做運動的時候,視乎外在環境的情況(溫度、濕度、陽光、風力)、新陳代謝的速率和穿著的衣服種類等,體溫可以急劇上升,於是身體會透過排汗來散發過剩的熱能。

除了水分以外,汗液還包含著電解質,如果因大量出汗而又未能及時補充失去的水分和電解質,就會降低運動表現,甚至影響健康。

Sawka 等(2007)指出,運動員在訓練及比賽中,可以每小時流失 0.5 至 2.0 公升的汗液。當然,實際的流失速率會因個別運動員、運動項目和氣候的不同而有出入。就以越野跑為例,Godek,Bartolozzi 與 Godek(2005)發現,夏天時汗液的平均流失速率可達 1.77 公升 / 小時(範圍由 0.99 至 2.55 公升 / 小時);就算在冬天,Burke 等(2005)也發現半馬拉松運動員的平均汗液流失速率仍可達 1.49 公升 / 小時(範圍由 0.75 至 2.23 公升 / 小時)。由此推算,運動員在一場超過 2 小時的馬拉松長跑賽事中,可以流失約 3 公升或以上(1) 的汗液。以一個體重 70 千克的運動員計算,身體的總含水量為 42 公升(人體約 60% 的質量由水構成),所以在一場馬拉賽事中,可以流失 3 ÷ 42 × 100% = 7% 的水分,或 3 ÷ 70 × 100% = 4% 的體重。

在較涼快及溫和的環境之下,人體產生的熱能可以藉著輻射(radiation)和對流(convection)來散發,倚靠汗液蒸發(evaporation)來散熱的需求降低,所以汗液的流失量亦相對較少。在炎熱的環境底下,體熱主要靠汗液的蒸發來排出體外(2),穿著沉重或不通風的衣物,都會妨礙了體熱藉著汗液的蒸發而排出體外,汗便會流得更多(3)。反過來說,當氣流增強的時候(風、跑速),會促進汗液的蒸發,減少汗液掉到地上,造成「浪費」。

汗液中電解質(如鈉、鉀、鈣、鎂等)的流失量要視乎汗液的總流失量和汗液中電解質的濃度而定,而且會按遺傳、膳食、汗流速率和熱適應能力而有出入。然而,性別、成熟程度和年齡,對此卻無顯著影響。雖然汗腺能重新吸收(sodium)和氯化物(chloride),但其吸收能力並不會隨著汗流速率的上升而有所提高,因而使到汗液中鈉和氯化物的濃度會隨著汗流加快而升高。熱適應(heat acclimatization)能增強再吸收鈉和氯化物的能力,使人體在任何汗液流失速率之下,汗液中鈉的濃度都會較低。

人體約 60%(範圍由 45 至 75%)的重量是由水組成,並且會因不同的身體成分(body composition)而有所分別。去除脂肪後的肌肉中有 70 至 80% 的重量由水構成;但脂肪組織卻只有 10% 的重量是水。水在肌肉或脂肪中的含量與年齡、性別、種俗等因素並無關係。因此,一個重 70 千克的人,體內約存著 42 公升(範圍由 31 至 51 公升)的水分(Institute of Medicine,2005)。經過訓練的運動員,由於肌肉增多和脂肪減少,所以體內的總存水量會較高。

人體內的水平衡要按水分的吸收和流失而定,水分可透過飲料、膳食和新陳代謝而得到補充,但亦會隨著呼吸、排泄和出汗而流失。在正常的情形下,由新陳代謝而產生的水分(約 0.13 克 / 千卡熱能),與呼吸時水分的流失量互相抵消(Consolazio,Johnson 與 Pecora,1963;Convertino 等,1996)。除了腹瀉的情況下,水分隨消化管道的流失量只為 100 至 200 毫升 / 天。腎臟會調節尿液輸出來維持體內的水平衡,能夠每小時排出 20 至 1000 毫升的尿液(Institute of Medicine,2005)。在劇烈運動的時候,流到腎臟的血量和腎小球的過濾能力都會顯著下降,尿液的排放量亦會隨之而減少(Zambraski,2005)。因此,運動時吸取過多的水分(hyperhydration),腎臟便難以將多餘的水分排出體外。

一般來說,經過 8 至 24 小時之後,如果能夠汲取足夠的水分和電解質,兩者都能夠被完全補充,使身體的總存水量得以維持,並且經常都能夠保持在體重的 ±0.2 至 0.5%以內。

運動時體重的改變可以用來計算汗液的流失速率。由於汗液的比重(specific gravity)為 1.0 克 / 毫升,每減輕 1 克的體重就代表流失了 1 毫升的汗液。因此,運動前後體重的相差便可以用作水分補充的指標。對大部分人來說,水分流失超過體重的 2% 便會開始影響到有氧運動和認知上的表現(特別在炎熱的天氣底下),但實際情況會按環境溫度、運動種類和個人生理特質而有差異。在較寒冷的天氣底下,脫水超過體重的 3% 才會開始影響到有氧運動的表現。不過,就算脫水程度是超過了體重的 3 至 5%,仍不會影響到無氧運動和肌肉力量的表現(Sawka 等,2007)。

脫水不但會影響到運動表現,而且還可以導致熱衰竭,甚至是中暑的嚴重後果。美國一個歷時 22 年的研究(Carter 等,2005)顯示,約 17% 中暑而需要留院的美軍有脫水的情況。骨骼肌的抽筋情況也相信是由於脫水,再加上電解質不足和肌肉疲勞所致;而且容易抽筋的人士,亦相信是出汗較多並同時流失大量鈉的一群(Bergeron,2003;Stofan 等,2001)。

另一方面,過度補充水分(高於汗液流失量)而未能適當補充鈉,使到血漿內的鈉過少(低於 125 微摩爾 / 公升),便會造成運動性低血鈉症(exercise-associated hyponatremia),而且血鈉的濃度降得越低,降得越急,出現腦部疾病(如水腫)及肺水腫的風險就越大。低血鈉症癥狀包括:頭痛、嘔吐、手及腳部腫脹、不安、不尋常的疲累、混亂和失去知覺(腦部疾病:水腫)、呼吸時出現氣喘聲(肺水腫)等。當血鈉的濃度遠低於 120 微摩爾 / 公升的時候,甚至會出現昏迷、呼吸停頓,甚至死亡的情況。

女性的體型較小,新陳代謝的速率也較低,所以汗液流失速率也較男性為低,但卻比男性容易出現運動性低血鈉症(特別在參與馬拉松及超級馬拉松賽事時,但原因仍未能確定)。老年人(65 歲以上)對脫水而感到口渴的靈敏度較差,往往未能及時補充足夠的水分,所以運動時及運動後都應鼓勵他們要多喝水。兒童的汗液流失速率也較成年人低。

American College of Sports Medicine 對運動時水分的補充有下列的建議(Sawka,2007):

運動前的水分補充

運動前的 4 小時,便應開始按體重逐少補充水分(約 5 至 7 毫升 / 千克),如果之後未有小便或尿液的顏色仍較深,便應在運動前的 2 小時,再按體重逐少補充水分(約 3 至 5 毫升 / 千克)。在運動前數小時開始補充水分,能確保尿液的輸出,亦即體內的水平衡,在運動開始前已回復正常。飲用含鈉的飲料及進食加進小量食鹽的小食,能刺激口渴的感覺及保存喝進的水分。一般來說,攝氏 15 至 21 度的水較為可口。

運動時的水分補充

運動時水分補充的目標就是防止脫水(超過體重的 2%)和保持電解質的平衡,補充的分量和速率要按個人的汗液流失速率、運動的持續時間和可以給予補充水分的機會(水站的設置)而定。運動的持續時間越長(超過 3 小時),水分補充與汗液流失之間的平衡越加重要,否則會造成脫水或運動性低血鈉症。此外,個子大小有別的運動員,在不同的氣候環境下,進行不同速度的運動時,汗液流失速率的範圍約是 0.4 至 1.8 公升 / 小時,詳細內容見表一(Montain,Cheuvront 與 Sawka,2006)。

表一、在涼快 / 溫和(溫度 = 攝氏 18 度)及溫暖(溫度 = 攝氏 28 度)的環境下,
跑速由 8.5 至 15 公里 / 小時的預計汗液流失速率(公升 / 小時)。

 

體重
(千克)

 

氣候

跑速

8.5 
千米 / 小時

10 
千米 / 小時

12.5 
千米 / 小時

15 
千米 / 小時

50

涼快 / 溫和

0.43

0.53

0.69

0.86

 

溫暖

0.52

0.62

0.79

0.96

70

涼快 / 溫和

0.65

0.79

1.02

1.25

 

溫暖

0.75

0.89

1.12

1.36

90

涼快 / 溫和

0.86

1.04

1.34

1.64

 

溫暖

0.97

1.15

1.46

1.76

對於賽前體內水平衡正常的馬拉松運動員來說,Noakes(2003)建議他們可隨著意向飲用 0.4 至 0.8 公升 / 小時的飲料。運動員的跑速越高,體重越重,氣候越炎熱,飲的應當較多;反過來說,個子較小,體重較輕,速度較慢的運動員,可以相對飲少些。Montain,Cheuvront 與 Sawka(2006)也認同這個飲用分量。

至於運動飲料的成分,Institute of Medicine(1994)建議,除了要含有電解質(鈉、鉀、氯化物)外,還要包含約 5 至 10% 的碳水化合物(4),以補給能量。碳水化合物的補給有助於維持運動的強度,每小時飲用約 30 至 60 克的碳水化合物飲料,能有效維持血糖的水平,從而保持運動表現(Coyle,2004;Coyle 與 Montain,1992)。以一支常規的運動飲料(含 6 至 8% 碳水化合物)計算,運動員每小時可飲用 0.5 至 1 公升以達致每小時補充 30 至 80 克碳水化合物的目標。不過,運動飲料中的碳水化合物亦不宜超過 8% 的濃度,否則容易滯留胃部,妨礙水分的吸收。

運動後的水分補充

運動後水分補充的目標,就是要完全恢復體內的水分和電解質儲備。如果時間許可,正常的飯餐及小吃(只要含有適量的鈉),再加上清水已足夠補充需要。於恢復階段在食物或飲品中加進鈉,有助刺激口喝的感覺和保留喝進的水分。就算從汗液流失了較多的鈉,只要在食物中加多少許的食鹽,一般已足夠補充失去的電解質。

若要盡快解決脫水的問題,運動員應按每千克體重的損失,飲用約 1.5 公升(包含電解質)的飲料,但千萬不要一次過喝進太多。若脫水的情況嚴重(超過體重的 7%),或運動員出現反胃、嘔吐或腹瀉,又或者不能喝進飲料時,可從靜脈給予水分補充。除此以外,在大部分情況之下,透過靜脈來補充水分並不會帶來任何額外的好處。


備註
(1)
1 公升的汗液約重 1 千克。
(2)
每蒸發 1 克的汗水可帶走 0.58 千卡(Kcal)的熱能。進行劇烈運動時,人體需要以每小時蒸發約 1.2 公升的速率來散發體熱。
(3) 汗液必須藉著「蒸發」以帶走大量的熱能,掉在地上的汗水並無助於散發體熱(Cheuvront 等,2004;Sawka,Wenger 與 Pandolf,1996)。
(4) 即每 100 毫升含有 5 至 10 克的碳水化合物。

熱衰歇

中暑

運動性低血鈉症

運動員膳食

醣元負載法

  1. Bergeron, M. F. (2003). Heat cramps: fluid and electrolyte challenges during tennis in the heat. Journal of Science & Medicine in sport, 6, 19-27.

  2. Burke, L. M., Wood, C., Pyne, D. B., Teleford, R. D., & Saunders, P. U. (2005). Effect of carbohydrate intake on half-marathon performance of well-trained runners. Journal of Sports Nutrition and Exercise Metabolism, 15, 573-589.

  3. Carter, R. I., Cheuvront, S. N., Williams, J. O., et al. (2005). Hospitalization and death from heat illness in US Army soldiers, 1980-2002. Medicine & Science in Sports & Exercise, 37, 1338-1344.

  4. Cheuvront, S. N., Carter III, R., Montain, S. J., & Sawka, M. N. (2004). Influence of hydration and air flow on thermoregulatory control in the heat. Journal of Thermal Biology, 29, 532-540.

  5. Consolazio, F. C., Johnson, R. E., & Pecora, L. J. (1963). The computation of metabolic balances. In: Physiological Measurements of Metabolic Function in Man. New York: McGraw-Hill, pp. 313-339.

  6. Convertino, V. A., Armstrong, L. E., Coyle, E. F., et al. (1996). American College of Sports Medicine position stand. Exercise and fluid replacement. Medicine & Science in Sports & Exercise, 28, i-vii.

  7. Colyle, E. F. (2004). Fluid and fuel intake during exercise. Journal of Sports Science, 22, 39-55.

  8. Coyle, E. F., & Montain, S. J. (1992). Carbohydrate and fluid ingestion during exercise: are there trade-offs? Medicine & Science in Sports & Exercise, 24, 671-278.

  9. Godek, S. F., Bartolozzi, A. R., & Godek, J. J. (2005). Sweat rate and fluid turnover in American football players compared with runners in a hot and humid environment. British Journal Sports Medicine, 39, 205-211.

  10. Institute of Medicine. (1994). Fluid Replacement and Heat Stress.

  11. Institute of Medicine. (2005). Water, In: Dietary Reference Intakes for Water, Sodium, Chloride, Potassium, and Sulfate. Washington, D. D.: National Academy Press, pp. 73-185.

  12. Montain, S. J., Cheuvront, S. N., & Sawka, M. N. (2006). Exercise associated hyponatremia: quantitative analysis for understand the aetiology. British Journal of Sports Medicine, 40, 98-106.

  13. Noakes, T. (2003). Fluid replacement during marathon running. Clinical Journal of Sport Medicine, 13, 309-318.

  14. Sawka, M. N., Burke, L. M., Eichner, E. R., Maughan, R. J., Montain, S. J., & Stachenfeld, N. S. (2007). ACSM position stand: Exercise and fluid replacement. Medicine & Science in Sports & Exercise, 39(2), 377-390.

  15. Sawka, M. N., Wenger, C. B., & Pandolf, K. B. (1996). Thermoregulatory responses to acute exercise- heat stress and heat acclimation. In: Handbook of Physiology, Section 4: Environment Physiology, C. M. Blatteis and M. J. Fregly. New York: Oxford University Press for the American Physiological Society, pp. 157-186.

  16. Stofan, J., Niksich, D., Horswill, C. A., et al. (2001). Sweat and sodium losses in cramp-prone professional football players. Medicine & Science in Sports & Exercise, 33(Suppl 1), S256.

  17. Zambraski, E. J. The renal system. In: ACSM's Advanced Exercise Physiology. C. M. Tipton, M. N. Sawka, C. A. Tate, and R. L. Terjung. Baltimore, MD: Lippincott, Williams & Wilkins, pp. 521-532.

最後更新日期:2016/08/02