日本雙標(biāo)水法的經(jīng)驗(yàn)借鑒及對(duì)我國(guó)的啟示

賈春雷，儲(chǔ)志東

前言

2019年9月由國(guó)務(wù)院印發(fā)的《體育強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》中指出“我國(guó)要建設(shè)屬于中國(guó)的國(guó)家體育訓(xùn)練體系構(gòu)建工程，必須要加快體育裝備、訓(xùn)練器材和科研儀器等的更新迭代，提高訓(xùn)練過(guò)程和狀態(tài)監(jiān)控的科學(xué)化，信息化水平”［1］。為訓(xùn)練過(guò)程監(jiān)控提出了新的要求。我國(guó)目前在訓(xùn)練過(guò)程監(jiān)控和總能量消耗量測(cè)定中使用的最多的是加速度計(jì)法與間接熱量測(cè)試法，而國(guó)外多使用準(zhǔn)確度更高的雙標(biāo)水法進(jìn)行測(cè)試與監(jiān)控，而我國(guó)體育領(lǐng)域目前對(duì)于雙標(biāo)水法的使用較少。

本文以日本經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，總結(jié)了雙標(biāo)水法的測(cè)試方法，并分析了雙標(biāo)水法優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合日本在體育科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行評(píng)述。旨在提出雙標(biāo)水法在體育科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用意見(jiàn)，為我國(guó)運(yùn)用雙標(biāo)水法進(jìn)行體育科學(xué)研究提供參考，推進(jìn)《體育強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，提高訓(xùn)練過(guò)程監(jiān)控的科學(xué)化，信息化水平。

1 對(duì)雙標(biāo)水法研究的解釋

1.1 雙標(biāo)水法定義

雙標(biāo)水法（doubly labeled water，DLW）是一種測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)總能量消耗（Total Energy Expenditure，TEE）的測(cè)量方法，最早由Lifson等于1955年提出，是一種非侵入性技術(shù)，早期用于測(cè)量研究野生動(dòng)物野外能量代謝。1982年被Schoeller和Van Santen應(yīng)用于人體研究。其被稱為能量消耗測(cè)定的“金標(biāo)準(zhǔn)”，得到各專家學(xué)者的認(rèn)可，并在美，日被廣泛運(yùn)用體育、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。雙標(biāo)水法在無(wú)損傷性和不限制日常活動(dòng)條件下，采用兩點(diǎn)或多點(diǎn)法收集樣品1～3周測(cè)試TEE，適用于測(cè)量無(wú)法配合實(shí)驗(yàn)或無(wú)法限制其活動(dòng)的嬰兒，兒童及運(yùn)動(dòng)員等的能量代謝［2］。

1.2 雙標(biāo)水法測(cè)試流程

雙標(biāo)水法是指：給予受試者口服兩種穩(wěn)定無(wú)放射性同位素氛（2H）和18氧（18O）標(biāo)記的水，2H參加H20代謝：180參加H2O和CO2代謝。當(dāng)兩種同位素在體內(nèi)達(dá)到平衡后，利用同位素質(zhì)譜儀，通過(guò)測(cè)量血液唾液或尿液（通常收集尿液）中2H和180的代謝速率常數(shù)，得到CO2生成率［3］，再結(jié)合飲食結(jié)構(gòu)估計(jì)呼吸商（respiratory quotient，RQ），求出氧消耗率，采用Weir［3］公式TEE＝3.941×rO2＋1.106×rCO2－2.17×UN或TEE＝3.9×1.0×rO2＋1.1×rCO2，計(jì)算每天平均總能量消耗，其中，UN為每天的尿氮量（g／d），rO2指O2的使用量（L／min），rCO2指CO2的產(chǎn)生量（L／min），TEE的單位為kcal／d）。

1.3 雙標(biāo)水法優(yōu)點(diǎn)分析

1.3.1 測(cè)試精準(zhǔn)度高

雙標(biāo)水法的測(cè)試結(jié)果和熱量測(cè)試的結(jié)果誤差在3%－8%，是精度最高的一種能量測(cè)試方法，被稱為能量消耗測(cè)試的“金標(biāo)準(zhǔn)”［4］。雙標(biāo)水法的測(cè)試結(jié)果常常被用于對(duì)加速度計(jì)法，間接熱量測(cè)試法等測(cè)試方法的校準(zhǔn)中［5］。根據(jù)有關(guān)雙標(biāo)水法的研究發(fā)現(xiàn)，個(gè)體重復(fù)測(cè)試的誤差低于8%，有很大的可重復(fù)性和可操作性，關(guān)于雙標(biāo)水法測(cè)試的效能國(guó)外已經(jīng)通過(guò)熱量測(cè)試房在成人和嬰兒中得到了驗(yàn)證［4］。

1.3.2 對(duì)測(cè)試者的狀態(tài)影響較小

雙標(biāo)水法是一種侵入性測(cè)試方法，只需要服用含標(biāo)記的水，無(wú)需佩戴繁瑣的器材便可以進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試者的狀態(tài)影響較小，并且可以極好的反應(yīng)受試者在特定條件下的真實(shí)狀態(tài)；雙標(biāo)水是完全無(wú)毒的，對(duì)受試者的身體沒(méi)有傷害，進(jìn)入人體后會(huì)均勻地分布于體內(nèi)，隨著人體代謝的進(jìn)行被服用的標(biāo)記水（2H）會(huì)以2H2O的形式在排泄過(guò)程中排出體內(nèi)［5］；

1.3.3 測(cè)試結(jié)果可以反映比較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的能量消耗情況

雙標(biāo)水法并不是每次進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候都需要重新飲用含有標(biāo)識(shí)的水，而是一次飲用可以多次進(jìn)行測(cè)試，在準(zhǔn)確度有保障的情況下時(shí)間可達(dá)1－3周，實(shí)驗(yàn)人員可以根據(jù)需求，在特定時(shí)間，特定條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集［6］。

1.3.4 適用于多種測(cè)試人群

雙標(biāo)水法對(duì)測(cè)試者的人群沒(méi)有要求，只要有測(cè)試需求便可以測(cè)試。且針對(duì)性強(qiáng)，雙標(biāo)水法不像加速度計(jì)法，間接熱量測(cè)試法等，對(duì)受試者有一定的要求，其適用于嬰兒、病人、兒童、老人、肥胖人群、運(yùn)動(dòng)員等幾乎所有人群。中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心的李紅毅就使用雙標(biāo)水法對(duì)密閉艙環(huán)境下航天員的平均每人每日能量消耗量進(jìn)行了測(cè)試［7］。

1.3.5 適用于多種測(cè)試環(huán)境

雙標(biāo)水法適用于多種特定環(huán)境，如冰雪、缺氧、高溫、等會(huì)對(duì)人體和器材產(chǎn)生影響的條件下。其是測(cè)試人體在外界環(huán)境影響下的能量消耗量，外界環(huán)境的變化并不會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)在市面上對(duì)于測(cè)量人體能量消耗使用最多的是運(yùn)動(dòng)加速度傳感器法。但是其在測(cè)量不同體育活動(dòng)能量消耗的準(zhǔn)確性均很不理想［8］。其對(duì)只有上肢參與的活動(dòng)、一些靜力性活動(dòng)（乘車）、騎自行車和游泳等不宜適用，有不能測(cè)量所有日常體力活動(dòng)的缺點(diǎn)［8］。

1.4 雙標(biāo)水法缺點(diǎn)分析

1.4.1 雙標(biāo)水價(jià)格昂貴，作為分析設(shè)備的同位素質(zhì)譜儀的價(jià)格也很高，不太適合于在大規(guī)模人群中使用。

1.4.2 雙標(biāo)水法的測(cè)試要提前三天進(jìn)行準(zhǔn)備，雙標(biāo)水進(jìn)入人體后，需要經(jīng)過(guò)血液循環(huán)均勻地分布于身體各處，而這個(gè)過(guò)程需要一定的時(shí)間，不太適用于想要立刻獲得測(cè)試結(jié)果的測(cè)試［9］。

2 日本關(guān)于雙標(biāo)水法的研究現(xiàn)狀分析

通過(guò)對(duì)日本J－STAGE文獻(xiàn)網(wǎng)上關(guān)于雙標(biāo)水法的文獻(xiàn)進(jìn)行收集，使用“二重標(biāo)識(shí)水法”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行收集。結(jié)果如表1

表1 日本關(guān)于雙標(biāo)水法的研究現(xiàn)狀

從表1可知，日本關(guān)于雙標(biāo)水法的研究主要集中于體育和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。樋口満最早在栄養(yǎng)學(xué)雑誌對(duì)雙標(biāo)水法的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，在之后他提出“一個(gè)優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員成功的秘訣在于健康的飲食，飲食是提高運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力的極為重要的因素”［10］。表示可以使用雙標(biāo)水法來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)員的能量消耗，從而制定合理的飲食計(jì)劃，并對(duì)運(yùn)動(dòng)員的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。日本關(guān)于雙標(biāo)水法在體育領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究是較為領(lǐng)先的，其對(duì)多種研究對(duì)象都進(jìn)行了研究。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，太田淳子為了解決老年人的營(yíng)養(yǎng)計(jì)劃缺乏的問(wèn)題對(duì)養(yǎng)老院的老年人進(jìn)行了雙標(biāo)水法研究，在對(duì)老年人的生活狀態(tài)監(jiān)控過(guò)程中獲得了能量消耗數(shù)據(jù)，制定了當(dāng)?shù)乩夏耆说臓I(yíng)養(yǎng)計(jì)劃［11］。在生物領(lǐng)域，大辻一也用雙標(biāo)水法測(cè)定了小型犬（體重8.1kg－8.6kg）的每日能量消耗，為小型犬的營(yíng)養(yǎng)計(jì)劃提供了參考［12］。在競(jìng)技體育領(lǐng)域，川口昌代為了制定對(duì)特定對(duì)象的營(yíng)養(yǎng)指導(dǎo)計(jì)劃，使用雙標(biāo)水法對(duì)柔道高水平運(yùn)動(dòng)員的總能量消耗進(jìn)行了監(jiān)控，獲得了對(duì)于當(dāng)時(shí)非常困難的柔道選手的能量消耗量數(shù)據(jù)，在保持訓(xùn)練強(qiáng)度的同時(shí)制定了更加科學(xué)合理的減量和增量計(jì)劃，奠定了新的戰(zhàn)略計(jì)劃的基礎(chǔ)［13］。松本なぎさ對(duì)在海外比賽的羽毛球高水平運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了雙標(biāo)水測(cè)試，用于設(shè)計(jì)針對(duì)羽毛球運(yùn)動(dòng)員的營(yíng)養(yǎng)計(jì)劃［14］。吉田明日美對(duì)女子短跑運(yùn)動(dòng)員的能力攝入進(jìn)行了記錄，并與雙標(biāo)水測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析［15］。村松愛(ài)梨奈在對(duì)比賽調(diào)整期的短跑運(yùn)動(dòng)員的能量消耗進(jìn)行雙標(biāo)水測(cè)試后對(duì)其能量平衡進(jìn)行了評(píng)價(jià)［16］。下山寛之對(duì)運(yùn)動(dòng)員的能量消耗進(jìn)行了測(cè)試，并分析了能量消耗與體能成分的關(guān)系［17］。田澤梓從運(yùn)動(dòng)員培養(yǎng)的角度用雙標(biāo)水法測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)探討女性運(yùn)動(dòng)員在培養(yǎng)過(guò)程中所需的營(yíng)養(yǎng)和教練所需的能力［18］。東野政貴還把這種方法使用到了特種體育領(lǐng)域，他使用雙標(biāo)水法監(jiān)控了日常訓(xùn)練狀態(tài)下的消防員總能量消耗，為更好地設(shè)計(jì)消防員的訓(xùn)練計(jì)劃和營(yíng)養(yǎng)方針奠定了基礎(chǔ)［19］。另一邊，在學(xué)校體育領(lǐng)域，足立稔對(duì)小學(xué)生的日常能量消耗量進(jìn)行了監(jiān)控，確定了小學(xué)生為了達(dá)到健康所需的身體活動(dòng)量標(biāo)準(zhǔn)［20］。在體育產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，笹井浩行利用雙標(biāo)水法對(duì)加速度感受器進(jìn)行了校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)了其的不足之處，提高了加速度感受器的科學(xué)化水平［21］。日本在體育領(lǐng)域?qū)τ陔p標(biāo)水法有很全面的研究，值得去借鑒。

3 日本雙標(biāo)水法運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)體育領(lǐng)域啟示

3.1 競(jìng)技體育領(lǐng)域

3.1.1 對(duì)高水平運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過(guò)程和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控

雙標(biāo)水法不會(huì)影響高水平運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效果和訓(xùn)練計(jì)劃，在保持高水平運(yùn)動(dòng)員的日常訓(xùn)練計(jì)劃的同時(shí)就可以獲得準(zhǔn)確的能量代謝數(shù)據(jù)，教練可以根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)即時(shí)的對(duì)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練計(jì)劃和營(yíng)養(yǎng)方案進(jìn)行修正，并對(duì)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過(guò)程和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。例如在賽前運(yùn)動(dòng)員的每日能量消耗量出現(xiàn)大幅度的變化，教練就可以及時(shí)知道，并對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行調(diào)整和恢復(fù)。

3.1.2 制定更加適合高水平運(yùn)動(dòng)員的營(yíng)養(yǎng)膳食計(jì)劃

高水平運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練計(jì)劃需要充足的底物支持，這就要求教練員要科學(xué)的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)員的營(yíng)養(yǎng)膳食計(jì)劃。高水平運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練計(jì)劃根據(jù)教練員、運(yùn)動(dòng)員身體素質(zhì)、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目等有所不同，保持訓(xùn)練計(jì)劃的情況下什么樣的營(yíng)養(yǎng)膳食才是最適合這個(gè)高水平運(yùn)動(dòng)員的，這就必須要根據(jù)運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練過(guò)程中的能量消耗數(shù)據(jù)有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。雙標(biāo)水法作為準(zhǔn)確度最高且科學(xué)無(wú)害的能量消耗測(cè)試方法，對(duì)高水平運(yùn)動(dòng)員的營(yíng)養(yǎng)膳食計(jì)劃有巨大意義，日本的海老根直之就使用雙標(biāo)水法專門測(cè)試高水平運(yùn)動(dòng)員在日常訓(xùn)練過(guò)程中的能量消耗，設(shè)計(jì)針對(duì)田徑高水平運(yùn)動(dòng)員個(gè)人的營(yíng)養(yǎng)計(jì)劃［22］。

3.1.3 為制定拳擊、跆拳道、柔道等格斗對(duì)抗項(xiàng)群類項(xiàng)目的戰(zhàn)略決策提供基礎(chǔ)

拳擊、跆拳道、柔道等競(jìng)技比賽中以量級(jí)進(jìn)行分組的格斗對(duì)抗項(xiàng)群體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，教練員可以根據(jù)賽事的實(shí)際情況設(shè)計(jì)針對(duì)運(yùn)動(dòng)員的增重或減肥計(jì)劃，實(shí)行在賽前更換競(jìng)賽組別的戰(zhàn)略決策，使運(yùn)動(dòng)員達(dá)到更好的運(yùn)動(dòng)成績(jī)。日本的川ロ昌代就使用雙標(biāo)水法專門的對(duì)柔道高水平運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了測(cè)試，達(dá)到了設(shè)計(jì)更有效的營(yíng)養(yǎng)方針，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)員的增重和減肥計(jì)劃，提高運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的目的［13］。

3.2 全民健身領(lǐng)域

3.2.1 普適性健康干預(yù)計(jì)劃的制定

雙標(biāo)水法因?yàn)榘嘿F的原因很難普及到全民的領(lǐng)域，但是其作為一種能量消耗測(cè)量方法是準(zhǔn)確度最高的一種。人體每日消耗的總熱（能）量（TEE）＝人體基礎(chǔ)代謝消耗的熱量（BEE）＋食物熱效應(yīng)消耗的熱量（DEE）＋身體活動(dòng)所需要的熱量（AEE）［23］。對(duì)于學(xué)生，老人，病人等經(jīng)常處于固定場(chǎng)所，無(wú)或者少無(wú)關(guān)變量條件影響下的特定人群，其BEE和DEE在年齡、性別、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、地區(qū)、身高、體脂比等特定條件劃分下無(wú)明顯差異，用TEE算出的AEE就可以作為當(dāng)?shù)仄者m性健康干預(yù)計(jì)劃的參考標(biāo)準(zhǔn)。例衡水高中，毛坦廠中學(xué)等軍事化的學(xué)校，在學(xué)習(xí)中的學(xué)生環(huán)境變化較少，就可以使用雙標(biāo)水法來(lái)制定學(xué)生的健康干預(yù)計(jì)劃，從飲食和體育等方向科學(xué)的引領(lǐng)學(xué)生的健康成長(zhǎng)。

3.2.2 健身、肥胖人群的健康干預(yù)計(jì)劃的制定

對(duì)于健身和肥胖人群來(lái)說(shuō)，為了達(dá)到減重或增重的目的，這類人群是愿意服從訓(xùn)練計(jì)劃并付出一定的資金的。雙標(biāo)水法作為準(zhǔn)確度最高的一種，且無(wú)需復(fù)雜的操作，無(wú)需攜帶繁雜的器械便可獲得數(shù)據(jù)，制定出針對(duì)個(gè)人而言效率極高的訓(xùn)練方案，對(duì)于這類人群的健康干預(yù)計(jì)劃的制定是有一定意義的。且雙標(biāo)水法不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境變化而失去準(zhǔn)確度，如加速度感受器就容易因?yàn)轶w溫、寒冷、炎熱、水中等變化而失去準(zhǔn)度，這使得人們可以根據(jù)自己的條件和需求擴(kuò)大健康干預(yù)計(jì)劃的范圍，譬如游泳，滑雪，極限運(yùn)動(dòng)等。

3.2.3 嬰兒、殘疾人、病人等身體受限者的健康干預(yù)計(jì)劃

雙標(biāo)水法可以更好地制定嬰兒、殘疾人、病人等身體受限者的健康干預(yù)計(jì)劃。想要對(duì)這類人群進(jìn)行能量測(cè)試，通常使用間接熱量測(cè)試法，而雙標(biāo)水法的準(zhǔn)確度測(cè)試更加優(yōu)秀。譬如，以往因檢測(cè)方法的限制，研究嬰兒能量消耗很困難，現(xiàn)在由于雙標(biāo)水法的優(yōu)勢(shì)，使這方面的研究有了很大進(jìn)展［24］。

3.3 體育產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域

提高加速度計(jì)的科學(xué)化水平。目前，各種體力活動(dòng)能量消耗的測(cè)試方法以雙標(biāo)水法為標(biāo)準(zhǔn)，以確定其有效性和可靠性。當(dāng)今市面上對(duì)于總能量測(cè)試使用最多的是加速度計(jì)測(cè)試法，但是這種測(cè)試方法有著精準(zhǔn)度，使用環(huán)境限制等多種缺點(diǎn)，用雙標(biāo)水法獲得的數(shù)據(jù)與加速度計(jì)法進(jìn)行對(duì)比，從而校準(zhǔn)加速度計(jì)的準(zhǔn)確度，提高加速度感受器的科學(xué)化水平，國(guó)外就常用這種方法來(lái)發(fā)現(xiàn)加速度計(jì)的不足之處，從而去改進(jìn)［20］。

4 結(jié)語(yǔ)

總結(jié)日本在雙標(biāo)水法的經(jīng)驗(yàn)可知，雙標(biāo)水法作為一種能量測(cè)試方法，其有著很多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也有一定的局限性，很難進(jìn)行大樣本的測(cè)試。其在體育領(lǐng)域可以運(yùn)用于訓(xùn)練計(jì)劃制定、營(yíng)養(yǎng)方案設(shè)計(jì)、訓(xùn)練過(guò)程與狀態(tài)監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域。結(jié)合我國(guó)各人群的實(shí)際情況聯(lián)用多種測(cè)試方法，不斷提高訓(xùn)練過(guò)程和狀態(tài)監(jiān)控的科學(xué)化，信息化水平將是體育強(qiáng)國(guó)建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。日本的雙標(biāo)水法研究經(jīng)驗(yàn)將是會(huì)促進(jìn)我國(guó)訓(xùn)練過(guò)程和狀態(tài)監(jiān)控水平不斷提高的基石。