賈春雷,儲(chǔ)志東
2019年9月由國務(wù)院印發(fā)的《體育強(qiáng)國建設(shè)綱要》中指出“我國要建設(shè)屬于中國的國家體育訓(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)練過程和狀態(tài)監(jiān)控的科學(xué)化,信息化水平”[1]。為訓(xùn)練過程監(jiān)控提出了新的要求。我國目前在訓(xùn)練過程監(jiān)控和總能量消耗量測定中使用的最多的是加速度計(jì)法與間接熱量測試法,而國外多使用準(zhǔn)確度更高的雙標(biāo)水法進(jìn)行測試與監(jiān)控,而我國體育領(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,為我國運(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)國建設(shè)綱要》,提高訓(xùn)練過程監(jiān)控的科學(xué)化,信息化水平。
雙標(biāo)水法(doubly labeled water,DLW)是一種測量一段時(shí)間內(nèi)總能量消耗(Total Energy Expenditure,TEE)的測量方法,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)水法在無損傷性和不限制日?;顒?dòng)條件下,采用兩點(diǎn)或多點(diǎn)法收集樣品1~3周測試TEE,適用于測量無法配合實(shí)驗(yàn)或無法限制其活動(dòng)的嬰兒,兒童及運(yùn)動(dòng)員等的能量代謝[2]。
雙標(biāo)水法是指:給予受試者口服兩種穩(wěn)定無放射性同位素氛(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,通過測量血液唾液或尿液(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)。
1.3.1 測試精準(zhǔn)度高
雙標(biāo)水法的測試結(jié)果和熱量測試的結(jié)果誤差在3%-8%,是精度最高的一種能量測試方法,被稱為能量消耗測試的“金標(biāo)準(zhǔn)”[4]。雙標(biāo)水法的測試結(jié)果常常被用于對(duì)加速度計(jì)法,間接熱量測試法等測試方法的校準(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)水法測試的效能國外已經(jīng)通過熱量測試房在成人和嬰兒中得到了驗(yàn)證[4]。
1.3.2 對(duì)測試者的狀態(tài)影響較小
雙標(biāo)水法是一種侵入性測試方法,只需要服用含標(biāo)記的水,無需佩戴繁瑣的器材便可以進(jìn)行測試,對(duì)測試者的狀態(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)水是完全無毒的,對(duì)受試者的身體沒有傷害,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的形式在排泄過程中排出體內(nèi)[5];
1.3.3 測試結(jié)果可以反映比較長時(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 適用于多種測試人群
雙標(biāo)水法對(duì)測試者的人群沒有要求,只要有測試需求便可以測試。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)行了測試[7]。
1.3.5 適用于多種測試環(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)影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。現(xiàn)在市面上對(duì)于測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,有不能測量所有日常體力活動(dòng)的缺點(diǎn)[8]。
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)過血液循環(huán)均勻地分布于身體各處,而這個(gè)過程需要一定的時(shí)間,不太適用于想要立刻獲得測試結(jié)果的測試[9]。
通過對(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)員競技能力的極為重要的因素”[10]。表示可以使用雙標(biāo)水法來測量運(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養(yǎng)計(jì)劃缺乏的問題對(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養(yǎng)計(jì)劃[11]。在生物領(lǐng)域,大辻一也用雙標(biāo)水法測定了小型犬(體重8.1kg-8.6kg)的每日能量消耗,為小型犬的營養(yǎng)計(jì)劃提供了參考[12]。在競技體育領(lǐng)域,川口昌代為了制定對(duì)特定對(duì)象的營養(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)水測試,用于設(shè)計(jì)針對(duì)羽毛球運(yùn)動(dòng)員的營養(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)水測試的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析[15]。村松愛梨奈在對(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)水法測得的數(shù)據(jù)來探討女性運(yùn)動(dòng)員在培養(yǎng)過程中所需的營養(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。
3.1.1 對(duì)高水平運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過程和狀態(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)劃和營養(yǎng)方案進(jìn)行修正,并對(duì)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過程和狀態(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)無害的能量消耗測試方法,對(duì)高水平運(yùn)動(dòng)員的營養(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)水法專門測試高水平運(yùn)動(dòng)員在日常訓(xùn)練過程中的能量消耗,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。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)行了測試,達(dá)到了設(shè)計(jì)更有效的營養(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)員成績的目的[13]。
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)常處于固定場所,無或者少無關(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。
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說,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,且無需復(fù)雜的操作,無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)行能量測試,通常使用間接熱量測試法,而雙標(biāo)水法的準(zhǔn)確度測試更加優(yōu)秀。譬如,以往因檢測方法的限制,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,使這方面的研究有了很大進(jìn)展[24]。
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)于總能量測試使用最多的是加速度計(jì)測試法,但是這種測試方法有著精準(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,國外就常用這種方法來發(fā)現(xiàn)加速度計(jì)的不足之處,從而去改進(jìn)[20]。
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)行大樣本的測試。其在體育領(lǐng)域可以運(yùn)用于訓(xùn)練計(jì)劃制定、營養(yǎng)方案設(shè)計(jì)、訓(xùn)練過程與狀態(tài)監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域。結(jié)合我國各人群的實(shí)際情況聯(lián)用多種測試方法,不斷提高訓(xùn)練過程和狀態(tài)監(jiān)控的科學(xué)化,信息化水平將是體育強(qiáng)國建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。日本的雙標(biāo)水法研究經(jīng)驗(yàn)將是會(huì)促進(jìn)我國訓(xùn)練過程和狀態(tài)監(jiān)控水平不斷提高的基石。