最大脂肪代謝強度與有氧耐力及RPE關(guān)系的實驗研究

宋 偉，胡柏平

（陜西師范大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 西安710062）

糖和脂肪是運動過程中的主要供能物質(zhì)［1］．運動強度的大小決定了其在能量消耗中所占的比例，隨著運動強度的增加，糖代謝會成比例增加，而脂肪氧化會隨著強度變大先增加（低強度到中等強度），在達到高強度時反而會下降．2001年Jeukendrup和Achten［3］明確提出了單位時間內(nèi)脂肪代謝峰值對應(yīng)的強度為最大脂肪代謝強度（Fatmax），此峰值為最大脂肪代謝率（FatmaxRate），并對Fatmax的測量方法以及訓(xùn)練效果提出展望，認為其可以幫助肥胖者制訂減重計劃、為耐力運動員以及大眾人群進行訓(xùn)練和制定健康運動處方提供重要依據(jù)［2－4］．目前的研究對Fatmax的存在已經(jīng)有了普遍共識，但是關(guān)于其測試方法、手段、影響因素等還沒有統(tǒng)一的標準，尤其是關(guān)于Fatmax在運動訓(xùn)練和體育健身領(lǐng)域的實證性研究尚處于空白．

遞增負荷運動中體內(nèi)代謝方式由無氧向有氧轉(zhuǎn)變必定存在一個代謝轉(zhuǎn)換“閾值”，用血乳酸出現(xiàn)急劇增加的點來表示時即為乳酸閾（Lactate Threshold，LT），其所對應(yīng)的運動強度稱為乳酸閾強度（Intensity of Lactate Threshold，ILT）．ILT是一個重要的有氧耐力指標，在運動訓(xùn)練中應(yīng)用非常廣泛；人體在進行遞增強度的、有大肌肉群參加的力竭性運動中，當運動強度增加到某一限度后，人體的攝氧和用氧能力不再繼續(xù)增加，此時機體在單位時間內(nèi)所能吸入的氧氣量就是最大攝氧量（Maximal Oxygen Uptake，VO2max）．VO2max是心肺功能和全身各器官、系統(tǒng)充分動員的條件下，機體吸收和利用的氧容量，是公認的評定人體心肺功能和有氧代謝能力的重要指標；主觀體力感覺（Rates of Perceived Exertion，RPE）是指人在進行運動時，個體對自身疲勞度的整體感受做出的主觀性評價，是判斷運動強度大小的一種常用方法．RPE通過主觀疲勞評分表進行測試．主觀疲勞評分表的建立源于對運動對象出汗量、心跳等生理指標的掌握，并結(jié)合運動時對自身疲勞程度、肌肉酸楚水平的主觀感覺等心理因素的感知．因該表的創(chuàng)立者是瑞典人Gunnar Borg，所以又叫Borg表．本研究試分析Fatmax、VO2max、ILT及RPE之間的關(guān)系，探討利用RPE判斷Fatmax的可行性，為該指標更廣泛的應(yīng)用提供理論依據(jù)．

1 實驗

1．1 實驗對象

以8名男大學(xué)生志愿者為研究對象，具體情況詳見表1．

表1 受試者基本情況表（N＝8）Tab．1 Basic characteristics of subjects（N＝8）

1．2 實驗設(shè)計

實驗開始前，受試者將被告知實驗的目的、流程以及實驗儀器的相關(guān)情況．測試時間選擇在上午8：00—10：00之間進行，目的是為了消除生理周期給機體功能帶來的影響．受試者在進行測試前一天保證相同的食譜；測試前24h不得飲用含咖啡因的飲料，不做劇烈運動．所有受試者均接受一次遞增負荷的Fatmax、VO2max功率自行車測試．

1．3 實驗方法

1．3．1 功率自行車漸增負荷Fatmax、VO2max測試受試者首先進行身體成分的測試（Inbody 3．0身體成分測試儀），然后按要求在功率自行車（型號，Engoline 100K）上進行一次遞增負荷運動，根據(jù)預(yù)實驗［8］的情況對具體方案進行了修改，起始負荷90W，每3min增加30W，運動至力竭為止［2］．在每一級負荷的最后30s，對受試者進行指尖取血進行血乳酸濃度測試（YSI1500，血乳酸濃度分析儀）．整個測試過程中，受試者佩帶心率遙測表、呼吸采氣面罩，所有測試指標通過心肺功能測試儀（MAX－Ⅱ）檢測與記錄，并同步顯示在與之連接的計算機上，同時，在每一級負荷最后30s詢問一次受試者的主觀體力感覺（Borg6－20，等級在6－20之間）．

1．3．2 脂肪代謝量的間接計算 脂肪代謝量利用每一級負荷最后1min的攝氧量VO2和攝二氧化碳量VCO2平均值進行計算，計算公式為［5］

脂肪代謝量（mg／min）＝1．694 6VO2（mL／min）－1．701 2VCO2（mL／min）．

機體主要利用糖和脂肪氧化供能，因排泄物中氮含量分析不方便，加之含量很少所以可以忽略不計．脂肪代謝率的計算嚴格控制在呼吸商（Respiratory Quotient，RQ）＜1．00的水平．當最大脂肪代謝率出現(xiàn)時，其所對應(yīng)的運動強度就判定為Fatmax．

1．3．3 VO2max判定VO2max的判定標準有5點：（1）心率達到180次∕分以上；（2）呼吸商在1．10以上；（3）繼續(xù)運動后，攝氧量的差小于5%或150mL／min或2mL／（min·kg）；（4）運動強度自覺量表19或者20；（5）主觀的疲勞、衰竭和無法繼續(xù)運動測驗．

受試對象達到上述標準的三項就視為達到最大攝氧量．實驗采用運動心肺功能測試系統(tǒng)記錄受試者每秒鐘呼吸狀況，通過分析數(shù)據(jù)資料，選取受試者穩(wěn)定狀態(tài)中的最大值，直接測量出受試者的最大攝氧量．

1．4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

實驗所有數(shù)據(jù)均表示為平均數(shù)±標準差，并在SPSS 18．0及Graphpad Prism5統(tǒng)計軟件中運用統(tǒng)計描述、方差分析、皮爾遜指數(shù)相關(guān)分析等統(tǒng)計方法對數(shù)據(jù)進行分析處理，P＜0．05為差異顯著，P＜0．01為差異極顯著性．

2 實驗結(jié)果

將測試結(jié)果統(tǒng)計后列于表2．經(jīng)過T檢驗發(fā)現(xiàn)，最大脂肪代謝強度和乳酸閾強度之間存在顯著性差異（P＜0．05）．另外這兩個強度所對應(yīng)的RPE分別為9．4±2．3、13．5±2．0，經(jīng)T檢驗發(fā)現(xiàn)兩者也存在顯著性差異（P＜0．05）．表3和圖1分別給出了相關(guān)測試指標的相關(guān)性特征，從中可以看出Fatmax與ILT具有極顯著相關(guān)（r＝0．81），F(xiàn)atmax與VO2max具有顯著相關(guān)（r＝0．72），ILT與VO2max具有顯著相關(guān)（r＝0．73），而體脂與上述指標之間均無顯著關(guān)聯(lián)．

表2 受試者功率自行車測試相關(guān)指標對比Tab．2 Comparison of subjects′related indexes in cycle－ergometer

表3 相關(guān)矩陣表Tab．3 Correlation matrix

圖1 Fatmax與ILT、VO2max的相關(guān)性散點圖Fig．1 Correlation scatter diagram of Fatmax，ILT and VO2max

3 分析與討論

3．1 Fatmax與ILT之間的關(guān)系

由上節(jié)的實驗結(jié)果可知Fatmax與ILT高度相關(guān)（r＝0．81），兩者之間存在顯著性差異（P＜0．01），F(xiàn)atmax的出現(xiàn)要早于ILT（圖2）．許多研究表明糖酵解速度的增加會降低脂肪酸氧化的速率．Coyle等對6名男性耐力運動員進行了研究，對受試者攝入的長鏈脂肪酸和中鏈脂肪酸進行了持續(xù)標記，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖酵解的增加導(dǎo)致長鏈脂肪酸的氧化降低了19%，而中鏈脂肪酸的氧化沒有降低，這就表明進入線粒體的長鏈脂肪酸的數(shù)量降低了；Sclossis［6］等人也做了相似的研究，結(jié)果也顯示糖的無氧代謝加強使得長鏈脂肪酸進入線粒體的通路受到了抑制．長鏈脂肪酸進入線粒體主要是靠肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶－Ⅰ（Carnitine palmitoyltransferase－Ⅰ，CPT－Ⅰ）進行轉(zhuǎn)運的，當糖的無氧代謝加強時，CPT－Ⅰ的活性就會受到影響，造成這種現(xiàn)象的主要原因是肌肉pH值的降低．

圖2 運動強度與脂肪代謝率和血乳酸濃度關(guān)系示意圖Fig．2 Relationship diagram of exercise intensity，fat oxidation rate and blood lactic acid concentration

糖分解量的增加不僅可以降低脂肪酸的氧化，而且會使丙酮酸的產(chǎn)生增加，進而出現(xiàn)乳酸的堆積．乳酸會通過膜結(jié)合單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白由肌肉細胞轉(zhuǎn)運到鄰近細胞．一方面它可以為具有高度氧化特性的組織提供能量比如心臟，另一方面可以作為糖異生的底物進入肝臟［7］．運動過程中血乳酸的堆積可能會對脂肪的氧化產(chǎn)生負面影響［8－9］，Boyd等［10］選擇6名男性受試者進行低強度運動，運動前向受試者體內(nèi)注入同等量及同滲重摩的碳酸氫鈉和氯化鈉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)因運動而導(dǎo)致的脂肪酸和甘油的增加出現(xiàn)降低，提示乳酸可以對脂解作用產(chǎn)生影響．Naclean等利用濾膜微量分析技術(shù)對不同強度運動中的肌肉乳酸堆積進行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著運動強度的增加，無論是肌肉中還是血液中的乳酸都以相似的形式增加，乳酸作為一種較強的有機酸，可以解離出游離H＋，H＋堆積有很多負面影響．在肌肉內(nèi)部，pH值的降低能夠抑制磷酸果糖激酶的活性，同時降低糖酵解的能力；較高的H＋循環(huán)水平可以阻擾脂肪組織中的敏感脂肪酶的活動，使游離脂肪酸釋放到循環(huán)中受到限制，從而降低脂肪酸的代謝水平．理論上講，肌細胞中乳酸濃度的增加與脂肪代謝的變化是同步進行的，肌乳酸需要透出肌細胞膜進入血液，且本實驗負荷采用的是偏重于下肢運動的功率自行車，加之血乳酸的測定通過指尖取血的方式，所以可能會產(chǎn)生時間上的延遲，這也是導(dǎo)致Fatmax的出現(xiàn)早于ILT的原因．

3．2 Fatmax與VO2max之間的關(guān)系

本研究的結(jié)果顯示最大攝氧量與Fatmax之間具有顯著相關(guān)性（r＝0．72，P＜0．05），這與之前的報道相一致［11］．Jansson等［12］選擇10名志愿者進行了研究，在功率自行車上以65%VO2max蹬騎60 min，在最后15min期間，耐力運動員的脂肪代謝率為0．84g／min，而非運動員為0．33g／min，提示機體VO2max越高，其脂肪代謝率也會越大，有訓(xùn)練的個體可以選擇更大的強度進行脂肪代謝運動；Achten等［13］依照VO2max的大小將志愿者分為高VO2max組和低VO2max組，結(jié)果顯示其Fatmax有顯著的差異．上述研究結(jié)果說明個體最大有氧能力較高者，其最大脂肪代謝強度相對較高，機體最大脂肪代謝強度受其最大攝氧能力的影響較大，所以可以作為鍛煉者選擇運動強度的依據(jù)．對于心肺功能良好、有氧代謝能力較佳的體育健身者在減脂運動中可以適當提高運動負荷，加大運動強度以更好的促進機體各系統(tǒng)功能的改善．

3．3 主觀體力感覺在判斷Fatmax與ILT中的應(yīng)用

盡管Fatmax和ILT對于運動員及健身人群從事體育鍛煉非常有效，但是要想精確測定該指標需要很苛刻的實驗條件，這顯然是不現(xiàn)實的．RPE為我們粗略判定運動強度提供了一個簡便的方法．本實驗采用的是Borg6－20等級主觀感覺運動負荷分類評級表．研究結(jié)果顯示受試者在達到Fatmax和ILT時所對應(yīng)的RPE分別為9．4±2．3和13．5±2．0，兩者之間出現(xiàn)顯著性差異（P＜0．05），說明機體在達到這兩種強度時主觀感受度有很大不同．總體來講，RPE在9～13的范圍中，基本可以判斷出Fatmax和ILT．不管是以脂肪代謝為主的瘦身者，還是以有氧健身或訓(xùn)練為主的群體都可以根據(jù)自己不同的情況合理選擇RPE的大?。斎槐緦嶒灥慕Y(jié)果也有一定的局限性，即受試對象和樣本量的限制．Fatmax的大小受多種因素的影響，如訓(xùn)練水平、性別、營養(yǎng)膳食等［14－16］，所以需要我們在接下來的工作中對不同群體的Fatmax和ILT進行系統(tǒng)研究，分門別類，以便為更廣泛的人群參加體育鍛煉提供參考．

4 結(jié)論

最大攝氧量和乳酸閾強度是評價機體有氧耐力的兩個最重要指標，本實驗通過研究發(fā)現(xiàn)：Fatmax與上述兩個指標之間存在著很大的相關(guān)性，這說明Fatmax也可以作為一個有效的生理指標來評價機體的有氧耐力水平；運動過程中，依靠脂肪作為主要供能物質(zhì)參與人體能量代謝是很多人所追求的，F(xiàn)atmax是脂肪代謝率達到最高點時的運動強度，該強度對于運動者制定瘦身計劃、健康運動處方具有重要的現(xiàn)實意義，同時也可以為運動員進行運動訓(xùn)練提供靶強度；雖然Fatmax非常有效，但是該指標的準確測定對場地條件要求很高，很難大規(guī)模普及，而我們的研究結(jié)果顯示利用RPE可以有效判斷Fatmax，且Fatmax的出現(xiàn)要早于ILT，RPE的應(yīng)用不僅為我們廣大的體育健身愛好者，還可為教練員、健身指導(dǎo)員選擇Fatmax時提供參考．

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