代謝綜合征運動處方制定的新模式
——最大脂代謝強度運動處方

高峰崔文麗焦廣發(fā)苗冠一張靜

1 河北師范大學(xué)體育學(xué)院（石家莊 050024）

2 石家莊市中心醫(yī)院 3 河北體育學(xué)院

代謝綜合征運動處方制定的新模式
——最大脂代謝強度運動處方

高峰1崔文麗2焦廣發(fā)3苗冠一1張靜1

1 河北師范大學(xué)體育學(xué)院（石家莊 050024）

2 石家莊市中心醫(yī)院 3 河北體育學(xué)院

本世紀初Achten［1］和Perez-Martin［2］在能量交叉調(diào)控理論基礎(chǔ)之上，為提高有氧運動中脂肪供能比例和增加脂代謝的靶向性，先后提出最大脂代謝強度這一新的運動強度術(shù)語及其檢測方法。目前最大脂代謝強度判定方法的精確性雖仍存爭議 ，但隨著最大脂代謝強度的檢測程序、最大脂氧化率的計算方法和最大脂代謝訓(xùn)練監(jiān)控方案逐步確立，最大脂代謝強度作為一種新的靶向性更強的有氧訓(xùn)練模式已日趨成熟，并逐步實現(xiàn)了從理論研究到運動處方臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。本文旨在對最大脂代謝強度在運動處方制定中的應(yīng)用成果進行綜述，并對最大脂代謝強度運動處方治療在實際應(yīng)用中的不足進行分析和探討，展望基于最大脂代謝強度的代謝綜合征（MS）運動處方發(fā)展方向。

1 最大脂代謝強度

最大脂代謝強度是指脂氧化率峰值所對應(yīng)的運動強度，此峰值被稱為最大脂氧化率（Fatmax［1］，F(xiàn)atoxmax［3］，Lipoxmax［2］）。人體脂氧化率從低強度到中等運動強度呈上升趨勢，至中高等運動強度階段則表現(xiàn)為下降趨勢，在89%±3%VO2max（92%±1% HRmax）運動強度脂肪氧化供能在總能耗中的比例基本可忽略不計［4］。除運動強度外，人體最大脂氧化率還與訓(xùn)練水平、身體成分、性別、運動方式和飲食補充等密切相關(guān)。由于目前最大脂氧化率相應(yīng)的最大脂代謝強度描述術(shù)語和檢測程序尚未統(tǒng)一，因此，對不同人群最大脂肪氧化率及其相應(yīng)運動強度的橫向比較研究結(jié)果也采用不同術(shù)語進行描述，但其對人群中最大脂代謝強度個體差異的研究結(jié)果基本一致：耐力運動員最大脂代謝強度出現(xiàn)在59%～64% VO2max［4］，普通人群一般為55%±10%VO2max［5］，肥胖者則更低［6］；男性最大脂肪氧化率比女性低，且隨著運動強度的增加男性更早地轉(zhuǎn)換為以糖供能為主供能方式［7］；相同的運動強度下，跑臺比功率自行車運動可引起更高的最大脂氧化率，但對最大脂代謝強度無顯著影響［8］；運動前和運動中補糖可引發(fā)最大脂氧化率和最大脂代謝強度顯著性下降［9］；T2DM患者安靜和運動中最大脂氧化率也顯著低于健康人群，T2DM患者最大脂代謝強度約為37%VO2max左右，顯示T2DM最大脂代謝運動強度處于低有氧強度范圍且在運動中更早地轉(zhuǎn)化為碳水化合物供能［10］；MS患者最大脂氧化強度為28.48%±5.98%VO2max［11］。以上研究表明，慢性代謝疾病患者全身脂代謝水平受損，最大脂氧化強度處于低有氧強度范圍。

2 最大脂代謝強度測定

最大脂代謝強度測定是指通過氣體代謝分析間接推算遞增運動中脂氧化率變化，描記脂氧化率與遞增運動強度之間的變化曲線，進而獲得最大脂氧化率相應(yīng)的運動強度即最大脂代謝強度。最大脂代謝強度主要采用最大攝氧量百分數(shù)、機體外負荷和心率百分數(shù)表示。目前最大脂代謝強度的檢測程序（遞增負荷級別、每級運動負荷遞增量和持續(xù)時間）、最大脂氧化率和最大脂肪代謝強度判定方法已經(jīng)基本確定。

2.1 Fatmax測定法

Achten在總結(jié)早期最大脂肪氧化率檢測方法的基礎(chǔ)上，分別對影響最大脂氧化率和最大脂肪代謝強度判定的運動負荷強度、遞增負荷級別、每級負荷遞增量和持續(xù)時間進行系統(tǒng)比較，提出了目前被運動科學(xué)界廣泛應(yīng)用的最大脂氧化強度檢定法，即Fatmax測定法。該檢測方法主要適用于運動訓(xùn)練、普通健康人群的最大脂代謝強度的判定，最大脂氧化強度多用最大攝氧量百分數(shù)表示。

Fatmax功率車測定流程［1，3-6］：成年人遞增運動負荷方案為50～100W起，每3分鐘遞增20～50W直至RER為1.0，然后每2分鐘遞增20～35W直至力竭；記錄遞增負荷運動中的氣體代謝數(shù)據(jù)，通過Frayn脂肪氧化公式 ［脂肪氧化率 （mg/min）=1.6946VO2-1.7012VCO2］推算出不同運動強度對應(yīng)的脂肪氧化率，獲得最大脂氧化率值；通過最后階段力竭運動直接測定VO2max，進而描記出%VO2max與脂肪氧化率之間的二次多項式的平滑曲線，獲得最大脂肪氧化率值所對應(yīng)的運動強度，即Fatmax強度（見圖1A）。

Fatmax跑臺測定流程［8］：成年人遞增運動負荷方案為3.5 km/h和1%坡度起始，每3min速度遞增1 km/h直至速度為6.5或7.5 km/h后保持不變；遞增坡度，每3 min遞增2%坡度直至速度RQ達到1，最后階段坡度不變，速度每分鐘增加1 km/h直至力竭；最大脂氧化率和Fatmax的判定方法同上。

2.2 LIPOXmax測定法

Perez-Martin等于2001年提出LIPOXmax測定法，對運動中脂肪最大氧化率相應(yīng)的運動強度進行界定。與Fatmax測定法不同的是，LIPOXmax測定中運動強度采用運動外負荷表示，采用最大脂代謝強度和糖脂供能交叉點強度兩個參數(shù)共同評價人體運動中脂代謝特征。該檢測方法主要適用于對慢性代謝疾病患者進行最大脂代謝強度的判定。

LIPOXmax功率車測定流程［2］：首先測定被試者最大負荷能力 （maximalWorkload capacity，WLmax）或依據(jù)Wasserman公式預(yù)測WLmax；遞增運動負荷方案為20%WLmax熱身3min后，按照30%、40%、50%和60%WLmax設(shè)定五級運動負荷方案，每級負荷持續(xù)6 min，至力竭或不能維持蹬騎轉(zhuǎn)速后終止；采集運動中氣體代謝數(shù)據(jù)，用每級負荷最后1分鐘氣體代謝數(shù)據(jù)進行脂代謝率的計算。計算方式為：將四個固定強度運動下總能量消耗乘以脂肪利用的比例，獲不同強度下脂肪供給能量特征。通過Frayn底物氧化公式［脂肪氧化率公式同上，碳水化合物氧化率（mg/min）=4.585×VCO2-3.2255×VO2］計算運動中糖和脂氧化值，以及糖脂能量消耗值。最后通過描記出運動負荷與糖脂能量消耗曲線，獲最大脂氧化率（見圖1B），通過描記運動負荷—糖脂供能百分比曲線，獲糖脂供能交叉點相應(yīng)的運動強度。

圖1 最大脂氧化率判定法

雖然最大脂肪代謝強度判定方法的精確性仍存爭議 ，但隨著最大脂肪代謝強度的檢測程序、最大脂肪氧化率的計算方法和最大脂肪代謝訓(xùn)練監(jiān)控方案逐步確立，最大脂肪代謝強度作為一種新的靶向性更強的有氧訓(xùn)練模式已日趨成熟，并逐步實現(xiàn)了從理論研究到運動處方臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。

3 最大脂代謝強度運動處方療效

長時間中低強度（40/50%～70%VO2max，每次運動40～60min，每周運動5～7次）的有氧運動已逐漸發(fā)展成為目前公認的有效減脂運動方式［12］。但是由于MS癥候群患者胰島素敏感性下降，脂肪酶脂解作用增強，導(dǎo)致門脈循環(huán)和體循環(huán)中自由脂肪酸（FFA）增加，進而對胰島素調(diào)控的靶器官（肌肉、胰臟和肝臟）產(chǎn)生脂毒性作用，最終引發(fā)機體在安靜和運動時脂代謝水平下降［13，14］。

近年來，以改善MS癥候群患者受損脂代謝水平為靶點的最大脂代謝強度運動處方研究顯示：T2DM患者進行3次/周，每次45min的10周最大脂代謝強度功率車運動，治療前后體重和體脂重無顯著差異，但10周治療可顯著提高T2DM患者最大脂代謝強度和糖脂交叉點強度［15］；肥胖青少年患者進行7次/周，每次45 min，8周最大脂代謝強度治療，體重、體脂重和腰圍顯著下降，且8周治療可顯著提高運動中骨骼肌檸檬酸合成酶活性、提高骨骼肌線粒體數(shù)目和β-氧化酶的活力、提高全身脂肪氧化率、增加胰島素敏感性和改善血脂水平［16］。Ben等于2008年～2011年對肥胖青少年人群的研究顯示，基于最大脂代謝強度的2個月運動治療顯著降低去脂體重和腰圍，顯著提高全身最大脂代謝水平、升高HDL、降低血膽固醇，顯著增加安靜狀態(tài)生長激素和皮質(zhì)醇水平，顯著降低胰島素敏感指數(shù)、脂肪因子、ApoB/ApoA-I指數(shù)與收縮壓［17-21］；MS患者進行3次/周，每次40min的8周最大脂代謝強度功率車治療，體重、體脂重和腰圍顯著降低，而瘦體重不變，且8周治療可顯著提高MS患者最大脂代謝強度和糖脂交叉點強度，提高MS患者胰島素敏感指數(shù)［22］。以上研究表明，基于最大脂氧化強度的運動處方具有顯著降低MS癥候群核心組分肥胖的效果，同時還具有降低胰島素抵抗與炎癥反應(yīng)標記物、改善血脂水平和提高骨骼肌脂氧化能力及降低收縮壓的效果。因此，最大脂代謝強度在MS運動處方制定中具有重要意義。

4 最大脂代謝強度處方制定的新進展

目前最大脂代謝強度運動處方制定流程主要包括4個環(huán)節(jié)：（1）基本情況評價，包括運動中間接測熱、健康狀況評價、體成分評價和膳食評價；（2）最大脂代謝強度的檢測和運動訓(xùn)練計劃制定，多采用功率車遞增負荷法；（3）運動處方實施，多以專業(yè)監(jiān)控和自我訓(xùn)練相結(jié)合形式展開；（4）運動處方效果評價和運動處方調(diào)整［23，24］。其與傳統(tǒng)運動處方制定流程無異。但最近最大脂代謝強度處方與膳食管理相結(jié)合對肥胖患者治療效果的研究顯示［17，18］：單獨膳食控制（日膳食總量500 kcal，蛋白質(zhì)15%，碳水化合物55%和脂肪30%）具有降低體脂、改善血TC和LDL-C之效；單獨最大脂代謝強度處方治療還可增加運動中脂氧化率，改善胰島素敏感指數(shù)和血TG；而兩者結(jié)合則進一步全面提升體脂、血脂、胰島素抵抗和最大脂氧化率的治療效果；兩者結(jié)合還可進一步提高最大脂氧化率，且最大脂氧化率增加值與炎癥因子改變相關(guān) （TNF-α，r=-0.48；IL-6，r=-0.38；脂聯(lián)素，r=0.43；抵抗素，r=0.51）。因此，建議在MS最大脂肪代謝運動處方制定中輔以膳食控制，可以增強最大脂代謝強度處方改善機體初級炎癥狀態(tài)和胰島素抵抗的代謝治療效果。

最大脂代謝強度處方與大強度間歇（HIN）耐力運動處方對T2DM患者的處方療效比較研究顯示：兩種處方3個月治療均可顯著降低T2DM患者體重和提高心肺適能效果；最大脂代謝強度處方顯著調(diào)高運動中最大脂肪氧化率、降體脂和腰圍及降低HbA1C，而HIN處方在此方面則效果甚微；耐力運動處方側(cè)重降低血膽固醇和收縮壓，最大脂代謝強度處方效果次之［25］。MS患者多具有肥胖、高血脂、高血壓、糖尿病等多種慢性代謝性疾病，雖然個性化的最大脂代謝強度運動處方為低強度有氧運動，但MS患者肌肉占體重的總量、HIN運動易出現(xiàn)呼吸困難、心臟不適而產(chǎn)生心理上對運動鍛煉的恐懼和排斥等因素，易造成運動處方實施效率（處方實施效率=處方實際運動量/運動設(shè)計運動量×100%）下降?？梢?，以糖供能為主的大強度運動，雖輔之以短暫脂氧化供能的間歇而具顯著降體重和收縮壓之效，但不能有效改善MS患者的糖脂代謝受損的癥狀，同時考慮處方實施的安全性，故不建議在MS運動處方制定中輔助HIN運動形式。

5 研究展望

MS是一種生活方式疾病，提高身體活動水平是全球公認的MS有效防治手段［26，27］。MS患者由靜態(tài)生活方式向有規(guī)律鍛煉行為的轉(zhuǎn)變不是簡單的二分法（轉(zhuǎn)變/不轉(zhuǎn)變或運動/不運動），個體行為習慣的轉(zhuǎn)變是從現(xiàn)今行為到期望行為階段性轉(zhuǎn)化的動態(tài)過程［28］，靜態(tài)生活行為方式的轉(zhuǎn)變和有規(guī)律鍛煉行為的獲得與心理、社會和生理密切相關(guān)［29，30］。 目前，在鍛煉心理學(xué)和行為學(xué)領(lǐng)域，闡釋和預(yù)測鍛煉行為的理論眾多，其中鍛煉行為跨理論（TTM）在促進健康行為轉(zhuǎn)變和獲得有效運動干預(yù)中得到廣泛應(yīng)用［31］。據(jù)此，我們認為如果沒有持久的行為修正，MS難以徹底治療，基于最大脂代謝運動強度的MS處方療效也難以保持。因此，如何將膳食管理、行為修正和基于最大脂代謝強度處方有機組合，是今后MS運動處方研究中尚待進一步研究的課題。

［1］Asker E，Jeukendrup AE，Achten J.Fatmax：A new concept to optimize Fat oxidation during exercise?Eur JSport Sci，2001，1（5）：1-5.

［2］Perez-Martin A，Dumortier M，Raynaud E，et al.Balance of substrate oxidation during submaximal exercise in lean and obese people.Diab Metab，2001，27（4）：466-474.

［3］Dériaz O，Dumont M，Bergeron N，et al.Skeletalmuscle low attenuation area and maximal fat oxidation rate during submaximal exercise in male obese individuals.Int JObes RelatMetab Disord，2001，25（11）：1579-1584.

［4］Achten J，Gleeson M，Jeukendrup AE.Determination of the exercise intensity thatelicitsmaximal fatoxidation.Med Sci Sports Exerc，2002，34（1）：92-97.

［5］Achten J，Jeukendrup AE.Maximal fat oxidation during exercise in trained men.Int JSports Med，2003，24（8）：603-608.

［6］Van Aggel-Leijssen DP，Saris WH，Wagenmakers AJ，et al.Effect of exercise training at different intensities on fat metabolism of obese men.J Appl Physiol，2002，92（3）：1300-1309.

［7］Venables MC，Achten J，Jeukendrup AE.Determinants of fat oxidation during exercise in healthymen and women：a cross-sectional study.JAppl Physiol，2005，98（1）：160-167.

［8］Achten J，Venables MC，Jeukendrup AE.Fat oxidation rates are higher during runing compared with cycling over a wide range of intensities.Metabolism，2003，52（6）：747-752.

［9］Achten J，Jeukendrup AE.The effectof pre-exercise carbohydrate feedings on the intensity thatelicitsmaximal fat oxidation.JSports Sci，2003，21（12）：1017-1024.

［10］Ghanassia E，Brun JF，F(xiàn)edou C，et al.Substrate oxidation during exercise：type 2 diabetes is associated with a decrease in lipid oxidation and an earlier shift towards carbohydrate utilization.Diab Metab，2006，32（6）：604-610.

［11］高峰，崔文麗，焦廣發(fā)，等.BMI和心肺適能對全代謝綜合征男性最大脂代謝水平的影響.中國體育科技，2011，47（3）：89-94.

［12］American College of Sports Medicine.ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription，7th Edition.Philadelphia：LippincottWilliams and Wilkins，2006：211-145.

［13］Sam V，Antonio VP.Adipose tissue expandability，lipotoxicity and the Metabolic Syndrome— An allostatic perspective.Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-Mole&Cell Bio Lipids，2010，1801（3）：338-349.

［14］喬玉成.運動干預(yù)代謝綜合征機制的研究進展.體育科學(xué)，2005，25（11）：66-71.

［15］Bordenave S，Metz L，F(xiàn)lavier S，et al.Training-induced improvement in lipid oxidation in type 2 diabetesmellitus is related to alterations in muscle mitochondrial activity.Diab Metab，2008，34（2）：162-168.

［16］Brandou F，Dumortier M，Garandeau P，et al.Effects of a two-month rehabilitation program on substrate utilization during exercise in obese adolescents.Diab Metab，2003，29（1）：20-27.

［17］Ben Ounis O，ElloumiM，Chiekh IB，et al.Effects of twomonth physical-endurance and diet-restriction programmes on lipid profiles and insulin resistance in obese adolescentboys.Diab Metab，2008，34（6）：595-600.

［18］Ben Ounis O，ElloumiM，Amri M，et al.Impact of training and hypocaloric dieton fatoxidation and body composition in obese adolescents.Sci Sports，2009，24（3）：178-185.

［19］Ben Ounis O，Elloumi M，Lac G，et al.Two-month effects of individualized exercise training with or without caloric restriction on plasma adipocytokine levels in obese female adolescents.Ann Endocrinol，2009，70（4）：235-241.

［20］Ben Ounis O，Elloumi M，Zouhal H，et al.Effect of an individualized physical training program on resting cortisol and growth hormone levels and fat oxidation during exercise in obese children.Ann Endocrinol（Paris），2011，72（1）：34-41.

［21］Ben Ounis O，Elloumi M，Makni1 E，et al.Exercise improves the ApoB/ApoA-I ratio，a marker of themetabolic syndrome in obese children.Acta Paediatrica，2010，99（11）：1679-1685.

［22］Dumortier M，Brandou F，Perez-Martin A，et al.Low intensity endurance exercise targeted for lipid oxidation improves body composition and insulin sensitivity in patients with the metabolic syndrome.Diab Metab，2003，29（5）：509-518.

［23］Brun JF，Jean E，Ghanassia E，et al.Metabolic training：new paradigms of exercise training for metabolic disease with exercise calorimetry targeting individuals.Annales de Readaptation et de Medecine Physique，2007，50（6）：528-534.

［24］American College of Sports Medicine.ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription，7th Edition.Philadelphia：LippincottWilliams and Wilkins，2006：145-146.

［25］Brun J，Maurie J，Jean EA，et al.Comparison of Square-Wave Endurance Exercise Test（SWEET）training with endurance training targeted at the level of maximal lipid oxidation in type 2 diabetics.Sci Sports，2011，26（2）：92-96.

［26］Hillsdon M，F(xiàn)oster C，Cavill N，et al.The effectiveness of public health interventions for increasing physical activity among adults：a review of reviews.Evidence Briefing（2nd Edition）.London:Health Development Agency.2005：13-19.

［27］Hall KL，Rossi JS.Meta-analytic examination of the strong and weak principles across 48 health behaviors.Prev Med，2008，46（3）：266-274.

［28］Nahas MV，Goldfine B，Collins MA.Determinants of physical activity in adolescents and young adults：the basis for high school and college physical education to promote active life styles.Phys Edu，2003，60（1）：42-57.

［29］司琦.大學(xué)生體育鍛煉行為的階段變化與心理因素研究.體育科學(xué)，2005，25（12）：76-83.

［30］曾永忠，董倫紅，趙蘇喆.促進個體參與身體鍛煉理論模式研究的現(xiàn)狀及未來發(fā)展.西安體育學(xué)院學(xué)報，2009，26（2）：157-160.

［31］尹博.體育鍛煉行為的跨理論模型研究進展.體育學(xué)刊，2006，13（5）：120-123.

2012.02.16

河北省教育廳自然科學(xué)基金課題（2009460），河北師范大學(xué)青年基金（L2010Q08）

高峰，Email：gaolindy@126.com