水：自然界最重要营养素的科学
Len Kravitz，博士
水无色、无味、无臭。 由于其在体内的众多和多样的功能，它通常被认为是最重要的营养素。 大多数人在没有水的情况下最多只能存活 7 天（Williams，2005）。 尽管有严格的证据证明它需要最佳健康，但科学家仍然很难客观地建议人们每天需要喝多少水才能保持这种良好的健康。 本文将深入探讨这种名为 H2O 的神秘营养素的知识和研究。
水 101：关于体内水分的基本事实？
水是人体最丰富的成分，占其质量的 50% 至 60%。 它是一种无机（不含碳）物质，由与一个氧原子键合的两个氢原子组成。 水错综复杂地参与身体的许多功能，包括将氧气、营养物质和废物运输进出细胞。 饮用水含有多种电解质（溶液中能传导电流的物质），包括钙、氯化物、氟化物、镁、钾和钠。 水是所有消化和吸收功能所必需的，并且可以润滑胃肠道和呼吸道的粘膜。 尽管它不含卡路里，但水是体内大多数化学反应的介质，尤其是那些涉及能量产生的代谢反应。 身体使用水作为冷却剂，有助于在运动、发烧和炎热环境中调节体温。 水还可以作为关节之间、脊髓和大脑中的缓冲成分。
水是如何储存在体内的？
水储存在细胞内液 (ICF) 或细胞外液 (ECF) 隔室中。 ICF 约占体内水分的 65%，而 ECF (35%) 是血浆和淋巴液（一种带有淋巴细胞的透明微黄色液体），它们是将废物和营养物质输送到全身各处的介质 . 氯化物、钾和钠等矿物质参与维持 ICF 和 ECF 水平； 一个由来自大脑和肾脏的激素信息控制的过程。 如果任何分子在一个流体隔室中变得过于集中，它就会从另一个隔室吸水以稀释自身。 例如，吃比萨经常让人口渴。 这是因为比萨酱和奶酪（和肉类）中的钠积聚在 ECF 中，从 ICF 中吸取水分。 细胞传感器检测到这种变化并向大脑发出细胞正在脱水的信号。 大脑（特别是下丘脑）发出信号，要求多喝水。 因此，每当任何矿物质或分子过于集中在一个隔间（ICF 或 ECF）中时，大脑都会向身体发出信号，要求身体喝更多的水，直到隔间被适当稀释以保持体内平衡（维持身体内部环境）。 如果细胞中存在的液体比所需的多，肾脏会通过过滤血液中多余的液体来制造尿液。
“每天喝八杯 8 盎司的水”建议的由来是什么？
为清楚起见，八个 8 盎司玻璃杯等于 1,893 毫升，或 2 夸脱，或二分之一加仑，或大约 1.9 升。 多年来，大多数健身专业人士、营养师和私人教练都鼓励客户每天喝八杯 8 盎司的水。 令人惊讶的是，没有找到支持这种“8 X 8”建议的科学证据。 海因茨·瓦尔廷 (Heinz Valtin) (2002) 在一篇经过深入研究和撰写的评论中，将这一建议的起源追溯到两个可能的来源。 一个来源是由 Drs. Fredrick Stare 和 Margaret McWilliams 在 1974 年建议每 24 小时大约喝 6 到 8 杯，可以是咖啡、茶、牛奶、软饮料、啤酒等。然而，Valtin 在 1945 年强调了一个更早的起源 美国国家研究委员会的食品和营养委员会指出，“在大多数情况下，成人每天的合适饮水量是 2.5 升（大约是 8 杯 8 盎司的玻璃杯）……”
那么，目前的每日饮水量建议是多少？
医学研究所 (IOM) 于 2004 年 2 月发布了其膳食参考水摄入量。该科学委员会确定了总水的充足摄入量 (AI)，以防止脱水的有害（主要是急性）影响。 首先必须注意的是，每天因呼吸、出汗和排便而损失近一升水。 同样，成人的平均尿量高达每天 1.5 升。 因此，久坐不动的男性和女性（19-50 岁）的 IOM AI 分别为每天 3.7 升和 2.7 升。 该委员会解释说，饮用水（水和饮料）约占总水摄入量的 81%，其中 19% 的水由食物提供。 因此，AI 建议的实际液体摄入量男性为 3.0 升，女性为 2.2 升。 由于 1 升 = 33.8 液量盎司，因此建议男性饮用 101.4 液量盎司的饮料和饮用水（即 13 杯 {一杯为 8 液量盎司}），建议女性饮用 74.4 液量盎司（9 杯）的 每天喝水。 14-18 岁女孩的 AI 为 2.3 升/天（77.7 盎司或 9.5 杯），14-18 岁男孩为 2.4 升（81.1 盎司或 10 杯）。
水合作用对健康和疾病的影响
肾结石
Portis 和 Sundaram (2001) 总结了可能导致肾结石形成的几个因素，包括年龄（成人比老年人更常见，但老年人比儿童更常见）、性别（男性比男性多两到三倍） 女性）、种族（白人比亚洲人更常见，亚裔比黑人更容易受到影响）、气候（在炎热、干旱的气候中更常见）和药物（治疗肿胀的药物，如充血 心脏病和肝硬化）。 Portis 和 Sundaram 继续认为，影响肾结石形成的最重要因素是减少液体摄入量。 为了帮助预防肾结石，Hughes 和 Norman (1992) 建议适度摄入钙、草酸盐（啤酒、巧克力牛奶、茶和果汁等饮料）、蛋白质、钠和酒精，同时增加水和纤维的摄入量 .
膀胱癌和下尿路癌
膀胱癌的病因包括吸烟和职业暴露于芳香胺（被野火或煤焦油污染的空气）。 然而，也已明确证实，水消耗量减少与膀胱癌和下尿路癌有关（Altieri、La Vecchia 和 Negri，2003 年）。 Altieri 及其同事推测，液体摄入量的减少会导致尿液中致癌物浓度升高和/或与膀胱粘膜的接触时间延长。
结直肠癌
结肠直肠癌是在结肠或直肠中发生的癌症，结肠或直肠是身体消化系统的一部分。 部分消化的食物从小肠进入结肠（大肠的前五英尺），从食物中去除水分和营养，并将其余部分转化为废物。 然后废物从结肠进入直肠（大肠的最后六英寸），然后排出体外。 在大多数情况下，结直肠癌会在几年内缓慢发展。 研究人员推测，液体摄入量低（再加上我们每天排泄约 80-200 毫升水作为废物）可能会增加肠道通过时间，从而增加患结肠直肠癌的风险，从而增加粘膜内致癌物的接触 在结肠和直肠中（Altieri、La Vecchia 和 Negri，2003 年）。
乳腺癌
目前，液体摄入与乳腺癌之间的关联仍不确定。 需要更多的研究来确定是否存在任何关联。
临床健康
从临床角度来看，任何与健康相关的体内水分不足（例如，疾病、腹泻、呕吐或气候压力）挑战身体维持体内平衡的能力都会对生理功能和健康产生负面影响。 如果这些条件对 &Mac179; 应 24 小时咨询保健医生。
水合作用和心理表现
对水合作用和心理表现的研究正处于形成期。 然而，科学清楚地表明，当由于水分限制、热量或体力消耗而失去 2% 或更多的体重时，视觉运动（大脑的视觉感知）、精神运动和认知能力会下降（Grandjean 和 Grandjean，2007 年） ）。
水合作用和物理性能
根据 Murray (2007) 的说法，讨论物理性能和水合作用的文献始于 1800 年代后期。 Murray 总结说，体内水分低于正常值会刺激抑制中枢神经活动（减少动力和努力）、心血管功能代谢反应和调节控制机制的改变。 失水，例如脱水，超过体重的 2%（150 磅的运动员少至 3 磅{水}）会引起这些负面后果。 与寒冷的环境相比，这些有害的生理事件在温暖的环境中更为严重。
脱水和热病的症状和急救是什么？
脱水的最初迹象可能包括头晕、头痛、食欲不振、皮肤潮红、口干舌燥、疲劳、眼睛干涩、肌肉无力、胃部有灼烧感和尿色深且气味强烈（Kleiner, 1999） . 随着脱水的恶化，Kleiner 表示症状可能包括吞咽困难、笨拙、眼睛凹陷、视力模糊、皮肤麻木和肌肉痉挛。 脱水的一种有效治疗方法是用冷水代替流失的液体。 含有电解质和碳水化合物溶液的运动饮料也可能有所帮助。
与脱水有关的三种热证是热痉挛、热衰竭和中暑。 热痉挛是在运动或在炎热环境中工作时发生的疼痛、短暂的肌肉痉挛。 热痉挛通常涉及因剧烈运动而疲劳的肌肉，如小腿、大腿、腹部和肩部。 Kleiner (1999) 推测抽筋很可能是由于高出汗率和脱水破坏了钠和钾的 ICF 和 ECF 平衡。 逐渐冷却并开始休息。 喝含电解质的（运动）饮料，同时轻轻按摩和拉伸受影响的肌肉群。 如果抽筋持续一个小时，请寻求医疗帮助。
中暑时，一个人可能会进入低血容量性休克（一种血浆和血容量减少的状态，其特征是皮肤苍白、凉爽、湿冷，心率加快和呼吸浅），并有以下一些症状： 低血压或无法检测到的血压 、恶心、大量出汗、低烧、头痛和意识减退。 如果您怀疑中暑，请将患者带到阴凉或有空调的地方。 将人躺下，稍微抬高腿和脚。 通过用冷水喷洒或用海绵擦拭他/她并扇风来冷却他/她。 让他喝凉水。 热衰竭会很快导致中暑。 如果症状开始恶化，请立即寻求医疗帮助。
中暑是热痉挛和热衰竭的升级。 当体温达到 104 华氏度 (F) 或更高时，这是一种危及生命的疾病。 由于体温如此之高，出汗经常停止。 脉搏率可能开始增加到大约 130 b/min 或更高（所谓的窦性心动过速）。 也可能发生癫痫发作、意识丧失或幻觉。 最后，虚弱的肌肉可能变得更加僵硬或跛行。 需要立即进行医疗干预以防止脑损伤、器官衰竭和/或生命损失。
什么是适当的液体更换以维持耐力运动？
运动期间未能适当补充水分是导致耐力项目表现不佳的主要因素，尤其是在炎热和潮湿的条件下。 美国运动医学会 (ACSM) 最近发布了关于运动和补液的最新立场，旨在引导锻炼者安全、愉快地参与耐力运动（Sawka 等，2007）。 接下来的三个部分，即运动前补水、运动中补水和运动后补水，总结了这份 ACSM 立场文件的要点。
运动前补水
预水合的目标是确保在开始心血管锻炼之前纠正任何体液和电解质不足。 锻炼前的补水可以在锻炼前约 4 小时逐步开始。 大约 5-7 毫升/公斤体重（1 公斤 = 2.2 磅）就足够了。 所以，如果一个人体重 150 磅，那么这个体重就是 68 公斤； 因此 7 mL/kg X 68 kg = 476 毫升液体。 由于 8 盎司相当于 237 毫升，因此 476 毫升约为 16 盎司，或两杯水。 用两杯水食用一些含钠的食物或零食可能有助于保留液体。 钠含量非常低的饮料（每升 20-50 mEq 或每升 460-1150 毫克）也足够了（请注意，mEq 代表毫当量）。
运动时补水
运动期间的水合作用目标是防止过度失水和工作肌肉细胞中电解质平衡的差异。 运动期间的补水建议可能因人的出汗率、运动方式、运动持续时间、天气条件、补水机会、训练状态、热适应和运动强度而异。 由于上述情况，建议采用定制的补水策略，包括锻炼期间的定期补水段。 Sawka 及其同事 (2007) 阐明长时间（&Mac179；3 小时）运动难以平衡电解质和水分不足。 鼓励锻炼者在不同的锻炼过程中监测他们锻炼前后的体重，并在锻炼过程中尝试将体重减轻（通过出汗）与补液相匹配。 维持耐力运动表现&Mac179; 1 小时后，摄入碳水化合物（含有葡萄糖、果糖、麦芽糊精和蔗糖等糖类的混合物）可能有益。 已经证明，以每小时 30-60 克的速度消耗碳水化合物在维持葡萄糖水平方面非常有效，以维持超过一小时的连续有氧运动（Sawka 等人）。 Sawka 和其他研究人员补充说，碳水化合物浓度应高达 8%，而不是超过 8%，因为较高的浓度可能会阻碍胃（胃）排空。 长时间运动时对电解质的需求最好补充含有~20-30 mEq/L（460-690 mg/L）钠和~2-5 mEq/L（80-200 mg/L）钾的液体。
运动后补水
运动后，目标是补充任何液体或电解质不足。 索卡等人。 (2007) 建议恢复正常的膳食和零食（含有足够的钠）和足够的水来恢复身体。 作者指出，个体之间的钠损失差异很大且难以评估，但各种食物选择可提供耗尽的电解质。 最后，与单次大量摄入相反，运动后逐渐摄入液体最容易被身体细胞吸收。 作为一般经验法则，对于低于运动前体重的运动后体重每公斤（2.2 磅），身体将需要大约 1.5 升的液体（Sawka 等人）。 将公斤换算为磅，对于你在运动中每流失一磅汗水，运动后要喝大约 25 盎司的液体来补充。
结论
水是我们星球上最无所不在的物质。 我们所知道的生命离不开水。 然而，人们对一些独特的物理特性知之甚少。 例如，为什么水在冻结时会膨胀而不是收缩？，或者为什么水比几乎任何其他流体更能储存热量？或者两个氢原子和一个氧原子这两种易燃气体是怎么回事， 能够结合并变成液体。 水的独特特性限制了我们的生理和解剖结构，同时为我们所知道的身体活动、锻炼和生活提供了机会。 然而，关于这种我们称之为 H20 的神秘分子，还有很多东西需要了解。
侧边栏 1：关于水的 15 个常见问题
1）为什么坐飞机要多喝水？
飞机上再循环的空气水分较少。 高海拔的旅行时间也会增加蒸发造成的水分流失。 作为一般指南，每飞行一小时就喝一杯 8 盎司的水或果汁。
2）为什么男性比女性拥有更高的水百分比？
男性在人体中的肌肉质量百分比略高，肌肉由约 75% 的水组成。
3) 为什么你的汗水在一周的锻炼中会有所不同。
由于环境（热量和湿度）、运动强度、运动持续时间、运动方式（不太习惯的人）的不同，出汗的总“速度”以及总的“出汗流失”可能每天都存在显着差异。 活动，通常是更多的工作和汗水流失）和衣服类型（吸水性）。 {参见问题 #7 的答案以了解如何计算运动出汗率}
4) 运动一小时能流失多少水分？
在凉爽或温和的环境中进行轻度运动，出汗率可能低至 100 毫升/小时，即约 3 盎司。 然而，在炎热环境中剧烈运动时，汗液流失量可能超过 3,000 毫升/小时，约为 100 盎司（Murray，2007 年）。
5) 年龄如何影响您的补水能力？
仅在响应身体口渴信号时才饮酒会增加老年人脱水的风险； 因为随着年龄的增长，口渴不再是身体液体需求的有效指标。 搬到天气比他们习惯的气候温暖或干燥的地方的老年人也更容易脱水。 他们需要定期喝水。 儿童脱水通常是由于失去大量体液（例如玩耍时）以及没有喝足够的水来补充流失的水分。 婴儿在生病后仅数小时就会脱水。 脱水是全世界婴儿疾病和死亡的主要原因。
6) 在生理上，为什么较冷的环境不会像炎热的环境一样损害生理功能？
存在与较冷环境相关的性能损害。 然而，脱水并不那么有害，因为在较冷的环境中心输出量（心率 x 每搏输出量）较高（增强心血管功能）而核心温度较低（Murray，2007）。
7) 如何确定出汗率。
要确定出汗率，请测量运动前后（不穿衣服）的体重、运动期间消耗的液体量以及运动期间排出的尿液量（如果有）。
按照以下示例计算出汗率（Williams，2005）：
一种。 运动前体重 130 磅
湾 运动后体重 126.5 磅
C。 体重变化 -3.5 磅（或 56 盎司）
d. 饮用量 16 盎司
e. 尿量 0 盎司
F。 汗水流失 (c + d - e) 72 盎司
G。 运动时间 45 分钟
H。 出汗率（f 除以 g） 72 盎司/45 分钟 = 1.67 盎司/分钟
由于体重差异、遗传因素、热适应能力和代谢（能量产生）效率，出汗率因人而异（Sawka，2007）。
8) 请解释不同类型的水，包括草药水、维生素水、纯净水、泉水、矿物质水和自流水。
一种。 草本水具有源自草本植物的风味，这些草本植物宣传与抗氧化剂相关的健康益处。
湾 维生素水强化了各种维生素和其他添加剂，包括一种可以增加饮料热量的甜味剂。
C。 纯净水通常是通过某种类型的蒸馏过程产生的。
d. 泉水从地下自然流出。
e. 矿泉水来自受保护的地下资源，必须含有一些矿物质。
F。 自流水是从开采承压含水层（透水岩石、沙子、粘土或淤泥的地下层）的井中抽取的。
9) 汗液的成分是什么？
尽管这因人而异，但汗液的成分大约为 99% 的水和电解质钠和氯化物 (Williams, 2005)。 威廉姆斯指出，其他少量流失的矿物质包括钙、钾、镁、铁、锌、铜和一些水溶性维生素。
10) 除了计算每天喝水的杯数之外，有没有办法监测你是否喝了足够或太多的水？
作为一般经验法则，尿液颜色是一个很好的饮水量“标志”。 尿液由水、尿素（代谢废物）、有机物质（包括少量碳水化合物、酶、脂肪酸和激素）和一些电解质组成。 正常的尿液颜色应该是清澈到琥珀色（浅黄色）。 如果服用维生素和一些药物，它通常会更黄。 尿液呈深黄色且输出量较低（对您来说比平时少）是脱水的指标。
喝太多水会导致“水中毒”。 然而，这种情况在健康人中很少见，因为肾脏可以在短时间内产生大量尿液来纠正这种不平衡。 如果长期持续摄入过多的水，也可能导致更多地暴露于水中的污染物。
11) 喝水有助于减肥吗？
有一些证据表明，男性和女性在进餐时摄入水可能有助于促进饱腹感并消除饥饿感（Valtin，2002）。 水没有热量值，当代替加糖（通常用高果糖玉米糖浆或蔗糖）饮料时，这些饮料会增加卡路里，而其他营养素很少，它将为体重管理计划提供积极的修改。
12) 为什么有些运动员在耐力比赛项目中会弄湿身体？
用冷水或水喷雾擦拭头部和躯干是一种皮肤润湿技术。 尽管被认为可以提高性能，但这种做法并未被证明可以降低核心温度或改善心血管性能。
13) 怀孕或哺乳的女性需要多喝水吗？
是的，准妈妈和哺乳期的妈妈每天都需要补充水分以保持水分。 鼓励有体重增加风险的女性多喝水（不含卡路里）并限制甜食（含卡路里）的摄入。
14) 什么是低钠血症？
低钠血症（“natremia”来自拉丁语中的钠，意思是“钠状态”）是指血液中钠含量低于正常水平。 这可能发生在长时间的心血管事件中，例如马拉松。 症状包括呕吐、头痛、腹胀、手脚肿胀、定向障碍、过度疲劳和喘息。 液体摄入超负荷是运动引起的低钠血症的主要原因。 全身钠的过度流失是另一个原因或促成原因。 医疗干预是必要的，以便清楚地区分症状是来自中暑还是低钠血症。
15) 冷水在体内的吸收速度是否比温水快？
不，无论是凉水还是温水都能舒缓味道，并在体内更快地吸收。
侧栏 2：与水合作用相关术语的定义
电解质：溶液中可以传导电流的物质。 人体内的电解质包括钙、氯化物、氟化物、镁、钾和钠。
水分充足：身体水分含量的正常状态，也称为水分正常。
脱水：水分流失（由于运动、疾病、环境、药物（如利尿剂）或液体缺乏）和正常身体功能所必需的盐分。
水合：供应水以恢复或维持体液平衡。
缺水：从体内排出水分。
水合过多：体内液体过多的一种状态，也称为水合过多。
体温过高：当身体产生或吸收的热量多于散发的热量时发生的一种急性病症。
低钠血症：血液中钠浓度异常低。 太少的钠会导致细胞发生故障，而极低的钠可能是致命的。
低血容量性休克。 一种血浆和血容量减少的状态，其特征是皮肤苍白、凉爽、湿冷，心率加快和呼吸浅。 也称为物理崩溃。
渗透压：溶液中溶解物质（称为溶质）的量或浓度。
渗透：流体通过半透膜从溶质浓度低的溶液扩散到溶质浓度较高的溶液，直到膜两侧的流体浓度相等。
参考：
Altieri, A.、La Vecchia, C. 和 Negri, E. (2003)。 液体摄入量和膀胱癌和其他癌症的风险。 欧洲临床营养学杂志，57（增刊 2），s59-s68。
Grandjean, A.C. 和 Grandjean, N.R. (2007)。 脱水和认知能力。 美国营养学院杂志，卷。 26(90005), 549s-554s。
Hughes, J. 和 Norman, R.W. (1992)。 饮食和钙储存。 加拿大医学会杂志，146(2)，第 137-143 页。
医学研究所。 执行摘要。 水、钾、钠、氯化物和硫酸盐的膳食参考摄入量。 美国国家科学院，食品和营养委员会，美国国家科学院出版社，2004 年。
克莱纳，S.M. (1999)。 水; 一种必不可少但被忽视的营养素。 美国饮食协会杂志，99, 200-206。
默里，B.（2007 年）。 水合作用和物理性能。 美国营养学院杂志，26(5)，542s-548s。
波蒂斯，A.J. 和 Sundaram, C. P. (2001)。 肾结石的诊断和初步处理。 美国家庭医生，卷。 63(7)，第 1329-1338 页。
Sawka, M.N.、Burke, L.M.、Eichner, E.R.、Maughan, R. J.、Montain, S.J. 和 Stachenfield, N.S. (2007)。 美国运动医学学院立场：运动和补液。 运动与运动中的医学与科学，卷。 39，第 377-390 页。
Valtin, H. (2002)。 “每天至少喝八杯水。” 真的吗？ “8X8”有科学依据吗？ 美国生理学杂志 - 调节、综合和比较生理学，283：R993-R1004。
威廉姆斯，M.H. (2005)。 健康、健身和运动营养第 7 版。 麦格劳希尔高等教育。
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