女大學(xué)生在不同運(yùn)動(dòng)方式中能量及底物消耗特征的實(shí)驗(yàn)研究

易東平，彭 莉，何志金，陳 億

?

女大學(xué)生在不同運(yùn)動(dòng)方式中能量及底物消耗特征的實(shí)驗(yàn)研究

易東平1，彭 莉2，何志金1，陳 億1

力竭運(yùn)動(dòng)；遞增負(fù)荷功率；運(yùn)動(dòng)形式；能量代謝；實(shí)驗(yàn)研究

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

以身體健康，無疾病史的11名在校女大學(xué)生為研究對象(表1)。

表 1 本研究受試者基本情況一覽表Table 1 Basic Condition of the Subjects

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料研究

通過網(wǎng)絡(luò)查閱Web of Science、中國知網(wǎng)、維普期刊、萬方數(shù)據(jù)等平臺(tái)相關(guān)力竭運(yùn)動(dòng)或恒定負(fù)荷的跑步或騎自行車運(yùn)動(dòng)中能量代謝或物質(zhì)消耗的文獻(xiàn)資料，并對其進(jìn)行分類整理。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)法

1.2.2.1 實(shí)驗(yàn)器材及測試指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)器材：身高體重計(jì)、溫度計(jì)、心率表、德國CORTEX運(yùn)動(dòng)心肺功能測試儀(MetalyzerⅡ-R2)、功率自行車(荷蘭LODE)、跑臺(tái)(意大利)、血乳酸測試儀、血乳酸試劑條，運(yùn)用所有儀器之前進(jìn)行校準(zhǔn)。

1.2.2.2 運(yùn)動(dòng)測試因素控制

本研究是對不同運(yùn)動(dòng)形式機(jī)體能量代謝及底物消耗特征的研究，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用了自身對照，自行車測試與跑臺(tái)測試間隔時(shí)間為24 h。所有受試者首先進(jìn)行自行車運(yùn)動(dòng)測試，間隔24 h后進(jìn)行跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)測試。根據(jù)受試者自行車運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)而設(shè)置跑臺(tái)的負(fù)荷方案(速度及坡度設(shè)置)，從而確保2次測試的遞增負(fù)荷功率的一致性。為了確保2種運(yùn)動(dòng)方式過程中，受試者的機(jī)體狀態(tài)及實(shí)驗(yàn)條件一致，2次測試前的生活規(guī)律及飲食結(jié)構(gòu)相同，受試者測試順序及開始時(shí)間一致，每種運(yùn)動(dòng)測試前24 h內(nèi)停止劇烈或大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，使機(jī)體處于非疲勞狀態(tài)。自行車及跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)測試前2 h禁食，室溫在25℃～28℃，相對濕度40%～50%。

1.2.2.3 力竭運(yùn)動(dòng)測試方法

功率自行車測試：負(fù)荷強(qiáng)度：0 W負(fù)荷熱身3 min，以25 W為起始負(fù)荷，25 W/1.5 min負(fù)荷遞增至力竭[4]；負(fù)荷速度：踏車節(jié)律保持在55～60 rpm，意志疲勞停車或轉(zhuǎn)速不能維持在55～60 rpm長達(dá)5 s以上時(shí)終止測試(測試過程不斷鼓勵(lì)受試者)。

跑臺(tái)測試：根據(jù)功率自行車的遞增負(fù)荷，利用以下公式計(jì)算坡度或速度[1]：

第1檔：P1=mg×sinα1×V1×t

………

P為功，n≥3，m為受試者的體重，α為負(fù)荷時(shí)跑臺(tái)的坡度，V為負(fù)荷時(shí)跑臺(tái)的轉(zhuǎn)速，t為每個(gè)遞增負(fù)荷的時(shí)間，t′為5 s。如果受試者在第n檔中完成負(fù)荷量的時(shí)間小于遞增負(fù)荷時(shí)間-5 s，那么在P0公式中t0=t總-(n-1)·t；如果受試者在第n檔中完成負(fù)荷的時(shí)間等于遞增負(fù)荷時(shí)間，那么在P0公式中t0=t-5 s，另外的5 s(即t′=5 s)代入Pn+1公式?？傋龉α浚篜總=P1+P2+…+Pn-1+Pn。直到力竭(意志疲勞結(jié)束或跟不上跑臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)速度結(jié)束，測試過程不斷鼓勵(lì)受試者)。本研究根據(jù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的特殊性，確定受試者起始坡度及速度，同時(shí)，在近力竭時(shí)段主要是增加坡度，恒定速度(V≤11.0 km/h)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

2 測試結(jié)果

2.2 不同運(yùn)動(dòng)方式相同遞增負(fù)荷功率至力竭運(yùn)動(dòng)中各級(jí)負(fù)荷階段能量代謝特征

如表3、圖1～圖4所示，自行車和跑臺(tái)測試中，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的逐步遞增，機(jī)體總能輸出量在不斷增加，糖消耗供能量及供能比例也隨負(fù)荷的逐步遞增而不斷增加，直至力竭；而脂肪消耗供能量及供能比例則隨著負(fù)荷的遞增，其先是逐漸增大，而后不斷減少，直至為零。

然而，在相同負(fù)荷等級(jí)中，跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的底物消耗及能量代謝指標(biāo)測試值均高于自行車運(yùn)動(dòng)，具有明顯的差異。經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種運(yùn)動(dòng)方式的總能輸出在(除200 W外)各級(jí)負(fù)荷階段均具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.001)；糖消耗量及供能在200 W及力竭負(fù)荷時(shí)，有顯著性差異(P<0.001)；脂肪消耗量及供能除了力竭負(fù)荷時(shí)未見統(tǒng)計(jì)學(xué)差異外，其他負(fù)荷階段具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；糖供能比例和脂肪供能比例除了在50 W和力竭負(fù)荷時(shí)未見統(tǒng)計(jì)學(xué)差異外，在其他負(fù)荷階段均具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。值得注意的，是不同運(yùn)動(dòng)方式的各級(jí)負(fù)荷階段糖的消耗供能量不具有顯著的差異(除200 W及力竭負(fù)荷階段外)，而在力竭運(yùn)動(dòng)中整體均值統(tǒng)計(jì)時(shí)(表2)，糖消耗量具有顯著性差異(P<0.05)。

圖 1 本研究不同運(yùn)動(dòng)形式相同遞增負(fù)荷至力竭運(yùn)動(dòng)中CHO消耗趨勢圖Figure 1. Schematic Diagram of CHO Consumption Trend in Different Forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustionb

圖 2 本研究不同運(yùn)動(dòng)形式相同遞增負(fù)荷至力竭運(yùn)動(dòng)中FAT消耗趨勢圖Figure 2. Schematic Diagram of FAT Consumption Trend in Different Forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustionb

圖 3 本研究不同運(yùn)動(dòng)形式相同遞增負(fù)荷至力竭運(yùn)動(dòng)中CHO供能百分比趨勢圖Figure 3. Schematic Diagram of CHO Energy Supply Percentage Trend in Different forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustion

圖 4 本研究不同運(yùn)動(dòng)形式相同遞增負(fù)荷至力竭運(yùn)動(dòng)中FAT供能百分比趨勢圖Figure 4. Schematic Diagram of FAT Energy Supply Percentage Trend in Different forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustion

2.3 不同運(yùn)動(dòng)方式至力竭運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間、脂肪峰值及供能比例特征

結(jié)合表5可知，利用跑臺(tái)和自行車進(jìn)行相同遞增負(fù)荷的力竭運(yùn)動(dòng)中，其力竭負(fù)荷強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間、脂肪供能持續(xù)時(shí)間及參與供能的時(shí)間比例、脂肪消耗量峰值(每名受試者在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)的脂肪消耗最大值)以及運(yùn)動(dòng)結(jié)束后3 min的血乳酸值有明顯不同。跑臺(tái)的力竭負(fù)荷值大于自行車運(yùn)動(dòng)，相差約為58 W；運(yùn)動(dòng)總時(shí)間及脂肪供能時(shí)間長于自行車運(yùn)動(dòng)時(shí)間，差值分別約為199 s和149 s，而脂肪消耗峰值的時(shí)間比自行車運(yùn)動(dòng)晚41 s，脂肪消耗量峰值明顯高于自行車，相差約3.24 mg/min/kg；運(yùn)動(dòng)后3 min血乳酸差值高于自行車，相差約為1.98 mmol/L。配對樣本t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，力竭負(fù)荷、運(yùn)動(dòng)總時(shí)間、脂肪消耗峰值、血乳酸差值具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。

VO2max(L/min)相 VO2(ml/min/kg)呼吸商糖消耗mg/min/kg脂肪消耗mg/min/kg總能輸出量cal/min/kg心率(HR)(次/min)VO2max負(fù)荷(W)自行車2．77±0．44??23．4±11．1???0．92±0．1218．7±14．7???2．09±2．04???93．9±45．7???130±32???169．44±27．32??跑 臺(tái)3．09±0．3534．15±11．30．91±0．1226．8±17．33．22±3．27136．43±47．07158±11219．44±37．03

注：自行車和跑臺(tái)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，* 表示P<0.05，** 表示P<0.01，*** 表示P<0.001。

表 3 本研究不同運(yùn)動(dòng)形式相同遞增負(fù)荷至力竭中不同負(fù)荷等級(jí)的能量代謝及底物消耗一覽表
Table 3 List of Different Levels Energy Metabolism and Substrate Consumption in Different Forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustion (n=11)

負(fù)荷(W)糖供能(cal/min/kg)脂肪供能(cal/min/kg)脂肪供能比例總能(cal/min/kg)呼吸 VO2(ml/min/kg)心率(次/min)自行車2518．09±10．26?26．27±10．5???###0．59±0．21???44．36±7．53???0．82±0．05???11．36±1．91???96±107???5018．37±11．6142．93±11．3???0．71±0．1661．30±10．46???0．79±0．0415．83±2．67???107±10???7549．17±20．5734．4±16．05???###0．42±0．21??83．63±11．34???0．86±0．05???21．1±2．72???123±12???10090．86±23．3814．5±15．8???###0．15±0．17???105．3±14．72???0．94±0．05??26．21±3．51???141±13???125124．18±20．833．06±7．49???###0．03±0．07???127．24±17．04???1．01±0．05???31．41±4．15???144±37???150145．72±14．841．07±5．43???###0．01±0．05???146．80±11．06???1．07±0．07??36．26±2．72???170±8???

續(xù)表 3

注：“*、**、***”表示自行車和跑臺(tái)在相同負(fù)荷時(shí)的t檢驗(yàn)結(jié)果為P<0.05、0.01、0.001；“#、##、###”表示自行車和跑臺(tái)在脂肪消耗最大值時(shí)的單因素方差檢驗(yàn)結(jié)果為P<0.05、0.01、0.001；“△△△”表示自行車運(yùn)動(dòng)和跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的脂肪消耗最大值的t檢驗(yàn)結(jié)果P<0.001。

表 4 本研究自行車運(yùn)動(dòng)和跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)脂肪消耗及供能比例環(huán)比下降趨勢一覽表
Table 4 List of the Decline Trend of Fat Consumption and Energy Supply in Cycling and Treadmill Exercise (n=11)

各負(fù)荷階段50W75W100W125W150W175W200W225W250W均值自行車消耗量4．773．81．610．340．1200——環(huán)比下降率(%)-20．34-57．63-78．88-64．71-100．0-64．31?供能比例0．710．420．150．030．0100——環(huán)比下降率(%)-40．85-64．29-80．00-66．67-100．0-70．36?跑 臺(tái)消耗量—6．514．362．471．550．850．870．410．18環(huán)比下降率(%)-33．03-43．35-37．25-45．162．35-52．87-56．10-37．51供能比例0．750．60．320．150．080．040．040．020．01環(huán)比下降率(%)-20．00-46．67-53．13-46．67-50．00-0．00-50．00-50．00-39．56

注：環(huán)比下降率=(本次負(fù)荷階段的脂肪消耗值-上一個(gè)負(fù)荷階段的脂肪消耗值)/上一個(gè)負(fù)荷階段的脂肪消耗值×100%，“*”表示跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)和自行車運(yùn)動(dòng)脂肪消耗量環(huán)比下降率及脂肪供能比例環(huán)比下降率的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果P<0.05。

表 5 本研究跑臺(tái)和自行車運(yùn)動(dòng)至力竭過程中力竭負(fù)荷、底物消耗最大值及時(shí)間情況一覽表Table 5 List of Exhaustive Load,Substrate Consumption Maximum Value and Time in Cycling and Treadmill Exercise to Exhaustion

注：“*、**、***”表示檢驗(yàn)結(jié)果P<0.05、0.01 、0.001；脂肪消耗量峰值指每名受試者在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)的脂肪消耗最大值。

3 分析與討論

無論采用跑臺(tái)還是自行車進(jìn)行各種遞增負(fù)荷的力竭運(yùn)動(dòng)測試中，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度或需要完成功率的逐漸增加，機(jī)體攝氧量及總能量消耗也逐漸增加；供能物質(zhì)參與供能的比例也發(fā)生變化，糖參與供能比例逐漸增加，脂肪參與供能比例逐漸減少。

值得注意的，是跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的血乳酸差值及呼吸商明顯高于自行車運(yùn)動(dòng)(P<0.05)，這與以往的研究結(jié)論不一致[7,11]。這可能與糖消耗供能形式及供能比例，與脂肪供能的比例有很大的關(guān)系，從力竭運(yùn)動(dòng)整個(gè)過程看，自行車運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間以及完成負(fù)荷的大小明顯的短于(小于)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)負(fù)荷方案(遞增負(fù)荷)的設(shè)定，時(shí)間越長，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷功率及運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大；在高強(qiáng)度(極限強(qiáng)度或亞極限強(qiáng)度)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)體主要是依靠糖酵解供能。因此，跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的血乳酸值及呼吸商可能會(huì)比自行車運(yùn)動(dòng)要高，這也可能是糖消耗及供能量在力竭運(yùn)動(dòng)過程中整體均值具有顯著差異的重要影響因素。

4 結(jié)論

無論是跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)還是自行車運(yùn)動(dòng)，在相同的遞增負(fù)荷至力竭運(yùn)動(dòng)中，機(jī)體能量代謝及底物消耗都會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的遞增而不斷增加(總能輸出、糖消耗)或減少(脂肪消耗)，這種能量代謝特征與運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的遞增及身體對能量輸出需求是相符的。但在不同運(yùn)動(dòng)方式相同遞增負(fù)荷功率至力竭運(yùn)動(dòng)中，跑臺(tái)和自行車運(yùn)動(dòng)對機(jī)體的能量代謝及底物消耗存在一定的差異：1)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)總能量輸出、運(yùn)動(dòng)總時(shí)間及完成最終負(fù)荷功率明顯高于自行車運(yùn)動(dòng)，在整個(gè)力竭運(yùn)動(dòng)過程中糖消耗及供能均值明顯高于自行車運(yùn)動(dòng)；而在各級(jí)負(fù)荷階段的糖消耗量及供能水平幾乎一致。2)自行車運(yùn)動(dòng)的最大脂肪消耗出現(xiàn)在較低負(fù)荷時(shí)，出現(xiàn)時(shí)間也早于跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，脂肪消耗總量和脂肪供能時(shí)間均低于跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)；隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的遞增，跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)中脂肪消耗供能下降水平及下降幅度比自行車運(yùn)動(dòng)更加緩和，具有持續(xù)、較強(qiáng)的脂肪消耗能力。提示，相比而言，中、低強(qiáng)度的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)能消耗更多的脂肪，更有利于運(yùn)動(dòng)健身及減脂。3)相同受試者采用不同運(yùn)動(dòng)方式健身時(shí)，其健身負(fù)荷強(qiáng)度具有一定的差異。

[1]梁蕾,朱一力,張玉青，等.女性兒童少年做功量與最大吸氧量及相關(guān)指標(biāo)關(guān)系的研究[J].首都體育學(xué)院學(xué)報(bào)，1996,8(1):30-33.

[2]彭遠(yuǎn)開，徐國林，劉鋼，等.上、下肢運(yùn)動(dòng)條件下心率與能量代謝率線性回歸的觀察[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程,1998,11(5):357-360.

[3]宋偉,胡柏平.最大脂肪代謝強(qiáng)度在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中應(yīng)用的研究進(jìn)展述評[J].體育學(xué)刊,2010,17(5):104-107.

[4]吳景程.不同遞增負(fù)荷方式、運(yùn)動(dòng)能力、評價(jià)時(shí)間對心率及RPE效度影響之研究[D].重慶：西南大學(xué)，2012.

[5]易東平,彭莉,吳景程，等.不同安靜代謝率男子在力竭運(yùn)動(dòng)中能量代謝特征的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國體育科技，2011,47(3)：84-88.

[6]張伯強(qiáng),嚴(yán)波濤,高新友，等.不同形式最大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)過程中氣體代謝、能量代謝及機(jī)械效率關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[J].西安體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，23(1)：58-63.

[7]張勇,王恬.不同強(qiáng)度騎車和跑步的能量消耗與底物代謝特征研究[J].中國體育科技，2009，45(1)：111-114.

[8]張?zhí)N昆,丁樹哲.運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006：128-133.

[9]ASTORINO T A.Is the ventilatory threshold coincident with maximal fat oxidation during sub-maximal exercise in women[J].J Sport Med Phys Fit,2000,40 (3):209-216.

[10]JONES N L，HEIGENHAUSER G J，Kuskis A，etal.Fat metabolism in heavy exercise[J].Clin Sci Lond，1980，59：469-478.

[11]KNECHTLE B,MULLER G,WILLMANN F,etal.Fat oxidation in men and women endurance athletes in running and cycling[J].Int J Sports Med,2004,25(1):38-44.

[12]MELINDA M，JANTCE T.Sport nutrition for health and performance[J].Human Kinetics，2000，61：28-32.

[13]PERONNET F，MASSICTTE D.Table of nonprotein respiratory quotient：An update[J].Can J Spots Sci，1991，16(1)：23-29.

[14]ROMIJN J A,COYLE E F,SIDOSSIS L S,etal.Substrate metabolism during different exercise intensities in endurance trained women[J].J Appl Physiol,2000,88(5):1707-1714.

[15]SIDOSSTS L S，GASTALDELLI A，KLEIN S，etal.Regulation of plasma fatty acid oxidation during low-andhigh-intensity exercise[J].J Appl Physiol，1998，78：43-49.

[16]STEPHEN C G,VERONICA J S,DEVONNA A.The effect of mode of exercise on fat oxidation during exercise[J].J Strength Condition Res,1999,13(1):29-34.

Experimental Research on Energy and Substrate Expenditure Characteristics of Female College Students in Different Forms of Sports

YI Dong-ping1,PENG Li2,HE Zhi-jin1,CHEN Yi1

exhaustiveexercise;incrementalloadpower;formsofexercise;energymetabolism;experimentalresearch

2014-10-24；

2015-06-08

易東平(1981-)，男，重慶萬州人，助教，碩士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)監(jiān)測與評價(jià)及體質(zhì)測評，Tel：(023)58102313(辦公室)，E-mail：wzyidongping@163.com；彭莉(1971-)，女，重慶合川人，教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)疲勞與康復(fù)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測與評價(jià)，E-mail：plmzs@swu.edu.cn；何志金(1981-)，男，四川德陽人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)轶w育統(tǒng)計(jì)及體育教育訓(xùn)練學(xué)，E-mail：271648204@qq.com；陳億(1979-)，男，土家族，重慶酉陽人，講師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)，E-mail：4488799@qq.com。

1.重慶三峽學(xué)院 體育與健康學(xué)院，重慶 萬州 404100；2.西南大學(xué) 體育學(xué)院，重慶 400715 1.Chongqing Three Gorges College,Chongqing 404100 China；2.Southwest University,Chongqing 400715，China.

1002-9826(2015)04-0063-06

10.16470/j.csst.201504009

G804.49

A