邢 瑞， 趙陽鵬， 杜 鵬， 穆慧玲， 房龍梅， 白 霜， 劉 晉， 劉 鵬， 王若永△， 曾新安△

(1. 華南理工大學(xué)， 廣東 廣州 510641； 2. 中國人民解放軍93735部隊， 天津 301700； 3. 空軍軍醫(yī)大學(xué)空軍特色醫(yī)學(xué)中心， 北京 100142; 4. 軍需工程技術(shù)研究所， 北京 100010)

饑餓是指食物供應(yīng)受到限制以至于斷絕，或者食物攝入受到影響，進(jìn)食困難以至于不能進(jìn)食，從而使機體處于能量、營養(yǎng)攝入不足或缺乏的狀態(tài)。機體完全得不到或完全無法攝入食物時稱為完全饑餓狀態(tài)；能夠得到或攝入部分食物，但又不能完全滿足機體需要時稱為不全饑餓狀態(tài)[1]。

一些特殊情況會造成饑餓，如居民在地震等自然災(zāi)害中被困瓦石中，礦工遇到礦難被困礦井中，旅行者登山遠(yuǎn)足迷失荒野，空軍飛行員因飛機失事跳傘落入野外。為了應(yīng)對上述情形，相關(guān)人員可能會配備應(yīng)急口糧(也叫救生口糧)維持最低生理需求[2-4]。盡管有關(guān)不全饑餓時應(yīng)急口糧能量供應(yīng)、三大營養(yǎng)素比例、維生素礦物質(zhì)供給量對體能、生理生化及代謝的影響已有許多報道[5-7]，但對于除飲食外的飲水量的相關(guān)研究較少。而在實際情況中，飲用水和食物的供給常常同時受到限制。因此，本研究對比了限制飲水(每天500 ml)和自由飲水兩種飲水模式下不全饑餓對人體生理生化體能等指標(biāo)的影響，以期為不全饑餓狀態(tài)下的最低飲水量設(shè)置提供理論依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 對象與分組

研究對象為10名健康青年男性志愿者，從事中輕度體力勞動和腦力勞動，年齡22～32歲，身體健康。試驗前進(jìn)行心電圖、肝腎功能檢查，排除器質(zhì)性病變。將10名受試者隨機分為2組，每組5人，分別為限水組和不限水組。不限水組年齡為(26.94±2.90)歲，身高為(175.80±3.63)cm，限水組年齡為(23.27±1.82)歲，身高為(177.60±7.96)cm。

1.2 膳食計劃

本試驗研究的不全饑餓狀態(tài)模擬礦難、登山遇險、地震被困或飛機野外迫降等依靠應(yīng)急食物維持體力等待救援的情形。試驗期間的氣溫在7～18℃之間。在3 d的試驗中一次性發(fā)放全部口糧和飲水，受試者根據(jù)自身情況分配每日飲食飲水量。

試驗期間給每名受試者配發(fā)壓縮餅干280 g，能量值為 1 280 kcal，限水組配發(fā)純凈水1 500 ml (3瓶，天津頂新食品有限公司生產(chǎn))，不限水組配發(fā)6 000 ml純凈水。受試者在3 d試驗期間只能食用配發(fā)的口糧，禁止攝入其他食物。因為自救或者待救過程中有必要的體力消耗活動，受試者在試驗期間正常開展中輕強度的日常工作。

1.3 主觀癥狀的測試

受試者按時填寫主觀癥狀問卷調(diào)查表，記錄自己的主觀感覺，每天20:00評價1次。問卷調(diào)查內(nèi)容包括口渴感、饑餓感、疲勞感、頭暈、頭疼以及其他不適癥狀。每種主觀癥狀強度分為6級：0級為無癥狀；1級為輕微；2級為較輕；3級為輕度；4級為較重；5級為重度。主要觀察半饑餓和限制飲水對人體主觀感覺的影響。

1.4 24 h活動熱能消耗的測試

采用日常生活作業(yè)觀察法[8]記錄受試者3 d的活動并計算每日能量消耗。

1.5 體重和體成分測定

使用TANITA BC-420體成分儀測定體重和體成分，在試驗前1 d和試驗期間每天20:00時進(jìn)行測定。

1.6 生理生化指標(biāo)測定

在試驗前1 d和試驗第4日7:30取空腹靜脈血，使用美國雅培CD1800全自動血細(xì)胞計數(shù)儀檢測紅細(xì)胞、白細(xì)胞、紅細(xì)胞壓積和血紅蛋白等血常規(guī)指標(biāo)；使用柯達(dá)750全自動生化分析儀檢測血清鉀、血清鈉、血清鈣、血清磷、血糖、甘油三酯、血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶等血生化指標(biāo)。全血制備成血清，使用試劑盒檢測超氧化物歧化酶SOD(Sigma，貨號：19160)、丙二醛MDA(Abcam，貨號：ab18970)和總抗氧化能力T-AOC (碧云天，貨號：S0116)三個指標(biāo)。

收集試驗期間每日24 h尿量，用1 000 ml量筒測量，在試驗前1 d和試驗期間每天20:00時進(jìn)行測量。取中段晨尿，使用Uritest500尿液分析儀檢測尿蛋白、尿酮體、尿中葡萄糖、白細(xì)胞和血細(xì)胞等尿常規(guī)指標(biāo)。

1.7 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件。對試驗期間受試者主觀感覺采用非參數(shù)檢驗Friedman法；對血常規(guī)、血生化、抗氧化指標(biāo)和進(jìn)食、飲水量的組內(nèi)前后對比采用配對樣本t檢驗，組間對比采用獨立樣本t檢驗；其余指標(biāo)采用重復(fù)測量的方差分析，比較組間及組內(nèi)差別。

2 結(jié)果

2.1 受試者每日情況和進(jìn)食進(jìn)水以及排尿情況

從受試者主觀癥狀看，限水組從第2日開始有明顯的口渴感(P<0.05)，不限水組無口渴癥狀出現(xiàn)(P>0.05)。限水組第1日就出現(xiàn)饑餓感，而不限數(shù)組從第2日開始出現(xiàn)饑餓感。2組都從第2日開始出現(xiàn)疲勞感(P<0.05)。頭暈和頭痛癥狀在2組中均未出現(xiàn)(P>0.05)。雖然受試者經(jīng)過3 d極低熱量飲食都有較大程度的疲倦和饑餓感，但試驗結(jié)束時每個人還保持神智清醒，語言表達(dá)、注意力、聽力、視力等都沒有異常表現(xiàn)(表1)。

由于第1日還有一定的能量儲備，所以食物的攝入量較少，之后進(jìn)食量逐日增加。在試驗前2組受試者的每日飲水量都在2 000 ml左右，測試期間限水組的飲水量每天為450 ml左右，不限水組為1 100 ml上下。2組的尿量在試驗前分別為(1 440±89)ml和(1 500±292)ml，在試驗第1日和第2日下降明顯，第3日趨于穩(wěn)定，說明人體已經(jīng)適應(yīng)了當(dāng)前的膳食結(jié)構(gòu)(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 受試者24 h 活動熱量消耗情況

為期3 d的24 h生活作業(yè)觀察法得到的數(shù)據(jù)顯示，限水組平均每天的能量消耗為(2 306±156)kacl，不限水組為 (2 310±167)kcal，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。因為試驗期間，受試者除了在測試仰臥起坐和俯臥撐時活動強度較高，其他時間大多為休息或輕度體力活動狀態(tài)，所以每日能量消耗能維持在較低水平。

2.3 受試者體重和體成分的變化

如表3所示，2組的體重都明顯下降(P<0.05)，限水組和不限水組體重平均每天下降的重量分別為1.11 kg和 0.94 kg，3 d后體重分別下降了4.29%和3.56%；以體成分的數(shù)據(jù)來看，體脂質(zhì)量、肌肉質(zhì)量與試驗前的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，體水分和骨質(zhì)明顯下降(P<0.05)，其中體水分的減少是導(dǎo)致體重下降的主要原因。在試驗結(jié)束時，限水組體重減少的88%是由體水分貢獻(xiàn)的，在不限水組，這一數(shù)值為92%。兩組之間各指標(biāo)無顯著性差異。

2.4 受試者生理生化指標(biāo)變化

不限水組紅細(xì)胞、白細(xì)胞、紅細(xì)胞壓積和血紅蛋白等血常規(guī)指標(biāo)均無無明顯變化(P>0.05)。限水組白細(xì)胞計數(shù)由試驗前的7.26±1.49減少至6.68±1.16(P<0.05)，血小板計數(shù)由230.80±64.71增高到243.60±59.61(P<0.05)，紅細(xì)胞壓積由49.54%±3.63%升高至52.13%±3.58%(P<0.05)，其他血常規(guī)指標(biāo)試驗前后的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

2組試驗后血清中的鉀、鈉、鈣、磷較試驗前均略有升高(P<0.05)。2組血中葡萄糖和甘油三酯均降低(P<0.05，表4)。

試驗期間，血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶的活性均在正常值范圍。

2組尿中葡萄糖、蛋白質(zhì)、白細(xì)胞和紅細(xì)胞等指標(biāo)均在正常范圍，試驗期間無顯著變化。試驗前受試者酮體及膽紅素檢測均為陰性，試驗后限水組5人全部出現(xiàn)尿酮體，其中2人尿酮體(±)，3人尿酮體(2+)，3人膽紅素(1+)，不限水組1人尿酮體(+)，1人尿酮體(1+)，3人膽紅素(1+)。

從抗氧化指標(biāo)來看，2組試驗后的SOD和T-AOC都較試驗前有所下降(P<0.05)，MDA有所增高但無顯著性差異(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 討論

本研究設(shè)置平均每天420 kcal的能量值是因為救生或應(yīng)急口糧提供的能量大多介于400 kcal到1 200 kcal之間，同時每日攝入量400 kcal的極低熱量飲食的安全性已經(jīng)得到眾多研究的證明[8]。研究表明[9]，人體每天需要排出至少500 ml尿量來保證大部分代謝廢物不在體內(nèi)積累，所以選擇驗證500 ml是否能作為不全饑餓狀態(tài)下的每日最低飲水量。

2組在試驗結(jié)束時體重下降明顯。Veverbrants[10]、Rapoport[11]和Siervo[12]的完全饑餓(提供足量飲水)研究中平均每天的體重減少量為0.79 kg、1.02 kg和1.00 kg，與本試驗不限水組0.95 kg/d的數(shù)值相當(dāng)。3 d后體重下降量的90%左右來自于體水分，限水組和不限水組每天平均喪失0.98 kg和0.87 kg的水。不限水組雖然飲水不受限制，但該組飲水量從2 040 ml自發(fā)下降到了1 080 ml。雖然其飲水量下降到試驗前的一半左右，但通過主觀反應(yīng)量表可知此組并未出現(xiàn)口渴感，說明飲食量減少會導(dǎo)致飲水量減少。不限水組每日飲水量要多于尿量，體水分缺大量流失，可以從體水分平衡機制的角度分析。人體中的水來自飲水、食物水以及有氧呼吸作用中產(chǎn)生的代謝水，而水的排出方式包括排尿、排糞、排汗和呼氣[13]。通常習(xí)慣將排汗和呼吸排出的水分稱為“不易察覺水分喪失(insensible water losses)”。所以可以歸納出如下的公式：[飲用水+食物中的水分+代謝水-(尿液+糞便中的水分+汗液+呼出的水分)=0]。其中，每日飲水量和尿量是測量過已知的。救生干糧和糞便中的水分含量很少，該兩項可相互抵消。代謝水產(chǎn)生量取決于消耗的總能量和三大能源物質(zhì)各自提供能量的占比[14]。2組3 d的能量代謝模式相同，所以代謝水的產(chǎn)生也應(yīng)該是相當(dāng)?shù)?。由?組喪失的體水分并無顯著性差異可知，限水組汗液和呼出水分的量要遠(yuǎn)小于不限水組。同時2組的汗液和呼出水分都遠(yuǎn)高于人體正常代謝時的水平。Veverbrants[10]等人的試驗結(jié)果也表明禁食狀態(tài)下不易察覺水分喪失高于正常水平。因此在不全饑餓狀態(tài)，人體不易察覺水分喪失的顯著增加是導(dǎo)致體水分負(fù)平衡的主要原因。

尿酮體的出現(xiàn)是由于膳食中缺乏足夠的碳水化合物，迫使體內(nèi)以脂肪分解代謝提供能量為主而產(chǎn)生的。但限水組尿酮體陽性率和濃度均高于不限水組，可能是因為飲水不足導(dǎo)致機體更早進(jìn)入酮體供能的代謝模式。體水分喪失和血液濃縮同時也導(dǎo)致了血中電解質(zhì)濃度升高。紅細(xì)胞壓積作為衡量血液黏度的重要指標(biāo)，伴隨著血液黏度的增加而迅速增高。雖然限水組的絕大部分血液指標(biāo)的濃度都隨細(xì)胞外液減少而升高，但白細(xì)胞和血小板逆勢下降，說明在不全饑餓這種營養(yǎng)不良的狀態(tài)下，人的免疫系統(tǒng)功能下調(diào)并出現(xiàn)輕微炎癥反應(yīng)。2組SOD和TAOC的下降說明人體的氧化還原系統(tǒng)受到一定程度減弱，對氧化應(yīng)激的抵抗能力有所下降，與Boza、Marczuk等人的結(jié)論相似[15, 16]。

人體在不全饑餓但供水充足的情況下無法實現(xiàn)體水分平衡的原因，參與此調(diào)控機制的激素、體液系統(tǒng)中電解質(zhì)和體水分間的相互關(guān)系需要繼續(xù)探索。該研究為新式救生口糧的研發(fā)提供了新的思路，以最大限度的減少體水分的喪失，特別是能降低排汗和呼出水分強度為目的開發(fā)新的功能性成分或調(diào)整營養(yǎng)素比例。

綜上所述，本試驗探究了短期不同飲水量的不全饑餓狀態(tài)對健康男性體成分和生理生化的影響，推測不全饑餓狀態(tài)下的體分水喪失來自不易察覺減少，發(fā)現(xiàn)不全饑餓狀態(tài)下限定飲水量僅對白細(xì)胞、血小板和尿酮體影響明顯。如果繼續(xù)減少飲水量，可能會引起更多指標(biāo)的差異，所以基于本試驗條件，在每日能量攝入400 kcal左右的短期不全饑餓狀態(tài)下，500 ml為可接受的最低飲水量。