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长距离比赛该吃多少能量胶:来自全新可穿戴技术的实证

 慧跑 2023-04-22 发布于江苏


马拉松、越野、超级越野属大强度、长时间的极限运动,比赛会消耗大量能源物质,其中最主要的供能物质就是糖和脂肪。

人体脂肪含量丰富,可以为长距离运动提供取之不竭的能量,但脂肪供能只能维持较低强度的运动,也即在较低强度运动时,脂肪供能比例比较高,但这显然无法满足跑者为PB而进行较高强度奔跑的需求;

而另一重要能源物质糖是能量最经济有效的来源之一,糖非常容易获取,产能快,可以提供较大输出功率,因此可以相对满足高强度奔跑的需要,但糖的最大不足是在体内储备量相对比较有限,远不及脂肪。

所以跑者或许都清楚马拉松或越野赛赛前和赛中要积极合理地补糖,这对于比赛进入后程,体内储备糖消耗差不多的时候,跑者仍然有足够的能量供应,以满足高强度持续奔跑的需要。

但运动中补糖又不同于平时饿了吃东西,这对于消化系统来说是两种完全不同的场景。

由于人体体内总的血液循环量是基本不变的,运动时人体会调动大量血液流向肌肉,所以经过消化系统胃肠道的血液量会减少,这时就会表现为人体在运动中胃肠消化吸收功能相对下降。

所以在运动中选择份量少,能量密度相对较高、容易消化吸收的食物,能量胶就是典型代表。

这有助于人体在消化吸功能下降的情况下,仍能获取一定的能量以维持后程比赛,说起来似乎以上道理都很清楚,但实际补给情况却非常复杂。

今天我们以42公里马拉松和百公里越野两种类型奔跑的能量供应角度看一下跑者在比赛中该如何吃能量胶?


马拉松比赛会把 

体内储备糖消耗殆尽吗?

体内的糖主要有三个来源:血糖、存储在肌肉中的肌糖原和储存在肝脏中的肝糖原。

一般来说,普通人血液内大约有5克左右的血糖,肝脏中含有100克肝糖原,肌肉中含有400克肌糖原,这三部分都可以为跑步提供能量。

人体内糖含量=5+100+400=505克

1克糖含有4大卡热量

体内糖含有的热量=505×4=2020大卡

跑者往往认为马拉松比赛撞墙是因为糖原消耗殆尽,如果撞墙是由于糖原耗竭引起的,那么就意味着比赛还没有结束,这2020大卡热量就已经被消耗光了,那么一场马拉松比赛究竟能消耗多少热量呢?

一个体重60公斤的人,以6:00配速跑步,每公斤体重每小时可以消耗差不多10大卡热量,那么他跑步1小时所能消耗的热量为:

跑步1小时消耗的热量=60×10×1=600大卡

以6:00配速跑马,跑完全程耗时大约为4小时15分钟以内。

一场马拉松消耗的热量=60×10×4.25=2550大卡

看起来,的确是体内糖原储备是不足以应付一场马拉松比赛,撞墙是由于糖原耗尽引起的似乎很有道理。但这样的计算忽略了一个重要科学原理,跑马时,不可能只由糖提供热量,而是糖和脂肪混合供能。

那么糖和脂肪的供能比例大约是多少呢?

跑得越快,糖供能比例越高,跑得越慢脂肪供能比例越高,大多数跑者跑马时心率介于140-160次/分之间,此时糖供能比例大约为40%,脂肪供能比例为60%。

一场马拉松由脂肪提供的热量=2550×60%=1530大卡

一场马拉松由糖提供的热量=2550×40%=1020大卡

从以上计算可以看到,一场马拉松基本不会消耗掉体内储备的糖,大约消耗掉体内差不多一半的糖,最多也就消耗体内2/3的糖。

如果要完全耗尽体内的糖,大约需要8-10小时,这种情况只有可能在100公里以上的超级马拉松或者长距离越野比赛中有可能发生。

这还是在不考虑补给的情况做的理论计算,如果沿途不断补给,那么体内的糖就更不会耗竭了。

通过以上分析,我们可以得知一场马拉松比赛不大会引起体内糖原耗竭,有人会说,这只是理论计算,人体不会像计算那么精确,小编承认人体非常复杂这一点,但脱离任何理论依据的凭经验凭想象岂不是更不科学,更不靠谱?

如果撞墙真的是由于体内糖原耗竭引起的,那么你发生的就不是撞墙,而是更为严重的低血糖症。

正常人在空腹血糖浓度为3.61—6.11mmol/L。空腹血糖浓度超过7.0mmol/L称为高血糖。血糖浓度低于2.8mmol/L称为低血糖。

血糖保持相对稳定对于生命活动特别重要,血糖为脑细胞最为主要的能量来源,因此血糖过低对机体的影响以神经系统为主,低血糖的症状通常表现为出冷汗、心慌、颤抖、面色苍白等,严重者还可出现精神不集中、躁动、易怒甚至昏迷等。

为什么会发生低血糖呢?

其实导致低血糖的原因很多,大体可以分为空腹低血糖症和餐后(反应性)低血糖症。

正常人即使空腹较长时间,一般也不会发生空腹低血糖症,因为人体具有血糖自稳定调价机制。空腹低血糖症多数是由疾病引起,病因包括胰岛素瘤、注射某些药物、肝衰竭、心力衰竭、肾衰竭、当然长期饥饿也有可能引发低血糖症。

而对于大多数发生撞墙的跑者而言,除了跑不动,心有余而力不足以外,一般没有面色苍白、出冷汗、颤抖这类表现,这也更加说明糖原耗尽不是导致马拉松后程撞墙的主要原因。

通过以上计算和分析,我们需要纠正长久以来的错误观点——撞墙是由于体内糖原耗竭导致的,那么会是其他什么原因导致撞墙的发生呢?

其实,撞墙的发生与体内糖大量消耗、身体脱水 疲劳、心率漂移、肌肉疲劳、大脑疲劳都有关系。

撞墙绝不仅仅是由于糖原消耗导致的

这其中,大脑对于撞墙的发生可能扮演重要角色,一方面,大脑控制着肌肉收缩,当你肌肉一直工作,就意味着大脑需要持续不断地向肌肉发出指令,让肌肉持续工作。

但大脑如果持续工作,导致大脑过度消耗,那么大脑就会进行自我保护,出现断崖式或者瀑布式的工作能力下降,这时,你不仅仅是跑得慢了,而是跑不动了。

这也解释了跑者在马拉松比赛中撞墙不是逐渐跑不动,而是在某个时间点就突然跑不动了。

另一方面,大脑与肌肉不同,肌肉除了能够分解糖提供热量,也能分解脂肪提供热量,而大脑基本上主要利用糖,当糖被大量消耗,比如消耗一大半时,大脑可能会认为这是一个危险的信号,它会立即向身体发出重要指令,停止向肌肉继续供应糖,因为糖是大脑最为主要的供能物质,为了自保,大脑就只好自私一把,保持血糖稳定并把剩余的糖据为己有。

发表在运动科学领域顶级期刊Medicine & Science in Sports & Exercise(竞技与运动中的科学与医学)杂志上,由英国诺森比亚大学Kevin Thomas教授完成的一项研究,试图分析究竟是肌肉疲劳还是大脑疲劳,引发了长时间运动后的“撞墙”。这项研究主要探讨了以不同强度进行力竭性自行车运动过程中,大脑和肌肉在疲劳发生时所扮演的角色。

结果表明,当你进行大强度运动时,对你的肌肉影响更大,肌肉疲劳是导致你无力坚持大强度负荷的主要原因。

而长时间持续性运动,对你的大脑影响更大,也就是说不是你的肌肉无法持续工作,而是你的大脑疲劳,大脑带头罢工,自然肌肉小弟们就跟着起哄。

这就可以形象地比喻为:工会(大脑)挑头,带领工人(肌肉)罢工。

所以综上所述,一场马拉拉比赛不大可能把体内糖消耗光,那么是不是就意味着马拉松比赛不需要补糖呢?

当然不是,因为当体内糖消耗到一定程度,即便肌肉仍然有能量供应,肌肉没有发生疲劳,这时也会因为糖大量消耗而引发中枢疲劳,其中大脑扮演重要角色。

正如刚才所说,当糖消耗到一定程度,为了避免进一步消耗糖导致大脑自身没有能量供应,大脑做出让肌肉停止工作节约糖的指令。

所以,在马拉松比赛中高度重视补糖不仅仅是为了补充消耗,更是为了血糖稳定从而为大脑提供充足的能量供应,让大脑这个运动中枢保持稳定的工作效率,因为这个“大哥”绝对不能出现问题;

当“大哥”意识到血糖开始下降,往往就会指挥肌肉“小弟”降低工作效率,因为肌肉不可能自主收缩,肌肉的收缩完全受到大脑支配。

所以,从这个意义上说,跑者不能等到血糖下降时才开始补糖,比如你的血糖从运动刚开始7mmol/L降低到4mmol/L时,你的血糖从临床上来看,仍然处于正常水平,你此时似乎也没有快没力气的感觉;

但由于血糖水平降低,这无疑将给主要利用血糖供应能量的大脑一个重要的潜在信号,血糖快没了,大脑工作具有一定的意识超前性,当大脑意识到血糖开始下降时,它可能就会做出抑制反应,但这种抑制反应并不会马上发生,因为身体各系统处于相对的拉锯和平衡状态,大脑此时会先暂时妥协,继续保持兴奋状态,并且让肌肉稳定工作,但当糖没有得到及时补充,血糖持续下降时,自私的大脑就会丢卒保车,先霸占血糖。


百公里越野赛 

如何补糖 

如前文所说,如果连续奔跑8-10小时而不进行任何补糖,那么有可能把体内肝糖原、肌糖原消耗殆尽从而引发严重的低血糖症。

所以百公里级别比赛每8-10公里都会有CP点提供较为丰富的食物,同时比赛也往往把能量胶作为选手的强制装备,也就是说,赛事方不仅为跑者提供CP点补给,也建议跑者在CP点之间自补给,因为光靠CP点的补给也许是不够的。

那么在百公里级别的超长距离比赛中,跑者的能量缺口到底有多大呢?跑者需要补充多少糖才能满足比赛需要?是不是补的糖越多越好呢?

这里面的问题其实相当复杂。

以60公斤体重跑者为例,模拟其参加百公里比赛分别用时24、22、20、18、16、14、12、10小时,其应该补多少糖,具体列表如下。

以体重60公斤跑者计算百公里比赛应当吃多少能量胶

(假定全程不吃其他食物只吃能量胶的模拟计算)

首先给大家介绍一下这个表是如何得到的,如果该跑者用时16小时完成比赛,其平均时速就为6.3公里/小时,根据国际能耗标准,6.3公里/小时的代谢当量为6.7MET。(MET的含义大家近似可以理解为每公斤体重每小时能耗)。

6.7MET的意思就是每小时每公斤体重消耗6.7大卡热量,这样总能耗大约为6.7MET×体重60公斤×16小时=6475大卡;

以6.3公里/小时速度完成16小时比赛,其糖供能比例大约为53%,这样就可以计算由糖提供的能量为6475×53%=3432大卡;

人体体内正常大约有500克糖,由于糖对于生命活动十分重要,不可能在越野比赛后将体内糖耗尽,所以我们假定在比赛结束时体内还有20%约100克糖,就意味着比赛消耗了400克糖;

1克糖含有4大卡热量,这样我们就可以计算16小时完赛的话,需要外源性补充的糖所提供的热量为3432-1600=1832大卡,因此需要外源性补充的糖的数量就是1832÷4=458克,均摊到16个小时,每小时需要补充29克糖;

以一根能量胶含糖量为20克计算,那么每小时需要吃1.4根能量胶,16小时比赛总计需要携带23根能量胶。

看了上述分析,一定有跑者会说人体非常复杂,加上比赛赛道、天气、上下爬升等因素,这样预估能量亏空和补给是不准的,我们承认可能不准,但采用数据量化的方式可以帮助我们更好地思考超长距离比赛科学补给的策略和依据。

并不是说一定要按照下表推算的方式计算补胶数量,越野比赛也不可能只是吃能量胶,选手除了吃胶,也会吃食物,但这并不妨碍我们可以以能量胶为食物模型、根据体重、比赛用时、强度等要素进行补给模型计算。

并且在上周举行的宁海越野挑战赛中,就有选手按照能耗模型,根据自己体重、计划完赛时间等因素精准计算自己补能量胶数量和方式,全程以补胶,不吃补给站食物的方式顺利完成了比赛。

当然,上表只是一种理想模型,在实际过程中需要考虑的因素很多,首先就是胃肠吸收问题,小肠对于糖的最大吸收率会受到多种因素的影响,如食物的成分、饮食习惯、个体差异等。

一般来说,当人体摄入的糖分超过了小肠的吸收容量,过多的糖分子将无法被小肠吸收,会继续向下消化道移动,进入结肠和直肠,被肠道内的微生物发酵,产生气体和有机酸,导致腹胀和腹泻等消化问题。

这就解释了为什么在越野赛后程,超过80%的跑者会出现胃肠不适,具体表现为呕吐、胃胀、吃不下东西甚至喝不下东西,即便强行吃下去的东西也难以消化等等。

所以比赛中吃东西绝不是吃得越多,糖摄入越多越好,在胃肠消化功能下降情况下,吃了太多东西不消化反而引发胃肠问题,还会引发血糖升高的胰岛素效应。

根据发表在《营养成分》2019年的一篇论文指出,当人体摄入糖,小肠对于单一类型糖的最大吸收速率为60克/小时,而如果摄入混合糖比如葡萄糖和果糖的混合物,那么小肠最大消化吸收速度可以达到90克/小时。

而上表显示的60公斤体重跑者耗时24-10小时完成比赛,其每小时外源性补糖量基本均在60克以下,从原理上说摄入这么多糖是可以消化吸收的,只有耗时10小时的时候,需要补充的糖每小时摄入量超过60克,而宁海比赛男子冠军选手多吉的成绩也仅为10小时46分。

这说明跑得越快,糖消耗越多,补给也要越充分,因为精英选手跑得越快,糖供能比例越高,脂肪供能比例越低,因此所需要外源性补充的糖也就越多。

我们在采访这次宁海越野比赛的女子冠军,中国女子越野跑第一人姚妙时,姚妙表示她虽然获得第一,但比赛过程其实也是跌宕起伏。

作为经验十分丰富的专业越野选手,我们从直播画面中可以看到姚妙每到补给站,就会吃大量的食物和饮水,这是有意识补给的体现。

同时姚妙也说在CP点之间她还会吃能量胶,由于当天太阳很晒也很热,后程她发生了轻症中暑,不断呕吐,吃不下东西,但她深知在这种情况下,如果完全不吃可能她的后程就会出现能量供应不足的问题。

所以在吐过胃排空之后,进到补给站她又继续吃,她说她有时甚至强迫自己吃东西,这样即便是吐了也多少能吸收一些能量。

姚妙的做法可能普通大众跑者很难模仿,但也有此提示她对于补给的重视程度。

此外,姚妙也建议大众跑者应当把能量胶和CP点提供的食物结合起来吃。

这是因为能量胶其实是一种能量密度很高,齁甜齁甜的食物,由于其糖分浓度高,专业上称为高渗性食物,其渗透压高于身体体液,而如果体液和体液渗透压相当,就称为等渗食物,等渗食物最容易被消化吸收,而高渗性食物由于渗透压的关系,反而阻碍了对于能量胶的吸收。

这就解释了为什么一些跑者在后程吃能量胶吃不下,消化不了,反而引发腹胀,吃能量胶前后跑者一定要喝水,这样可以在胃里将能量胶稀释,把高渗能量胶变成等渗能量胶,这样人体才能有效吸收能量胶并且因此获得热量,所以补给的细节非常之多。


动态血糖监测技术 

在长距离比赛中的应用 

可穿戴式动态血糖监测技术(CGM, Continuous Glucose Monitoring )最早是一种医疗级设备,原先用于监测糖尿病患者的血糖水平。

它是一种半植入式设备,通过将柔性传感器插入皮肤下方的组织中,不断地测量血糖水平,其没有不适感和异物感,洗澡、睡觉均不受影响。

作为一种新型的评估饮食和生理机能的技术,由于血糖变化不仅可以反映运动表现、运动强度,也能够很好地监测能量补给和能量消耗,从而成为耐力运动新的监控神器。

比如马拉松之王基普乔格会在日常训练和比赛中,采用可穿戴式连续血糖监测仪监控身体血糖变化,从而为科学补给和及时补给提供科学参考。

基普乔格在去年柏林马拉松比赛过程中,进行了多达13次的补给,他的秘密武器就是胳膊上佩戴的连续血糖监测仪,正是充足的能量补给让基普乔格在高强度比赛中始终保持良好状态和稳定的输出功率,为他最终打破世界纪录打下坚实基础。

而上周一刚刚举行的波士顿马拉松赛,基普乔格在行进到30公里处,未能取到补给,由于前30公里领跑消耗了他更多体力,再加上未能在30公里这一体力下降的关键点及时补糖补水,极大影响了基普乔格的身体状态和心态。

在此之后,基普乔格放慢了速度,虽然基普乔格赛后表示他波马失利的主要原因是左腿不适,但腿部适合加上错过补给,让基普乔格雪上加霜,这也是他波马未能如愿夺冠的主要原因。

比赛中能量补给往往就是这样,你能力不行,不可能靠比赛中拼命吃能量胶来提升表现,比赛中补给主要起到锦上添花,保证运动强度预防疲劳的作用,但如果你比赛中不重视补给,特别是在长距离比赛中不吃东西,那么能量不足一定会和其他因素一起让你雪上加霜。

著名超级越野运动员Sophie Power一直使用CGM技术

有了动态血糖监测技术,可以让参赛选手更直观,更有预见性、更合理地补给。

为评估动态血糖技术在超长距离越野赛中的应用价值,慧跑联合国内领先的动态血糖仪——能量小白贴,面向宁海越野赛100公里组别、60公里组别选手开展了为期14天的日常训练和宁海比赛血糖监测研究项目,同时也特邀管油胜、游培泉等精英选手体验该设备。

部分佩戴能量小白贴的选手在宁海越野赛前合影留念

我们在比赛终点设置集结点,请跑者回忆比赛全程补给,以便我们进行更精准的补糖、运动表现、血糖关系的分析。

在终点设置选手赛后集结点

跑者达到终点后回忆比赛补给情况

佩戴能量小白贴的大众跑者

管油胜佩戴能量小白贴参加了60公里组比赛,管油胜向我们描述了他的补给情况,比赛7点发枪,他9点半左右吃了一碗面,然后就是差不多每五公里一个能量胶,积极密集的补给让管油胜血糖一直保持稳定,这为他顺利拿下冠军打下了很好的能量供应基础。

一般来说,在中高强度比赛中,血糖保持在6-10mmol/L比较理想,低于3.9表示血糖过低,血糖也并非越高越高,血糖达到12-16甚至是更高水平,会引发胰岛素分泌而降低血糖,从而增加血糖波动。

动态血糖研究显示,血糖绝对值的高低与配速、运动表现没有直接关联,不是说血糖越高成绩就越好,但血糖波动,特别是血糖后程下降往往与运动表现不佳高度相关。

因此,由于每个跑者基线血糖值不同,所以需要参考跑者基线血糖水平来评价其比赛中血糖变化,并且进行针对性补给。

管油胜佩戴能量小白贴参加宁海比赛

管油胜积极补给全程血糖平稳

(蓝色和黄色竖线为补给)

而另外一位越野大神,今年港百冠军游培泉也佩戴了能量小白贴,游培泉在赛前一天发烧影响了状态,但他本人还是表现得非常勇猛,基本上处于领先位置直至95公里左右才退赛。

从游培泉血糖表现来看,6点发枪,在11点左右血糖已经下降到基线水平(空腹血糖)以下,后程尽管他也进行了补给,但无法将血糖恢复到较为理想的水平。

这也提示,当血糖开始出现下降时,跑者可能感觉体感还不错,但身体已经开始出现能量供应不足的问题,而当血糖真的掉下去,可能再补也补不回来了。

游培泉佩戴能量小白贴参加宁海比赛

当然游培泉前程补给也很积极,但仍然无法改善血糖下降,建议其可以进一步加大补给密度。

游培泉是每一小时吃能量胶,而管油胜则是每半小时吃能量胶,管油胜的补给密度可能高于游培泉。

当然,游培泉当天身体状态不是太好,也在很大程度上影响了他的身体能量供应,特别是赛前一天发烧,会导致体内储备糖原消耗,这也是他比赛进行到2小时时,血糖就开始下降的原因。

如果游培泉赛前一天没有发烧,也许他的能力加上更合理的补给策略能够助力他取得更好成绩。

游培泉后程出现了血糖下降到基线以下水平的情况

(蓝色和黄色竖线为补给)

除精英跑者,我们也分析了参加此次宁海越野赛的大众跑者的血糖变化规律。

下图所示的跑者就是在比赛中,每过一段时间查看手机上实时显示血糖值,如果发现血糖与下降趋势就及时补给,该跑者全程血糖稳定,用时将近16小时顺利完赛。

100公里组某男性跑者血糖变化趋势(全程稳定)

而下图所示一名女性跑者用时18个多小时完赛,该跑者反映在比赛最后阶段,自己肠胃已经吃不下东西,腿脚也迈不动,从血糖曲线看,的确在没有补给的情况下,血糖出现较为明显的下降。

所以跑者在平时训练中就要有意识地训练肠胃,大多数跑者很重视心肺、腿力的训练,但其实肠胃也是要训练的,特别是在长距离训练中,就要有意识地吃东西,这样胃肠才能具有更好的在运动应激状态下的消化吸收能力。

如果平时不训练,一到比赛时,由于奔跑时间更长、而频繁吃东西喝饮料,胃肠没有经受过这种刺激和训练,就容易发生胃肠不适。

研究显示,超过80%的精英跑者在长距离越野比赛中都会发生不同程度胃肠不适,而吃正确的补给,就跟食物选择种类、食物的渗透压等等因素有关。

100公里组某女性跑者血糖变化趋势(后程下降)

下图显示了一位使用苹果手表的跑者参加宁海越野60公里组别比赛,在苹果手表上可以实时显示血糖值,该跑者也是基本上严格按照血糖波动确定自己补给次数,当发现血糖有下降趋时,就吃能量胶或者运动饮料。

根据我们对于此次宁海男子百公里组冠军四郎多吉的采访,多吉虽然没有佩戴血糖仪,但他认为,跑者不能等到饿的时候才开始吃东西,他说很多跑者在比赛进行到8-15公里时不吃东西,虽然这个时候感觉不饿,体感也不错,但其实身体在大量消耗肝糖原和肌糖原;

他认为补糖要像补水一样更加频繁,这样身体可以更多依靠外源性碳水提供能量,把宝贵的肝糖原和肌糖原储备用于后程疲劳状况下或者后程吃不下东西情况下的能量供应,多吉的这个观点还是相当实用,他自己也是这样补给的。

60公里组某跑者血糖变化趋势(全程稳定)


小结 

由于篇幅关系,本文无法显示更多跑者比赛时血糖变化趋势,但首次在国内超长距离比赛中运用动态血糖监测技术开展精英和大众跑者血糖监测研究,我们还是得到了大量宝贵的数据。

我们也会进一步分析解读数据,后期将会发表更多深度分析文章。

总而言之,长距离越野赛补糖是避免体内糖原耗竭,马拉松比赛补糖这是为了避免中枢疲劳和延缓疲劳,比赛中积极合理的补糖对于提升长距离运动表现至关重要;

但在消化功能下降情况下,补糖不正确又会引发吃不下、消化不了、胃肠不适等种种问题,少量多次是基本原则,同时要在平时训练中注意对于肠胃的训练。

作为一种新的可穿戴生理指标监测技术,血糖监测从能量补给角度给跑者打开了一扇窗户。

当然,血糖监测技术不仅仅是用于比赛监控,也可以用于日常健康饮食指导,因为更少的饮食血糖波动有利于健康和体重控制,血糖监测让饮食管理也有了更好的抓手和工具。

动态血糖监测技术未来有望成为跑者日常训练和比赛的好帮手。

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