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【跑步醫師專欄】耐力運動的生命之泉:水與電解質

補給有吃就好?

俯首案前,在開始之前先捫心自問。身為跑者的我們都很重視補給,但是我們真的有掌握補給的重點嗎?

我是一位神經科醫師,我直接跟大家說,我覺得我沒有。書念得很多,病人也看得不少。電解質失衡在重症病患非常常見,沒錯,我們花很多精力在研究病人的治療流程和現象觀察,但是卻忘了一件事情。對於菁英運動員、健康族群,還有正常功能的運動人口,我們對他們認知似乎不足。

怎麼說呢?醫學是一門令人信任的科學,但是我們的起家本領是病生理學。我們辨識敵人,研究打敗敵人的方法,然後才知道要預防,進而阻止他下次再次進犯。邏輯上,我們運動時會短時間處於失衡的病生理狀態,所以才會需要補給。但是對於自認健康的人,打從心裡普遍觀念就覺得有吃就好,研究個啥?

先不用舉別人的例子,舉我自己就好。這幾年來,我苦於設計全馬破三小時的調教、訓練、營養等等,現在把紀錄縮短到三小時十一分了,但是這條路上遇到了強大的敵人:電解質。

來說說我這幾年的紀錄,把紀錄推進320後,2015長野316,2018神戶315,2019國道311。前三場都遇到同樣的問題,抽筋和氣力放盡,也因為這樣,一直苦於無法突破紀錄。抽筋和氣力衰竭的主因:電解質抽筋和力氣衰竭的原因其實眾說紛紜:各式各樣電解質、訓練質量(就是練不夠)、熱衰竭或痙攣,這是目前三大常見、卻也難以平衡的因子。縱使如此,他們同時導向一個議題,就是:水份、熱量和電解質補給。

訓練是長久的事、耐熱因子包含天生和訓練,以上兩者都可能受長時間的訓練而有所進展。唯獨電解質會因許多不可抗力的因素,如氣候、身體吸收、不適應補給而產生難以控制,甚至前功盡棄的悲劇。沒錯,就是養兵千日,敗在一時……

人體有非常勇猛的緩衝機制,也就是滲透壓,當你有足夠的電解質與水分,我們可以靠著這美妙的機制維持我們夢想中的配速。的確,就是夢想。還記得許許多多場次,前半配速神勇,後半整組壞光光的窘境,前半快五秒,後半洩五分鐘。探究其中很大的原因,就是電解質容易因排汗而流失

這四年,我也花了不少時間搜尋這方面的資料並且進行試誤學習。會如此辛苦的原因,是因為電解質觸及的範疇實在過於巨大,舉凡水分、鈣、鈉、鉀、磷、鎂都有可能,目前的研究期刊大部分難以提供量化的數據,讓大家有一個補給原則可依循。

談電解質前,先來認識滲透壓

回歸到電解質補給的本質,就必須認識滲透壓。眾多電解質形成滲透壓,掌管水份保持在身上的量,確保冷卻與散熱的功能正常,同時滲透壓也是排水確保排除身體廢物的介質,而電解質的作用,是確保水分可以正常地進入身體裡面。

在進行耐力運動時,人基本上是處於脫水、電解質大量流失的狀態,如此一來,要如何維持電解質恆定就變成重要課題,因為它將影響身體的保水、排水功能。

2005年新英格蘭期刊做了一個馬拉松賽場上有名的實驗。[Hyponatremia in Marathon Runners]。文中在2002年波士頓馬拉松766名完賽者中抽取488名選手的血液樣本(私心覺得這真的是超級猛!要做人體採樣光是同意書就簽到頭暈),做了一次以鈉濃度為主軸的實驗。為什麼挑選鈉呢?因為鈉的高低對於比賽選手扮演著關鍵的健康角色,包括死亡率還有致命事件,所以我也同意用鈉來切入如此複雜的電解質問題。

文中提到,賽中因為喝水造成的體重增加、低的BMI指數(大多數的高階馬拉松選手)、喝水喝超過3公升、跑太久>4小時、女性(比較瘦比較在意身材),以上因子通通都會影響低血鈉的症狀(參考值120-135 mmol/L)。其中0.6%低血鈉族群甚至會低到120 mmol/L,這個族群叫做Critical hyponatremia。正常人這麼低應該會產生全身無力、低血壓、意識狀態混亂等症狀,如果再低下去的話則會有生命危險。

幸好,人體的吸收和腎臟讓我們的血鈉維持著一個很好的平衡,即便如此,為了健康,在比賽中還是要想辦法補充鈉。

大表1: 波士頓馬拉松中的低血鈉族群。
大表1: 波士頓馬拉松中的低血鈉族群。

大表1: 波士頓馬拉松中的低血鈉族群。其中可以看到,相對低BMI值、女性、每英里都喝、喝太多都比較容易低血鈉。這裡的補充水分,是指補充純水而言。電解質因為內涵量太過於混亂,只能事後抽血來諸葛。12.7%的完賽者有低血鈉的症狀,這個數值與比率有點讓我出乎意料,對於跑者更是一個重要提醒。馬拉松你不能只補充水,狂喝水只會讓你加速爆掉,而且跑越久越容易低血鈉,跑一場全馬,你需要補充好的電解質比例。

好的電解質比例,幫助水分快速進到體內

接著我們再往下探討,什麼是好的電解質比例,簡單說就是鈉和水分的結合。

水分絕對不是靠滲透作用進去我們的身體裡面,不然我們身體會被水撐爆(好噁心),而且滲透作用太慢。我們需要的是有效率的PUMP幫浦—SGLT輸送蛋白。把全名寫出來,才知道它在做什麼: 鈉依賴型葡萄糖共同運輸蛋白(Sodium-dependent glucose cotransporters,簡稱SGLT)

鈉依賴型葡萄糖共同運輸蛋白(Sodium-dependent glucose cotransporters,簡稱SGLT)
鈉依賴型葡萄糖共同運輸蛋白(Sodium-dependent glucose cotransporters,簡稱SGLT)

小腸內有許多SGLT通道蛋白,幫助運輸水分進到身體的有效空間裡,讓我們的心臟引擎得以運轉。而這個幫浦,除了需要鈉以外,同時還需要葡萄糖,沒錯,帶出我們第二個重點,葡萄糖!當在體溫微熱的環境下,它將開啟快速通關,單一通道傳輸每秒9000個水分子以上的功效。

圖1. SGLT足量糖份的補充在(C)22度C以上可以有顯著的水分補充效應。(E)30度以上更是明顯。
圖1. SGLT足量糖份的補充在(C)22度C以上可以有顯著的水分補充效應。(E)30度以上更是明顯。

以上兩者結合,再加上低滲透壓,就可以解開恆定的秘密。

低鈉必須克服,糖分必須足量,才能有良好的水分補充機制,也就是上圖1.顯示的有足夠的水分流進體內。糖分其實不難補充,只要肚子不要罷工基本上都沒有問題。 低鈉可以靠補鈉,但是要怎麼進去? 低滲透就是關鍵,它能促使水分往體內移動,連同把葡萄糖、鈉一起拉進去。

馬拉松,就是脫水+脫鹽

圖2.瑞典人2015年的排鹽研究
圖2.瑞典人2015年的排鹽研究

圖2.瑞典人2015年的研究可以看出一個很有趣的端倪,他們把馬拉松訓練分成三個族群,低排鹽、正常排鹽和高度排鹽分三個族群。但是以我的觀點,其實每個人應該都不同,而且在不同的狀態之下會在這三個族群換來換去。應該說是這種概念是一種光譜。而在這個實驗只能簡化成三個族群下去作數據分析。

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低排鹽族群的周跑量竟然是最多的,數據上來說這群人應當是訓練良好的選手。高排鹽的族群應是低了11公里。而高排鹽族群可想而知,比較容易造成低血鈉。所以題外話,訓練竟然也會對鹽分的調控有好的改變。也就是所謂的效率提升,不會一天到晚大排鹽而造成不平衡。

但是我同意,馬拉松後半大家還是會進入到高排鹽族群,看身上的鹽巴就知道。我們平常訓練時,前十公里的汗一點都不鹹。但是全馬後半,開始脫水之後,鹽分也隨之移出。沒錯,要前功盡棄的時候又來了。文中也提到一個非常重要的概念,高排鹽族代表流失水分多,因為總鈉含量下降,體內為了調節體內的水分,喝水反而會加速身體排水,陷入無限脫水循環。

液態補給的原則:鈉、糖、滲透壓

所以有計畫地補充鈉離子、糖份和共伴輸送水分進去身體裡面是我們液態補給的重點,當然必須搭配能量膠,不過能量又是另外一個議題,在此先不談。專注在液態補給的掌握,你必須有好的Na/Glucose(鈉/糖)的滲透壓比例。每次全程馬拉松我們大概會脫掉4公斤的水,排出1000-6000毫克的鈉,基於體液再分配的理論,也就是腸胃道處於相對缺血的狀況,吸收效率勢必下降,從普通食物中攝取絕對不夠,排出的鈉一定得靠液態補給補充。

不過喝遍市面上的滲透壓飲料,絕大多數是太甜,我想可能是銷售和口感的因素,對於想追求卓越的全馬選手來說,只靠這些飲料的準備遠遠不夠,因為滲透壓太高,無法有效地將水分運送體內,跑步已經脫水了,我們應當更有效地把水分保留在身體裡面,搭配人體的正常生理機轉,延遲全程馬拉松後半撞牆和過度脫水的徵象,而這就必須設計一個好的水分交換滲透壓飲料,也就是前一段提的低滲透壓

低滲透壓的基準座落在245-260 mOsm之間。我們人體的正常滲透壓大約在295-300 mOsm上下,如此的滲透壓可以驅動SGLT作動,達到好的水分補充。不過重述一點,人體大部分不是靠擴散作用做水分補充,還必須要有糖份來做通道的共同運輸單位,所以除了補充電解質,糖分也非常重要,只是糖分的獲取難度比較低,只要馬拉松比賽時消化不要癱瘓,要缺少糖分其實沒那麼容易。

水份往高滲透壓移動示意圖
水份往高滲透壓移動示意圖

實測:2019台北馬補給的策略

其實以上這些概念的形塑,是我為了台北馬拉松而整理的補給策略,這幾年跑過十幾場全馬,場上的每一分每一秒都記得很清楚,尤其是後半的慘狀歷歷在目。前面列出的三次馬拉松紀錄,雖然有逐漸進步,但每一場都有快要抽筋的感覺,說來也慚愧,那時課表跑得扎實,覺得身體已經調整到不錯的狀況,卻因為電解質沒有好好準備而功虧一簣,把醫師的角色給拋諸腦後。

但正所謂從哪裡跌倒,就從哪站起來,前三場遇到的電解質失衡,我決定以台北馬當一次測試,把流失的補好補滿,看看身體會有怎樣的反應。

這次補給的彈藥有: 

  1. 六包水動能電解質液Sport Hydro
  2. 五包能量膠
  3. 三包咖啡因膠
  4. 特別補充一點,我沒吃任何BCAA,其實我前幾次3三小時多的紀錄也全部沒有吃BCAA,個人經驗和體質上覺得BCAA對緩解疲勞沒有顯著差異。不過這是個人經驗而言。
  5. 我連續補了一個月的Vitamin D 劑量3000IU 一天以上

這次的想法是用Sport Hydro把身體保水力撐高,因為它符合了我需要的低滲透壓,能促進水分進到身體裡面,所以在開賽前兩小時爬起來把2包500毫升喝掉,把番薯一整根吃掉。之後在比賽前把剩餘尿排空,不要帶多餘的尿上場。(我跑全馬從來沒有尿尿過,尿太多表示水分控制得不好,效率過低)

開賽第5km就把第一包能量膠吃完。

  • 7.5km吃第一包咖啡因膠
  • 10km把Sport Hydro撕開到進嘴裡,其實這樣做有嗆到的風險,瞬間用口水潤濕,再進水站灌進250cc的水分(大約2杯),這很重要,因為這個比例才能達到我要的低滲透壓。
  • 12.5km吃第二包能量膠
  • 15km吃第二包咖啡因膠
  • 17.5km喝第二包Sport Hydro,吃粉和喝水的策略雷同
  • 22.5km第三包能量膠
  • 27.5km第三包咖啡因膠
  • 30km吃第三包Sport Hydro
  • 32.5km吃第四包能量膠
  • 35km再補充最後一包Sport Hydro

看完這個補給計畫後,應該會覺得難記又煩人,跑步已經沒有太多的大腦可以用了還要記那麼多補給項目。其實很簡單!口訣:熱量夠、水足量、Sport Hydro精準。大部分的公式就是= 能量膠–> 咖啡因膠–>Sport Hydro電解質,這個邏輯。比較需要費心的就是Sport Hydro必須要和足量的水做搭配。但是其實如果補給站不停下來補水,用二次抓水的方式,其實不怕補太多,怕不足而已。

基於上述波士頓實驗對鈉的探討,時間越久,低血鈉的機率越高。這次由於台北馬溫度偏高,過半後我決定增加補給,依照以往的撞牆經驗,我在28公里後開始開始縮短Sport Hydro的補給頻率。加上賽前2包,這次台北馬我總共補進了442mg*6包Sport Hydro=2652mg毫克的鈉,每個水站都喝液體2杯,有的時候一杯水一杯運動飲料,有的時候兩杯都是水,但只要補Sport Hydro電解質粉我就喝足250ml的水,不加飲料,因為我無法承受喝太多的運動飲料,實在是太甜。

這一次,跑到終點我發現竟然還有點輕鬆,最後還可以衝刺四百公尺,完全沒有抽筋的感覺,成績317,以測試賽而言還不賴,也沒想到弄出個成功的案例報告(Case Report)XD

圖3. 最後直線衝刺

為什麼說成功,因為台北馬這次有別以往,後半出大太陽,不該抽筋的也會抽筋,不會衰竭的也會衰竭。在這樣的考驗下,我竟然可以完全從頭配速到尾沒有墜機,而且這陣子還因為專科考試而沒有跑巔峰訓練。只能說,真是對不起過去的我,因電解質而毀於一時,明明就能透過精算的補給,讓比賽過程心滿意足地全力發揮。

不過,經過這次的經驗,也讓我更有信心好好準備下一場全馬,替接下來的破三課表揭開滿意的序章!

圖4.前半和許家晟醫師(急診專科總醫師晟哥)共跑,是他的減速提醒讓我前半後半不會有秒差!
圖4.前半和許家晟醫師(急診專科總醫師晟哥)共跑,是他的減速提醒讓我前半後半不會有秒差!

Reference 

  1. Hyponatremia in Marathon Runners. (2005). New England Journal of Medicine, 353(4), 427–428. doi: 10.1056/nejm200507283530424
  2. Hamann, S., Herrera-Perez, J. J., Zeuthen, T., & Alvarez-Leefmans, F. J. (2010). Cotransport of water by the Na -K -2Cl−cotransporter NKCC1 in mammalian epithelial cells. The Journal of Physiology, 588(21), 4089–4101. doi: 10.1113/jphysiol.2010.194738
  3. Loo, D. D., Zeuthen, T., Chandy, G., & Wright, E. M. (1996, November 12). Cotransport of water by the Na /glucose cotransporter. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC24099/.
  4. Rathleff, M. S., Mølgaard, C. M., Fredberg, U., Kaalund, S., Andersen, K. B., Jensen, T. T., … Olesen, J. L. (2015, June). High-load strength training improves outcome in patients with plantar fasciitis: A randomized controlled trial with 12-month follow-up. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25145882.
  5. Orrù, S., Imperlini, E., Nigro, E., Alfieri, A., Cevenini, A., Polito, R., … Mancini, A. (2018, October 10). Role of Functional Beverages on Sport Performance and Recovery. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6213308/.

作者/張懷仁 醫師

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