[Jaetiger칼럼2] 스포츠음료(Sports drink)와 운동수행능력의 연장

해당 아티클은 이전에 CHIRONconsulting블로그에 올라온 저의 글을 옮긴 것입니다.

 

우리는 운동 전,후 갈증을 해소하기 위해, 혹은 더 좋은 퍼포먼스를 내기 위해 다양한 음료를 마신다.

 

누군가는 물을 마시고, 누군가는 탄산음료를 마시겠지만 스포츠현장에서 가장 인기있는 것은 바로 우리가 흔히 스포츠음료(Sports drink)또는 이온음료 라고 부르는 탄수화물전해질음료(Carbohydrate electrolyte drink 보통 논문에서는 CE라고 표기)일 것이다.

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여기서 '탄수화물전해질음료'라는 이름은 주요성분 때문에 붙여진 것이다.

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스포츠음료의 주요 성분으로는 생체 내 주된 에너지원인 탄수화물이 주로 이용되었으며, 운동 중 땀의 배설로 인해 소실된 나트륨이나 칼륨, 마그네슘 등의 무기질(즉, 전해질)이 포함되며, 운동 중 피로 회복에 필요한 비타민 B1, B2, 및 C가 포함되었고, 이들 음료의 대부분은 체내 흡수가 빠르고 마시기 쉽도록 제조되었다.5

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우리가 마시는 탄수화물전해질음료는 위와 같이 다양한 이유로 인해 제조된 음료이다.

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이러한 음료는 운동을 수행하는 우리의 몸에 다양한 효과를 보여준다.

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그리고 이런 탄수화물 전해질 음료를 마시는 가장 큰 이유는 바로 '운동수행능력의 연장'이다.

 

<사진1> 많은 스포츠에서 일정수준이상의 퍼포먼스를 누가더 유지하느냐가 중요한 쟁점이다.

대부분의 스포츠에서 운동수행능력의 연장은 매우 중요하다.

누가 더 오래 일정수준이상의 퍼포먼스를 보여주느냐에 따라 승패가 결정되는 경우가 많다.

아무리 퍼포먼스가 뛰어나도 그 퍼포먼스가 짧은 시간동안만 유지된다면 스포츠상황에서는 매우 불리하기 마련이다.

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그리고 이것을 스포츠음료가 도와준다.

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그렇다면 어떻게 운동수행능력의 연장을 도와줄까?

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첫번째는 탈수현상을 막아주는 기능이다.

 

<사진2> 탈수가 일어나면 심하게는 목숨까지 잃을 수 있다. ​

우리 몸은 장시간의 운동시 에너지 공급과정에서 부수적으로 생성된 열을 발산하고 체온을 조절하기 위해서 땀의 배출로 인한 탈수현상이 일어나게 된다. 탈수는 수분의 손실로 혈장량을 감소시켜 혈압을 감소시키고, 근육과 피부로의 혈류량을 감소시키는 원인이 된다.9,19

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피부로의 혈류유입이 감소하게 되면, 신체의 열 발산이 원활하지 못하게 되어, 결과적으로 심박수와 체온을 상승시켜 운동수행에 부정적 영향을 미치게 된다.18,31

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강한 강도로 장기간 운동하는 동안 신체에서는 산화적 대사작용이 증가함에 따라 수분이 생성되기도 하지만, 같은 운동 기간동안 땀에 의한 수분의 손실량은 대사적으로 생성되어지는 것보다 약 10배가 넘는다는 연구결과가 있다.30

극도로 심한 운동과 더운 환경 조건하에서 땀과 호흡을 통한 수분의 손실은 시간당 2~3리터까지도 나타날 수 있다는 연구결과도 있다.9

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따라서, 더운 기후에서 장시간 운동하는 동안 적절한 수분의 섭취는 탈수, 체온의 상승, 그리고 심혈관계의 스트레스를 최소화시켜 운동수행의 연장에 긍정적인 효과를 보일 수 있다고 보고 있다.9,10,25,26

 

 

​"즉, 운동시 적절한 수분의 섭취를 해주지 않으면 , 체온을 조절하기위해 수분이 땀으로 배출되기 때문에 탈수현상이 일어나며, 운동수행에 부정적인 영향을 끼친다는 것이다."

 

 

<사진3> 탈수현상엔 무엇이 더 효과적일까?

 

그렇다면 왜 탈수현상을 막기 위해 '굳이' 물이 아닌 스포츠드링크(탄수화물전해질음료,CE)를 섭취하는 걸까?

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더운 환경에서 격렬한 운동을 하게 되면, 신체는 수분과 더불어 전해질과 미네랄 등이 땀과 함께 손실되어 수분과 전해질 사이의 균형이 붕괴된다. 갈증해소를 위해 단순히 물만 섭취한다면, 혈장 전해질 농도와 삼투압은 급격하게 떨어질 것이고, 심한 경우 저나트륨혈증(hyponatremia)을 일으켜 정신의 혼란, 혼동, 그리고 발작을 일으킬 수 있다고 하였다.26 또한 운동으로 인한 수분 결핍은 탄수화물과 전해질이 함유된 음료나 염분의 섭취로 회복될 수 있어 수분 보충제로서 전해질의 중요성을 강조하였다.15

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장시간의 운동 시 신체에서 수분과 함께 많은 양의 전해질과 무기질들이 함께 손실되는데, 특히 나트륨과 같은 전해질은 부족할 경우 혈장 삼투압 유지에 어려움이 생기게 되고, 혈장 삼투압이 떨어지게 되면 간질액으로 빠져나가는 수분의 양이 증가되어 결국 탈수가 일어나게 된다.29

 

땀으로 소실되는 전해질을 보충하기 위해 체내의 전해질 균형에서 필수적인 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 이온을 알맞게 함유함으로써 인체의 생리적 균형을 유지시켜 죽 생체내에서의 생화학적 대사를 효율적으로 진행시킨다.6

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탈수현상을 보충하기 위해 선수들은 전해질 음료를 섭취하게 되는데 전해질 음료는 체내 흡수 속도가 물보다 2~4배 빠르며 이에 따라 조직에 혈류량을 증가시켜 산소공급 및 각종 대사 산물을 신속히 제거시키고, 한편으로는 발한을 촉진시켜 체온 상승을 억제하는 작용을 한다.4

 

"따라서 탄수화물전해질음료에 포함된 전해질이 단순히 수분만을 보충했을 때 보다 더 효과적으로 수분손실의 감소 및 흡수의 증가를 가져올 수 있다."

 

 

두번째는 피로물질의 생성을 감소시킨다.

 

<사진4> 마라톤과 같은 장시간 진행되는 스포츠에선 특히 피로와 수분관리가 중요하다. ​

탄수화물전해질음료섭취가 운동수행을 연장시키는 에너지원 및 농축된 젖산의 완충물로 사용되어 혈중 pH를 높였을 것으로 예측할 수 있는데, 보충된 탄수화물은 지방산화를 촉진하고, 유산소성 탄수화물 분해를 원활하게 하여 젖산 축적의 감소와 에너지원으로의 환원을 증가시켰기 때문이라고 할 수 있다.

운동시 탄수화물 전해질 음료의 섭취에 의한 pH의 상승은 세포에서의 에너지 대사뿐만 아니라, 힘 생성의 과정에도 중요하게 작용하고, 세포의 전해질 농도 유지에 의한 대사의 안정으로 에너지 사용의 효율을 극대화하여 피로의 유발을 연장시키고, 운동수행에 긍정적인 역할을 수행한다는 것을 알 수 있었다.7

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탄수화물이 지방대사의 전자역할을 원활히 수행하여, 보다 많은 지방의 에너지원 기여를 증진시킴으로써, 상대적으로 탄수화물의 보존과 젖산의 낮은 축적을 유도하며, 장기간의 운동을 수행 할 수 있도록 기여하였다고 볼 수 있다.

세포대사의 저해는 Na+ 투과력을 변하게 하고, 따라서 Na+을 신장, 간, 골격근, 심근, 뇌 등의 세포에 축적되도록 하며, 결과적으로 세포속으로 Na+이 들어가도록 자극하는 모든 요소들은 ATP 사용을 증가시키게 되어, 열을 생성하며, lactate를 형성하고, 세포의 에너지 고갈을 유도하게 된다.

반면에 물 섭취시와 비섭취시에는 상대적인 에너지원의 동원이 지방에서 보다는 탄수화물에 의존하게 되어 더 많은 젖산이 축적되었다고 볼 수 가 있다.16

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전해질 음료에 함유된 Na+, K+, Mg++, CI-, Hco3- 등의 이온이 체내 대사작용 및 근수축에 영향을 미쳐 신체의 이온 균형을 유지하게 하고, 저농도의 글루코스가 함유되어 있어 에너지원으로도 사용된다.1,2,4

 

 

"즉, 탄수화물전해질음료의 섭취는 지방의 에너지원 기여율을 높이고, 에너지 대사를 안정적으로 만들어 에너지 사용의 효율을 높여준다."

 

 

또한, 탄수화물전해질음료의 섭취가 피로물질에 영향을 주어 운동수행의 연장을 가져다 준다는 많은 연구들이 있다.

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다음은 암모니아의 축적과 피로에 대한 연구이다.

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암모니아의 피로 유발 기전은 다양하게 제시되고 있고 중추적 작용과 말초적 작용으로 구분해서 볼 수 있는데22, 암모니아의 중추적 피로 작용의 기전은 암모니아가 독성을 갖고 있기 때문에 높은 암모니아의 축적시에는 기면 상태(lethargy), 경련(convulsions), 운동실조(ataxia), 그리고 혼수상태(coma) 등을 일으킬 수 있기 때문에, 운동시 갑자기 증가되는 암모니아는 중추신경에 영향을 미치게 되어 운동기능에 장애를 일으킬수 있다는 기전으로33, 중추신경계 세포내의 pH변화, 세포 내외의 전해질 농도 변화, glutamate, glutamine, GABA와 같은 신경 전달자의 수준 변화에 기인한 중추신경계의 다양한 반응의 변화 때문에 운동기능의 장애와 피로가 발생될 수 있다고 보고 있다. 이처럼 암모니아는 독성을 가졌기에 많이 축적되면 운동기능에 장애를 가져다주거나, 피로가 발생할 수 있다는 내용이다. 17

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탄수화물 이용 가능량에 따라서 단백질의 이화작용이 변하게 되고, 운동전 글루코스의 투여는 혈중 암모니아 농도를 낮춘다고 보고하고 있다. 따라서 탄수화물 전해질 음료의 투여는 단백질의 이화작용을 줄이고 암모니아 생성을 억제하여 피로유발의 지연과 운동수행에 긍정적인 영향을 미쳤을 것으로 사료된다.20,21

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하지만 탄수화물전해질음료가 단백질 대사를 감소시켜 암모니아 축적을 감소시켜준다.

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또한 무기인산 농도의 증가도 피로와 연관이 있다.

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증가된 무기인산의 축적은 체내의 에너지 수준의 변화를 나타낸다. 글리코겐 분해과정과 해당작용을 활성화 시키는데 필수적인 효소인 phosphorylase와 PFK를 활성화시킴으로써 탄수화물의 사용을 높이게 되고, 결과적으로 젖산의 축적을 유도하게 된다.8

무기인산 농도가 증가되면 강력히 결합된 Cross-bridge 전환 과정에서 가장 중요한 부분이며, 무기인산 농도가 증가되면 강력히 결합된 cross-bridge의 비율이 감소하게 되고, 약하게 결합된 상태가 증가되기 때문에 힘생성의 저하를 가져오게 된다.24

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하지만 이 또한 탄수화물 전해질음료 섭취 시 낮아지는 것을 보여주었다.

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탄수화물 전해질 음료의 투여시 낮은 무기인산의 축적은 근육에 저장된 글리코겐 저하를 막고, 장기적으로 에너지원 보존에 기여하여, 피로유발의 지연과 운동수행을 지속할 수 있도록 기여했을 것으로 본다.12,13,14

 

 

"따라서 탄수화물전해질음료의 섭취는 암모니아와 무기인산의 축적을 감소시켜, 피로물질의 발생을 줄여준다."

 

 

그리고 이러한 것들이 종합되어 '운동수행능력의 연장'이 된다고 말할 수 있다.

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아래는 그에 관한 연구결과들이다.

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장시간의 운동시 섭취된 탄수화물은 간과 혈중의 글루코스 농도를 유지시켜줄 뿐만 아니라, 근육에서의 글리코겐 고갈을 막아줌으로써 피로의 연장과 운동수행에 도움을 준다.11

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전해질이나 에너지 기질이 함유된 음료의 섭취로 인하여 수분 손실의 감소 및 흡수의 증가뿐만 아니라, 탄수화물에 의한 운동수행력의 증가, 그리고 복합작용에 의한 운동수행의 증가를 볼 수 있다.29

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스포츠음료의 주요 성분으로는 생체 내 주된 에너지원인 탄수화물이 주로 이용되었으며, 운동 중 땀의 배설로 인해 소실된 나트륨이나 칼륨, 마그네슘 등의 무기질(즉, 전해질)이 포함되며, 운동 중 피로 회복에 필요한 비타민 B1, B2, 및 C가 포함되었고, 이들 음료의 대부분은 체내 흡수가 빠르고 마시기 쉽도록 제조되었다. 따라서 운동 시 에너지원의 보강 역할을 하기도 하며 물보다 더 빨리 수분을 흡수하여 장거리 훈련 혹은 매우 고된 훈련 중에 에너지원의 유도 및 보충과 훈련 후의 피로회복, 항상성 유지, 산화-항산화 반응조절, 염증반응조절, 면역관리 등 건강관리에 매우 효과적이라 할 수 있다.5

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운동 중에 탄수화물 전해질의 혼합 음료를 섭취해야 하는 이유는 첫째, 간과 근육에 제한된 양으로 저장되어 있는 글리코겐을 보충하기 위함이며, 둘째 땀으로 인한 전해질의 손실을 보충하고, 셋째 탈수와 관계된 위험성을 예방하는데 있으며, 넷째 조직의 혈류량을 증가시켜 산소공급 및 각종 대사산물을 신속하게 제거시키고, 발한을 촉진시켜 체온상승을 억제하기 때문이라고 보고하였다.28

 

AT시 산소소비량을 최대 산소소비량의 비율로 나타내 보면, 생수 투여 집단은 최대산소소비량의 58.9%였고, 전해질 음료 투여집단은 최대산소소비량의 64.6%로 나타났다. 이처럼 전해질 음료의 섭취가 생수섭취보다 AT시간의 지연을 초래했다.3

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"이처럼 탄수화물 전해질 음료는 스포츠상황에서 탈수현상을 막아주고, 피로물질의 생성을 감소시켜 더 오랜시간 우리가 운동수행을 할 수있도록 도와준다."

 

 

<사진5> 아무리 좋은 것도 과하면 오히려 마이너스

 

물론 거의 모든 것이 그러하듯, 탄수화물전해질음료 또한 과다 섭취시 나쁜 영향을 끼친다.

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시합 직전 당질섭취는 췌장의 인슐린 분비 증가와 혈액의 혈당량 감소로 피로를 유발시킬수 있다.34

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체액의 평형을 유지시키는 Na+ 농도는 혈장량과 글리코스의 농도를 적절히 유지시키는 역할을 하고 있기23,27 때문에 스포츠음료는 탈수에 의한 손실된 Na+를 보충하는데 좋으나 지나친 Na+의 섭취는 혈압증가를 일으키는 부작용32을 나타내므로 운동중에는 체액의 평형상태를 적절히 유지시켜야 운동수행능력이 향상된다.

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또한 우리가 착각하지 말아야할 것이 있다.

<사진6> 마법의 물약 같은 건 없다. 보충제는 보충을 해줄 뿐이고, 보조제는 보조를 해줄 뿐이다. ​

 

이렇게 다양한 이점을 가져올 수 있고 유용한 탄수화물전해질음료가

내가 가지고 있는 퍼포먼스를 더 뛰어나게 해주거나,

(여러가지의미로) 체력을 드라마틱하게 키워주지는 않는다.

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기초체력이 약한 사람이 이러한 것을 섭취한다고 해서 기초체력이 잘 다져진 사람을 이길 수는 없다.

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하지만 모두가 정상급 실력을 가지고 약간의 차이로 승패가 결정되는 프로 스포츠에서 이러한 탄수화물전해질음료를 알맞은 타이밍에 알맞은 양 섭취를 한다면 상대보다 더 유리한 위치에서 게임을 시작할 수 있을 것이다.

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개인마다, 스포츠마다 최적의 섭취 타이밍과 양에는 차이가 있으니, 과용하고 있거나 자신이 없다면 전문가와 함께하길 바란다.

 

 

참고문헌

1. 권종원(1988). 국내 이온음료의 현황과 전망, 보건신문사. 제5회. 학술세미나.

2. 김종국.(1988). 알칼리성 이온음료가 인체대사에 미치는 영향, 보건신문사. 제5회. 학술세미나.

3. 김창규&이성윤.(1996). 전해질 음료 투여가 무산소 역치와 최대 산소 섭취량에 미치는 영향. 스포츠과학연구소논총. Vol. 15 (1996) pg. 9, 7 p.

4. 박관균.(1990). 전해질 음료와 장양강장제 투여가 운동후 젖산 생성 및 회복률에 미치는 영향, 서울대학교 석사논문.

5. 박상용.(1995). 스포츠음료 섭취가 최대운동후 젖산 및 심박수 변화에 미치는 영향. 한국체육학회지. Vol. 34 No. 1 (1995) pg. 182, 10 p.

6. 박택규.(1993). 전해질 음료의 혈액 성분에 미치는 영향에 관한 연구. 이학논집. Vol. 18 pg. 43, 8 p.

7. 백일영.(1999). 탄수화물 전해질 음료의 섭취가 장시간 고강도 운동수행과 혈중 피로요소들의 변화에 미치는 영향. 한국체육학회지. Vol.38 No.1 (1999)pp. 233-249.

8. Bangsbo, J.(1996). Regulation of muscle glycogenolysis and glycolysis during intense exercise: in vivo studies using repeated intense exercise: Maugan, R. J., & Shirreffs, S. M. (eds). Biochemistry of Exercise IX: Human Kinetics.

9. Brody, T.(1994). Nutritional biochemistry. California. Academic press. Pp490-519.

10. Brooks, G. A, Fahey, T. D., & White, T. P.(1995). Exercise physiology. 2nd Ed. California Mayfield. Pp453-450.

11. Coggan, A.R., & Swanson, S.C.(1992). Nutritional Manipulations before and during endurance exercise : Effects on performance. Medicine and Science in Sports and Exercise, 24:331-335.

12. Constable, S. H, Favier, R. J., McLane, J. A, Fell, R. D., Chen, M., & Holloszy, J. O.(1987). Energy metabolism in contracting rat skeletal muscle. Adaptation to exercise training. American Journal of Physiology. 253:C316-C322.

13. Favier, R. J., Constable, S. H., Chen, M, & Holloszy, J. O.(1986). Enduring exercise training reduces lactate production Journal of Applied Physiology. 61:885-889.

14. Henriksson, J.(1996). Muscle adaptation to endurance training. Impact on fuel selection during exercise. : Maugan, R. J., & Shirreffs, S. M.(eds). Biochemistry of Exercise IX: Human Kinetics.

15. Hew, T.D., Chorley, J.N., Cianca, J.C., & Divine, J.G.(2003). The incidence, risk factors, and clinical manifestations of hyponatremia in marathon Runners. Clin. J. Sport Med. Jan;13(1):41-47.

16. Hubbard, R. W., Szlyk, P. C., & Armstrong, L. E.(1990). Influence of thirst and fluid palatability on fluid ingestion during exercise. Perspectives in exercise science and sports Medicine. Vol. 3. Pp39-95.

17. Iles, J. F., & Jack, J. J. B.(1980). Ammonia: assessment of its action on postsynaptic inhibition as a cause of convulsion. Brain. 103:555-578.

18. Kozlowski, S., Brzezinska, Z., Kruk, B., Kaciuba-Uscilko, H., Greenleaf, J. E., & Nazar, K.(1985). Exercise hyperthermia as a factor limiting physical performance; temperature effect on muscle metabolism. Journal of applied Physiology. 59:766-773.

19. Lamb, D. R.(1984). Physilogy of Exercise. 2nd Ed. New York. Macmillan. Pp151.

20. Lemon, P. W. R., & Mullin, J. P.(1981). Effect of initial muscle glycogen levels on protein catabolism during exercise. Journal of Applied Physiology. 48:624-629.

21. MacLean, D. A., Spriet, L. L., Hultman, E., & Graham, T. E.(1991). Plasma and muscle amino acid and ammonia responses during prolonged exercise in human. Journal of Applied Physiology. 70(5): 2095-2103.

22. MacLean, D. A., Terry, E, G., & James, W. E. R.(1995). Skeletal muscle amino acid metabolism production during exercise: Hargreaves, M(eds). Exercise Metabolism. Pp.131-176.

23. Maughan, R. J.(1991). Carbohydrate-electrolyte solutions during prolonged exercise. In Lam & Wolloams Perspective in exercise science and sports medicine, 4, Ergogenics: enhancement of performance in exercise and sports, Brown & Benchmark, 35-85.

24. Millar, N. C., & Homsher, E.(1990). The effects of phosphate and calcium on force generation in glycerinated rabbits skeletal muscle fibers. J. of Biol. Chem. 265:20234-20240.

25. Millard-Stafford , M, Rosskopf, L. B., Snow, T. K, & Hinson, B. T.(1997). Water versus carbohydrate-electrolyte ingestion before and during a 15-Km run in the heat. International Journal of Sport Nutrition. 7:24-38.

26. Montain, S.J., Sawaka, M.N., & Wenger, C.B.(2001). Hyponatrenia associated with exercise: risk factors and pathogenesis. Exercise Sport Science Review.

27. Nose, H., Mack, G. W., Lhi, H. and Nadel, E. R.(1988). Role of osmolarity and plasma volume during dehydration in humans. J. Appl. Physiol, 65, 325-331.

28. Schedl, H.P., Maughan, R.J., & Gisolfi, C.V.(1994). Interstinal absorption during rest and exercise : implications for formulating an oral rehydration solution(ORS), Medicine and Science in Sports and Exercise, 26(3):267-280.

29. Wemple, R.D., Morocco, T.S., & Mack, G.W.(1997) Influence of sodium replacement on fluid ingestion follwing exercise-induced dehydration. International Journal of Sport Nutrition, 7:104-116.

30. Wilmore, J. H. & Costill, D. L.(1994). Physiology of sport and exercise. Champaign. Human Kinetics. Pp362-379.

31. Yaspelkis Ⅲ, B. B., Scroop, G. C., Wilmore, K. M, & Ivy, J. L(1993). Carbohydrate metabolism during exercise in hot and thermoneutral environments. International Journal of Sports Medicine. 14;13-19.

32. Bruke, L. M. & Read, R. S. D.(1993). Dietary supplements in sports. Sports Medicine. 15(1):43-65.

33. Bainster, E. W., & Cameron, B. J. C.(1990). Exercise-induced hyperammonemia: peripheral and central effects. International Journal of Sports Medicein. 11:S129-S142.

34. 김영남.(1995). 스포츠 영양, 서울; 효일문화사.