马拉松比赛过程中的连续血糖监测

当埃鲁德·基普乔格今年在东京跑马拉松比赛时，细心的跑友注意到他左侧臂套下面有一个3英寸的圆形小凸起，那是个葡萄糖运动生物传感器。

下面这张日常训练中的照片会看得更清晰一些：

当然，这次是在右臂上。

我们先简单介绍一下这个传感器：

雅培家的葡萄糖运动生物传感器是一种监测身体实时血糖值的设备，可提供身体的分子葡萄糖数据，并将其转化为对运动员和教练有意义的数据反馈。

这个传感器以前是做什么用的呢？答案是 给糖尿病患者用的。

根据IDF(国际糖尿病联盟)预测，2030年全球范围内糖尿病患者数量将达到6.08亿人,中国糖尿病人群可能共计1.43亿人。应对糖尿病,血糖监测是基础。随着血糖监测市场需求的急剧扩大，传统的BGM(指尖血检测)逐渐式微，而CGM(连续血糖监测)正在实现弯道超车。连续的才是科学的,因为人体的血糖值是一个连续的动态变化过程，很多因素，比如饮食、运动、用药、情绪变化等都会引起血糖波动，所以CGM(连续血糖监测)才是糖友们的终极梦想。

或许是看到了CGM(连续血糖监测)弯道超车的机会,苹果公司最新的AppleWatch 8已经配置了持续监测血糖系统,这是一种无创血糖检测技术,通过在手表表盘位置配置一个光学传感器,将具有波长和能量等已知性质的光应用于样本,从而确定目标物质的浓度,直接透过皮肤就能检测血糖水平。

不过,AppleWatch 8毕竟价格昂贵,且耗电量较大,因此只能满足一些轻度、无症状糖尿病患者个人居家检测的使用场景,无法满足住院患者医疗级监测需求。更重要的CGM(连续血糖监测)需求发生在医院，在人满为患的各大医院的内分泌科,医务人员已经被传统的BGM(指尖血检测)搞得焦头烂额。医院应该用什么实现CGM(连续血糖监测)呢?

对糖尿病患者而言，测试血糖就跟吃饭一样，是每天必不可少的动作。目前最普遍的血糖测试设备是指血血糖仪，但指血血糖仪有一定的局限性，它只能测到患者某个时间点的瞬间血糖值，不能监测患者在运动、吃饭、睡觉时的血糖水平，某一时刻点测出的血糖值并不能反映患者真实的血糖水平，而且针刺取血对患者也是一个不友好的刺激。

为了能全面了解患者24小时动态血糖波动，一种全新的血糖监测设备——连续血糖监测仪诞生了：

什么是CGM？

CGM（Continuous Glucose Monitoring），即连续血糖监测系统，是指通过葡萄糖感应器监测皮下组织间液的葡萄糖浓度而间接反映血糖水平的监测技术。CGM设备行业按产品可分为传感器、发射器、接收器和胰岛素泵。通过一个刺入皮下的传感器，在患者的组织液与体内葡萄糖发生氧化反应时形成电信号，电信号随之被转换为血糖读数，再通过发射器到无线接收器上。在这些数据和直观图的指导下，临床医生能够全面了解患者24小时的血糖波动情况，必要时可配合胰岛素泵给患者注射胰岛素。

虽然连续血糖监测产品市场还是一个新兴市场，但一些供应商已经进入这个领域抢夺市场先机。国外有Medtronic（美敦力）、Dexcom（德康）、Abbott（雅培）、GlySens、Insulet、Senseonics和Bayer（拜耳）等。国内主要从事连续血糖监测仪开发的公司则有圣美迪诺、美奇医疗和三诺生物。

值得注意的是，作为全球领先的医疗保健公司，雅培赞助了世界马拉松六大满贯（World Marathon Majors，简称WMM）。2018年，雅培与WMM续约，将持续赞助该赛事至2023年，为这一全球知名度最高的马拉松系列赛助力。该公司专注于心血管、诊断、糖尿病和神经调节产品，并以其包括Pedialyte、Ensure、Glucerna和Similac在内的儿科和成人营养品牌而闻名。

于是，雅培想，CGM能否用于马拉松赛事呢？他们做出了尝试。于2020年9月推出葡萄糖运动生物传感器。雅培的Libre Sense于2020年9月获得CE认证标志，是一种在欧洲上市的非处方产品，旨在通过移动应用程序和腕部阅读器为运动员提供持续的血糖监测。

运动员在上臂后部佩戴小型圆形生物传感器（大约两欧元硬币大小）。该生物传感器可佩戴长达14天，通过由Supersapiens开发的移动应用程序提供实时葡萄糖值。Supersapiens是一家专注于提高运动表现的运动技术公司。雅培的生物传感器和Supersapiens应用程序旨在帮助运动员了解他们的营养选择在训练和比赛中的功效。该产品目前在8个欧洲国家有售：奥地利、法国、德国、爱尔兰、意大利、卢森堡、瑞士和英国。

雅培首席执行官Jim McCarter解释道：在活动后期——尤其是长期活动中，当糖原储备耗尽时，血液中葡萄糖水平开始下降，检测血糖数值在耐力运动中尤为重要。

血糖监测如何工作？

在正常情况下，人体倾向于建立葡萄糖储备，为潜在的能量消耗做好准备。此外，一旦我们开始锻炼，身体就会通过释放肌糖原和肝糖原来增加血糖水平做出反应。然而，这种影响不会持续很长时间（身体的糖原储备有限），当检测到低血糖水平时，圆形生物传感器单元会通知跑者。因此，他可能会迅速决定个性化的葡萄糖反应——基于他个人需求的最佳碳水化合物摄入量。为了维持最佳运动表现，保持稳定的血糖水平绝对至关重要。

由于这项创新，运动员可以详细了解耐力运动期间血糖水平的变化，这不仅能帮助他们达到运动表现目标，还能最终改善健康状况。

多亏了葡萄糖运动生物传感器，运动员能够监测自身葡萄糖储备在运动过程中消耗的速度，这可以为他们提供有意义的改进，能够更准确地计划补给方案，还可以确保获得更多“预先供应”，以便他可以从最有效的能量平衡开始。

据制造商称，Abbott Libre Sense葡萄糖运动生物传感器在环法自行车赛中也得到了骑行选手们的积极评价。他们能够准确地记录食物摄入量，因此在赛场上保持最佳表现。

基普乔格是第一个宣布与新设备制造商合作的领跑者。他在宣传视频中 说：“我将了解我的血糖水平如何与跑步表现相关联。我已经看到小调整能带来多大的变化。马拉松的世界正在进步，体内葡萄糖的知识可以发挥重要作用。”

这种全新的葡萄糖技术似乎可以成为专业人士的有用工具。“在使用雅培的生物传感器进行训练后，我们已经能够快速对高性能、耐力训练的营养和补水产生新的见解。例如，我们正在探索将赛前和比赛时碳水化合物燃料的时间转变为净最大的利益，”NN Running团队和全球体育传播部的绩效总监 ValentijnTrouw 说，“雅培的生物传感器使我们能够根据葡萄糖数据制定个性化的营养计划，以提供最佳的运动表现和竞争优势。”

对于关心每一秒精进的专业跑者来说，营养成分和能量摄入的正确时机非常重要。多亏了葡萄糖运动生物传感器，运动员和他们的教练可以更容易地识别身体如何在耐力活动中如何使用糖以及何时消耗。

那么，为什么马拉松运动员如此重视体内糖的含量呢？其它能源形式，比如脂肪，怎么不考虑呢？ 现在我就来回答一下这个问题：

就像汽车通过汽油与氧气发生化学反应驱动汽车前进，人体是通过糖、脂肪、蛋白质和乙醇与氧气发生化学反应产生能量的。当然，乙醇转化量比较少，这里暂不考虑。

由上表可知，在进行重体力劳动时，骨骼肌（Skeletal muscles）和心肌（Heart）的能量消耗占了人体能量消耗的92%。

我们再看一下运动强度与糖和脂肪消耗量的关系:

上图中，纵坐标是能耗，横坐标是呼吸商和跑步速度，

这里解释一下呼吸商：呼吸商，又称气体交换率，指生物体在同一时间内，释放CO2与吸收O2的体积之比或摩尔数之比，即呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子数之比。人无时无刻不在消耗氧气，排出二氧化碳。测量一下吸入了多少氧气，排出了多少二氧化碳，就能算出呼吸商。

呼吸商为什么能反映我们体内消耗了什么能量物质？因为我们吸入氧气，就是为了氧化体内的能量物质，氧化糖也好，脂肪也好，都会产生二氧化碳。但这两种东西氧化的时候，需要的氧气和产生的二氧化碳比例不一样。所以，知道了呼吸商，就能基本搞清楚此时体内在消耗什么能量物质。

人体氧化糖类是葡萄糖，葡萄糖里有6个碳原子，6个氧原子。这样，葡萄糖被氧化的时候，跟6个氧分子反应，正好产生6个二氧化碳分子。例如：葡萄糖燃烧的化学式：

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

意思是，1分子的葡萄糖，燃烧时会消耗6分子的氧气，然后产生6分子的二氧化碳和6分子的水，因此它的呼吸商RQ=6/6=1。所以，体内消耗的如果全部是葡萄糖，那么排出的二氧化碳和摄入的氧气体积比（也就是呼吸商）正好是1。

但脂肪，比如典型的棕榈酸，有16个碳原子，2个氧原子，完全氧化就需要23分子氧气，生成16分子二氧化碳。16:23=0.7。所以，脂肪氧化的呼吸商是0.7左右。

还有：18碳油酸燃烧的化学式：

C₁₈H₃₄O₂ + 25.5O₂ → 18CO₂ + 17H₂O

意思是，1分子的18碳油酸，燃烧时会消耗25.5分子的氧气，然后产生18分子的二氧化碳与17分子的水，因此它的呼吸商RQ=18/25.5=0.71。

碳水化合物本身含氧量高，燃烧时需要较少的氧气，适合高强度的活动，例如：无氧运动、剧烈运动、爆发力运动、跑步...等； 而脂肪酸本身含氧量低，燃烧时需要较多的氧气，适合低强度的活动，例如：有氧运动、缓和运动、耐力运动、走路、睡眠...等。

RQ越接近1，代表燃烧碳水化合物的比例越高。

RQ越接近0.7或更低，代表燃烧脂肪酸的比例越高。

假如经过测量，发现某人此时的呼吸商是1，那么说明此人此时体内是近乎完全在消耗糖类物质；如果是0.7，则可以认为近乎完全消耗的是脂肪。

当然，人体完全消耗糖或者脂肪的情况基本不存在，人的呼吸商基本都在0.7-1这个范围之内。呼吸商是0.8，这个数值一般被认为就是人安静时的呼吸商。可以看出，呼吸商0.8时，糖类消耗的比例约为33.4％，脂肪约为66.6%。

安静时的呼吸商基本能准确反应体内物质代谢的情况。但运动时呼吸商有时候不能那么准确反映体内能量物质的代谢，因为运动时蛋白质氧化比例浮动比较大。还存在无氧运动和乳酸的利用。所以运动时，有时候呼吸商测出来能比1还大，有时候比0.7小，这也是常有的事。

当然，还是需要强调，消耗脂肪比例大，不代表消耗脂肪绝对值大。否则躺着就是最好的减肥方式了。运动时，尤其是高强度运动时，消耗脂肪的比例会减少，但因为消耗的总热量要大得多，所以消耗的脂肪绝对数量也要大得多。

蛋白质也有呼吸商，值为0.8。什么类型的运动最能分解蛋白质? 有氧运动。当然，抗阻运动练肌肉，也能分解一定量的蛋白质，但比例要小得多。

身体三大能量物质（碳水化合物、脂肪、蛋白质），都在不停地被利用，只是在不同状态下，供能的比例不同。一般来说，休息和轻中度体力活动状态下，蛋白质分解供能，大概占能量需求的2-5%；高强度有氧运动时，这个比例大概能达到5-8%，有时甚至更高。而无氧运动是，比例大概只有2%，跟不运动状态下差不多。所以，有氧运动，特别是高强度，长时间的有氧运动最能分解蛋白质，消耗肌肉。研究数据表明，强度为55%最大耗氧量的有氧运动2小时，至少能氧化一种支链氨基酸每日需要量的90%，而且这个运动强度还并不算大。

相信有很多运动爱好者都十分关心：如何在有氧运动中减少蛋白质分解：

一般认为，有氧运动时，支链氨基酸和赖氨酸可能首先被氧化(分解)。这种氧化需要一种酶，叫BCOAD。这种酶的活性越高，蛋白质被氧化得越多。休息时，BCOAD的激活程度大概是5-8%。运动时可增加到20-25%。BCOAD活性跟很多因素相关，但激活该酶的，主要是肌糖原的消耗。

一个普通人大约有血糖5-6g，肝糖原70-100g，肌糖原300-400g，人体内糖的总量一般不超过500g。简单说，肌糖原就是储存在肌肉里的葡萄糖，不同人体内肌糖原储量也有很大差别，这跟肌肉量，肌肉比例，训练程度都有关系。

肌糖原的使用主要跟运动强度有关。因为脂肪产能比较慢，高强度运动时能量供不上。此时身体优先使用肌糖原供能。拿有氧运动来说，强度为50%最大摄氧量时，肌糖原的分解率为0.7mmol·单位体重·单位时间；强度为最大摄氧量75%时，分解速率就提高一倍；强度为100%最大摄氧量时，肌糖原分解速率能达到3.4mmol。

高强度的有氧运动，一般70%以上的供能物质都是肌糖原和血糖。长时间持续这种运动，肌糖原会很快消耗殆尽，BCOAD活性迅速提高，加速分解蛋白质供应能量。从总量来说，蛋白质供能占的比例还是比较小，比较极端的情况下也不会超过15%，一般都在5-10%左右。但辛苦练出来的肌肉，毕竟是能省则省。

另外，有氧运动还通过另一个途径消耗蛋白质，就是对肌肉损伤的修复。我们对力量训练后的肌肉损伤比较熟悉，实际上耐力训练同样会使肌肉产生损伤。损伤就要修复，修复就要有材料。说白了，还是要使用我们体内有限的蛋白质。所以，日常生活中，马拉松跑者也需要注意补充蛋白质。

一般来说，影响运动中的能量来源的因素包括：

(1)运动激烈程度：运动越激烈、越依赖糖类。

(2)运动持续时间：持续越长，越有可能依赖脂肪。因为时间越长的运动，强度就越低，强度高的运动不具备可持续性。

(3)体内可提供的能源：如果糖类消耗殆尽，蛋白质又顶多消耗10%左右，剩下的能源自然是脂肪。

(4)运动中是否补充能源。

(5)训练程度：长期耐力训练能增加脂肪使用的百分比。不过，仍然以运动的强度影响最大。

理论上，体内的糖可满足有氧运动1.5小时左右。

接下来，我们来讨论马拉松项目。下图是基普乔格破2时的能量消耗估计图：

他的糖类供能占了总供能的86%。只靠身体里的糖原，那是不够的，所以，瓶颈就是身体里的糖含量，这就是CGM所起的真正作用。图中的淡黄色就是跑步中摄入糖的量。

对于半马项目，完成时间在一小时左右，身体里的糖是够用的，所以瓶颈在于氧气输送量不足时导致的乳酸含量升高。对于关心乳酸数据的5000米，10000米和半马运动员，在CES（美国消费电子展会）2022上，雅培宣布了一款新的的生物可穿戴传感器，可追踪体内的葡萄糖、乳酸、酮和酒精。除了运动员，减肥和饮酒人士也可以用了。

曾有人研究过，无论是多么优秀的运动员，在运动60分钟后，血糖浓度均有不同程度的下降。在亚极量的运动中，随运动时间的延长，血糖的利用率也随之上升。研究表明，一般情况下，运动时肌群利用肌糖原比摄取血糖的供能作用大得多。甚至在进行长时间耐力运动过程中，肌糖原供能作用比血糖高3-5倍。这时肝糖原大量分解以使血糖浓度维持在较高水平的主要意义，是允许体内非运动器官和组织可以在运动时继续维持正常机能。但是在耐力运动过程中，肌肉摄取和利用血糖供能的方式必然有所增加，而且随运动时间的延长，血糖供能的百分率也有所变化。如果进行稳定强度的持续性运动时可发现，运动最初几分钟内运动肌群摄取血糖量已经增多。如果运动强度低，摄取血糖量的高峰时间出现在90-180min之间；如果运动强度较大(>60%最大摄氧量)，摄取血糖的高峰时间出现在90-120min。

由于血糖浓度降低，为了维持一定的血糖浓度导致肝糖原大量分解，造成运动后期的低血糖，使运动肌供能不足引起外周疲劳。同时中枢神经系统因血糖浓度下降而供能不足也产生中枢疲劳，二者的作用使机体运动能力下降，产生疲劳。也就是那种头轻或头晕的感觉，伴随着虚弱、发抖、寒冷、皮肤湿冷等现象。因此，血糖水平下降是持续性长时运动产生疲劳的重要原因之一。

那么，运动前补糖就是要增加体内肌糖原、肝糖原和血糖的储备量，维持长时间运动时血糖浓度的相对恒定，进而改善耐力运动的能力。

与肌糖原不同的是，肝糖原的贮量受膳食影响较大，如进行一天普通膳食，肝糖原贮量约为500mM葡萄糖；而进行一天高糖膳食后，肝糖原的贮量可达800-900mM葡萄糖。研究表明，短时补糖最好的手段是以多聚葡萄糖和果糖等复合性糖饮料为最佳配方，在赛前5分钟左右补给为好。而赛前3-4小时给高糖食物或高Gi碳水化合物对肝糖原影响较大，从而维持血糖的平衡时间也相对较长，推迟疲劳出现，运动成绩也有所提高。CGM可以检测到身体糖的储量。

运动中补糖建议同时摄入不同类型的糖。运动中若摄入等量混合的果糖和葡萄糖（例如各50g），其氧化率要比单纯摄入100g葡萄糖高21％，原因在于果糖和葡萄糖有各自不同的氧化途径，相互间竞争性较小。根据以往优秀运动员的研究实验表明：当运动时间长于1小时的大强度运动时，应以每小时30-60g的速率来补充糖，以维持糖的氧化和延迟疲劳的出现。这个糖的摄入量可以通过每小时饮用600-1000ml的4-8%的复合糖溶液来实现。当然，有了CGM以后，跑步中补充多少糖就会变得比较精确了。

运动后补糖呢？我们已经知道，运动会引起肌肉吸收利用葡萄糖的速率增高，而且运动后的恢复期并不会立即下降回到运动前水平。这一代谢特点非常有利于糖原的恢复，也是赛后补糖理论的坚实基础。所以运动后尽可能快地补糖，可以促进体内糖水平的恢复，甚至超量恢复。运动后，开始补糖的时间越早越好，运动后即刻或2小时内以及其后每隔1-2小时连续补糖。这时，CGM也能知道什么时候补糖完成了。

马拉松运动员对体重非常敏感，唯恐多增加体重，然后又想保证油箱充足，希望在比赛中有最佳表现。CGM就是一种有效的检测手段。

普通休闲跑者呢？ 说实话，用处不大。对于大多数普通跑者来说，适当补充能量并专注于精心设计的训练计划会更有效率。测量葡萄糖水平并不是让你成为更好跑者的最重要因素，是你的饮食和训练质量。我绝对建议休闲跑者使用基于数据的方法来训练，你可以选择一款优质的跑步手表，它可以提供大量先进的跑步统计数据和反馈。

作者：吴建学，跑步教练，陪你跑CTO，全马PB259

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