科學(xué)家摸到人類耐力“天花板”

一項(xiàng)新研究首次量化了長跑和自行車等耐力運(yùn)動不可逾越的“上限”，同時發(fā)現(xiàn)，懷孕的代謝量與一場超級馬拉松相似。

馬拉松運(yùn)動員似乎有使不完的勁，然而事實(shí)證明他們最大的障礙恰恰是自己的身體。新研究首次量化了長跑和自行車等耐力運(yùn)動不可逾越的“上限”，同時發(fā)現(xiàn)，懷孕的代謝量與一場超級馬拉松相似。

長期以來，生理學(xué)家和運(yùn)動員都對人體自身的極限很感興趣。大量證據(jù)表明，當(dāng)運(yùn)動超過幾個小時后，大多數(shù)人——包括哺乳動物——消耗的能量是其基礎(chǔ)代謝率（BMR）的5倍。杜克大學(xué)進(jìn)化人類學(xué)家Herman Pontzer說，人類如何在更長時間的耐力活動中使用能量則完全是另一個問題。

2015年，當(dāng)印第安納州西拉法耶特市普渡大學(xué)耐力運(yùn)動員、前人類學(xué)家Bryce Carlson組織了一項(xiàng)橫跨美國的比賽時，Pontzer認(rèn)為找到了回答這一問題的機(jī)會。運(yùn)動員被要求在20周的時間里跑完從加利福尼亞洛杉磯市到華盛頓哥倫比亞特區(qū)的一系列馬拉松，共4957公里。

為了找出參與研究的運(yùn)動員燃燒了多少卡路里，Pontzer、Carlson及其同事用無害、不常見的氘和氧-18同位素替換了運(yùn)動員飲用水中正常的氫和氧。通過追蹤這些同位素在尿液、汗液和呼出廢氣中的排出情況，就能計算出運(yùn)動員產(chǎn)生了多少二氧化碳——這一指標(biāo)與他們?nèi)紵硕嗌倏防镏苯酉嚓P(guān)。

Pontzer的團(tuán)隊(duì)測量了6名跑步者——5名男性和1名女性的初始BMR。然后他們收集了比賽過程中的能量消耗數(shù)據(jù)，以便了解運(yùn)動員每天消耗了多少卡路里。研究人員繪制了這些數(shù)據(jù)隨時間變化的圖表，并對其連同之前從其他耐力項(xiàng)目中收集的代謝數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。這些耐力項(xiàng)目包括鐵人三項(xiàng)、160公里超長馬拉松、環(huán)法自行車賽等長距離自行車比賽以及北極探險。

研究人員發(fā)現(xiàn)，無論什么比賽，能量消耗在20天后會迅速穩(wěn)定下來，最終保持在運(yùn)動員BMR值的2.5倍左右。他們指出，到那個時段，人體燃燒卡路里的速度超過了吸收食物并將其轉(zhuǎn)化為能量的速度，這代表了由生物學(xué)決定的人類表現(xiàn)的一個上限。當(dāng)運(yùn)動員達(dá)到這個“天花板”后，身體必須消耗脂肪儲備來獲得能量。研究顯示，即便最優(yōu)秀的耐力賽選手最終也無法突破這一限制。研究人員認(rèn)為，這說明身體在一段時間的高水平能量消耗后會進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。存在耐力運(yùn)動極限的一個原因是身體消化食物和吸收卡路里的能力有限。研究發(fā)現(xiàn)，不論在寒冬里拖拽雪橇或是在夏日參加自行車賽，所有耐力運(yùn)動都符合這個規(guī)律。Pontzer說：“我們最終找到了人類耐力的極限，人類所能做到的極限。”

在第二項(xiàng)發(fā)現(xiàn)中，作者報告說，人類懷孕——其能量消耗已在早期研究中得到測量——需要的能量水平與一項(xiàng)長時間運(yùn)動耐力項(xiàng)目差不多。這一過程也面臨同樣的代謝限制。

◎ 來源|中國科學(xué)報