甘油补充改善水合状态提高有氧耐力研究进展

冯亦唯 房国梁 瞿超艺，2 耿雪，2 黄鹏，3 覃飞，4 赵丽娜，3 赵杰修

1 国家体育总局体育科学研究所运动生物科学中心（北京 100061）

2 北京体育大学运动科学学院（北京 100084）

3 上海体育学院运动人体科学学院（上海 200438）

4 暨南大学体育学院（广州 510632）

美国运动医学会和美国运动防护协会发表的立场声明指出，机体脱水超过2%体重会导致有氧耐力降低[1，2]。在日常训练和比赛中，如何消除或延缓运动中脱水造成的不良影响是许多运动员必须面临的挑战之一。在特殊环境下运动时，运动员的脱水问题变得更加严峻。在低温环境下，由于冷利尿效应、呼吸性脱水增加、口渴感觉减弱、排尿不便、液体温度偏低、补液机会受限等因素[3]，许多冬季项目（如冰球[4-6]、越野滑雪[7]和高山滑雪[8]）运动员在训练和比赛期间面临补液意愿降低、液体摄入量减少、脱水量增加、体温调节能力和有氧耐力降低等问题。当运动员在高温环境下进行剧烈运动，脱水和热应激反应不仅会损害体温调节能力，增加心血管系统压力，降低有氧耐力，还会增加运动性热病的患病风险，对生命健康构成潜在威胁[1]。

为了减缓运动中的脱水进程，运动员在运动期间补充添加甘油的饮料是一种有效的营养策略。许多研究报道[9-11]，运动前补充添加甘油的饮料能诱导机体维持高水合状态（hyperhydration），运动中、运动后补充甘油能提高血浆甘油浓度，提高机体再水合（rehydration）效果。目前，甘油因其改善机体水合状态的功效而受到国内外学者越来越广泛的关注。本文从甘油的理化性质与生化代谢、甘油改善机体水合状态的机理、不同运动阶段补充甘油对生理机能和运动能力的影响、甘油的使用指南等方面进行综述，为甘油的后续研究和应用提供参考。

1 甘油的理化性质与生化代谢

甘油（C3H8O3）又称1，2，3-丙三醇，是一种无毒、无色、透明、无臭、味甜、具有渗透活性的粘稠状液体。甘油是甘油三酯分解过程中释放的一种3-碳醇代谢物，具有醇类物质的一般化学性质，包括冰点低、吸湿性好、溶解性强、密度高、易溶于水[12]。基于甘油特殊的理化性质，甘油作为甜味剂、保湿剂、润滑剂、高渗透剂等在食品、医药、化工、美容护理、航天医学、国防医学等领域得到诸多应用[13-15]。本文主要介绍甘油作为高水合剂（hyperhydration agent）和再水合剂（rehydration agent）添加于补液饮料中以改善机体水合状态的功效，对运动员、普通运动人群、军人等群体均具有一定的指导意义。

肝脏和肾脏存在高活性的甘油激酶，是清除甘油的主要代谢器官。甘油经甘油激酶磷酸化后，主要通过两条途径完成转化：约70%～90%的3-磷酸甘油被3-磷酸甘油脱氢酶氧化成磷酸二羟丙酮，之后以3-磷酸甘油醛形式进入糖酵解途径氧化或糖原异生，剩余10%～30%的3-磷酸甘油与游离脂肪酸结合形成甘油三酯[14]（图1）。由此可见，血浆甘油浓度取决于甘油的摄入剂量和代谢效率。

图1 甘油的生化代谢途径[16]

2 甘油改善机体水合状态的机理

关于甘油改善机体水合状态的机理尚未完全清楚，目前普遍认为甘油因其具有脂溶性和渗透活性而产生渗透梯度，增加液体潴留。甘油经过口服后，首先通过被动扩散被胃肠道迅速吸收，之后均匀分布到除脑脊液和房水以外的所有液室（如血浆、组织液），并在液室内逐渐产生渗透梯度[17]。水分倾向于流向溶质浓度高的区域，以平衡液室内外的溶质浓度，因而甘油会导致液室内的含水量不断增加。当甘油经过肾脏时，甘油在肾脏近端和远端小管以被动扩散方式被重吸收或通过集合管排出[12]。甘油被重吸收后可增加肾髓质渗透梯度，导致水分重吸收增加，自由水清除率降低，尿量减少[18，19]。正常成人在静息状态下血浆甘油浓度为0.05～0.1 mmol/L，当体内脂肪分解增加，血浆甘油浓度可增加至0.3～0.4 mmol/L；当人体摄入外源性甘油，血浆甘油浓度增加，甘油在肾脏的重吸收增强，液体潴留量增加；当血浆甘油浓度超过肾阈值（15～20 mmol/L左右，具体的肾阈值受到甘油摄入剂量和个体差异等因素影响），即血浆甘油浓度已达到饱和点，甘油在肾脏中的排泄逐渐增加，血浆甘油浓度不断下降，液体潴留量随之降低。由于甘油在体内的代谢速度很慢，因此其能够在相对较长的时间内维持渗透梯度[20]。

值得注意的是，虽然甘油会使血浆渗透压增高，但是甘油对渗透压感受器的作用较弱，故补充甘油不会导致抗利尿激素分泌增加。此外，补充甘油对醛固酮和心房钠尿肽浓度也无显著影响[21]。总之，甘油主要通过直接作用于肾脏增加液体潴留，而非通过激素的体液调节实现。

3 运动前补充甘油对生理机能和运动能力的影响

3.1 运动前补充甘油对液体潴留的影响

目前，甘油的相关研究通常选用体重、尿量、血浆容量、全身水分含量、自由水清除率等指标评价液体潴留情况。1987年，Riedesel等[17]首次报道了甘油诱导高水合状态（glycerol-induced hyperhydration，GIH）的功效。后续研究[21-27]相继证实，无论在常温、高温或低温环境下，与补充纯净水相比，运动前GIH 均能减少尿量，增加液体潴留，其作用机理均与甘油的渗透活性有关。例如，有研究对7 名男性受试者在冷空气暴露前30 min 补充甘油溶液（甘油1.5 g/L×全身水含量+水37 ml/L×全身水含量），随后受试者在特殊环境舱中进行4小时的冷空气暴露后，结果显示GIH组的液体潴留量几乎是补充纯净水组的两倍，而液体潴留量与激素的体液调节作用无关[27]。有meta 分析也指出，与补充纯净水相比，运动前GIH 使机体的液体潴留量显著提高了50%[22]。综上，无论在常温、高温或低温环境下，运动前补充甘油均能有效增加液体潴留，而液体潴留量受到甘油剂量及代谢速率、液体摄入量、补液饮料类型、脱水程度、补充甘油到开始运动的时间间隔、运动时间和强度、个体差异等因素影响。

3.2 运动前补充甘油对体温调节的影响

目前，国内外学者主要选用出汗率、直肠温度、皮肤温度和前臂血流量等指标评价甘油对机体的体温调节能力。一些研究[23，28-31]显示，在常温或高温下，运动前GIH 能改善体温调节。例如，在Anderson 等[23]研究中，6名训练有素的运动员在运动前2小时补充甘油溶液（甘油1.2 g/kg体重+液体20 mL/kg体重），随后在高温环境下骑行功率车90 min，结果发现，与对照组相比，GIH 组心率较低，前臂血流量较高，直肠温度较低。但另一些研究表明，在常温或高温下，运动前GIH对体温调节并无益处[19，25，26]。例如，在Marino等[19]研究中，7 名受试者运动前摄入甘油溶液（甘油1.2 g/kg 体重+液体21 mL/kg体重），随后在高温环境下进行可变强度的自行车比赛。在运动间歇期测量直肠温度，结果显示，与安慰剂组相比，GIH组体温调节能力并无显著优势。

有关甘油改善体温调节的作用机理可解释为运动前GIH 导致体内储备多余的水分，以维持充足的血浆容量，从而使运动时循环血量向外周分布增加，皮肤和前臂血流量增加，出汗量增加，散热增强，皮肤温度和直肠温度趋于降低[9]。此外，不同研究中相关指标结果的差异可能与甘油的摄入剂量和时间、运动方案（如运动类型、持续时间、强度）、环境条件（如温湿度、风速）、饮料温度和补液量、基线水合状态、液体潴留量、指标测试方法、受试对象个体差异（如训练水平、适应状态）等因素有关。例如，在高温运动中，运动员处于热应激状态，脱水量大，体温调节和心血管系统高度紧张，GIH发挥的益处更为明显[9，16]。尽管研究结果不尽相同，但是（尤其在高温环境下）运动前补充甘油对体温调节的潜在益处不容忽视。

3.3 运动前补充甘油对心血管功能的影响

目前，许多研究通过心率、心室充盈量、每搏量、血浆容量等指标评价甘油对机体心血管功能的影响。多数研究[19，23，24，26，32，33]表明，在常温或高温运动中，运动前GIH 具有缓解心血管系统压力、改善心血管功能的作用，可表现为心率降低、每搏量和心输出量增加等反应，其机理可解释为：甘油通过增加全身水分储备，扩充血浆容量，维持平均动脉压稳定，减缓运动中血浆容量和每搏量的大幅下降[9]。例如，在Montner 等[26]的研究中，受试者在运动前补充甘油溶液（甘油1.2 g/kg 体重+液体26 mL/kg 体重），随后在常温环境下以61%最大功率负荷骑行至力竭，结果显示，与对照组相比，运动中GIH 组的心率降低，心输出量增加。但也有少数研究表明[29，34-36]，运动前GIH对常温或高温运动中心血管功能相关指标并无显著影响。例如，在Wingo等[29]研究中，受试者在运动前补充甘油饮料（甘油1 g/kg 体重+液体28 mL/kg体重），随后在高温环境下进行山地自行车比赛，结果显示，与对照组相比，GIH 组心率在不同测试时间点并无明显差异。目前相关研究结果并不完全一致，其原因可能与研究设计差异有关。鉴于大多数研究结果，笔者认为（尤其在高温环境下）运动前补充甘油有助于改善运动期间的心血管功能。

3.4 运动前补充甘油对运动能力的影响

迄今为止，有关甘油与无氧运动能力的研究很少。有限的研究表明[37]，与对照组相比，GIH 对最大等长肌力、次等长肌力、最大等速肌力等肌力相关指标均无显著影响。由此推测，运动前补充甘油对无氧运动能力的改善效果甚微。

相较于无氧运动能力的研究，关于甘油对有氧耐力的研究较多，且以长时间耐力运动模型为主（表1）。大部分学者[11，23-26，32，34，38-40]认为，在常温或高温环境下，运动前GIH能改善有氧耐力，表现在延长力竭运动时间、提高计时试验成绩、增加总功率负荷和峰值输出功率等方面。例如，Goulet等[32]发现在高温环境下进行长时间耐力运动前，口服甘油溶液（甘油1.2 g/kg体重+水26 ml/kg 体重）诱导高水合状态后能显著延长力竭运动时间，提高峰值输出功率。但也有研究[19，29，33-36，41]认为，在常温或高温环境下，运动前GIH对有氧耐力无显著影响。例如，有研究让两组受试者分别摄入甘油溶液（甘油1.2 g/kg体重+液体26 mL/kg 体重）或安慰剂后，在25°C常温环境下以66%VO2max强度骑行功率车2小时，随后进行有氧耐力测试，结果显示，运动前GIH并不会改善有氧耐力[35]。

表1 运动前补充甘油对耐力表现的影响

综合现有研究，相关研究结果差异可能与研究设计有关，包括运动持续时间、运动强度和类型、环境条件、甘油补充剂量等。例如：Marino等[19]研究报道，运动前GIH未能改善运动能力的可能原因是液体潴留量不足；当运动时间、强度足够大，运动中预计脱水量超过2%体重时，运动前GIH改善有氧耐力的功效最为显著[42]；有meta 分析指出，与补充纯净水相比，运动前GIH组耐力表现显著提高2.6% ± 1.6%[22]。在2020年澳大利亚运动营养师协会发表的联合声明中，高温运动期间补充甘油得到了认可与推荐[43]。综上，笔者认为（尤其在高温环境下）运动前补充甘油具有改善有氧耐力的潜能。

此外，运动前补充甘油改善有氧耐力的具体作用机理尚不清楚，不同研究结果的差异导致作用机理的解释并不一致。总的来说，甘油主要通过血浆容量扩充、核心体温和心率降低、出汗率增加、主观疲劳感觉和热感觉减轻等综合效应，从而提高有氧耐力[21，25，26，28，29，32，34]。值得注意的是，虽然肝脏中甘油激酶的活性很高，但是在运动中甘油作为糖异生底物代谢太慢，甘油无法被快速转化为葡萄糖来提供充足的能量[9，44]。因此，运动前补充甘油主要通过诱导高水合状态而非糖异生途径来改善有氧耐力。

4 运动中、运动后补充甘油对生理机能和运动能力的影响

目前关于运动中、运动后补充甘油的研究相对较少，综合现有研究发现[11，41，45，46]，无论在低温、常温或高温环境下，运动中、运动后补充甘油能提高血浆甘油浓度，维持渗透梯度，增强液体潴留，促进体液平衡，提高再水合效果。而甘油的再水合效果与脱水程度、运动前是否达到高水合状态、运动环境、运动时间和强度等因素有关。例如，若运动中脱水量低于2%体重或补液机会充足，则甘油的再水合效果不明显；若运动中脱水超过2%体重且补液机会不足，则补充甘油的再水合效果较明显[10]。

在常温或高温环境下，运动中[41，46]或运动后[11，45]补充甘油在体温调节、心血管功能、有氧耐力等方面均具有不同程度的潜在益处，其作用机理与运动前GIH 相似（同样与液体潴留有关）。例如，Siegler 等[41]通过对10 名男性运动员在常温下进行4×15 min 可变强度训练，间歇休息2 min，然后进行Yo-Yo间歇性耐力测试，运动中补充甘油溶液（甘油0.7 g/kg 体重+液体13.4 ml/kg 体重），结果发现，与对照组相比，补充甘油组血浆容量增加，但心率、核心温度和力竭运动时间无显著变化。Kavouras 等[11]通过对8 名男性运动员先进行运动和限水以达到脱水至4%体重，之后补充甘油饮料（甘油1 g/kg 体重+液体3%体重）以实现再水合，接着在高温环境下以74%VO2peak强度骑行功率车至力竭。结果发现，与对照组相比，补充甘油组血浆容量增加，体温调节功能无明显优势，但力竭运动时间显著提高了19%。

此外，甘油作为再水合剂对无氧运动能力并无改善作用。近些年来有研究通过对男子摔跤运动员在模拟高温房中以70%VO2max强度在跑步机上运动至脱水3%体重，随后实验组补充甘油溶液（甘油1 g/kg体重+水26 ml/kg 体重），接着完成Wingate 测试，结果发现，与对照组相比，运动后补充甘油虽然能增加液体潴留量，但不能改善无氧运动能力[46]。

5 甘油的使用指南

5.1 甘油的补充方案

5.1.1 运动前甘油的补充剂量

甘油在药店或保健品商店中容易获取，现有研究中运动前使用甘油的剂量为0.9～1.5 g/kg体重，平均剂量为1.1 g/kg 体重[10，22]。当甘油剂量增加至1.0～1.5 g/kg时，血浆甘油浓度才能产生足够的渗透梯度，使血浆甘油浓度达到峰值。当甘油剂量超过1.5 g/kg时，甘油的分解代谢和肾脏排泄将增加，血浆甘油浓度随之降低，故不推荐使用过高剂量的甘油[10]。目前大多数研究选择的剂量为1.0 或1.2 g/kg 体重，参考国外相关指南[47]，笔者建议运动前口服的甘油剂量控制在1.0～1.2 g/kg体重。

5.1.2 运动前液体摄入量

现有研究中，运动前液体摄入量为20～29 ml/kg体重，平均补液量为24 ml/kg 体重[48]。在一定范围内，液体摄入量与液体潴留量存在显著的正相关关系。有关meta分析指出，当补液量为26 ml/kg时，液体潴留量最高[22]。考虑到补液量过大可能会引起胃肠道不适，笔者建议运动员以少量多次的方式摄入液体20～26 ml/kg体重。

5.1.3 运动前甘油的补充时机

现有研究中，从补充甘油到开始运动的时间间隔为0～150 min 不等[48]。综合17 项实验研究发现，液体潴留量与补充甘油到开始运动的时间间隔呈显著的负相关（r=-0.56，P=0.021），即时间间隔越短，液体潴留量越大，但间隔时间不应低于甘油被体内吸收所需的时间[48]。通常补充甘油60～150 min 后，血浆甘油浓度出现峰值，液体潴留量最大[10，47，48]。参考国外相关指南[47]，笔者建议在运动前60～90 min 补充甘油，而具体间隔时间需根据运动项目、运动方案等因素有所调整。

5.1.4 液体成分与类型

将甘油添加于不同类型和成分的饮料中，有望提高液体潴留并实现复合效果。研究表明，补充含钠、钾、蛋白质、碳水化合物等成分的饮料能提高再水合效果[49]。将甘油添加于含碳水化合物和电解质（钠、钾）等成分的运动饮料中，有助于增强液体潴留、改善口感、促进胃肠道吸收、降低低钠血症的发病风险[47]。再者，在甘油溶液中添加人工甜味剂（如阿斯巴甜）能改善口感、调节甜度、在双盲试验中掩盖甘油口味[10]。此外，在甘油溶液中适当添加葡萄糖可能会进一步增强液体吸收、提高能量供应[48]。另外，肌酸作为一种渗透活性物质也被证明具有显著的再水合效果，能产生适度的液体潴留，建议在甘油液体中联合使用肌酸以增强液体潴留[31]。有研究报道，与补充纯净水相比，补充含甘油和碳酸氢钠的溶液也能诱导高水合状态[50]。在高温运动中，建议在甘油溶液中添加薄荷醇、冰浆或冷藏至5℃～14℃[43，51，52]。而在低温运动中，建议在甘油溶液中适当提高碳水化合物浓度，并注意饮料的保温[3]。综上，笔者建议营养师可以选择性地将甘油配制于不同类型和成分的液体中，未来可以进一步探讨甘油联合不同饮料和补剂的使用效果。

5.1.5 不同运动阶段甘油的补充方案

表2 提供了不同运动阶段的一般性使用指南，在实践应用中建议根据运动员的水合状态、运动阶段、运动方式、运动持续时间和强度、赛事规则、补液机会的可及性、个人喜好、饮料电解质含量和适口性等因素制定个体化的补充方案[43]。值得一提的是，运动员的水合状态需要结合多指标评定，常用的评定指标包括尿比重、尿液颜色、体重变化、口渴感觉等[53]，营养师需要紧密结合运动员的水合状态，相应地调整甘油的使用剂量。

表2 不同运动阶段补充甘油的使用指南

5.2 使用甘油的相关规定

既往研究认为甘油可能具有遮蔽血液兴奋剂的作用，2010年甘油作为血容量扩充剂被世界反兴奋剂机构列入禁用清单[54]。然而后续有研究表明，补充甘油对兴奋剂检测相关的血液参数的影响极小[54，55]，2018年1月甘油从禁用清单中被删除[43，56]。另外，虽然静脉输注液体可以快速扩充血浆容量，但是自2005年以来，世界反兴奋剂机构禁止运动员在比赛中和比赛外使用静脉输液/注射，故使用静脉输液/注射甘油也是被禁止的[57]。过去甘油在国外已有广泛研究和应用，但是自2010年甘油被禁用后，甘油的研究相对减少。近些年来随着甘油使用的合法化，甘油重新受到研究人员的关注，研究热度逐渐回升。自2018年以来，口服甘油属于合法手段，建议教练员和科研人员把握甘油的使用契机，往后每年也需要持续关注世界反兴奋剂机构和中国奥委会反兴奋剂中心发布的禁用清单以确保甘油使用的合法性。

5.3 口服甘油的注意事项

目前普遍认为，正确合理地口服甘油是安全的。其原因在于：甘油用于改善水合状态所需的口服剂量非常低[16]；甘油副作用的发生率非常低；甘油会在一段时间后被肝肾代谢，因而副作用会自行消失[48]。目前大多数研究[11，17，19，25，26，28，35，40]并未发现受试者出现副作用，少数研究[23，24，34]报道受试者出现轻微的恶心和胃肠道不适以及颅内压升高引起的头昏、头痛、视力模糊等副作用，其原因可能与摄入高剂量的甘油有关[11]。为避免潜在的健康风险，孕妇和患病人群（包括糖尿病、肾衰竭、偏头痛、心血管和肝脏疾病）不宜使用甘油[12]。另外，虽然补充甘油会增加血浆容量，引起血浆钠浓度降低，但是其降低幅度不足以引起低钠血症[22]。总之，建议营养师和教练员掌握甘油的口服剂量、补液量和使用时间，并密切关注运动员的身体状况。

6 小结与展望

6.1 小结

运动期间补充甘油以增加全身液体储备是一种延缓脱水进程的有效手段。甘油主要通过作用于肾脏，产生渗透梯度，增强液体潴留，改善机体水合状态。在常温或高温环境下，运动前、中、后补充甘油在液体潴留、体温调节、心血管功能、有氧耐力等方面具有不同程度的益处。在低温环境下，补充甘油仍能发挥其增强液体潴留的功效。目前，口服甘油不属于违禁手段，科学、合理地补充甘油可以充分发挥其益处。一般建议运动员在运动前60～90 min 补充甘油1.0～1.2 g/kg体重+液体20～26 ml/kg体重，运动中、运动后可以根据实际情况适当补充甘油。此外，甘油的副作用很低，具有良好的耐受性和安全性，教练员和营养师需要熟悉甘油的使用方法和注意事项。

6.2 展望

甘油作为一种经济、高效的运动营养补剂，具有较高的应用价值。目前有关甘油的研究相对有限，未来可以从以下方面继续探讨：

1）目前相关实验研究大多集中于1996～2014年，特殊环境下（如低温、低氧、高温高湿环境）以及运动中、运动后补充甘油的研究不足，在不同运动阶段和不同环境下补充甘油对生理机能和运动能力的影响和内在机理亦尚未明确，未来仍需开展更多高质量、大样本量的随机对照双盲研究予以明确，为甘油的应用提供更有力的理论依据和实验支撑；

2）目前研究中甘油的使用方式并不统一，剂量效应关系也尚未完全明确，未来可以探讨不同剂量和不同摄入方式（单次、分次）的甘油补充对生理机能和运动能力的影响，探寻甘油最佳的摄入剂量和方式，制定更加精细化的补充方案；

3）目前越来越多的研究发现一些营养补剂和饮料也能提高液体潴留，未来可以探讨甘油配制于不同液体中是否能进一步提高液体潴留、改善运动能力，并通过比较甘油与不同液体的联合使用效果，制定“甘油+液体”的最佳方案等。