·運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)·

對(duì)持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)底物代謝與能量消耗的研究

韓娟1,董曉虹2,陳宇婷1

(1.浙江大學(xué) 教育學(xué)院體育系,浙江 杭州 310028;2.浙江大學(xué) 公共體育與藝術(shù)部,浙江 杭州 310058)

摘要：目的：研究普通大學(xué)生進(jìn)行持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)，在整個(gè)過程中底物代謝與能量消耗特征，為制定運(yùn)動(dòng)健身方案提供參考依據(jù)。方法：有規(guī)律鍛煉的大學(xué)生8名進(jìn)行以下三種活動(dòng)：①以50%VO2max的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度持續(xù)跑30min恢復(fù)30min。②以75%VO2max跑4min間歇恢復(fù)2min連續(xù)進(jìn)行5組，恢復(fù)30min。③100%VO2max跑3min間歇恢復(fù)3min連續(xù)進(jìn)行5組，恢復(fù)30min。通過氣體分析儀分析運(yùn)動(dòng)中以及運(yùn)動(dòng)后的底物代謝和能量消耗特征。結(jié)果：①運(yùn)動(dòng)中各個(gè)階段50%VO2max的脂肪氧化量和脂肪氧化百分比顯著高于75%VO2max，而糖的氧化量和糖的氧化強(qiáng)度、總的能量消耗低于75%VO2max且兩者之間存在一定的差異。50%VO2max與100%VO2max、75%VO2max與100%VO2max之間的對(duì)比出現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)。但隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)50%VO2max與75%VO2max的差異性逐漸消失。②運(yùn)動(dòng)后30min的恢復(fù)階段，50%VO2max的脂肪氧化量和脂肪氧化百分比高于75%VO2max，而糖的氧化量和糖的氧化強(qiáng)度、總的能量消耗的結(jié)果正好相反，兩者之間不存在顯著差異。50%VO2max與100%VO2max、75%VO2max與100%VO2max之間的對(duì)比出現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)，并且存在一定的差異性。③整個(gè)過程中的變化特征與運(yùn)動(dòng)中的底物代謝與能量消耗的特征表現(xiàn)一致。結(jié)論：運(yùn)動(dòng)中隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加脂肪的氧化量和氧化供能比例逐漸降低，糖的氧化量和氧化供能比、總的能量消耗逐漸升高，運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)過程出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：持續(xù)運(yùn)動(dòng);間歇運(yùn)動(dòng);底物代謝;能量消耗

文章編號(hào)：1004-3624(2015)05-0116-05

中圖分類號(hào):G804.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract:Objective: To research on substrate metabolism and energy expenditure of normal weight college students in the process of continues and interval exercise ,laid the foundation for establishment of sports fitness plan. Methods: Eight normal weight college students were recruited from campus for this research. ①Respectively exercise at the intensity of 50%VO2max,a single bout of 30-min running and 30-min rest; ②Respectively exercise at the intensity of 75%VO2max ,five bouts of 4-min running separated by a 2-min rest between running bouts, after that rest for 30 minutes; ③Respectively exercise at the intensity of 100%VO2max ,five bouts of 3-min running separated by a 3-min rest between running bouts, after that rest for 30 minutes. During the exercise and rest, the respirator was collested in order to anlyze and ascertain in the substrate metabolism and energy expenditure.Results: ①During exercise ,the fat-oxidation and contribution of fat in 50%VO2max are significant higer than 75%VO2max,CHO-oxidation and contribution of CHO ,total energy expenditure are significant less than 75%VO2max .50%VO2max and 100%VO2max, 75%VO2max and 100%VO2max were appeared similar trends. With time going on ,the difference between 50%VO2max and 75%VO2max were disappeared. ②In the recover phase, the fat-oxidation and contribution of fat in 50%VO2max are higher than 75%VO2max, CHO-oxidation and contribution of CHO ,total energy expenditure are contary with that, there are no difference between them.50%VO2max and 100%VO2max,75%VO2max and 100%VO2max were appeared similar trends. There are some differences between them. ③The substrate metabolism and energy expenditure of whole exercise are similar with the process of exercise.Conclusion: During exercise, with the intensity increasing ,the fat-oxidation and contribution of fat were discreased, CHO-oxidation and contribution of CHO ,total energy expenditure are increased. During the recover phase, the outcome are contrary.

收稿日期：2015-07-20

作者簡(jiǎn)介：陳瑤(1983-)，女，安徽合肥人，助理研究員，研究方向：運(yùn)動(dòng)機(jī)能監(jiān)控.

Research on Substrate Metabolism and Energy Expenditure in

Continious and Interval Exercises

HAN Juan1,DONG Xiao-hong2,CHEN Yu-ting1

(1.Physical Education Department, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China;

2.Public Physical and Art Education Department, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Key words:continues exercise; interval exercises; substrate metabolism; energy expenditure

0前言

隨著人們工作方式和生活方式的發(fā)展變化，久坐不動(dòng)、運(yùn)動(dòng)不足以及高熱量膳食產(chǎn)生的肥胖日益嚴(yán)重。肥胖已經(jīng)成為全球性問題，而與肥胖相關(guān)的心腦血管疾病、糖尿病等也在不斷地危害人類健康。流行病學(xué)的橫斷面調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)：延長(zhǎng)有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)間如：持續(xù)跑、健步走、騎自行車等可以降低代謝性疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，改善心肺功能并維持體重。美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)推薦：每周進(jìn)行150~250min中等強(qiáng)度體力活動(dòng)對(duì)預(yù)防體重增加極為有效，但是傳統(tǒng)的持續(xù)性運(yùn)動(dòng)耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，很多年輕人以“沒有時(shí)間”為借口不能完成每日運(yùn)動(dòng)量或者既定的減肥運(yùn)動(dòng)方案。如何在較短時(shí)間內(nèi)，通過提高運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的方式達(dá)到快速減重和促進(jìn)健康的目的已變得極為重要。本研究以浙江大學(xué)普通男大學(xué)生為研究對(duì)象分別進(jìn)行持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)，收集運(yùn)動(dòng)中和運(yùn)動(dòng)后的氣體分析其底物代謝和能量消耗的特征，基于能量消耗角度探究科學(xué)減重的運(yùn)動(dòng)方式。

1研究對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

研究對(duì)象為普通男性大學(xué)生8名，要求每周參加有規(guī)律的體育鍛煉，基本情況見表1。

表1　研究對(duì)象基本情況一覽表

1.2研究方法

1.2.1跑臺(tái)最大耗氧量測(cè)試。測(cè)試前要求室內(nèi)溫度控制在20~25℃，休息至少24h以后，采用意大利COSMED T150 DE的運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)，受試者使用經(jīng)典的Bruce方案進(jìn)行最大攝氧量測(cè)試。休息5min之后佩戴Polar表和呼吸面罩。測(cè)試前主試需要再次強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)中的注意事項(xiàng)。最大攝氧量的判定標(biāo)準(zhǔn)使用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)。要求心率≥180次/min；呼吸商≥1.10；隨著負(fù)荷的增加，耗氧量停止線性增加并達(dá)到一個(gè)平臺(tái)或開始緩慢下降，最后2個(gè)值的差異<士2ml/kg/min；受試者已盡最大能力，經(jīng)鼓勵(lì)仍無法保持預(yù)定負(fù)荷強(qiáng)度。以上標(biāo)準(zhǔn)滿足3個(gè)或者3個(gè)以上可以認(rèn)為達(dá)到VO2max。

1.2.2運(yùn)動(dòng)測(cè)試。以最大攝氧量的測(cè)試結(jié)果為依據(jù)確定50%VO2max、75%VO2max、100%VO2max的速度和坡度，在COSMED T150 DE的運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)準(zhǔn)備活動(dòng)5min，之后的三天每天分別進(jìn)行50%VO2max運(yùn)動(dòng)30min，休息30min；75%VO2max運(yùn)動(dòng)4min休息2min持續(xù)30min,休息30min；100%VO2max運(yùn)動(dòng)3min休息3min持續(xù)30min，運(yùn)動(dòng)后休息30min。通過氣體分析儀分析運(yùn)動(dòng)中以及運(yùn)動(dòng)后的氣體情況。運(yùn)動(dòng)中按照每6min作為一個(gè)階段，運(yùn)動(dòng)后10min一個(gè)階段，分析其底物代謝和能量消耗特征。

1.2.3能量消耗以及底物代謝的計(jì)算方式。綜合已有的關(guān)于能量消耗的計(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：

糖的氧化量(g/min)=4.585VCO2(L/min)-3.226VO2(L/min)；

脂肪的氧化量(g/min)=1.695VO2(L/min)-1.701VCO2(L/min)；

總能量輸出(Kcal/min)=[脂肪的氧化量(g/min)×9+糖的氧化量(g/min)×4]。

1.2.4數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理采用SPSS 20.0 for Windows軟件處理，結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)數(shù)表示。采用配對(duì)T檢驗(yàn)比較，顯著性采用P<0.05，P<0.01，P<0.001表示。

2研究結(jié)果

2.1運(yùn)動(dòng)中底物代謝和能量消耗的特征

從表2可以看出在0~6min時(shí)50%VO2max與75%VO2max相比糖的氧化量(P<0.001)、總的能量消耗(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.01)后者明顯高于前者，脂肪的氧化量50%VO2max高于75%VO2max(P<0.01)，但二者之間尚無顯著性差異。與100%VO2max相比較，50%VO2max中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的糖的氧化量(P<0.001)、總的能量消耗(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.001)明顯低于100%VO2max，但是脂肪的氧化量(P<0.001)以及脂肪的供能比例(P<0.001)則相反。75%VO2max與100%VO2max相比：75%VO2max的糖的氧化量(P<0.001)、總的能量消耗(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.001)明顯低于100%VO2max，而脂肪的氧化量(P<0.001)以及脂肪的供能比例(P<0.001)則相反。

在整個(gè)0~30min的運(yùn)動(dòng)過程中隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，50%VO2max與75%VO2max之間的差異性逐漸消失，而50%VO2max與100%VO2max在糖的氧化量(P<0.001)、總的能量消耗(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.01)上存在顯著性差異。75%VO2max與100%VO2max在糖的氧化量上存在一定差異(12~18min,P<0.001；18~24min, P<0.05；24~30min,P<0.001)，在脂肪的氧化供能方面無顯著差異，總的能量消耗75%VO2max明顯低于100%VO2max(12~18min,P<0.001；18~24min,P<0.01；24~30min,P<0.001)，兩者在脂肪氧化量、糖的供能比例和脂肪的供能比例之間無顯著性差異。

表2　在持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)中和運(yùn)動(dòng)后能量消耗和底物代謝的基本特征

注:*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001

2.2運(yùn)動(dòng)后底物代謝和能量消耗的特征

從運(yùn)動(dòng)后的三組數(shù)據(jù)來看：運(yùn)動(dòng)后50%VO2max與75%VO2max之間無顯著性差異；而在30~40 min時(shí)50%VO2max與100%VO2max之間無顯著性差異，而隨著休息時(shí)間的延長(zhǎng)糖的氧化量50%VO2max顯著高于100%VO2max(40~50min,50~60min,P<0.01)，而脂肪的氧化量100%VO2max顯著高于50%VO2max(40~50min,50~60min,P<0.001)，總的能量消耗也存在100%VO2max高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練明顯高于50%VO2max，糖的氧化供能比例100%VO2max顯著低于50%VO2max(P<0.05)，脂肪的供能比例高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練高于后者(P<0.05)。75%VO2max與100%VO2max之間糖和脂肪氧化的差異顯著(P<0.001)，而二者的糖氧化供能比例與脂肪氧化供能存在顯著性差異(P<0.05)。

2.3持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)整個(gè)完整過程的能量消耗和底物代謝特征的變化情況

縱觀整個(gè)運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)后休息兩部分總和起來分析其能量消耗和底物代謝特征見表3，50%VO2max與75%VO2max進(jìn)行比較：發(fā)現(xiàn)50%VO2max糖的氧化量、糖的供能比例、總的能量消耗明顯低于75%VO2max(P<0.001)，而脂肪的供能比例明顯高于75%VO2max(P<0.001)，脂肪的氧化量無顯著差異。50%VO2max與100%VO2max相比：前者在糖的氧化量(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.01)、總的能量(P<0.001)消耗明顯低于后者，而脂肪的氧化量(P<0.01)和脂肪的供能比例(P<0.01)則明顯高于后者。75%VO2max與100%VO2max在糖的氧化量和總的能量消耗上存在顯著差異(P<0.01)，75%VO2max脂肪氧化量明顯高于100%VO2max(P<0.05)，其余數(shù)據(jù)兩者之間無顯著性差異。

表3　持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)整個(gè)完整過程中的能量消耗

3分析討論

3.1不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中底物代謝和能量消耗特征

研究結(jié)果表明，50%VO2max 與100%VO2max 之間的比較結(jié)果與75%VO2max 與100%VO2max 結(jié)果存在一定的相似性。運(yùn)動(dòng)中隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的逐漸增加糖的氧化量、糖的供能比例、總的能量消耗逐漸增加，但是脂肪的氧化量和脂肪的供能比例逐漸下降，其中中等強(qiáng)度持續(xù)性運(yùn)動(dòng)與中高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)之間的差異性不顯著，但與高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)之間存在顯著性差異。主要是由于隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加能耗需求增多同時(shí)也對(duì)供能速率有了更高的要求，必須由慢速的有氧氧化供能轉(zhuǎn)為高速的糖酵解供能以滿足運(yùn)動(dòng)的需要。

從整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的發(fā)展來看，50%VO2max 與75%VO2max 在糖的氧化量(P<0.001)、糖的氧化供能比例(P<0.01)、脂肪的氧化供能比例(P<0.01)有顯著差異，但是在運(yùn)動(dòng)期的第二個(gè)階段兩者之間的差異性開始減小。分析其原因可能是初始階段間歇運(yùn)動(dòng)作為一個(gè)預(yù)適應(yīng)階段階段具有一定的應(yīng)激性，經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)后應(yīng)激水平降低，因此出現(xiàn)在隨后的運(yùn)動(dòng)中糖的氧化水平逐漸低于初始階段的水平，從而導(dǎo)致兩者之間的差異性逐漸降低直至最后不存在顯著性差異[1]。除此之外還有較多的內(nèi)分泌激素的影響如：兒茶酚胺、糖皮質(zhì)激素、胰島素和眾多氧化過程中各種酶的影響，由于本研究未對(duì)內(nèi)分泌指標(biāo)進(jìn)行采集，無法對(duì)其機(jī)制進(jìn)行探討[2,3]。

3.2不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后底物代謝和能量消耗特征

許多學(xué)者認(rèn)為中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)減肥效果更為明顯的原因是關(guān)注運(yùn)動(dòng)中能量消耗，但對(duì)于減脂來說運(yùn)動(dòng)中和運(yùn)動(dòng)后的總能耗比單純運(yùn)動(dòng)中的能量消耗的效果更為明顯[4-7]。這也是近年來眾多學(xué)者大力提倡高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練控制體重的原因，一方面可以節(jié)省運(yùn)動(dòng)時(shí)間，另一方面可以加大能量消耗。研究表明運(yùn)動(dòng)后的過量氧耗部分以氧化為主，脂肪在運(yùn)動(dòng)后的供能比例與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間密切相關(guān)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度影響運(yùn)動(dòng)后過量氧耗的量，而運(yùn)動(dòng)時(shí)間會(huì)使運(yùn)動(dòng)后過量氧耗的時(shí)間延長(zhǎng)[8,9]。Kaminsky研究女性在70%VO2max強(qiáng)度下持續(xù)跑50min和間歇2*25min，發(fā)現(xiàn)過量氧耗(EPOC)的量各為1.4L與3.1L[10]。Almuzaini在相同強(qiáng)度下比較30min持續(xù)跑和2*15min間歇跑后的EPOC分別為5.3L和7.4L[11]。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大過量氧耗量越大的原因是：大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)會(huì)刺激內(nèi)分泌腺分泌更多的腎上腺素和去甲腎上腺素，運(yùn)動(dòng)后體溫升高、大量的代謝廢物需要清除都需要消耗大量的氧氣，而這一部分主要依靠脂肪氧化供能[12]。

3.3整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的底物代謝和能量消耗特征

縱觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果后發(fā)現(xiàn)：隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增高整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的糖的氧化量和氧化供能比例以及總的能量消耗逐漸升高，同時(shí)脂肪的氧化量和脂肪的氧化供能比例則降低。加拿大MajorGC[13]等的研究也支持此結(jié)果。從整個(gè)運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)過程來看，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)脂肪氧化量(P<0.001)、脂肪的氧化供能比例(P<0.01)以及總的能量消耗(P<0.05)顯著高于50%VO2max，與75%VO2max相比也出現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)，但是從整個(gè)60min的能量消耗上看脂肪量、脂肪的氧化供能比例仍然是50%VO2max顯著高于100%VO2max，分析原因可能是：①運(yùn)動(dòng)過后因?yàn)楦邚?qiáng)度運(yùn)動(dòng)后脂肪氧化、脂肪供能比例一直處于不斷升高的狀態(tài)，而試驗(yàn)后恢復(fù)期休息時(shí)間較短未能充分的收集運(yùn)動(dòng)后過量氧耗的氣體，從而導(dǎo)致整個(gè)平均值下降；②高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練之所以減肥效果明顯由于其總的能量消耗較多，同時(shí)運(yùn)動(dòng)過程中的能量和脂肪的消耗在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)通過攝取食物的增多而抵消。相反。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后會(huì)在一定程度上抑制食欲，進(jìn)而可以減少運(yùn)動(dòng)后能量的大量攝入，達(dá)到減肥的目的。

4結(jié)論

4.1相同耗氧量的持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)中隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的提高，脂肪的氧化量和氧化供能比例逐漸降低，而糖的氧化量和氧化供能比例以及總的能量消耗呈逐漸升高趨勢(shì)。

4.2相同耗氧量的持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)后隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的提高，脂肪的氧化量和氧化供能比例逐漸升高以及總的能量消耗呈逐漸升高趨勢(shì)，而糖的氧化量和氧化供能比例逐漸降低。

4.3整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程表明中等強(qiáng)度在脂肪的氧化方面優(yōu)于大強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)，并且隨著強(qiáng)度的增加差異性逐漸增大。

4.4在整個(gè)持續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)完全恢復(fù)后的總的能量消耗和底物代謝特征有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

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