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

易東平，彭 莉，吳景程，曹澤亮

安靜時(shí)代謝率是機(jī)體在安靜狀態(tài)下沒有負(fù)荷情況的身體耗能，是評(píng)價(jià)安靜時(shí)機(jī)體能量代謝的一個(gè)有效指標(biāo)。研究表明［1］，人體安靜時(shí)的能量消耗與體重有關(guān)，但不成正比，而與人體面積大小成正比。在以往能量代謝和底物代謝的研究中，研究者主要是從不同運(yùn)動(dòng)方式及性別差異、不同恒定及遞增負(fù)荷方案，不同環(huán)境因素影響等方面研究較多，對(duì)于同一性別、同一運(yùn)動(dòng)方式的能量代謝和底物代謝的研究較少，從安靜時(shí)代謝率的角度分組研究更少。由于每個(gè)人的能量代謝和底物代謝具有不一致性，身體形態(tài)、機(jī)能等因素的不同，使其安靜代謝率存在一定差異。尤其在運(yùn)動(dòng)中，機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力、持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間、氧化酶活性等因素的不同，使機(jī)體呈現(xiàn)出不同的代謝特征。本研究以安靜時(shí)代謝率為依據(jù)，對(duì)16名男子安靜代謝率進(jìn)行聚類分成高、低兩組受試者，旨在分析和探討安靜代謝率高、低兩組受試者在力竭運(yùn)動(dòng)中能量代謝及底物代謝的特征及其差異。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象及分組

以身體健康、無疾病史，每周體育活動(dòng)時(shí)間大于6h的體育教育專業(yè)16名男生為研究對(duì)象（表1）。以單位面積安靜代謝率為依據(jù)，采用樣本間歐式平方距離進(jìn)行分層聚類，然后對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行判別檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，Wilks’Lambda=0.291，F(xiàn)=29.26，P=0.000＜0.001，說明按照這種聚類方法效果較好。同時(shí)，所有受試者安靜代謝率均值為0.62kcal/m2/min與20～30歲正常男子均值相同［1］，這與本研究聚類結(jié)果一致。將研究對(duì)象分為安靜代謝率高（9人在均值以上）、低（7人在均值以下）兩組。人體面積計(jì)算公式為：

體表面積（m2）=0.00607×身高（cm）+0.0127×體重（kg）-0.0698［1］。

表1 本研究受試者安靜時(shí)受試者基本情況一覽表 （±SD）

表1 本研究受試者安靜時(shí)受試者基本情況一覽表 （±SD）

注：＊P＜0.05。

n 身高（cm） 體重（kg） 基礎(chǔ)代謝（kcal） 人體面積（m2） 面積耗能（kcal/m2/min）高組 9 171.59±4.88 67.83±6.46 1 650.56±75.37 1.83±0.02 0.63±0.004低組 7 176.76±4.48 66.10±4.11 1 602.40±34.62 1.83±0.09 0.60±0.082＊

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)器材及測(cè)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(guó)CORTEX運(yùn)動(dòng)心肺功能測(cè)試儀（MetalyzerⅡ-R2）、功率自行車（荷蘭LODE）、身體成分分析儀（韓國(guó)INBODY 3.0），運(yùn)用所有儀器之前進(jìn)行校準(zhǔn)。

測(cè)試指標(biāo)：身高、體重、安靜代謝率、脂肪消耗量（FAT消耗量）、糖消耗量（CHO消耗量）、氧脈搏（O2/HR）。

1.2.2 力竭運(yùn)動(dòng)測(cè)試方法

測(cè)試前24h停止運(yùn)動(dòng)，處于非疲勞狀態(tài)。測(cè)試前2h禁食，室溫控制在22℃～25℃，相對(duì)濕度40％～50％。負(fù)荷強(qiáng)度：0W負(fù)荷熱身3min，以50W為起始負(fù)荷，50W/3min負(fù)荷遞增至力竭。負(fù)荷速度：踏車節(jié)律保持在55～60rpm，意志疲勞停車或轉(zhuǎn)速不能維持在55～60rpm長(zhǎng)達(dá)5s以上時(shí)終止測(cè)試（測(cè)試過程不斷鼓勵(lì)受試者）。根據(jù)氣體分析儀10s一次數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，綜合已有能量消耗的計(jì)算公式及其修正的研究結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)在國(guó)際上有關(guān)能量消耗研究的計(jì)算方法，采用計(jì)算公式［6，8］：糖氧化量（g/min）=4.858×O2（L/min）-3.226×O2（L/min）；脂肪氧化量（g/min）=1.695×O2（L/min）-1.701×CO2（L/min）；總能量輸出（kcal/min）=［脂肪氧化量（g/min）×9+碳水化合物氧化量（g/min）×4］。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 11.5 for Windows軟件處理，結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本雙尾t檢驗(yàn)進(jìn)行比較，顯著性差異水平為P＜0.05。

2 研究結(jié)果

2.1 力竭運(yùn)動(dòng)中整體代謝特征

在力竭運(yùn)動(dòng)中，男子安靜代謝率高、低兩組受試者各指標(biāo)測(cè)試結(jié)果存在明顯的差異。在整個(gè)力竭運(yùn)動(dòng)中，高組受試者脂肪消耗量、％FAT供能明顯高于低組受試者，而糖消耗、％CHO供能、氧脈搏（O2/HR）以及總能量輸出值均低于低組受試者（表2）。經(jīng)檢驗(yàn)可知，在整個(gè)力竭運(yùn)動(dòng)中，高、低兩組受試者糖消耗量及供能、脂肪消耗量及供能、糖和脂肪供能百分比以及O2/HR（評(píng)價(jià)氧的利用率指標(biāo)）有顯著性差異（P＜0.05或P＜0.001），而相對(duì)耗氧量和總能量輸出未見統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。說明在達(dá)到力竭時(shí)，兩組受試者在總能量輸出沒有明顯差異，而糖和脂肪的消耗有明顯差異，高組受試者動(dòng)用脂肪的能力相對(duì)較強(qiáng)，低組受試者對(duì)糖的依賴性較大。

2.2 不同等級(jí)負(fù)荷代謝特征

2.2.1 力竭運(yùn)動(dòng)過程中各級(jí)負(fù)荷代謝特征

（SWU1009107）。

Physical Education College of Southwest University，Chongqing 400715，China.

從表3、圖1～圖5可知，兩組受試者隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的遞增，總能量輸出始終在不斷增加，直到力竭。而且，隨著運(yùn)動(dòng)持續(xù)進(jìn)行，糖消耗量在不斷增加，脂肪消耗量在逐漸減少。然而，兩組受試者糖消耗的遞增和脂肪消耗的遞減，在不同負(fù)荷階段呈不同的特征，且有明顯差異。在200W及以前負(fù)荷中，同級(jí)負(fù)荷時(shí)糖消耗量及供能百分比、總能輸出，低組比高組相對(duì)要高，而脂肪消耗量及供能百分比要低于高組；250W及以后負(fù)荷則恰恰相反。經(jīng)t檢驗(yàn)可得，100W、150W負(fù)荷階段，除總能輸出以外，其他各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)兩組間均具有顯著性差異（P＜0.05）；200W負(fù)荷階段時(shí)，兩組受試者的％CHO供能、％FAT供能、總能輸出有顯著性差異?？梢?，兩組受試者呈現(xiàn)出不同的代謝趨勢(shì)及特征。

表2 本研究高、低各組受試者在力竭運(yùn)動(dòng)中各指標(biāo)均值測(cè)試結(jié)果一覽表 （±SD）

表2 本研究高、低各組受試者在力竭運(yùn)動(dòng)中各指標(biāo)均值測(cè)試結(jié)果一覽表 （±SD）

注：＊表示P＜0.05，＊＊表示P＜0.01，＊＊＊表示P＜0.001；高組n=9，低組=7。

相對(duì)O2 O2/HR FAT消耗量 CHO消耗量 ％FAT ％CHO CHO供能 FAT供能 總能輸出（ml/min/kg） （ml/次） （mg/min/kg） （mg/min/kg） 消耗供能 消耗供能 （cal/min/kg） （cal/min/kg） （cal/min/kg）低組 31.1±13.9 14.3±3.8＊＊＊4.3±3.0＊＊＊ 21.4±18.7＊ 44.4±35.5＊＊＊ 55.6±35.5＊＊＊ 85.5±74.8＊38.8±27.2＊＊＊ 124.3±57.1高組 31.0±14.1 15.4±4.4 5.5±3.4 18.5±18.9 53.7±34.9 46.3±34.9 74.1±75.6 49.3±30.3 123.4±58.3

表3 本研究高、低各組受試者在力竭運(yùn)動(dòng)中不同負(fù)荷能量輸出及底物代謝測(cè)試結(jié)果一覽表 （±SD）

表3 本研究高、低各組受試者在力竭運(yùn)動(dòng)中不同負(fù)荷能量輸出及底物代謝測(cè)試結(jié)果一覽表 （±SD）

注：＊表示P＜0.05，＊＊表示P＜0.01，＊＊＊表示P＜0.001；50～200W以及力竭負(fù)荷時(shí)，高組n=9，低組n=7；250W時(shí)，高組n=9，低組n=4；300W時(shí)高組n=1，低組n=2；所有值是每個(gè)負(fù)荷階段的均值。

負(fù)荷 組別 FAT氧化量 CHO消耗量 ％FAT氧化 ％CHO消耗 CHO供能 FAT供能 總能輸出（mg/min/kg） （mg/min/kg） 供能 供能 （cal/min/kg） （cal/min/kg） （cal/min/kg）50 W 低組 5.4±1.7 1.9±2.0 85.0±18.8 15.0±18.8 7.6±8.1 48.7±15.6 56.3±12.2高組 5.3±1.8 1.8±2.0 85.8±17.1 14.2±17.1 7.0±8.2 48.0±15.9 55.0±12.4 100 W 低組 6.4±2.0＊＊＊ 8.5±6.2＊＊＊ 65.0±23.6＊＊＊ 35.0±23.6＊＊＊ 34.2±24.8＊＊＊ 57.3±18.2＊＊＊ 91.4±15.3高組 7.6±2.4 4.9±5.4 78.9±22.0 21.1±22.0 19.6±21.6 68.1±21.9 87.7±17.4 150 W 低組 4.15±2.9＊＊＊ 23.0±8.4＊＊＊ 29.9±21.4＊＊＊ 70.1±21.4＊＊＊ 92.0±33.7＊＊＊ 37.4±26.3＊＊＊ 129.4±16.0高組 7.5±2.4 14.6±7.3 55.3±18.3 44.7±18.3 58.4±29.2 67.9±21.5 126.3±22.5 200 W 低組 3.1±3.3 35.4±8.2 16.6±18.0＊ 83.4±18.0＊ 141.5±33.1 28.2±30.0 169.7±17.3＊高組 4.0±3.5 34.9±12.1 22.1±19.3 77.9±19.3 139.5±48.5 36.1±31.6 175.6±27.0 250 W 低組 1.0±2.0 52.9±8.1 4.6±9.1 95.4±9.1 211.8±32.4 9.4±18.3 221.2±19.1高組 0.9±2.1 51.8±9.0 4.0±8.7 96.0±8.7 207.3±36.1 8.3±19.1 215.4±30.4 300 W 低組 0 56.9±6.0 0 1.0 227.5±24.1 0 227.4±24.1高組 0 50.8±0.8 0 1.0 203.5±3.2 0 203.5±3.2力竭負(fù)荷 低組 0.1±0.4＊ 47.2±9.3＊＊＊ 0.53±2.1＊＊＊ 82.8±2.0＊＊ 188.8±37.2＊＊＊ 0.9±3.6＊＊ 189.7±35.8＊＊＊高組 0.69±2.3 53.5±8.3 3.14±7.5 80.2±7.2 214.1±33.3 8.4±20.3 223.5±26.9

表4 本研究高、低各組受試者糖及脂肪消耗最大值、參與供能時(shí)間以及運(yùn)動(dòng)總時(shí)間情況一覽表 （±SD）

表4 本研究高、低各組受試者糖及脂肪消耗最大值、參與供能時(shí)間以及運(yùn)動(dòng)總時(shí)間情況一覽表 （±SD）

注：＊表示P＜0.05，＊＊P＜0.01；高組n=9，低組=7。

FAT氧化量 FAT供能總 CHO消耗量 CHO供能總 總時(shí)間 FAT供能 CHO供能（mg/min/kg） 時(shí)間（s） （mg/min/kg） 時(shí)間（s） （s） 時(shí)間比 時(shí)間比低組 8.7±1.4 608±129 52.5±14.0 714±203 802±165 0.759±0.07＊ 0.88±0.14高組 10.0±2.4 700±69 57.1±8.2 684±128 823±72 0.85±0.07 0.83±0.14

根據(jù)測(cè)試結(jié)果（表3、圖1、圖2）可知，高、低兩組受試者均在100W（33％～50％力竭負(fù)荷）階段出現(xiàn)脂肪消耗最大值，分別為7.6mg/min/kg和6.4mg/min/kg，兩組的脂肪消耗最大值具有顯著性差異（P＜0.01）；同時(shí)，兩組受試者脂肪消耗量下降幅度及下降最大值時(shí)間有明顯差異，分別表現(xiàn)為：低組在150W下降2.25mg/min/kg，下降值最大，高組受試者只下降0.1mg/min/kg；在200W時(shí)，高組受試者下降值最大為3.5mg/min/kg，低組受試者下降1.05mg/min/kg?？梢姡察o代謝率高、低兩組受試者脂肪消耗量最大值及下降趨勢(shì)差異較大，出現(xiàn)最大下降值及負(fù)荷階段也不相同，持續(xù)較高脂肪消耗供能水平不同。

2.2.2 力竭負(fù)荷階段代謝特征

在力竭負(fù)荷階段時(shí)，要求機(jī)體快速提供能量，根據(jù)底物（糖和脂肪）的供能特征，糖成為主要的供能物質(zhì)，主要以酵解的方式提供能量。因此，糖消耗量急劇上升。從表3可知，力竭負(fù)荷時(shí)高、低兩組糖和脂肪消耗的均值分別為53.5mg/min/kg、0.94mg/min/kg和46.2mg/min/kg、0.1mg/min/kg，總能量輸出均值分別為222.5cal/min/kg和185.5cal/min/kg。安靜代謝率高組的糖和脂肪消耗供能均要高于低組，通過t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，男子高、低兩組在糖和脂肪的消耗量以及供能百分比、總能量輸出上具有顯著性差異（P＜0.05，P＜0.01，P＜0.001）。

2.3 糖和脂肪氧化量最大值及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的特征

從表4可知，在力竭運(yùn)動(dòng)中，高、低兩組的糖和脂肪消耗量最大值以及糖和脂肪參與供能時(shí)間有一定不同。高組的脂肪和糖消耗量最大值分別為10mg/min/kg、57.1mg/min/kg，低組分別為8.7mg/min/kg、52.5mg/min/kg。在運(yùn)動(dòng)總時(shí)間上高、低組均值分別為823s和802s；高組受試者脂肪和糖消耗供能時(shí)間占總時(shí)間的比例分別為85％和83％，低組分別為75.9％和88％，脂肪和糖消耗量上要高于低組，運(yùn)動(dòng)總時(shí)間、脂肪參與功能時(shí)間上要略長(zhǎng)于低組。經(jīng)t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，脂肪參與供能時(shí)間的比例存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖1 不同安靜代謝率男子在力竭運(yùn)動(dòng)中CHO消耗量變化趨勢(shì)示意圖

圖2 不同安靜代謝率男子在力竭運(yùn)動(dòng)中FAT消耗量變化趨勢(shì)示意圖

圖3 不同安靜代謝率男子在力竭運(yùn)動(dòng)中CHO供能比例變化示意圖

圖4 不同安靜代謝率男子在力竭運(yùn)動(dòng)中FAT供能比例變化示意圖

3 討論與分析

無論安靜代謝率高或低的受試者，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的逐漸增加，機(jī)體總能量消耗逐漸增加，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。這些變化與機(jī)體輸出功率增加有關(guān)。隨著輸出功率增加，要求機(jī)體總能量消耗增加。同時(shí)，隨著輸出功率的增加，要求機(jī)體供能速度也要增加，而糖作為快速供能的代謝底物的動(dòng)員和使用就不斷增加，以滿足機(jī)體能量消耗的需求。

圖5 不同安靜代謝率男子在力竭運(yùn)動(dòng)中總能量輸出變化趨勢(shì)示意圖

結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在整個(gè)力竭運(yùn)動(dòng)過程中，安靜代謝率高組受試者脂肪消耗量、脂肪供能以及供能的比例、脂肪參與供能的時(shí)間占整個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的比例明顯高于低組，而糖消耗明顯低于低組。說明安靜代謝率高的個(gè)體在運(yùn)動(dòng)中動(dòng)用脂肪供能的能力更強(qiáng)，能夠節(jié)約糖的消耗，以維持更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。其原因可能與機(jī)體的肌肉含量，肌纖維的數(shù)量、類型，以及運(yùn)動(dòng)負(fù)荷等有很大關(guān)系。Melinda等（2000）［7］人研究指出，身體素質(zhì)水平，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度與持續(xù)時(shí)間，貯備碳水化合物的利用程度，從脂肪組織中動(dòng)員和轉(zhuǎn)運(yùn)脂肪酸到肌肉的能力，肌肉中可利用脂肪的儲(chǔ)備量等，均可以影響脂肪的氧化利用。安靜代謝率高組受試者O2/HR值明顯高于低組（P＜0.001）。張伯強(qiáng)等（2006）研究指出［2］，O2/HR效率越高，耗氧經(jīng)濟(jì)性越高，機(jī)械效率亦越高，有氧代謝的供能比例較大。因此，安靜代謝率高者的有氧氧化能力較強(qiáng)，動(dòng)用脂肪供能的比例較大。

相關(guān)研究結(jié)果表明［3，4］，機(jī)體運(yùn)動(dòng)能量代謝的特點(diǎn)與耐力水平也有密切關(guān)系。耐力水平較高運(yùn)動(dòng)員的線粒體數(shù)目多、體積大、氧化酶活性高、肌肉動(dòng)員脂肪的能力較強(qiáng)，在中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)過程中脂肪供能比例較高，能夠誘導(dǎo)最大脂肪消耗及供能的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較高。糖的消耗量及供能動(dòng)員相對(duì)較少，從而節(jié)約糖儲(chǔ)備。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)總能量消耗和供能底物選擇和利用具有重要作用。也有相關(guān)資料顯示［3］，在一定負(fù)荷的時(shí)候，脂肪的氧化程度是可以抑制糖消耗量的多少，這樣可能會(huì)影響糖的利用和消耗。因此，同級(jí)中等負(fù)荷時(shí)，兩組受試者機(jī)體能量代謝差異可能與機(jī)體的氧化酶活性、線粒體數(shù)量、脂肪的動(dòng)用能力等因素有關(guān)。這也使安靜代謝率低組的3名受試者在250W以前就達(dá)到了力竭狀態(tài)。在250W到力竭（300W），由于此負(fù)荷階段的強(qiáng)度較大或近力竭負(fù)荷，此時(shí)，脂肪氧化供能及糖有氧氧化供能不能滿足機(jī)體能量需求，需要有更快速的能量供應(yīng)。因此，機(jī)體的能量需求以糖的無氧酵解為主要的供能形式，糖的消耗量明顯增加，使糖消耗供能沒有顯著性差異。

另外，研究結(jié)果顯示，安靜代謝率高、低兩組受試者均在100W（33％～50％力竭負(fù)荷）階段（整體均值）出現(xiàn)脂肪氧化最大值分別為7.6mg/min/kg、6.4mg/min/kg。相關(guān)研究結(jié)果表明［5］，男子在90～140W（55％O2max）負(fù)荷間脂肪氧化量達(dá)到最大，這與本研究結(jié)果基本一致。但是，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷遞增的脂肪供能的下降水平及下降時(shí)機(jī)有很大不同，進(jìn)一步說明安靜代謝率高組的動(dòng)用且持續(xù)較高水平氧化脂肪的能力較強(qiáng)，可能因?yàn)閮山M受試者有氧運(yùn)動(dòng)能力存在一定的差異。

從能量輸出的角度，在力竭運(yùn)動(dòng)中，無論是整個(gè)過程均值能量輸出，還是在同級(jí)負(fù)荷階段，安靜代謝率高組受試者在總能量輸出上要低于低組受試者，在達(dá)到個(gè)人耗氧量最大值時(shí)也依然如此，說明了安靜代謝率高的受試者在遞增負(fù)荷力竭運(yùn)動(dòng)中動(dòng)用能源物質(zhì)可能更加經(jīng)濟(jì)、有效。

4 小結(jié)

在遞增負(fù)荷至力竭運(yùn)動(dòng)中，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加，總能量輸出始終在不斷增加，且糖消耗量在不斷增加，脂肪消耗量在逐漸減少。在運(yùn)動(dòng)負(fù)荷100W（33％～50％力竭負(fù)荷）階段出現(xiàn)脂肪消耗最大值，而糖消耗最大值出現(xiàn)在力竭負(fù)荷階段。這樣的能量代謝特征及變化是與運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的遞增、身體對(duì)能量輸出需求相一致的。

但安靜代謝率不同的受試者，能量消耗和底物代謝特征存在一定差異，具體表現(xiàn)為：

1.在中小強(qiáng)度負(fù)荷階段（250W以下），安靜代謝率高組的受試者動(dòng)用脂肪供能百分比更高，糖消耗量相對(duì)較少，總能量輸出相對(duì)要低，有氧運(yùn)動(dòng)能力相對(duì)較強(qiáng)；而安靜代謝率低組利用糖較多，對(duì)糖供能的依賴性較大。

2.在力竭運(yùn)動(dòng)中，完成相同負(fù)荷時(shí)高組總能量輸出要低于低組。隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷遞增的脂肪供能的下降水平及下降時(shí)機(jī)有明顯差異。提示，安靜代謝率高組氧化脂肪能力更強(qiáng)，能量利用更為經(jīng)濟(jì)、有效。

［1］王步標(biāo)，華明.運(yùn)動(dòng)生理學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2006：154-161.

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