16周有氧健身操運(yùn)動干預(yù)對超重女大學(xué)生脂肪氧化動力學(xué)影響研究

陳樂琴

（山西師范大學(xué)體育學(xué)院，山西臨汾041000）

以不合理飲食和體力活動不足為基礎(chǔ)的不良生活方式，已經(jīng)成為影響人們身體健康的最大因素。與此相關(guān)的肥胖會引發(fā)一系列的代謝性疾病，并且肥胖指數(shù)與代謝綜合征的患病率有著直接的正比關(guān)系［1］。因此如何提高人們的體力活動以達(dá)到減肥的效果，如何更多地動員運(yùn)動中的脂肪供能、脂肪消耗率等相關(guān)問題，已經(jīng)成為備受體育界專家關(guān)注的問題。有研究表明，運(yùn)動強(qiáng)度與脂肪供能關(guān)系較為密切，隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增加，機(jī)體的脂肪氧化率呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，這種能夠使脂肪氧化率達(dá)到最大峰值的運(yùn)動強(qiáng)度被稱為最大脂肪氧化強(qiáng)度（FATmax）［2］。以該強(qiáng)度作為運(yùn)動的靶強(qiáng)度，可以最大程度地動員脂肪氧化供能，對運(yùn)動減肥機(jī)理的闡釋具有重要意義。有氧運(yùn)動是國際上公認(rèn)的減少體內(nèi)脂肪堆積的有效手段，對于不同人群采取不同的有氧運(yùn)動方式可以激發(fā)人們積極參與運(yùn)動減肥。對于年輕女性來說，有氧健身操動作簡單、背景音樂充滿活力，是年輕女性減脂健身的好方法。查找相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)有氧健身操對女性脂肪氧化動力學(xué)的研究國內(nèi)外鮮有報道，因此本研究主要通過16周的有氧健身操運(yùn)動干預(yù)，對比分析有氧健身操運(yùn)動人群干預(yù)前后最大脂肪氧化率以及最大脂肪氧化強(qiáng)度的變化，探討長期有氧健身操運(yùn)動可否增強(qiáng)機(jī)體脂肪動員和氧化利用能力，是否可以提高最大脂肪氧化強(qiáng)度，為有氧健身操運(yùn)動促進(jìn)脂肪代謝、達(dá)到減肥效果提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)對象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

選取46名自愿參與實(shí)驗(yàn)的超重（BMI≥23.9）女大學(xué)生，要求無心血管疾病、心臟病、代謝性疾病和運(yùn)動禁忌癥。將受試者隨機(jī)分為有氧健身操組和對照組（除基本體育課程外，不參加任何課余運(yùn)動），每組23人。向受試者介紹實(shí)驗(yàn)過程及相關(guān)注意事項，征得其同意并填寫知情同意書。遞增負(fù)荷運(yùn)動測試前48h不得參加劇烈運(yùn)動、不喝咖啡，保證正常飲食，未服任何治療藥物。受試者情況見表1。

表1 受試者基本情況（±S）

表1 受試者基本情況（±S）

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1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 運(yùn)動干預(yù)方案 運(yùn)動方式：有氧健身操。運(yùn)動強(qiáng)度和時間：運(yùn)動強(qiáng)度為60%～70%最大心率（HRmax）；運(yùn)動過程中采用Polor心率表來監(jiān)測運(yùn)動過程中的負(fù)荷；每次運(yùn)動均在下午16：00～17：00進(jìn)行，且運(yùn)動時間為1 h，包含熱身部分10 min、基本部分40 min和放松部分10 min。運(yùn)動頻度：3次/周。有氧健身操組按以上運(yùn)動方案進(jìn)行16周鍛煉。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)測試 身體成分測試：使用身體成分分析儀（body-pass）進(jìn)行身體脂肪量、脂肪百分比、去脂軟體重及BMI測試。脂肪消耗率、脂肪氧化率及最大脂肪氧化強(qiáng)度的測試與計算：（1）實(shí)驗(yàn)儀器：K4b2心肺機(jī)能測試儀（意大利科時邁公司）、功率自行車Custo-Med 3000型（德國）。（2）遞增負(fù)荷運(yùn)動實(shí)驗(yàn)方案：見表2。逐級遞增負(fù)荷運(yùn)動試驗(yàn)終止的標(biāo)準(zhǔn)：

血壓異常：≥200/110 mmHg或者舒張壓下降20 mmHg以上；心率達(dá)到預(yù)計最大心率；受試者提出停止測試；受試者主觀感受（RPE）≥17；不能維持所要求的速度10 s。出現(xiàn)上述某一終止標(biāo)準(zhǔn)時，立即停止測試。安靜血壓和心率為坐在功率自行車上靜坐1 min的測試值。（2）脂肪消耗率、脂肪氧化率及最大脂肪氧化強(qiáng)度的測定方法：干預(yù)前和干預(yù)16周結(jié)束后，所有受試者均采用功率Custo-Med 3000型自行車，以60 rpm/min進(jìn)行逐級遞增負(fù)荷運(yùn)動測試。逐級遞增負(fù)荷運(yùn)動過程中采用K4b2運(yùn)動心肺機(jī)能測試儀對受試者的攝氧量（VO2）、脂肪供能（FATkc）、脂肪消耗率（FAT%）等指標(biāo)進(jìn)行測試。FATmax判定方法：受試者在運(yùn)動過程氧氣攝入量和二氧化碳輸出量的差值最大時為FATmax（一般在呼吸商0.80～0.85之間）。脂肪氧化率的計算：采用每級負(fù)荷后30 s氣體代謝數(shù)據(jù)計算脂肪氧化率，脂肪氧化率 ＝1.6946*VO2（L/min）－1.7012*VCO2（L/min）［3］。

表2 遞增負(fù)荷運(yùn)動方案

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)均采用SPSS 17.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行分析，結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（X±SD）表示。干預(yù)前、后對比采用配對樣本t檢驗(yàn)，組間差異采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。P＜0.05表示存在顯著性差異，P＜0.01表示存在非常顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 干預(yù)前、后身體成分及VO2max變化結(jié)果比較

由表3可知，有氧健身操組干預(yù)后與干預(yù)前比較，體重、BMI明顯下降，且存在顯著性差異（P＜0.05）；脂肪含量和體脂百分比下降非常明顯（P＜0.01）。干預(yù)后，有氧健身操組與對照組比較，BMI、最大攝氧量的絕對值存在顯著性差異（P＜0.05）；有氧健身操組體重、脂肪含量、體脂百分比、最大攝氧量的相對值均與對照組存在非常顯著性差異（P＜0.01）。

2.2 干預(yù)后逐級遞增負(fù)荷狀態(tài)下脂肪消耗率變化結(jié)果

由表4可看出，16周有氧健身操干預(yù)后，安靜狀態(tài)下以及負(fù)荷為25 W、50 W、75 W、100 W時，有氧健身操組女生脂肪消耗率（FAT%）明顯升高，與干預(yù)前比較有非常顯著性差異（P＜0.01）。干預(yù)前，安靜狀態(tài)以及遞增負(fù)荷運(yùn)動中有氧健身操組女生脂肪消耗率（FAT%）與對照組女生比較均沒有顯著性差異（P＞0.05）。干預(yù)后，安靜狀態(tài)下有氧健身操組女生脂肪消耗率（FAT%）明顯升高，且和對照組女生比較存在顯著性差異（P＜0.05）。在逐級遞增負(fù)荷運(yùn)動中，負(fù)荷為25 W、50 W、70 W、100 W時，有氧健身操組脂肪消耗率（FAT%）均高于對照組，且存在非常顯著性差異（P＜0.01）。

表3 運(yùn)動干預(yù)前后受試者身體成分及VO2max變化（±S）

表3 運(yùn)動干預(yù)前后受試者身體成分及VO2max變化（±S）

注：實(shí)驗(yàn)后與實(shí)驗(yàn)前比較，＃表示存在顯著性差異，P＜0.05；＃＃表示存在非常顯著性差異，P＜0.01。有氧健身操組與對照組比較，*表示存在顯著性差異，P＜0.05；**表示存在非常顯著性差異，P＜0.01

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表4 脂肪消耗率情況（±S）

表4 脂肪消耗率情況（±S）

注：干預(yù)后與干預(yù)前比較，＃表示存在顯著性差異，P＜0.05；＃＃表示存在非常顯著性差異，P＜0.01。有氧健身操組與對照組比較，*表示存在顯著性差異，P＜0.05；**表示存在非常顯著性差異，P＜0.01；表5、表6同此

安靜狀態(tài) 74.46±25.18 94.67±13.61＃＃ 68.25±23.57 81.00±19.44*25W 73.26±26.49 96.70±7.24＃＃ 71.31±28.86 74.42±27.21**50W 52.09±29.10 85.81±14.01＃＃ 40.05±25.49 54.63±25.60**75W 24.06±27.28 59.52±20.51＃＃ 11.97±18.16 26.57±23.37**100W 10.18±18.44 39.11±24.91＃＃ 4.74±9.27 9.75±17.34**

2.3 干預(yù)后逐級遞增負(fù)荷狀態(tài)下脂肪氧化率變化結(jié)果

脂肪氧化率是指單位時間內(nèi)脂肪氧化的速率，本研究中的脂肪氧化率采取Péronnet F（1991）提出的計算公式進(jìn)行計算。采用每級負(fù)荷后30 s氣體代謝數(shù)據(jù)計算脂肪氧化率，脂肪氧化率＝1.6946*VO2（L/min）－1.7012*VCO2（L/min）［3］。從表 5可以看出，有氧健身操組干預(yù)前后在逐級遞增負(fù)荷狀態(tài)下隨著負(fù)荷的增加脂肪氧化率開始增加，到50W時達(dá)到最大值，然后隨著負(fù)荷的增加出現(xiàn)下降。經(jīng)過16周的有氧健身操干預(yù)，在不同負(fù)荷狀態(tài)下有氧健身操組人群脂肪氧化率明顯高于干預(yù)前，且具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）。

表5 脂肪氧化率情況（±S）

表5 脂肪氧化率情況（±S）

有氧健身操組/%對照組/%負(fù)荷干預(yù)前 干預(yù)后安靜狀態(tài)干預(yù)前 干預(yù)后0.17±0.09 0.21±0.08 0.15±0.86 0.17±0.78 25W 0.33±0.12 0.5±0.15＃＃ 0.26±0.13 0.31±0.15**50W 0.35±0.17 0.54±0.17＃＃ 0.25±0.13 0.18±0.21*75W 0.17±0.3 0.48±0.19＃＃ 0.07±0.17 0.15±0.18**100W －0.06±0.33 0.37±0.25＃＃ －0.08±0.32 －0.01±0.23**

2.4 干預(yù)后逐級遞增負(fù)荷狀態(tài)下最大脂肪氧化強(qiáng)度變化結(jié)果

將實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行計算，統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)干預(yù)后有氧健身操組女生FATmax、最大脂肪氧化率以及其對應(yīng)的攝氧量與干預(yù)前比較存在非常顯著性差異（P＜0.01）。干預(yù)16周后，有氧健身操組女生FAT-max與對照組比較存在顯著性差異（P＜0.05），最大脂肪氧化率及其對應(yīng)的攝氧量與對照組比較存在非常顯著性差異（P＜0.01），見表6。

表6 干預(yù)前、后最大脂肪氧化率和最大脂肪氧化強(qiáng)度（FATm ax）情況（±S）

表6 干預(yù)前、后最大脂肪氧化率和最大脂肪氧化強(qiáng)度（FATm ax）情況（±S）

有氧健身操組 對照組干預(yù)前 干預(yù)后最大脂肪氧化率/（g/min）0.45±0.12 0.71±0.18＃＃ 0.39±0.11 0.45±0.12干預(yù)前 干預(yù)后**脂肪氧化率最大時的VO2/（L/min） 0.94±0.18 1.22±0.23＃＃ 0.98±0.17 0.99±0.18**FATmax/（%VO2max） 50.58±10.21 60.21±8.90＃＃ 54.50±9.16 53.94±9.27*

3 討論

3.1 有氧健身操運(yùn)動干預(yù)對脂肪消耗率及脂肪氧化率的影響

脂肪消耗率（%）、脂肪供能和脂肪氧化率（g/min）一直被認(rèn)為是分析和評價脂肪氧化利用程度的常用指標(biāo)。機(jī)體脂肪供能量占總耗能量的比例稱為脂肪供能消耗率，也稱為供能比例。脂肪供能消耗率會隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增加逐漸下降。脂肪氧化率是指單位時間內(nèi)脂肪氧化的速率。機(jī)體脂肪氧化率會隨著運(yùn)動強(qiáng)度的變化而出現(xiàn)相應(yīng)的改變，在中低強(qiáng)度（30%～65%VO2max）范圍運(yùn)動，隨著運(yùn)動強(qiáng)度的逐漸增加，機(jī)體耗氧量增加的同時總能量需求也會逐漸增加，而此時脂肪消耗率卻逐漸減少，但脂肪氧化率仍然逐漸升高［4－5］。在運(yùn)動過程中，底物代謝主要取決于運(yùn)動強(qiáng)度，因此脂肪氧化率隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增加首先增加，然后下降，而碳水化合物的氧化速率隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增加而增加，被稱為運(yùn)動過程中的“底物交叉概念”［6］。

本研究發(fā)現(xiàn)在逐級遞增負(fù)荷試驗(yàn)過程中，超重女生干預(yù)前后脂肪消耗率（FAT%）隨著運(yùn)動負(fù)荷的增加而下降；從安靜狀態(tài)到25 W負(fù)荷時，脂肪消耗率（FAT%）呈平緩下降趨勢，隨著負(fù)荷強(qiáng)度的增加（從25W到100W），脂肪消耗率呈迅速下降趨勢。經(jīng)過16周有氧健身操干預(yù)后，超重女生脂肪消耗率和脂肪氧化率在安靜狀態(tài)下及逐級遞增負(fù)荷狀態(tài)下均明顯高于干預(yù)前；遞增負(fù)荷運(yùn)動中，脂肪氧化率呈現(xiàn)“倒U”型特點(diǎn)，先隨運(yùn)動強(qiáng)度的增加而增加，到達(dá)最大值后，又隨運(yùn)動強(qiáng)度的增加而逐漸降低。與本研究相關(guān)的一些研究，表明長期的有氧運(yùn)動能夠增加機(jī)體基礎(chǔ)狀態(tài)以及運(yùn)動過程中的脂肪分解能力［7］。張勇等在其研究中發(fā)現(xiàn)，相同運(yùn)動強(qiáng)度時訓(xùn)練者的脂肪氧化供能情況高于無訓(xùn)練者［8］。骨骼肌是調(diào)節(jié)能量消耗的重要組成部分，不僅因?yàn)槠淠軌蚴褂闷咸烟呛椭舅嶙鳛槟芰縼碓?，而且因?yàn)檫@種組織是成年人體重的40%～50%［9］。有幾種蛋白質(zhì)在骨骼肌細(xì)胞中表達(dá)并影響其將更多的脂肪“燃燒”成能量的能力。Sahlin等人通過離體實(shí)驗(yàn)研究表明［10］，骨骼肌的性質(zhì)也決定了肌肉組織更好地氧化脂肪酸的能力，脂肪酸氧化會隨著慢?。↖型）纖維百分比的改變而改變。另外，運(yùn)動過程中脂肪酸氧化的分子控制也是研究的重點(diǎn)。已有研究證實(shí)脂肪酸氧化相關(guān)蛋白質(zhì)對脂肪酸氧化控制的作用，結(jié)果表明FAT/CD36的表達(dá)影響了脂肪酸氧化在線粒體中的氧化。報告顯示，在慢肌纖維線粒體中CD36的水平含量較高，因此慢肌纖維脂肪酸氧化能力比快肌纖維高。CD36在63%最大攝氧量的有氧運(yùn)動120 min后也會增加，解釋了這種蛋白質(zhì)在運(yùn)動過程中平衡能源的重要性［11］。

運(yùn)動期間從脂肪組織分解到骨骼肌中的線粒體代謝，脂肪酸的氧化受到多種調(diào)節(jié)步驟的影響。從中等強(qiáng)度到高強(qiáng)度運(yùn)動，脂肪酸氧化就會受到限制。一種可能性是來自β－氧化途徑中產(chǎn)生中間產(chǎn)物抑制了脂肪酸氧化，但是對于這方面的研究較少，這種可能性還沒被證實(shí)。調(diào)節(jié)脂肪酸氧化最大的調(diào)節(jié)劑是肉毒堿，而肉毒堿是CPT-1調(diào)節(jié)中必不可少的載體。在高強(qiáng)度運(yùn)動中，糖酵解快速供能為線粒體提供了過量的乙酰輔酶A，其與游離的肉堿緩沖形成乙酰肉堿，而游離肉堿濃度的下降可能降低CPT-1活性，從而降低脂肪酸進(jìn)入線粒體進(jìn)行β－氧化的能力，因此也可能降低脂肪酸的氧化速率。這樣，糖原快速分解和糖酵解被認(rèn)為是抑制脂肪酸氧化重要的影響因素。長期有氧耐力訓(xùn)練提高脂肪分解和氧化供能能力的相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制可能有以下幾個方面：首先運(yùn)動訓(xùn)練導(dǎo)致毛細(xì)血管密度的增加；二是運(yùn)動提高脂質(zhì)結(jié)合蛋白和參與脂肪酸氧化的一些酶的活性；三是脂肪分解相關(guān)酶如ATGL和HSL也在運(yùn)動后生成增加后增加，表明骨骼肌組織使用儲存脂肪作為能量的能力增加；四是有氧運(yùn)動能夠?qū)е履I上腺素受體敏感度增強(qiáng)，ANP活性增強(qiáng)，機(jī)體皮下脂肪組織血流改善、脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)能力增強(qiáng)、氧化酶活性增強(qiáng)、機(jī)體乳酸積累減少從而增強(qiáng)機(jī)體脂肪分解能力［12－13］；五是認(rèn)為長期鍛煉導(dǎo)致的機(jī)體脂肪分解能力增強(qiáng)與心鈉素及皮下脂肪組織血流改善有密切關(guān)系［14］。

3.2 有氧健身操運(yùn)動干預(yù)對最大脂肪氧化強(qiáng)度的影響

在運(yùn)動強(qiáng)度由低到高逐漸增加過程中脂肪氧化率必然會存在一個最高值，學(xué)界把促使機(jī)體出現(xiàn)脂肪氧化利用最大化的這個運(yùn)動強(qiáng)度稱為最大脂肪氧化運(yùn)動強(qiáng)度（FATmax）［15－17］，在科學(xué)運(yùn)動實(shí)踐中具有重要的應(yīng)用價值。最大脂肪氧化強(qiáng)度測定指的是通過氣體代謝分析間接推算遞增運(yùn)動中脂肪氧化率的變化，描記脂肪氧化率與遞增運(yùn)動強(qiáng)度之間的變化曲線，進(jìn)而獲得最大脂肪氧化率相應(yīng)的運(yùn)動強(qiáng)度，即最大脂肪氧化強(qiáng)度；最大脂肪氧化強(qiáng)度主要采用最大攝氧量百分?jǐn)?shù)。目前國際范圍內(nèi)最大脂肪氧化率和最大脂肪氧化強(qiáng)度判定方法已經(jīng)基本確定，因此持續(xù)性的遞增負(fù)荷運(yùn)動是準(zhǔn)確測量最大脂肪氧化的有效方法。

多年研究已經(jīng)證實(shí)，經(jīng)過耐力訓(xùn)練的人在中、低等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動過程中，肌肉組織都能較快且更多地利用脂肪來氧化供能，只是利用的途徑可能會因?yàn)檫\(yùn)動方式和運(yùn)動強(qiáng)度的不同而有所差異。張勇等研究發(fā)現(xiàn)無訓(xùn)練者在48.21%～65.41%VO2max強(qiáng)度范圍內(nèi)脂肪氧化率即可達(dá)到最大脂肪氧化率的95%以上，訓(xùn)練者在57.14%～69.86%VO2max強(qiáng)度范圍內(nèi)脂肪氧化率即可達(dá)到最大脂肪氧化率的95%以上［5］。近來研究表明，最大脂肪氧化強(qiáng)度FATmax可以作為運(yùn)動減肥的有效強(qiáng)度，在該強(qiáng)度下進(jìn)行運(yùn)動可以最大化地氧化分解脂肪，達(dá)到減脂的效果［18］。趙婉婷等人研究表明［19］，經(jīng)12周以 FAT-max為強(qiáng)度的運(yùn)動處方的干預(yù)，肥胖老年人體質(zhì)和心血管機(jī)能有了較為顯著的改善。Sijie Tan等人研究表明［20］，F(xiàn)ATmax訓(xùn)練可以減輕肥胖男孩的體重、體重指數(shù)、身體脂肪含量和腹部脂肪，并且其心血管適應(yīng)性和身體柔韌性也都得到了改善。

本研究中，有氧健身操組的脂肪氧化率較干預(yù)前增加了0.15 g/min，脂肪氧化強(qiáng)度從56.92%增加到了63.04%。16周有氧健身操干預(yù)導(dǎo)致機(jī)體心肺耐力提高，而心肺耐力的提高是促進(jìn)脂肪氧化的重要影響因素。Ilaria Croci等［21］選取了不同心肺耐力等級的受試者進(jìn)行逐級遞增負(fù)荷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)較高的心肺耐力組具有更高的脂肪氧化率（MFO）和最大脂肪氧化強(qiáng)度（FATmax）。Haufe等人［22］、Venables等人［23］通過研究女性與男性在運(yùn)動過程中不同心肺耐力人群脂肪氧化動力學(xué)現(xiàn)象，表明運(yùn)動中心肺耐力和MFO之間存在正相關(guān)關(guān)系，而他們身體脂肪百分比與MFO之間的關(guān)系卻是相互矛盾的。因此，本研究發(fā)現(xiàn)受試者經(jīng)過16周有氧健身操干預(yù)后，機(jī)體最大攝氧量增加，心肺耐力提高；而心肺耐力的提高可以增大脂肪氧化率、最大脂肪氧化率。最大脂肪氧化率提高后，其對應(yīng)的最大脂肪氧化強(qiáng)度也會相應(yīng)增加。長期的運(yùn)動鍛煉增加了機(jī)體的最大脂肪氧化強(qiáng)度（FATmax），提示我們在科學(xué)減肥時，應(yīng)在制定運(yùn)動處方前進(jìn)行最大脂肪氧化強(qiáng)度（FATmax）測定，根據(jù)FATmax制定運(yùn)動強(qiáng)度，在運(yùn)動干預(yù)中也要測定FATmax，以進(jìn)行干預(yù)強(qiáng)度的調(diào)整，更好地達(dá)到減脂健身的效果。

4 結(jié)論

長期進(jìn)行有氧健身操運(yùn)動，能夠有效提高機(jī)體脂肪消耗率和脂肪氧化率，從而使機(jī)體的最大脂肪氧化強(qiáng)度提高。因此，在制定運(yùn)動處方時，應(yīng)先對其進(jìn)行最大脂肪氧化強(qiáng)度的測試，根據(jù)最大脂肪氧化強(qiáng)度制定最適宜的運(yùn)動強(qiáng)度，使脂肪氧化率達(dá)到最大值，實(shí)現(xiàn)鍛煉效果最大化。