018），建议运动员在留取尿样前尽量降低运动强度，减少食物和液体摄入。
尿比重的检测方法主要包括直接法（重量法）和间接法（折射法、干式化学法），其中间接法操作简便、所需样本量小。研究表明，与折射法相比，尿液试纸条（干式化学法）测试结果的准确性偏低（Adams et al.， 2019）。折射法可选用手持式或数字折射仪，两者测试结果呈高度正相关。数字折射仪测试速度更快，使用更方便，因而较为推荐（Minton et al.， 2015）。由于尿渗透压的测试成本和技术要求较高，而尿比重测试方便，且尿渗透压与尿比重具有高度相关性，实践中常选用尿比重替代尿渗透压。
2.1.3 尿液颜色
尿液颜色是一种简单、直观的水合评价指标。尽管可能受到高色素饮食、药物（尤其是利尿剂类）、泌尿系统疾病、营养补剂、快速大量补液和女性月经等因素的影响，但是在大多数情况下，尿液颜色能反映水合状态（Cheuvront et al.， 2006b）。
尿液比色卡是评价尿液颜色的常用工具。Armstrong等（1994）研发了尿液比色卡并证实其用于评价运动员的水合状态的有效性。尿液比色卡从1～8级颜色逐级加深，尿液颜色1～2级代表正常水合状态，3～4级代表轻度脱水，5～6级代表中度脱水，7～8级代表严重脱水（Ca‐sa et al.， 2000）。近年来，该色卡相继被证明在健康成年人、儿童、孕妇和哺乳期妇女等人群中具有一定的有效性，但在老年人群中有效性较低，其原因可能在于不同人群肾脏浓缩和排泄能力的差异（Kavouras et al.， 2016；
Kostelnik et al.， 2020）。总体而言，尿液比色卡携带方便，可用于自我测评，未来值得进一步推广和应用。
2.2 血液学指标与水合评价方法
与水合状态相关的血液学指标包括血浆渗透压、血钠浓度、红细胞比容和血浆体积变化百分比等，其中血浆渗透压最为常用。血浆渗透压是评价急性水合状态变化的敏感指标，即使机体出现小幅度的水分波动也会引起血浆渗透压的显著变化（Baron et al.，2015）。目前，ACSM建议将血浆渗透压＜290 mOsm/L作为正常水合状态的阈值（Sawka et al.，2007）。
血液学指标的测试耗时较长、费用较高，需要专业设备和技术的支持（如测试血浆渗透压的冰点或蒸汽渗透压仪、测试血钠浓度的生化分析仪等）。因此，血液学指标可用于实验室测试，但在场地和大样本量测试中并不实用。
2.3 泪液指标与水合评价方法
运动员的水合状态可以通过泪液渗透压、非侵入性泪膜破裂时间和眼压等泪液指标来评价，其中泪液渗透压较为常用（Sollanek et al.， 2012）。目前，泪液渗透压的脱水阈值尚未达成共识。泪液渗透压＜310 mOsm/L可能是正常水合状态的阈值（Fortes et al.， 2011）。由于泪液渗透压的变异性较大，其可靠性和准确性仍需要进一步研究。
泪液渗透压的测试需要先采集0.1～0.2 μL泪液，再通过冰点或蒸汽渗透压仪完成。泪液采集的传统方法是毛细管采集法和Schirmer试纸吸附法，但是这些方法易刺激眼表而引起受试者不适，且采集耗时较长、技术要求高（Esmaeelpour et al.， 2010）。近年来，有学者研发了TearLab®渗透压系统，有效地解决了此问题。该设备小巧便携，能快速采集泪液并完成测试，操作简单，具有较高的实用价值（Fortes et al.， 2011）。随着泪液采集方法和测试技术的不断发展，泪液指标在运动领域具有良好的应用前景。
2.4 唾液指标与水合评价方法
唾液渗透压、唾液流速和唾液总蛋白浓度是评价急性水合状态变化的有效指标（Walsh et al.， 2004）。其中，唾液渗透压较为常用。研究表明，唾液渗透压与血浆渗透压具有较高的相关性（Baron et al.，2015）。然而，唾液渗透压在个体内部不同时间点和个体间存在较大的变异性，该指标的可靠性和准确性受到一定的质疑（Taylor et al.， 2012）。此外，采样时间、进食、饮水、漱口、运动和热应激等混杂因素也会影响唾液渗透压的有效性（Ely et al.， 2011）。目前，唾液渗透压的脱水阈值尚未达成共识。唾液渗透压＜61 mmol/kg可能是正常水合状态的阈值（Barley et al.， 2020）。总之，唾液指标的研究和应用尚不成熟，但其作为一种无创的监控指标仍具有极大的研究潜力。
采集唾液样本时，建议受试者先吞咽残余唾液，再使用聚酯唾液拭子置于舌下2 min，并减少口面部运动使唾液积聚。唾液渗透压的测试通常使用冰点或蒸汽渗透压仪完成。虽然唾液易于获取，但是相关指标的测试较为不便。因此，唾液指标适用于实验室测试，不适用于场地和大样本量测试。
2.5 体质量指标与水合评价方法
在实验室和场地测试中，体质量是评价急性水合状态变化的有效指标。ACSM建议将体质量变化＜1%体质量基线值作为正常水合状态的阈值，并建议运动员在训练和比赛时将脱水量控制在体质量的2%以下（Sawka et al.，2007）。此外，体质量变化率也可用于比较不同体型运动员的脱水程度，其计算公式为：体质量变化率=（运动前体质量-运动后体质量）÷运动前体质量×100%（Palmer，2008）。
体质量测试简便、无创，运动员可快速完成。在运动实践中，通常使用精密度较高的电子体质量秤测试运动前后体质量的急性变化。由于食物摄入、排尿、排便、能量代谢、呼吸蒸发等非出汗因素以及服装中残留的汗液会影响体质量测试结果，测试后需要校正混杂因素。例如，当测试中包含饮水、排尿、排便等生理活动时，体质量变化=运动前裸体质量-运动后裸体质量+（运动中饮水量-运动间歇排尿量-运动间歇排便量）（张文欢 等，2018）。
2.6 口渴感觉指标与水合评价方法
口渴感觉是评价机体脱水的主观指标，具有滞后性。脱水至1%～2%体质量时，运动员通常才感到口渴而自愿饮水，此时往往已经错过最佳的补液时期（Volterman et al.， 2014）。并且，若仅凭口渴感觉，运动员实际补液量通常低于最佳补液量，从而造成“自发性脱水”（赵杰修，2007）。此外，饮料口感、补液时间、食物摄入、心理压力、环境、热习服状态等因素会影响口渴感觉（Armstrong，2005）。
目前，视觉模拟量表（visual analog scale， VAS）和7分度分类量表（categorical scale， CS）是评价口渴感觉的常用工具，通常将口渴等级≤3作为正常水合状态的阈值（Millard-Stafford et al.， 2012）。研究表明，口渴感觉评价量表在健康青壮年人群中具有高度的敏感度和特异度（Owen et al.，2019），但是对儿童和老年人群而言，口渴感觉主观量表的精确性较低（Cheuvront et al.， 2006b）。总之，口渴感觉主观量表是一种简单方便、相对有效的评价方法，运动员可独立完成。
3.1 补液的一般建议和原则
通过整合美国体育教练员协会（National Athletic Trainers’ Association，NATA）、美国营养与饮食学会（Acad‐emy of Nutrition and Dietetics， AND）、加拿大营养师协会（Dietitians of Canada，DC）和ACSM的研究报道和专家共识（McDermott et al.， 2017；
Racinais et al.，2015；
Sawka et al.， 2007；
Thomas et al.， 2016），本研究归纳了不同运动阶段补液的一般性建议，运动员在实践中可结合具体情况做适当调整（图1）。
图1 不同运动阶段补液的一般建议Figure 1. General Recommendations for Rehydration in Different Exercise Phases
此外，通过综合国内外相关文献（赵杰修，2007，2009；
Belval et al.， 2019），本研究总结了补液的一般原则：1）定量化：建议少量多次，定量化补液，每隔10～20 min摄入100～200 mL的液体，但补液总量需要大于脱水总量，补钠总量需要大于汗液丢失总钠量；
2）个性化：由于水合状态实时变化且存在个体差异，建议营养师为运动员制定个性化的补液方案；
3）全面化：补液饮料所含的营养素应多样化，以期全面实现改善水合状态、补充能源物质、提高运动表现、促进机体恢复等复合效果；
4）综合化：水合状态受到诸多因素的影响，建议综合考虑影响因素以制定补液策略（表1）；
5）安全性：补液饮料中不应含有国际反兴奋剂违禁清单中的任何成分；
6）自主性：运动员作为补液最重要的主体，需要增强补液意识，提高补液自主性。
表1 基于水合状态影响因素的补液策略Table 1 Rehydration Strategies Based on Factors Affecting Hydration
3.2 补液饮料的建议
补液饮料（rehydration beverage）的温度、颜色、成分、类型、口感、机体的营养需求、口渴感觉等因素会影响运动员的补液意愿（Casa et al.， 2000）。因此，营养师需要综合考虑多种因素，为运动员量身定制最佳的补液饮料。
3.2.1 补液饮料的温度
补液饮料的温度会影响运动员的适口性、补液意愿和摄入量，并进一步影响运动员的水合状态和运动能力。与常温饮料（≥22 ℃）相比，运动期间摄入冷（0 ℃～10 ℃）或凉（10 ℃～22 ℃）饮料有助于提高口感和愉悦感、优化水合状态、改善高温下的耐力表现（Burdon et al.， 2012）。ACSM建议运动员在运动训练和比赛期间摄入15 ℃～21 ℃的饮料（Sawka et al.， 2007）。此外，补液饮料的温度还需要根据运动环境、个体耐受程度等因素做适度调整。
3.2.2 补液饮料的成分
运动员经常面临运动期间补液机会受限、补液过多时排尿增多的困扰，因此选择或配制再水合效果良好的饮料尤为重要。研究表明，补充含钠、钾、碳水化合物、蛋白质等成分的饮料有助于提高再水合效果，而含酒精或咖啡因的饮料具有潜在的利尿作用（Evans et al.， 2017）。ACSM推荐补液饮料中钠和钾含量分别为20～30 mmol/L和 2～5 mmol/L（Sawka et al.， 2007）。由于碳水化合物浓度超过8%的饮料会显著延缓胃排空并增加运动期间的胃肠道不适感，建议碳水化合物浓度以4%～8%为宜（Baker et al.， 2014）。总之，饮料中添加适量的营养素有助于增加液体潴留量，改善机体的水合状态。
3.2.3 补液饮料的类型
除了补液饮料的成分，饮料类型也是影响机体再水合效果的重要因素。有研究发现，与常规运动饮料相比，添加牛奶蛋白的运动饮料、牛奶替代品（包括豆奶和以牛奶为原料的液体膳食补剂）的再水合效果更佳（Desbrow et al.， 2014b；
James et al.， 2011；
Seery et al.，2016）。还有研究表明，与高山矿泉水和常规运动饮料相比，机体在运动性脱水后摄入深海矿泉水的再水合效果更佳，其原因是深海矿泉水含有更丰富的钠、钾、镁元素和独特的微量矿物质（Harris et al.， 2019）。也有研究发现，与碳水化合物-电解质运动饮料相比，天然椰子水富含钾、钠、氯化物和碳水化合物，具有相似的再水合效果（Kalman et al.，2012）。综上所述，牛奶相关饮料、深海矿泉水和椰子水是有效的补液饮料，未来可以探寻更多再水合效果良好的补液饮料。
3.2.4 饮料水合指数
饮料水合指数（beverage hydration index， BHI）是一种非侵入性、可量化的新指标，能客观地评估不同饮料短期内的再水合效果。BHI计算公式为：BHI=摄入对照组饮料后一段时间内的总尿量/L÷摄入测试组饮料后一段时间内的总尿量/L。通常将摄入1 L纯净水后2 h内的总尿量设为标准，即BHI=1.0。若饮料BHI＞1.0，说明与等量的水相比，摄入该饮料后排尿量更少，再水合效果更佳，反之相反（Maughan et al.， 2016）。研究发现，全脂和脱脂牛奶、口服补液剂的BHI＞1.0，故此类饮料的再水合效果更佳；
咖啡、茶水、可乐、啤酒、汽水、橙汁和苏打水的BHI均接近于1.0，故此类饮料的再水合效果一般（Maughan et al.， 2016）。总之，BHI能帮助运动员筛选出再水合效果良好的补液饮料，建议科研人员使用该指标评价市面上的各类饮料。
3.3 不同群体运动员的补液策略
不同年龄段和性别的运动员因其生理差异而面临不同的脱水风险和补液需求，营养师需要特别关注并适当调整补液方案。
与成年运动员相比，儿童青少年运动员面临更高的脱水和运动性热病风险，需要及时补液。其原因可能是与成人相比，儿童青少年的口渴感觉更弱，出汗和体温调节能力更差（Desbrow et al.， 2014a）。儿童青少年运动员在不同运动阶段的补液策略包括：运动前，建议对运动员进行补液教育，以增强运动员的补液意识，保证饮水充足；
运动中，建议补液量约为 13 mL·kg-1·h-1，并建议每隔15～30 min进行中场休息，以提供补液机会（Rowland et al.， 2011）；
运动后，建议每小时补液量约为4 mL/kg，或根据体质量丢失量确定补液量（Rowland， 2011）；
运动后4 h内，建议运动员每小时补充含1.0～1.2 g/kg碳水化合物的运动饮料（Desbrow et al.， 2014a）。
与男性运动员相比，女性运动员在训练和比赛期间补液需求量略低。其原因可能是与男性相比，女性体温调节能力更佳、出汗率更低、电解质和体液丢失量更少（Rossi， 2017）。但是，女性性激素的波动也会影响机体的水合状态、脱水的生理反应、口渴感觉和补液需求等（Giersch et al.， 2020）。
3.4 特殊环境下运动的补液策略
暴露于特殊环境下（如高温、低温、高原）的运动员在训练和比赛期间脱水风险增加，营养师需要密切监测水合状态并调整补液方案。
高温环境下，运动员在训练和比赛时脱水、运动性热病的发生风险急剧升高，补液量和钠需求量增加。因此，建议高温下进行长时间耐力性运动的运动员摄入含0.7～1.2 g/L氯化钠、2～5 mg/L钾、5%～10%碳水化合物的补液饮料（Hermand et al.， 2019；
Sawka et al.， 2007），温度控制在5 ℃～14 ℃为宜，并可适度添加薄荷醇、冰浆（赵杰修 等，2008；
McCubbin et al.， 2020）。此外，建议运动员在高温下训练和比赛前每2～3 h摄入5～6 mL/kg补液饮料，并基于前期经验调整正式比赛前的补液量（Saunders et al.， 2019）。
低温环境下，运动员在训练和比赛时脱水情况也经常发生，营养师需要优化补液方案。低温环境下，由于天气寒冷、排尿不便、口渴感觉减弱等原因，运动员的补液动机明显降低。因此，建议冬季项目的运动员每15～20 min摄入含电解质的运动饮料（Thomas et al.， 2016）。此外，运动员在低温环境下消耗更多的能量，建议适当增加能量的摄入，如补充含6%～12%碳水化合物的运动饮料（Castellani et al.， 2006）。
高原环境下，运动员在训练和比赛时脱水风险增加，建议运动员适当增加补液量。高原环境下，空气湿度低，运动员经常出现排尿频率和呼吸性脱水增加、口渴感觉减弱、血容量降低等生理反应（Meyer et al.， 2011）。研究表明，高原环境下，男性运动员呼吸性脱水量可高达1.9 L/天、女性为0.85 L/天。因此，建议运动员在高原环境下补液量为4～5 L/天，并通过监测运动员的水合状态来调整补液需求（Thomas et al.， 2016）。
4.1 总结
运动员维持正常的水合状态对于保持最佳的生理机能、维持良好的运动表现、预防运动性热病和运动性低钠血症至关重要。目前，水合状态的评价方法都有其优点和局限性。建议体育科技工作者选择合适的评价方法，综合多指标进行分析，并从多方面、多角度地制定补液策略，帮助运动员维持良好的水合状态。
4.2 展望
随着水合状态在公共卫生、临床医学、营养学、军事科学、生物医学工程等学科研究的不断深入，相关新指标、新方法、新的补液策略不断涌现，这为体育科技工作者提供了丰富的理论基础。未来可以继续从以下方面深入研究：1）开展不同项目运动员在训练和比赛期间水合状态和补液现状调查；
2）根据运动项目的自身特点，为不同项目运动员制定水合评价与补液策略的推荐指南；
3）进一步研发准确可靠、简便实用、性价比高的评价方法并加以推广应用等。