The Effects of Hydration Status on Cognitive Performances

 🇬🇧 The Effects of Hydration Status on Cognitive Performances among Young Adults in Hebei, China: A Randomized Controlled Trial (RCT)

🇨🇳 补水状态对中国河北省青年人认知能力的影响：一项随机对照试验 (RCT :Randomized Controlled Trial )

French  🇫🇷 Les effets de l'état d'hydratation sur les performances cognitives des jeunes adultes du Hebei, en Chine : un essai contrôlé randomisé (ECR)

Background: Dehydration may affect cognitive performances as water accounts for 75% of brain mass. The purpose of this study is to investigate the effects of dehydration and water supplementation on cognitive performances, and to explore the changes of brain structures and functions using MRI. Methods and Analysis: A double-blinded randomized controlled trial has been designed and will be implemented among 64 college students aged 18–23 years from Baoding, China. Subjects will be asked to restrict water for 36 h. The first morning urine will be collected and urine osmolality measured. The fasting blood samples will be collected and osmolality and copeptin will be measured. Three MRI sequences, including fMRI, ASL and 3D BRAVO will be taken to observe the changes of whole brain volume, ventricular volume, BOLD response and the cortex thickness. Cognitive performances and mood will be performed with software and questionnaires, respectively. Subjects in the water supplementation groups 1, 2, 3 will drink 200, 500 and 1000 mL of water, respectively, while subjects in the no water supplementation group will not drink any water. After 90 min, urine and blood samples, MRI scans, cognitive performances and mood will be performed. One-way ANOVA will be used to study the differences among groups. Ethics and Dissemination: The study protocol has been approved by the Peking University Institutional Review Committee. Ethical approval project identification code is IRB00001052-16071. Results will be published according to the CONSORT statement and will be reported in peer-reviewed journals.

Keywords: water, dehydration, water supplementation, cognitive performances, magnetic resonance imaging

背景：脑质量75%由水组成，脱水可能会影响认知能力。本研究旨在探讨脱水和补水对认知能力的影响，并利用MRI观察大脑结构和功能的变化。方法与分析：一项双盲随机对照试验设计并将在中国保定市64名18-23岁大学生中进行。受试者被要求限水36小时。收集晨尿并测量尿液渗透压。收集空腹血液样本并测量渗透压和肽素。将拍摄三个MRI序列，包括fMRI、ASL和3D BRAVO，以观察全脑体积、脑室容积、BOLD反应和皮质厚度的变化。认知表现和情绪将分别通过软件和问卷进行测量。 补水组 1、2、3 受试者分别饮用200、500和1000毫升水，不补水组受试者不喝任何水。90分钟后，进行尿液和血液样本采集、MRI扫描、认知表现和情绪测试。将使用单因素方差分析研究组间差异。 伦理与传播：研究方案已获得北京大学机构审查委员会批准。伦理批准项目识别码为IRB00001052-16071。结果将根据CONSORT声明发表，并在同行评议期刊上报告。

关键词： 水，脱水，补水，认知表现，磁共振成像

Contexte : La déshydratation peut affecter les performances cognitives car l'eau représente 75 % de la masse cérébrale. Le but de cette étude est d'étudier les effets de la déshydratation et de la supplémentation en eau sur les performances cognitives, et d'explorer les changements des structures et des fonctions cérébrales à l'aide de l'IRM. Méthodes et analyse : Un essai contrôlé randomisé en double aveugle a été conçu et sera mis en œuvre auprès de 64 étudiants âgés de 18 à 23 ans de Baoding, en Chine. Il sera demandé aux sujets de restreindre leur consommation d'eau pendant 36 heures. La première urine du matin sera collectée et l'osmolalité urinaire mesurée. Les échantillons de sang à jeun seront prélevés et l'osmolalité et la copeptine seront mesurées. Trois séquences d'IRM, dont l'IRMf, l'ASL et le 3D BRAVO, seront prises pour observer les changements du volume cérébral entier, du volume ventriculaire, de la réponse BOLD et de l'épaisseur du cortex. Les performances cognitives et l'humeur seront réalisées respectivement à l'aide d'un logiciel et de questionnaires. Les sujets des groupes de supplémentation en eau 1, 2, 3 boiront respectivement 200, 500 et 1000 ml d'eau, tandis que les sujets du groupe sans supplémentation en eau ne boiront pas d'eau. Après 90 min, des échantillons d'urine et de sang, des IRM, des performances cognitives et de l'humeur seront effectués. Une ANOVA unidirectionnelle sera utilisée pour étudier les différences entre les groupes. Éthique et diffusion : Le protocole d'étude a été approuvé par le Comité d'examen institutionnel de l'Université de Pékin. Le code d'identification du projet d'approbation éthique est IRB00001052-16071. Les résultats seront publiés conformément à la déclaration CONSORT et seront rapportés dans des revues à comité de lecture.

Mots-clés : eau, déshydratation, supplémentation en eau, performances cognitives, imagerie par résonance magnétique

1. Introduction

Water, which makes up about 60–70% of human body weight [1], participates in metabolism, maintains electrolyte balance, and has other functions. It is very important for humans to maintain the balance of water input and output. When the water input is less than the output, people may be dehydrated. Dehydration may lead to some adverse results such as decreased muscle endurance and strength [2], or increased chances of kidney stones and urinary tract infections [3]. Furthermore, dehydration may affect cognitive performances, as water accounts for 75% of brain mass [4].

A few investigators have studied the effects of dehydration on human cognitive performances. However, there have been no consistent results and conclusions. Some studies have shown that dehydration impaired the cognitive performances in the aspects of short-term memory [5], vigilance attention, choice reaction [6], or working memory [7]. Other studies presented contradictory findings [8,9]. Mild dehydration affected the visual vigilance and visual working memory response latency of men [7], but without substantially altering the key aspects of cognitive performances of women [10], which indicated that there exist differences between genders that need to be studied further. The studies mentioned above used heat-stress, intense exercise, diuretics, or fluid deprivation or combined them to induce a dehydrated status. However, heat stress [11] or exercise [12] could also affect cognitive performances, which makes it difficult to investigate the effect of dehydration alone. When referring to the effects of hydration induced by fluid restriction alone, some studies found changes of moods [13,14,15], but the cognitive performances were not affected. More studies are needed to investigate the effects of dehydration induced by fluids restriction on cognitive performances.

1. 引言

水约占人体体重的 60–70% [1]，参与新陈代谢、维持电解质平衡等。保持水的输入和输出平衡对人体非常重要。当水的输入小于输出时，人体可能会脱水。脱水可能导致一些不良后果，如肌肉耐力和力量下降 [2]，或增加肾结石和尿路感染的几率 [3]。此外，脱水还会影响认知能力，因为水占脑质量的 75% [4]。

一些研究人员研究了脱水对人类认知能力的影响。然而，还没有一致的结果和结论。一些研究表明，脱水会损害短期记忆 [5]、警觉注意力、选择反应 [6] 或工作记忆 [7] 方面的认知能力。其他研究则得出了相互矛盾的结论 [8,9]。 轻度脱水影响男性的视觉警觉和视觉工作记忆反应潜伏期[7]，但对女性认知表现的关键方面没有显著改变[10]，这表明性别之间存在差异，需要进一步研究。上述研究使用热应激、剧烈运动、利尿剂、禁水或将上述方法结合起来诱发脱水状态。然而，热应激[11]或运动[12]也会影响认知表现，这使得单独研究脱水的影响变得困难。当提到单独通过液体限制引起的补水影响时，一些研究发现情绪发生变化[13,14,15]，但认知表现并未受到影响。需要更多研究来调查液体限制引起脱水对认知表现的影响。

1. Introduction

L'eau, qui représente environ 60 à 70 % du poids corporel humain [1], participe au métabolisme, maintient l'équilibre électrolytique et a d'autres fonctions. Il est très important pour les humains de maintenir l'équilibre entre l'apport et la sortie d'eau. Lorsque l'apport d'eau est inférieur à la sortie, les personnes peuvent être déshydratées. La déshydratation peut entraîner des effets indésirables tels qu'une diminution de l'endurance et de la force musculaires [2] ou une augmentation des risques de calculs rénaux et d'infections des voies urinaires [3]. De plus, la déshydratation peut affecter les performances cognitives, car l'eau représente 75 % de la masse cérébrale [4].

Quelques chercheurs ont étudié les effets de la déshydratation sur les performances cognitives humaines. Cependant, il n'y a pas eu de résultats ni de conclusions cohérents. Certaines études ont montré que la déshydratation altère les performances cognitives dans les aspects de la mémoire à court terme [5], de la vigilance, de la réaction de choix [6] ou de la mémoire de travail [7]. D'autres études ont présenté des résultats contradictoires [8,9]. Français Une déshydratation légère a affecté la vigilance visuelle et la latence de réponse de la mémoire de travail visuelle des hommes [7], mais sans altérer substantiellement les aspects clés des performances cognitives des femmes [10], ce qui indique qu'il existe des différences entre les sexes qui doivent être étudiées plus en détail. Les études mentionnées ci-dessus ont utilisé le stress thermique, l'exercice intense, les diurétiques ou la privation de liquide ou les ont combinés pour induire un état de déshydratation. Cependant, le stress thermique [11] ou l'exercice [12] pourraient également affecter les performances cognitives, ce qui rend difficile l'étude de l'effet de la déshydratation seule. En se référant aux effets de l'hydratation induite par la restriction hydrique seule, certaines études ont constaté des changements d'humeur [13,14,15], mais les performances cognitives n'ont pas été affectées. D'autres études sont nécessaires pour étudier les effets de la déshydratation induite par la restriction hydrique sur les performances cognitives.

Several studies have investigated the effects of hydration on brain volume and other changes of brain, which also gave conflicting results. Duning et al. [16] analyzed three-dimensional data sets at three time points: (1) before (baseline) and (2) after water restriction for 16 h, and (3) 20 to 30 min after drinking (rehydration). They found that after water restriction for 16 h, the brain volume had a decrease of 0.55% when compared with the baseline, moreover, after rehydration, the volume of brain increased 0.72% when compared with the baseline. Kempton et al. [17] used 90-min physical exercise to induce dehydration, and the results showed that acute dehydration could lead to the ventricular expansion, but there was no change in the volume of the total brain, which was different with Duning’s study. Nakamura et al. [18] found that the brain volume significantly increased by about 0.36% between the dehydrated and rehydrated states, but did not change significantly during the dehydration interval. The research, which was conducted among 10 adolescents (half males and half females), demonstrated that the dehydration, induced by thermal exercise, led to a significantly stronger increase in blood-oxygen-level-dependent (BOLD) responses during an executive function task than the control condition [19]. In a study conducted among 15 healthy individuals, the results showed that the brain tissue fluid had an decrease of 1.63% after fluids restriction for 12 h [20]. The conclusions of the above-mentioned studies were different presumably due to the confounding factors such as the different methods to induce dehydration, the different volumes of water intake, and the different intervals after water supplementation, which needs more studies with appropriate study designs.

Studies about the effects of dehydration on cognitive performances and mood have not been much reported. In the status of dehydration, the changes of whole brain volume, ventricular volume, BOLD response, the thickness of the cortex observed using Magnetic Resonance Imaging (MRI), have not been explored in China. In addition, the effects of different volumes of water supplementation after dehydration on cognitive performances and mood have not been investigated in China.

多项研究探讨了水合物对脑体积等脑部变化的影响，但结果也不一致。Duning 等[16]分析了（1）前（基线）、（2）限水 16 h 后、（3）饮水后 20～30 min（复水）3 个时间点的三维数据集，发现限水 16 h 后脑体积较基线减少 0.55%，复水后脑体积较基线增加 0.72%。Kempton 等[17]采用 90 min 体力运动诱导脱水，结果显示急性脱水导致脑室扩张，但全脑体积无变化，与 Duning 的研究不同。Nakamura 等[18]对缺水大鼠进行实验研究，发现缺水可导致脑室扩张，但全脑体积无变化。 [18] 发现，在脱水与复水状态下，脑体积显著增加约 0.36%，但在脱水间隔内没有显著变化。该研究在 10 名青少年（一半男性，一半女性）中开展，结果表明，热运动引起的脱水导致执行功能任务中血氧水平依赖性（BOLD）反应显著增强，而对照组则未见明显变化 [19]。一项对 15 名健康个体进行的研究结果显示，在限制液体 12 小时后，脑组织液减少了 1.63% [20]。上述研究结论不同，可能是由于诱导脱水的方法不同、饮水量不同以及补水后间隔时间不同等混杂因素所致，需要更多具有适当研究设计的研究。

关于脱水对认知表现和情绪影响的研究报道不多。 在脱水状态下，全脑体积、脑室体积、BOLD反应、磁共振成像（MRI）观察到的皮层厚度的变化，国内尚未见报道；此外，脱水后不同补水量对认知能力及情绪的影响，国内亦未见报道。

Français Plusieurs études ont examiné les effets de l'hydratation sur le volume cérébral et d'autres changements du cerveau, qui ont également donné des résultats contradictoires. Duning et al. [16] ont analysé des ensembles de données tridimensionnelles à trois moments précis : (1) avant (référence) et (2) après une restriction hydrique de 16 heures, et (3) 20 à 30 minutes après avoir bu (réhydratation). Ils ont constaté qu'après une restriction hydrique de 16 heures, le volume cérébral avait diminué de 0,55 % par rapport à la référence ; de plus, après réhydratation, le volume cérébral avait augmenté de 0,72 % par rapport à la référence. Kempton et al. [17] ont utilisé un exercice physique de 90 minutes pour induire une déshydratation, et les résultats ont montré qu'une déshydratation aiguë pouvait entraîner une expansion ventriculaire, mais qu'il n'y avait aucun changement dans le volume du cerveau total, ce qui était différent de l'étude de Duning. Nakamura et al. [18] ont constaté que le volume cérébral augmentait de manière significative d'environ 0,36 % entre les états déshydraté et réhydraté, mais ne changeait pas de manière significative pendant l'intervalle de déshydratation. La recherche, qui a été menée auprès de 10 adolescents (moitié hommes, moitié femmes), a démontré que la déshydratation, induite par l'exercice thermique, entraînait une augmentation significativement plus forte des réponses dépendantes du niveau d'oxygène dans le sang (BOLD) pendant une tâche de fonction exécutive que dans la condition de contrôle [19]. Dans une étude menée auprès de 15 individus en bonne santé, les résultats ont montré que le liquide du tissu cérébral avait diminué de 1,63 % après une restriction hydrique pendant 12 heures [20]. Les conclusions des études mentionnées ci-dessus étaient différentes, probablement en raison de facteurs de confusion tels que les différentes méthodes pour induire la déshydratation, les différents volumes d'eau consommés et les différents intervalles après la supplémentation en eau, ce qui nécessite davantage d'études avec des modèles d'étude appropriés.

Les études sur les effets de la déshydratation sur les performances cognitives et l'humeur n'ont pas été beaucoup rapportées. En ce qui concerne la déshydratation, les changements du volume cérébral total, du volume ventriculaire, de la réponse BOLD et de l'épaisseur du cortex observés à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) n'ont pas été étudiés en Chine. De plus, les effets de différents volumes de supplémentation en eau après déshydratation sur les performances cognitives et l'humeur n'ont pas été étudiés en Chine.

Referring to the effects of dehydration on cognitive performances, there was only one study conducted in China, which was designed and implemented by our team. It was a randomized controlled trial conducted among 68 college students. The results showed that water supplementation of 400 mL could improve the adverse effects of hypohydration on cognitive performances (unpublished). However, the study only investigated males. The level of dehydration conducted before was mild, however, and moderate dehydration was not investigated. Moreover, the changes of brain structures and functions in dehydration and water supplementation by MRI have not been explored yet. Hence, we designed a randomized controlled trial to investigate the effects of dehydration after 36 h of water restriction and rehydration after water supplementation on cognitive performances and the changes of brain structures and functions in different hydration status among male and females in free-living conditions.

关于脱水对认知能力的影响，国内仅有一项由本团队设计和实施的随机对照试验，纳入68名大学生，结果显示补水400 mL可改善缺水对认知能力的不利影响（未发表）。但该研究仅研究男性，且之前进行的脱水程度均为轻度，并未研究中度脱水，且尚未见利用MRI探究脱水及补水过程中脑结构与功能变化的报道。因此，我们设计了一项随机对照试验，探讨自由生活条件下男性和女性限水36 h后脱水及补水后补水对认知能力的影响以及不同补水状态下脑结构与功能的变化。

Français En ce qui concerne les effets de la déshydratation sur les performances cognitives, une seule étude a été menée en Chine, qui a été conçue et mise en œuvre par notre équipe. Il s'agissait d'un essai contrôlé randomisé mené auprès de 68 étudiants. Les résultats ont montré qu'une supplémentation en eau de 400 ml pouvait améliorer les effets néfastes de l'hypohydratation sur les performances cognitives (non publié). Cependant, l'étude n'a porté que sur les hommes. Le niveau de déshydratation effectué auparavant était cependant léger et la déshydratation modérée n'a pas été étudiée. De plus, les changements des structures et des fonctions cérébrales dans la déshydratation et la supplémentation en eau par IRM n'ont pas encore été explorés. Par conséquent, nous avons conçu un essai contrôlé randomisé pour étudier les effets de la déshydratation après 36 h de restriction hydrique et de réhydratation après supplémentation en eau sur les performances cognitives et les changements des structures et des fonctions cérébrales dans différents états d'hydratation chez les hommes et les femmes dans des conditions de vie libre.

We hypothesize that dehydration has adverse effects on cognitive performances and mood. Dehydration will induce the decrease of whole brain volume and the increase of ventricular volume, the BOLD and the cortex thickness. After water supplementation, the cognitive performances and mood will be improved. There will be an increase in the whole brain volume and decreases in ventricular volume, BOLD, and the cortex thickness. Moreover, there will be significant differences in the effects of dehydration on aspects of cognitive performances, mood, and the structures and functions of the brain between males and females in dehydration and water supplementation.

我们假设脱水对认知能力和情绪有不利影响。脱水会导致全脑体积减少，脑室体积、BOLD和皮层厚度增加。补水后认知能力和情绪会得到改善。全脑体积增加，脑室体积、BOLD和皮层厚度减少。此外，在脱水和补水条件下，男性和女性在认知能力、情绪和大脑结构与功能方面的影响存在明显差异。

Nous émettons l'hypothèse que la déshydratation a des effets néfastes sur les performances cognitives et l'humeur. La déshydratation induira une diminution du volume cérébral total et une augmentation du volume ventriculaire, du BOLD et de l'épaisseur du cortex. Après supplémentation en eau, les performances cognitives et l'humeur seront améliorées. Il y aura une augmentation du volume cérébral total et une diminution du volume ventriculaire, du BOLD et de l'épaisseur du cortex. De plus, il y aura des différences significatives dans les effets de la déshydratation sur certains aspects des performances cognitives, de l'humeur et des structures et fonctions du cerveau entre les hommes et les femmes en cas de déshydratation et de supplémentation en eau.

The purposes of this study are, first, to evaluate the effects of dehydration induced by 36 h water deprivation on cognitive performances and mood. Second, to explore whether cognitive performances and mood will be improved after water supplementation. Third, to compare the changes of whole brain volume, ventricular volume, BOLD response and the thickness of the cortex using MRI between dehydration and rehydration. Fourth, to compare the differences between males and females. Finally, to provide more suggestions for the associations between water intake and cognitive performances, may offer more scientific basis to revise the adequate water intake for young adults.

本研究的目的在于：一、评估36小时禁水引起的脱水对认知能力和情绪的影响；二、探讨补水后认知能力和情绪是否会得到改善；三、比较脱水和补水后全脑体积、脑室体积、BOLD反应和皮层厚度的变化（MRI）；四、比较男性和女性之间的差异；五、为水摄入量与认知能力之间的关系提供更多的建议，为修订青年人适宜的水摄入量提供更科学的依据。

Les objectifs de cette étude sont, premièrement, d'évaluer les effets de la déshydratation induite par une privation d'eau de 36 heures sur les performances cognitives et l'humeur. Deuxièmement, d'explorer si les performances cognitives et l'humeur seront améliorées après une supplémentation en eau. Troisièmement, de comparer les changements du volume cérébral total, du volume ventriculaire, de la réponse BOLD et de l'épaisseur du cortex en utilisant l'IRM entre la déshydratation et la réhydratation. Quatrièmement, de comparer les différences entre les hommes et les femmes. Enfin, de fournir plus de suggestions sur les associations entre la consommation d'eau et les performances cognitives, ce qui pourrait offrir une base scientifique plus solide pour réviser la consommation d'eau adéquate pour les jeunes adultes.

2. Methods and Analysis

2. 方法与分析

2. Méthodes et analyse

2.1. Sample Selected

Subjects will be recruited using both online and campus recruitment advertisements among young adults from Hebei University Health Science Center, which is located in Baoding, China. All subjects will sign the informed consent form before participating the study. Anyone aged <18 years or >23 years or smoke, has habitual alcohol (>20 g/day) consumption or habitual high caffeine (>250 mg/day) consumption or intensive physical exercise, or has a chronic diseases or claustrophobia or any other neurologic, medical illness will be excluded from participation. Subjects will be instructed not to participate in strenuous activities, to maintain a normal diet and to avoid alcohol consumption during the 24 h before.

2.1. 样本选择

研究对象将通过在线和校园招聘广告从位于中国保定的河北大学健康科学中心的年轻人中招募。所有研究对象在参与研究前均需签署知情同意书。年龄<18岁或>23岁或吸烟、习惯性饮酒（>20克/天）或习惯性高咖啡因（>250毫克/天）或剧烈体育锻炼、患有慢性疾病或幽闭恐惧症或任何其他神经系统疾病的人将被排除在研究之外。研究对象将被指示不要参加剧烈活动，保持正常饮食，并在研究前24小时内避免饮酒。

2.1. Échantillon sélectionné

Les sujets seront recrutés à l'aide d'annonces de recrutement en ligne et sur le campus parmi les jeunes adultes du Centre des sciences de la santé de l'Université de Hebei, situé à Baoding, en Chine. Tous les sujets signeront le formulaire de consentement éclairé avant de participer à l'étude. Toute personne âgée de moins de 18 ans ou de plus de 23 ans ou fumant, ayant une consommation habituelle d'alcool (> 20 g/jour) ou une consommation habituelle élevée de caféine (> 250 mg/jour) ou faisant de l'exercice physique intensif, ou souffrant de maladies chroniques ou de claustrophobie ou de toute autre maladie neurologique ou médicale sera exclue de la participation. Les sujets seront informés de ne pas participer à des activités intenses, de maintenir un régime alimentaire normal et d'éviter la consommation d'alcool au cours des 24 heures précédant l'étude.

2.2. Sample Size Calculation

In a related study, the letter cancellation scores of subjects in the water group before and after water supplementation were 23.34 and 28.81, respectively [21]. According to the SAS procedures (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA), with the power set at 0.8 and α set at 0.05, in addition, a 10% drop-out rate will be taken into account, so a total of 64 subjects will be needed, including half males and half females.

2.2. 样本量计算

相关研究显示，补水组受试者补水前后的字母取消分数分别为23.34和28.81[21]。根据SAS程序（SAS Institute Inc.，美国北卡罗来纳州卡里市），功率设置为0.8，α设置为0.05，另外还要考虑10%的退出率，因此总共需要64名受试者，其中男性和女性各占一半。

2.2. Calcul de la taille de l'échantillon

Dans une étude connexe, les scores d'annulation de lettres des sujets du groupe d'eau avant et après la supplémentation en eau étaient respectivement de 23,34 et 28,81 [21]. Selon les procédures SAS (SAS Institute Inc., Cary, NC, États-Unis), avec une puissance fixée à 0,8 et un α fixé à 0,05, un taux d'abandon de 10 % sera en outre pris en compte, ce qui nécessitera un total de 64 sujets, dont la moitié d'hommes et la moitié de femmes.

2.3. Ethics and Dissemination

All subjects will give their informed consent for inclusion before they participate in the study. The study will be conducted in accordance with the Declaration of Helsinki, and the protocol has been approved by the Peking University Institutional Review Committee. Ethical approval project identification code is IRB00001052-16071.

2.3. 伦理与传播

所有受试者在参与研究前均知情同意纳入研究。研究将按照《赫尔辛基宣言》进行，方案已获得北京大学机构审查委员会批准。伦理批准项目识别码为IRB00001052-16071。

2.3. Éthique et diffusion

Tous les sujets donneront leur consentement éclairé pour être inclus dans l'étude avant de participer. L'étude sera menée conformément à la Déclaration d'Helsinki et le protocole a été approuvé par le Comité d'examen institutionnel de l'Université de Pékin. Le code d'identification du projet d'approbation éthique est IRB00001052-16071.

2.4. Study Design

A randomized controlled trial study design, which is double-blinded, will be employed. All recruited subjects will fast overnight for 12 h, without consuming any food or drink. They will be asked to have the meals provided by the study. Subjects will be randomly assigned into four groups using a random number generated by computer software: the water supplementation group 1, 2, 3 (WS group 1, 2, 3) with 200 mL (WS group 1), 500 mL (WS group 2) and 1000 mL (WS group 3) water, respectively and the no water supplementation group (NW group). The present study will assess cognitive performances, mood, subjective sensation of satiety, hunger, sleepiness and thirst during the experimental design three times. Moreover, MRI scans will be used to explore the changes of brain structures and functions for three times. In addition, measurements of weight, waist circumference, body composition, blood pressure, blood glucose, urine osmolality, urine specific gravity, plasma osmolality, and plasma copeptin will be executed at the same time. The study design is shown in Figure 1. All items from the World Health Organization Trial Registration Data Set are shown in Table 1.

2.4. 研究设计

将采用双盲随机对照试验研究设计。所有招募的受试者将禁食一夜 12 小时，不食用任何食物或饮料。他们将被要求食用研究提供的膳食。受试者将使用计算机软件生成的随机数随机分为四组：补水组 1、2、3（WS 组 1、2、3），分别补充 200 毫升（WS 组 1）、500 毫升（WS 组 2）和 1000 毫升（WS 组 3）水，以及不补水组（NW 组）。本研究将在实验设计期间评估认知表现、情绪、饱腹感、饥饿感、困倦感和口渴感三次。此外，还将使用 MRI 扫描三次来探索大脑结构和功能的变化。 此外，还将同时测量体重、腰围、身体成分、血压、血糖、尿液渗透压、尿液比重、血浆渗透压和血浆肽素。研究设计如图1所示。世界卫生组织试验注册数据集中的所有项目如表1所示。

2.4. Conception de l'étude

Une étude contrôlée randomisée en double aveugle sera réalisée. Tous les sujets recrutés jeûneront toute la nuit pendant 12 heures, sans consommer de nourriture ni de boisson. On leur demandera de prendre les repas fournis par l'étude. Les sujets seront répartis de manière aléatoire en quatre groupes à l'aide d'un nombre aléatoire généré par un logiciel informatique : le groupe de supplémentation en eau 1, 2, 3 (groupe WS 1, 2, 3) avec 200 ml (groupe WS 1), 500 ml (groupe WS 2) et 1 000 ml (groupe WS 3) d'eau, respectivement, et le groupe sans supplémentation en eau (groupe NW). La présente étude évaluera les performances cognitives, l'humeur, la sensation subjective de satiété, la faim, la somnolence et la soif pendant la conception expérimentale à trois reprises. De plus, des examens IRM seront utilisés pour explorer les changements des structures et des fonctions cérébrales à trois reprises. De plus, des mesures du poids, du tour de taille, de la composition corporelle, de la pression artérielle, de la glycémie, de l'osmolalité urinaire, de la densité urinaire, de l'osmolalité plasmatique et de la copeptine plasmatique seront effectuées en même temps. Le plan d'étude est présenté dans la figure 1. Tous les éléments de l'ensemble de données d'enregistrement des essais de l'Organisation mondiale de la santé sont présentés dans le tableau 1.

Figure 1.

Subjects recruitment

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Period 1: Fasting for 12 hours

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Baseline measurements

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Period 2: Water restriction for 36 hours and meals provided

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Measurements after water restriction for 36 hours

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Period 3:Water supplementation

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➡WS group 1: Water supplementation of 200ml

➡WS group 2: Water supplementation of 500ml

➡WS group 3: Water supplementation of 1000ml

➡NW group: No water supplementation

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Measurements after water supplementation

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Table 1.

All items from the World Health Organization Trial Registration Data Set (SPIRIT checklist, item 2b).

Data Category: (Information)

•Registration number: (ChiCTR-IOR-17011568 Chinese clinical trial registry)

•Registration State: (1008001 Prospective registration)

•Public title: (The effect of hydration and water supplementation on the cognitive performance of college students)

•Scientific title: (Effect of Different Hydration State on Cognitive Performance)

•Approval of ethic committee: (Peking University Institutional Review Committee)

•Ethical approval project identification code: (IRB00001052-16071)

•Date of approved by ethic committee: (5 December 2017)

•Study type: (Interventional study)

•Study design: (Randomized controlled trial)

•Key inclusion and exclusion criteria: (Inclusion criteria: Aged between 18 and 23; Male and Female; In health state, without metabolic disease, oral diseases, and so on. Exclusion criteria: Aged < 18, or age > 23; With metabolic disease, oral diseases, and other diseases.)

•Interventions: (Water supplementation)

•Outcomes: (Urine osmolality, Blood pressure, Mood, Thirsty, Cognitive performances, MRI scans)

•Collecting samples: (Urine, Blood)

•Recruitment state: (Started)

•Randomization Procedure (please state who generates the random number sequence and by what method): (Primary sponsor generates random sequence with random number table)

图 1.

受试者招募

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阶段 1：禁食 12 小时

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基线测量

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阶段 2：禁水 36 小时并提供膳食

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禁水 36 小时后测量

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阶段 3：补水

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➡WS 组 1：补水 200ml

➡WS 组 2：补水 500ml

➡WS 组 3：补水 1000ml

➡NW 组：不补水

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补水后测量

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表 1.

所有项目来自世界卫生组织试验注册数据集（SPIRIT 清单，项目 2b）。

 数据 类别： （信息）

• 注册号：（ChiCTR-IOR-17011568 中国临床试验注册中心）

• 注册状态：（1008001 前瞻性注册）

• 公开标题：（补水和补充水分对大学生认知能力的影响）

• 科学标题：（不同补水状态对认知能力的影响）

• 伦理委员会批准：（北京大学机构审查委员会）

• 伦理批准项目识别码：（IRB00001052-16071）

• 伦理委员会批准日期：（2017 年 12 月 5 日）

• 研究类型：（干预性研究）

• 研究设计：（随机对照试验）

• 关键纳入和排除标准：（纳入标准：年龄在 18 至 23 岁之间；男性和 女性；身体健康，无代谢性疾病、口腔疾病等。排除标准：年龄<18岁，或年龄>23岁；患有代谢性疾病、口腔疾病和其他疾病。）

•干预措施：（补水）

•结果：（尿液渗透压、血压、情绪、口渴、认知表现、MRI扫描）

•采集样本：（尿液、血液）

•招募状态：（已开始）

•随机化程序（请说明谁生成随机数序列以及使用什么方法）：（主要赞助商使用随机数表生成随机序列）

Figure 1.

Recrutement des sujets

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Période 1 : Jeûne pendant 12 heures

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Mesures de base

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Période 2 : Restriction hydrique pendant 36 heures et repas fournis

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Mesures après restriction hydrique pendant 36 heures

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Période 3 : Supplémentation hydrique

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➡Groupe WS 1 : Supplémentation hydrique de 200 ml

➡Groupe WS 2 : Supplémentation hydrique de 500 ml

➡Groupe WS 3 : Supplémentation hydrique de 1 000 ml

➡Groupe NW : Pas de supplémentation hydrique

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Mesures après supplémentation hydrique

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Tableau 1.

Tous les éléments proviennent de l'ensemble de données d'enregistrement des essais de l'Organisation mondiale de la santé (liste de contrôle SPIRIT, élément 2b).

 Catégorie de données : (Informations)

• Numéro d'enregistrement : (ChiCTR-IOR-17011568 Registre chinois des essais cliniques)

• État d'enregistrement : (1008001 Enregistrement prospectif)

• Titre public : (L'effet de l'hydratation et de la supplémentation en eau sur les performances cognitives des étudiants)

• Titre scientifique : (Effet de différents états d'hydratation sur les performances cognitives)

• Approbation du comité d'éthique : (Comité d'examen institutionnel de l'Université de Pékin)

• Code d'identification du projet d'approbation éthique : (IRB00001052-16071)

• Date d'approbation par le comité d'éthique : (5 décembre 2017)

• Type d'étude : (Étude interventionnelle)

• Conception de l'étude : (Essai contrôlé randomisé)

• Principaux critères d'inclusion et d'exclusion : (Critères d'inclusion : Âgés de 18 à 23 ans ; Homme et Femme ; En bonne santé, sans maladie métabolique, maladies bucco-dentaires, etc. Critères d'exclusion : Âgée de moins de 18 ans ou de plus de 23 ans ; Avec une maladie métabolique, des maladies bucco-dentaires et d'autres maladies.)

•Interventions : (Supplémentation en eau)

•Résultats : (Osmolalité urinaire, tension artérielle, humeur, soif, performances cognitives, IRM)

•Collecte d'échantillons : (urine, sang)

•État de recrutement : (Débuté)

•Procédure de randomisation (veuillez indiquer qui génère la séquence de nombres aléatoires et par quelle méthode) : (Le sponsor principal génère une séquence aléatoire avec un tableau de nombres aléatoires)

2.5. Randomization and Blinding

This will be a randomized double-blinded study, and subjects will be randomly assigned into different groups using a random number generated by the computer software. The assignment will be stored in numbered, sealed, opaque envelopes, which will be prepared by an investigator, who is not involved in assessments and subject recruitment. The envelopes will be opened by the investigator. The investigators who will complete the statistical analysis will be blinded to the data collection and data entry, with each subject identified by a random number. Moreover, when taking water supplementation, every subject will be given three opaque cups. The water supplied to the subjects in water supplementation will be contained in the three opaque cups, and subjects will be told to drink the water from the little hole on the cover of the cup within 10 min. After water supplementation, they are not allowed to talk with each other about the interventions they have had.

2.5. 随机化和盲法

本研究为随机双盲研究，受试者将使用计算机软件生成的随机数随机分配到不同的组。分配结果将存储在编号的密封不透明信封中，信封由不参与评估和受试者招募的研究人员准备。信封将由研究人员打开。完成统计分析的研究人员将对数据收集和数据输入不知情，每个受试者都通过随机数标识。此外，在补水时，每个受试者将获得三个不透明杯。补水时提供给受试者的水将装在三个不透明杯中，受试者将被告知在 10 分钟内从杯盖上的小孔中喝水。补水后，他们不得互相谈论他们所接受的干预措施。

2.5. Randomisation et mise en aveugle

Il s'agira d'une étude randomisée en double aveugle, et les sujets seront répartis de manière aléatoire dans différents groupes à l'aide d'un nombre aléatoire généré par le logiciel informatique. L'affectation sera stockée dans des enveloppes opaques, scellées et numérotées, qui seront préparées par un enquêteur, qui n'est pas impliqué dans les évaluations et le recrutement des sujets. Les enveloppes seront ouvertes par l'enquêteur. Les enquêteurs qui effectueront l'analyse statistique ne seront pas au courant de la collecte et de la saisie des données, chaque sujet étant identifié par un numéro aléatoire. De plus, lors de la prise de suppléments d'eau, chaque sujet recevra trois tasses opaques. L'eau fournie aux sujets lors de la supplémentation en eau sera contenue dans les trois tasses opaques, et les sujets seront invités à boire l'eau du petit trou sur le couvercle de la tasse dans les 10 minutes. Après la supplémentation en eau, ils ne sont pas autorisés à parler entre eux des interventions qu'ils ont subies.

2.6. Study Procedure

The study will be consisted of three periods:

2.6. 研究程序

研究将包括三个阶段：

2.6. Déroulement de l'étude

L'étude se déroulera en trois périodes :

Period 1: from 8:00 p.m. of the first study day to 8:00 a.m. of the second study day. Subjects will be asked to fast overnight for 12 h, without consuming foods or drinks. Before 8:00 p.m. of the first study day, subjects are instructed to having fluid intakes as before. Strenuous exercise will not allowed in the 24 h before the study. The subjects will be asked to sleep before 11:00 p.m. and are not allowed to urinate before they get up in the morning. Anyone who fails to meet the above requirements has to let the investigators know.

第一阶段：研究第一天晚上 8:00 至研究第二天早上 8:00。受试者需禁食一夜 12 小时，不得进食或饮水。研究第一天晚上 8:00 前，受试者需照常摄入液体。研究前 24 小时内不得进行剧烈运动。受试者需在晚上 11:00 前入睡，早晨起床前不得排尿。如未能满足上述要求，必须告知研究人员。

Période 1 : de 20h00 le premier jour de l'étude à 8h00 le deuxième jour de l'étude. Les sujets seront invités à jeûner pendant la nuit pendant 12 h, sans consommer de nourriture ni de boisson. Avant 20h00 le premier jour de l'étude, les sujets sont invités à consommer des liquides comme avant. Aucun exercice physique intense ne sera autorisé dans les 24 h précédant l'étude. Les sujets seront invités à dormir avant 23h00 et ne seront pas autorisés à uriner avant de se lever le matin. Toute personne ne répondant pas aux exigences ci-dessus doit en informer les enquêteurs.

Period 2: from 8:00 a.m. of the second study day to 8:00 a.m. of the third study day. Subjects will be asked to have water restriction for 24 h. Meals containing ≤75% of water will be provided by the study. All foods will be weighted before and after the subjects eat, with the aim of assessing the intake of water from food of the subjects. Baseline measurements including height, weight, waist circumferences, body composition, blood pressure, blood glucose and blood samples will be obtained following standardized procedures. The first urine samples will be collected and tested. Subjects will have MRI scans for about 15–20 min. All subjects will have two medical earplugs and will not be allowed to sleep or move, just lying down for 15–20 min. Tests of mood, cognitive performances and subjective sensation will be performed by investigators. During Period 2, the urine samples will be collected and sent to the hospital laboratory immediately to measure the related indexes. They will also be asked to go to bed before 11:00 p.m. and are not allowed to urinate before they get up in the morning.

阶段2：从研究第二天的上午8:00到研究第三天的上午8:00。受试者被要求限制饮水24小时。研究将提供含水量≤75%的膳食。受试者进食前后将称量所有食物，以评估受试者从食物中摄入的水量。将按照标准化程序获取基线测量数据，包括身高、体重、腰围、身体成分、血压、血糖和血液样本。将收集并检测第一批尿液样本。受试者将接受约15-20分钟的MRI扫描。所有受试者将佩戴两个医用耳塞，不允许睡觉或移动，只能平躺15-20分钟。研究人员将进行情绪、认知表现和主观感觉测试。在阶段2期间，尿液样本将立即收集并送往医院实验室测量相关指标。 他们还会被要求在晚上11点之前上床睡觉，并且在早上起床之前不允许小便。

Période 2 : de 8h00 du matin du deuxième jour d'étude à 8h00 du matin du troisième jour d'étude. Les sujets devront se restreindre en eau pendant 24 h. Les repas contenant ≤75 % d'eau seront fournis par l'étude. Tous les aliments seront pesés avant et après les repas des sujets, dans le but d'évaluer l'apport en eau des sujets. Des mesures de base, notamment la taille, le poids, le tour de taille, la composition corporelle, la tension artérielle, la glycémie et des échantillons de sang, seront obtenues selon des procédures standardisées. Les premiers échantillons d'urine seront collectés et testés. Les sujets passeront des examens IRM pendant environ 15 à 20 minutes. Tous les sujets auront deux bouchons d'oreille médicaux et ne seront pas autorisés à dormir ou à bouger, mais simplement à s'allonger pendant 15 à 20 minutes. Des tests d'humeur, de performances cognitives et de sensation subjective seront effectués par les enquêteurs. Au cours de la période 2, les échantillons d'urine seront collectés et envoyés immédiatement au laboratoire de l'hôpital pour mesurer les indices correspondants. Il leur sera également demandé de se coucher avant 23 heures et de ne pas uriner avant de se lever le matin.

Period 3: from 8:00 a.m. of the third study day to 10:35 a.m. of the third study day. Subjects will have water supplementation. They will be asked to arrive at the lab at 8:00 a.m. Measurements including weight, body composition, blood pressure, blood glucose and blood samples will be obtained as before. The first morning urine and blood samples will also be collected and tested. MRI scans, cognitive performances, mood and subjective sensation of the subjects will be performed. At 8:30 a.m., subjects in WS group 1, WS group 2, WS group 3 will be asked to drink 200, 500, and 1000 mL of purified water, respectively. The subjects in NW group will drink no water or other fluids. All the water will be offered in opaque containers which should be drunk within 10 min. All the water will be kept in 30 °C~40 °C to reduce the gastrointestinal discomfort of the subjects. During the interval of 90 min, all subjects will be asked to undertake normal activities in the room adjacent to the testing room. After water supplementation for 90 min (at 10:15 a.m.), weight, body composition, blood pressure and blood glucose will be measured. Urine and blood samples will be collected, stored and tested. MRI scans, cognitive performances, mood and subjective sensation will be measured again. The study procedure is shown in Figure 2.

第三阶段：研究第三天早上8:00至10:35。受试者将补充水分。受试者将于早上8:00到达实验室。将像以前一样测量体重、身体成分、血压、血糖和血液样本。还将收集和测试早晨的第一次尿液和血液样本。受试者将进行MRI扫描、认知表现、情绪和主观感觉。早上8:30，WS组1、WS组2、WS组3的受试者将分别被要求饮用200、500和1000毫升纯净水。NW组受试者不喝水或其他液体。所有水将盛在不透明容器中，应在10分钟内饮用。所有水将保持在30°C~40°C以减少受试者的胃肠不适。 在90分钟的间歇期，所有受试者将被要求在测试室相邻的房间进行正常活动。补充水90分钟后（上午10:15），测量体重、身体成分、血压和血糖。收集、保存和检测尿液和血液样本。再次测量MRI扫描、认知表现、情绪和主观感觉。研究流程如图2所示。

Période 3 : de 8h00 du troisième jour d'étude à 10h35 du troisième jour d'étude. Les sujets recevront un supplément d'eau. Il leur sera demandé d'arriver au laboratoire à 8h00. Des mesures comprenant le poids, la composition corporelle, la tension artérielle, la glycémie et des échantillons de sang seront obtenus comme précédemment. Les premiers échantillons d'urine et de sang du matin seront également collectés et testés. Des IRM, des performances cognitives, l'humeur et la sensation subjective des sujets seront effectuées. À 8h30, les sujets du groupe WS 1, du groupe WS 2, du groupe WS 3 devront boire respectivement 200, 500 et 1000 ml d'eau purifiée. Les sujets du groupe NW ne boiront ni eau ni autres liquides. Toute l'eau sera proposée dans des récipients opaques qui devront être bu dans les 10 minutes. Toute l'eau sera conservée à 30 °C~40 °C pour réduire l'inconfort gastro-intestinal des sujets. Pendant l'intervalle de 90 min, tous les sujets seront invités à entreprendre des activités normales dans la pièce adjacente à la salle d'examen. Après une supplémentation en eau pendant 90 min (à 10h15), le poids, la composition corporelle, la tension artérielle et la glycémie seront mesurés. Des échantillons d'urine et de sang seront prélevés, stockés et testés. Les examens IRM, les performances cognitives, l'humeur et la sensation subjective seront à nouveau mesurés. La procédure d'étude est illustrée à la figure 2.

Figure 2:

8:00 PM

 ⬆ Period 1. 

 І [Fasting]  

 ⬇

H, W, WC, BC, BP, BG, CP, POMS, VAS, Urine, Blood; MRI