中等強度運動過程中能量代謝的時間變化特征*

王 恬， 張 勇， 王巨文

(1.浙江師范大學(xué) 杭州幼兒師范學(xué)院，浙江 杭州 310012；2．浙江師范大學(xué) 體育與健康科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004)

中等強度長時間運動作為一種常用且簡單易行的運動健身方式，被廣泛認為能夠促進和改善機體的能量代謝.已有研究表明，中等強度(55%～70%)運動可有效促進脂肪的分解、氧化和利用[1-5]，但是對一次運動持續(xù)過程中能量代謝變化特征的研究尚不完善.因此，研究中等強度長時間運動過程中機體能量代謝變化規(guī)律對肥胖及與之相關(guān)的代謝綜合癥的運動干預(yù)具有重要的理論和現(xiàn)實意義.筆者在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，單位時間內(nèi)機體的脂肪氧化量和供能量在55%最大攝氧量(VO2max)運動強度附近時較大.因此，本研究采用55%VO2max強度進行長時間跑步運動，對運動過程中機體的能量代謝進行實時測定，以單位時間脂肪代謝和能量消耗為基準，分析和探討中等強度一次長時間持續(xù)運動過程中機體能量代謝的變化規(guī)律，以期為制定科學(xué)有效的運動干預(yù)方案提供理論與實踐的依據(jù).

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為體育專業(yè)大學(xué)生16名，其中：男、女生各8名.研究對象每周參加中等強度體育運動6 h以上.每位學(xué)生健康狀況良好，其一般情況見表1.實驗開始前，要求實驗對象與浙江師范大學(xué)運動技能與體能測試實驗中心簽訂自愿參與實驗協(xié)議，并告知研究對象有關(guān)研究的目的、方法及實驗測試的程序等.

表1 研究對象情況

注：與男生比較，*表示P<0.05;**表示P<0.01;***表示P<0.001.表中的二氧化碳呼出量(VCO2max)、心率(HRmax)、呼吸交換率(RERmax)均為相對最大攝氧量時的相應(yīng)值.MBI為身體質(zhì)量指數(shù).

1.2 研究方法

每一研究對象都需要完成2次運動測試.首先測出VO2max；再根據(jù)55%VO2max的運動強度進行持續(xù)1 h的跑步運動.測試均在14：30～17：30期間進行.整個研究期間研究對象保持常規(guī)的身體活動模式和常規(guī)的飲食習(xí)慣.

1.2.1 最大攝氧量測試

采用德國h/p/cosmos公司mercury 4.0跑臺和CORTEX MetaMax 3B心肺功能儀完成VO2max測試.測試時室內(nèi)溫度控制在20～25 ℃，相對濕度為40%～50%.測試方案為:準備活動5 min;跑臺的速度從7 km/h開始，之后以每2 min增加1 km/h的幅度遞增速度；跑臺的坡度始終保持水平坡度不變.

在測試中，為了驗證被試者確已達到本人的VO2max，還應(yīng)符合以下4項參考標準中的3項或3項以上.

VO2max的參考標準是：

1)每min心率大于或等于180次；

2)呼吸商大于1.10；

3)隨著運動負荷的增加，耗氧量停止線性增加并達到一個平臺或開始緩慢下降，最后2個值的差異小于±2 mL·kg-1·min-1.

4)受試者已盡力，但仍無法保持預(yù)定的運動負荷強度.

1.2.2 運動測試

運動測試時，采用德國h/p/cosmos公司mercury 4.0跑臺進行遞增負荷運動，測出VO2max.經(jīng)48 h休息后，按55%VO2max運動強度持續(xù)跑步1 h，然后恢復(fù)30 min，采用德國CORTEX MetaMax 3B心肺功能儀測定運動及恢復(fù)過程中機體氣體代謝指標，截取10 min段氣體代謝指標數(shù)據(jù)，計算和確定機體糖、脂肪使用情況及能量消耗狀況[6-11].

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié) 果

從表2、表3中發(fā)現(xiàn)，在55%VO2max強度、60 min運動中，男、女生糖的消耗量和供能量隨運動時間的延長逐漸減少，脂肪消耗量和供能量則逐漸下降，總能量輸出隨時間的延長則基本沒有變化.在0～10 min段與11～20 min段的比較中發(fā)現(xiàn)，男女生糖消耗量和供能量均有上升，女生上升的幅度大于男生.并且女生糖消耗量和供能量的增加均出現(xiàn)了非常顯著的差異性.隨著運動的繼續(xù)進行，男、女生糖的消耗量和供能量在20 min后均出現(xiàn)了下降，并且在21～30 min段與31～40 min段、31～40 min段與41～50 min段之間的比較中，均出現(xiàn)了顯著的差異性.

表2 跑步運動過程中機體糖消耗量、糖供能量隨時間的變化

注：與前10 min段比較，*表示P<0.05;**表示P<0.01;***表示P<0.001.

表3 跑步運動過程中機體脂肪消耗量、脂肪氧化量及總能量輸出隨時間的變化

注：與前10 min段比較，*表示P<0.05；**表示P<0.01；***表示P<0.001；與男生比較，a表示P<0.05；b表示P<0.01；c表示P<0.001.

在整個運動過程中，脂肪氧化供能逐漸增多，且在運動的0～10 min段女生脂肪的消耗量和供能量均高于男生.在11～20 min段，男生脂肪消耗量和供能量逐漸增加，而女生則均出現(xiàn)下降.在隨后的運動中，男女生脂肪消耗量和供能量逐漸增加，并且在21～30 min段與31～40 min段及41～50 min段均出現(xiàn)非常顯著性差異.

在60 min運動中，男生總能量輸出略有增加，而女生則基本維持穩(wěn)態(tài).男女生總能量輸出在0～10 min段、41～50 min段及51～60 min段的比較中均出現(xiàn)顯著性差異.

綜合以上各項能量消耗和底物代謝指標，然后分別對體育專業(yè)男女大學(xué)生運動過程中各時間段的脂肪供能百分比進行了統(tǒng)計：脂肪供能百分比=脂肪供能量/總能量輸出.從表3中發(fā)現(xiàn)，在0～10 min運動中，女生脂肪供能高達52%，明顯高于男生的42.9%，可是從總體供能趨勢來看，男生脂肪供能比例逐漸增多，而女生則在11～20 min段出現(xiàn)了下降，這也導(dǎo)致在0～10 min段與10～20 min段供能百分比之間的比較出現(xiàn)了顯著性差異.隨著運動時間的延長，在31～40 min段運動中，男生脂肪供能百分比達50.3%，可見在30 min后脂肪氧化供能大于糖氧化供能.而女生在該段脂肪供能百分比約為48.7%，脂肪氧化供能大于糖氧化供能的發(fā)生點也應(yīng)該是在30 min以后，或許比男生更晚一點，但男女生的脂肪供能比例在30 min各段之間的比較均出現(xiàn)了非常顯著的差異.

3 分析與討論

在長時間持續(xù)運動過程中，當機體代謝進入穩(wěn)定狀態(tài)后，總能量消耗水平基本穩(wěn)定，但隨著運動持續(xù)時間的增加，機體的底物代謝會發(fā)生變化，表現(xiàn)糖氧化供能量逐漸減少，而脂肪氧化供能量和脂肪氧化供能比例則逐漸增加[12]，這種變化規(guī)律在本研究中也得到證實.但是，運動持續(xù)時間究竟要達到多長才會導(dǎo)致機體的底物動員發(fā)生變化?底物動員的變化與運動強度大小、底物儲備情況、年齡、性別及代謝能力都有怎樣的關(guān)系等等都值得研究.從本研究的情況來看，男生以55%VO2max強度持續(xù)跑步20 min后，糖的氧化量顯著下降，脂肪的氧化量顯著增加；而女生以55%VO2max強度持續(xù)跑步30 min后，才出現(xiàn)糖的氧化量顯著下降及脂肪的氧化量顯著增加，表明這種代謝底物動員氧化的變化與機體糖儲備的減少和脂肪動員的增加有密切關(guān)系.因此,可以認為機體糖儲備、脂肪動員能力、糖和脂肪動員速度及氧化利用能力都會對這種變化的時間點產(chǎn)生影響.男生脂肪大量動員利用的時間點早于女生(20 min VS 30 min)，一方面可能與男性運動過程糖依賴性較強、糖過早被利用有關(guān)；另一方面，也可能與男女對運動的應(yīng)激反應(yīng)差異有關(guān)，男性可能應(yīng)激反應(yīng)較大，腎上腺素效應(yīng)較早出現(xiàn)，導(dǎo)致脂肪動員顯著增加.

機體能量代謝存在動員階段、穩(wěn)定階段和疲勞階段.在55%VO2max強度持續(xù)1 h跑步過程中，女生在進入穩(wěn)定階段后其能量消耗水平一直處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，直至運動結(jié)束；而男生在運動至50 min以后，能量消耗開始明顯增加，分析認為與機體疲勞、代謝效率和機械效率下降有關(guān)，認為在中等強度長時間運動過程中，男生比女生更易出現(xiàn)疲勞狀態(tài).以上代謝方面表現(xiàn)出的性別差異可能與男女在身體結(jié)構(gòu)和生理功能上存在的差異有關(guān).Horton等[13]研究了男性和女性在40%VO2max強度持續(xù)2 h自行車運動時機體的能量代謝變化情況，研究發(fā)現(xiàn)，運動中女性脂肪氧化供能比例高于男性，而男性糖氧化供能比例高于女性.Knechtle等[14]和張勇[15]的研究還發(fā)現(xiàn)，在運動強度相同的情況下，女性每kg體重脂肪酸氧化均大于男性，而男性每kg體重糖氧化大于女性.但本研究并未發(fā)現(xiàn)這種差異性變化，分析可能的原因，認為盡管相對運動強度相同，但絕對運動強度女生低于男生，因而總能量消耗女生也低于男生.然而，女生動員脂肪供能的能力較強，脂肪參與供能的比例高于男生，從而使得每kg體重脂肪氧化量和供能量無顯著的性別差異，所以,依然可以認可女性脂肪氧化能力強于男性的觀點.

不同性別引致糖、脂肪氧化供能比例差異的機制是什么呢？首先，不同性別的個體對交感-腎上腺系統(tǒng)反應(yīng)不盡相同，女性對兒茶酚胺更加敏感，加之女性骨骼肌細胞內(nèi)甘油三酯和皮下脂肪含量較高，因此，在運動過程中，脂肪分解動員的速度更快，血漿游離脂肪酸可以較長時間保持在高水平上，這樣可以使骨骼肌細胞攝取更多的游離脂肪酸，保證肌細胞內(nèi)脂肪酸的含量，脂肪酸氧化能力增強，脂肪氧化供能比例提高.另外，有研究證明在青春發(fā)育期之前男女運動員能量消耗和底物代謝并不存在性別差異[16]，而相關(guān)研究提示，運動時不同性別糖和脂肪代謝的差異與性激素有一定的關(guān)系[17-20]，因為，雌激素和黃體酮可促進皮下脂肪動員供能能力，雌激素還通過提高脂蛋白酶的活性促進脂肪代謝，這種作用在黃體期尤為明顯.此外，不同性別糖和脂肪代謝的差異也可能與不同類型骨骼肌纖維的比例有一定關(guān)系.I型肌纖維與IIA型肌纖維相比，有氧代謝能力較強而無氧代謝能力較弱.通常男性肌纖維類型分布的比例為IIA>I>IIB，IIA型肌纖維所占的比例最高，女性肌纖維類型分布比例為I>IIA>IIB，I型肌纖維所占的比例最高.

4 結(jié) 論

1)體育專業(yè)大學(xué)生以55%VO2max強度跑步1 h過程中，男生脂肪的氧化量和脂肪參與的供能量快速增多的時間點在運動20 min后，糖的氧化量和供能量在運動20 min后快速減少；女生脂肪的氧化量和脂肪參與的供能量快速增多的時間點在運動30 min后，糖的氧化量和供能量在運動30 min后快速減少.提示男生脂肪大量動用的時間與女生不同.

2)在以55%VO2max強度跑步1 h過程中，男生總能量消耗大于女生，同時，男生疲勞出現(xiàn)早于女生，在運動50 min后，機體能量消耗增加、代謝效率下降.

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