男性不全饥饿状态下不同饮水量对体成分和某些生理生化功能的影响*

邢 瑞， 赵阳鹏， 杜 鹏， 穆慧玲， 房龙梅， 白 霜， 刘 晋， 刘 鹏， 王若永△， 曾新安△

(1. 华南理工大学， 广东 广州 510641； 2. 中国人民解放军93735部队， 天津 301700； 3. 空军军医大学空军特色医学中心， 北京 100142; 4. 军需工程技术研究所， 北京 100010)

饥饿是指食物供应受到限制以至于断绝，或者食物摄入受到影响，进食困难以至于不能进食，从而使机体处于能量、营养摄入不足或缺乏的状态。机体完全得不到或完全无法摄入食物时称为完全饥饿状态；能够得到或摄入部分食物，但又不能完全满足机体需要时称为不全饥饿状态[1]。

一些特殊情况会造成饥饿，如居民在地震等自然灾害中被困瓦石中，矿工遇到矿难被困矿井中，旅行者登山远足迷失荒野，空军飞行员因飞机失事跳伞落入野外。为了应对上述情形，相关人员可能会配备应急口粮(也叫救生口粮)维持最低生理需求[2-4]。尽管有关不全饥饿时应急口粮能量供应、三大营养素比例、维生素矿物质供给量对体能、生理生化及代谢的影响已有许多报道[5-7]，但对于除饮食外的饮水量的相关研究较少。而在实际情况中，饮用水和食物的供给常常同时受到限制。因此，本研究对比了限制饮水(每天500 ml)和自由饮水两种饮水模式下不全饥饿对人体生理生化体能等指标的影响，以期为不全饥饿状态下的最低饮水量设置提供理论依据。

1 对象与方法

1.1 对象与分组

研究对象为10名健康青年男性志愿者，从事中轻度体力劳动和脑力劳动，年龄22～32岁，身体健康。试验前进行心电图、肝肾功能检查，排除器质性病变。将10名受试者随机分为2组，每组5人，分别为限水组和不限水组。不限水组年龄为(26.94±2.90)岁，身高为(175.80±3.63)cm，限水组年龄为(23.27±1.82)岁，身高为(177.60±7.96)cm。

1.2 膳食计划

本试验研究的不全饥饿状态模拟矿难、登山遇险、地震被困或飞机野外迫降等依靠应急食物维持体力等待救援的情形。试验期间的气温在7～18℃之间。在3 d的试验中一次性发放全部口粮和饮水，受试者根据自身情况分配每日饮食饮水量。

试验期间给每名受试者配发压缩饼干280 g，能量值为 1 280 kcal，限水组配发纯净水1 500 ml (3瓶，天津顶新食品有限公司生产)，不限水组配发6 000 ml纯净水。受试者在3 d试验期间只能食用配发的口粮，禁止摄入其他食物。因为自救或者待救过程中有必要的体力消耗活动，受试者在试验期间正常开展中轻强度的日常工作。

1.3 主观症状的测试

受试者按时填写主观症状问卷调查表，记录自己的主观感觉，每天20:00评价1次。问卷调查内容包括口渴感、饥饿感、疲劳感、头晕、头疼以及其他不适症状。每种主观症状强度分为6级：0级为无症状；1级为轻微；2级为较轻；3级为轻度；4级为较重；5级为重度。主要观察半饥饿和限制饮水对人体主观感觉的影响。

1.4 24 h活动热能消耗的测试

采用日常生活作业观察法[8]记录受试者3 d的活动并计算每日能量消耗。

1.5 体重和体成分测定

使用TANITA BC-420体成分仪测定体重和体成分，在试验前1 d和试验期间每天20:00时进行测定。

1.6 生理生化指标测定

在试验前1 d和试验第4日7:30取空腹静脉血，使用美国雅培CD1800全自动血细胞计数仪检测红细胞、白细胞、红细胞压积和血红蛋白等血常规指标；使用柯达750全自动生化分析仪检测血清钾、血清钠、血清钙、血清磷、血糖、甘油三酯、血清谷丙转氨酶和谷草转氨酶等血生化指标。全血制备成血清，使用试剂盒检测超氧化物歧化酶SOD(Sigma，货号：19160)、丙二醛MDA(Abcam，货号：ab18970)和总抗氧化能力T-AOC (碧云天，货号：S0116)三个指标。

收集试验期间每日24 h尿量，用1 000 ml量筒测量，在试验前1 d和试验期间每天20:00时进行测量。取中段晨尿，使用Uritest500尿液分析仪检测尿蛋白、尿酮体、尿中葡萄糖、白细胞和血细胞等尿常规指标。

1.7 统计学处理

采用SPSS 21.0统计软件。对试验期间受试者主观感觉采用非参数检验Friedman法；对血常规、血生化、抗氧化指标和进食、饮水量的组内前后对比采用配对样本t检验，组间对比采用独立样本t检验；其余指标采用重复测量的方差分析，比较组间及组内差别。

2 结果

2.1 受试者每日情况和进食进水以及排尿情况

从受试者主观症状看，限水组从第2日开始有明显的口渴感(P<0.05)，不限水组无口渴症状出现(P>0.05)。限水组第1日就出现饥饿感，而不限数组从第2日开始出现饥饿感。2组都从第2日开始出现疲劳感(P<0.05)。头晕和头痛症状在2组中均未出现(P>0.05)。虽然受试者经过3 d极低热量饮食都有较大程度的疲倦和饥饿感，但试验结束时每个人还保持神智清醒，语言表达、注意力、听力、视力等都没有异常表现(表1)。

由于第1日还有一定的能量储备，所以食物的摄入量较少，之后进食量逐日增加。在试验前2组受试者的每日饮水量都在2 000 ml左右，测试期间限水组的饮水量每天为450 ml左右，不限水组为1 100 ml上下。2组的尿量在试验前分别为(1 440±89)ml和(1 500±292)ml，在试验第1日和第2日下降明显，第3日趋于稳定，说明人体已经适应了当前的膳食结构(表2)。

Tab. 1 The subjective sensation symptoms of two groups (mean ranks, n=5)

Tab. 2 The daily average intakes of food, water and urine volume n=5)

2.2 受试者24 h 活动热量消耗情况

为期3 d的24 h生活作业观察法得到的数据显示，限水组平均每天的能量消耗为(2 306±156)kacl，不限水组为 (2 310±167)kcal，差异无统计学意义(P>0.05)。因为试验期间，受试者除了在测试仰卧起坐和俯卧撑时活动强度较高，其他时间大多为休息或轻度体力活动状态，所以每日能量消耗能维持在较低水平。

2.3 受试者体重和体成分的变化

如表3所示，2组的体重都明显下降(P<0.05)，限水组和不限水组体重平均每天下降的重量分别为1.11 kg和 0.94 kg，3 d后体重分别下降了4.29%和3.56%；以体成分的数据来看，体脂质量、肌肉质量与试验前的差异无统计学意义(P>0.05)，体水分和骨质明显下降(P<0.05)，其中体水分的减少是导致体重下降的主要原因。在试验结束时，限水组体重减少的88%是由体水分贡献的，在不限水组，这一数值为92%。两组之间各指标无显著性差异。

2.4 受试者生理生化指标变化

不限水组红细胞、白细胞、红细胞压积和血红蛋白等血常规指标均无无明显变化(P>0.05)。限水组白细胞计数由试验前的7.26±1.49减少至6.68±1.16(P<0.05)，血小板计数由230.80±64.71增高到243.60±59.61(P<0.05)，红细胞压积由49.54%±3.63%升高至52.13%±3.58%(P<0.05)，其他血常规指标试验前后的差异无统计学意义。

2组试验后血清中的钾、钠、钙、磷较试验前均略有升高(P<0.05)。2组血中葡萄糖和甘油三酯均降低(P<0.05，表4)。

试验期间，血清谷丙转氨酶和谷草转氨酶的活性均在正常值范围。

2组尿中葡萄糖、蛋白质、白细胞和红细胞等指标均在正常范围，试验期间无显著变化。试验前受试者酮体及胆红素检测均为阴性，试验后限水组5人全部出现尿酮体，其中2人尿酮体(±)，3人尿酮体(2+)，3人胆红素(1+)，不限水组1人尿酮体(+)，1人尿酮体(1+)，3人胆红素(1+)。

从抗氧化指标来看，2组试验后的SOD和T-AOC都较试验前有所下降(P<0.05)，MDA有所增高但无显著性差异(P>0.05，表5)。

Tab. 3 The changes of body weight and body composition n=5)

Tab. 4 The concentrations of potassium, sodium, calcium, phosphorus, glucose and triglyceride in serum n=5)

Tab. 5 The changes of SOD, MDA and T-AOC n=5)

3 讨论

本研究设置平均每天420 kcal的能量值是因为救生或应急口粮提供的能量大多介于400 kcal到1 200 kcal之间，同时每日摄入量400 kcal的极低热量饮食的安全性已经得到众多研究的证明[8]。研究表明[9]，人体每天需要排出至少500 ml尿量来保证大部分代谢废物不在体内积累，所以选择验证500 ml是否能作为不全饥饿状态下的每日最低饮水量。

2组在试验结束时体重下降明显。Veverbrants[10]、Rapoport[11]和Siervo[12]的完全饥饿(提供足量饮水)研究中平均每天的体重减少量为0.79 kg、1.02 kg和1.00 kg，与本试验不限水组0.95 kg/d的数值相当。3 d后体重下降量的90%左右来自于体水分，限水组和不限水组每天平均丧失0.98 kg和0.87 kg的水。不限水组虽然饮水不受限制，但该组饮水量从2 040 ml自发下降到了1 080 ml。虽然其饮水量下降到试验前的一半左右，但通过主观反应量表可知此组并未出现口渴感，说明饮食量减少会导致饮水量减少。不限水组每日饮水量要多于尿量，体水分缺大量流失，可以从体水分平衡机制的角度分析。人体中的水来自饮水、食物水以及有氧呼吸作用中产生的代谢水，而水的排出方式包括排尿、排粪、排汗和呼气[13]。通常习惯将排汗和呼吸排出的水分称为“不易察觉水分丧失(insensible water losses)”。所以可以归纳出如下的公式：[饮用水+食物中的水分+代谢水-(尿液+粪便中的水分+汗液+呼出的水分)=0]。其中，每日饮水量和尿量是测量过已知的。救生干粮和粪便中的水分含量很少，该两项可相互抵消。代谢水产生量取决于消耗的总能量和三大能源物质各自提供能量的占比[14]。2组3 d的能量代谢模式相同，所以代谢水的产生也应该是相当的。由于2组丧失的体水分并无显著性差异可知，限水组汗液和呼出水分的量要远小于不限水组。同时2组的汗液和呼出水分都远高于人体正常代谢时的水平。Veverbrants[10]等人的试验结果也表明禁食状态下不易察觉水分丧失高于正常水平。因此在不全饥饿状态，人体不易察觉水分丧失的显著增加是导致体水分负平衡的主要原因。

尿酮体的出现是由于膳食中缺乏足够的碳水化合物，迫使体内以脂肪分解代谢提供能量为主而产生的。但限水组尿酮体阳性率和浓度均高于不限水组，可能是因为饮水不足导致机体更早进入酮体供能的代谢模式。体水分丧失和血液浓缩同时也导致了血中电解质浓度升高。红细胞压积作为衡量血液黏度的重要指标，伴随着血液黏度的增加而迅速增高。虽然限水组的绝大部分血液指标的浓度都随细胞外液减少而升高，但白细胞和血小板逆势下降，说明在不全饥饿这种营养不良的状态下，人的免疫系统功能下调并出现轻微炎症反应。2组SOD和TAOC的下降说明人体的氧化还原系统受到一定程度减弱，对氧化应激的抵抗能力有所下降，与Boza、Marczuk等人的结论相似[15, 16]。

人体在不全饥饿但供水充足的情况下无法实现体水分平衡的原因，参与此调控机制的激素、体液系统中电解质和体水分间的相互关系需要继续探索。该研究为新式救生口粮的研发提供了新的思路，以最大限度的减少体水分的丧失，特别是能降低排汗和呼出水分强度为目的开发新的功能性成分或调整营养素比例。

综上所述，本试验探究了短期不同饮水量的不全饥饿状态对健康男性体成分和生理生化的影响，推测不全饥饿状态下的体分水丧失来自不易察觉减少，发现不全饥饿状态下限定饮水量仅对白细胞、血小板和尿酮体影响明显。如果继续减少饮水量，可能会引起更多指标的差异，所以基于本试验条件，在每日能量摄入400 kcal左右的短期不全饥饿状态下，500 ml为可接受的最低饮水量。