陳 強(qiáng)，賈 恒

運(yùn)動能量的消耗是學(xué)術(shù)界關(guān)注的重要領(lǐng)域之一.石新艷和李美霞就曾指出運(yùn)動能耗是專業(yè)運(yùn)動技術(shù)分析的重要指標(biāo)，又是訓(xùn)練負(fù)荷、健身活動的重要練習(xí)目標(biāo)［1］，準(zhǔn)確測量運(yùn)動的能量消耗，將會明確運(yùn)動員最佳的能量補(bǔ)充，以延緩運(yùn)動疲勞，從而提高運(yùn)動成績.能量消耗即能量代謝的過程，測量能量消耗可以通過測定一定時間內(nèi)機(jī)體內(nèi)糖（CHO）、脂肪（FAT）和蛋白質(zhì)的供能消耗［2］來實現(xiàn).能量代謝和底物消耗測量方法的信效度有不同的表現(xiàn)，聶東升等在大學(xué)生不同體力活動能量消耗和運(yùn)動效率的研究中認(rèn)為，K4b2 便攜式心肺功能測試儀測試數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性［3］.

本研究借助K4b2 便攜式心肺功能測試儀檢測實驗組和對照組成員在功率自行車負(fù)荷遞增運(yùn)動中的能量消耗狀態(tài)，研究其機(jī)體內(nèi)糖（CHO）、脂肪（FAT）和蛋白質(zhì)的供能消耗規(guī)律，從而為運(yùn)動員的能量補(bǔ)充提供科學(xué)的參考依據(jù).

1 研究對象與研究設(shè)計

1.1 研究對象

本研究隨機(jī)選取太原工業(yè)學(xué)院定向隊正式隊員15 人（男生10 人，女生5 人）為實驗組受試者，非體育專業(yè)學(xué)生15 人（男生10 人，女生5 人）為對照組受試者，其年齡均在21～22歲.實驗組的受試者需滿足以下幾個條件：①具備3 年以上的專業(yè)運(yùn)動訓(xùn)練史；②其體重近一個月無明顯變化；③無服用藥物等影響測試結(jié)果的情況.對照組受試者的健康狀況良好，無不適宜參加體育運(yùn)動的疾病.

1.2 研究設(shè)計

測試過程中為受試者佩戴K4b2 便攜式心肺功能測試儀，通過記錄運(yùn)動員在功率自行車負(fù)荷遞增運(yùn)動中的相關(guān)身體數(shù)據(jù)，運(yùn)用能量計算公式，作出能量消耗動態(tài)圖，為教練員、運(yùn)動員提供直觀的能量消耗數(shù)據(jù)，進(jìn)而為運(yùn)動員的能量補(bǔ)充提供科學(xué)的參考依據(jù).K4b2 便攜式心肺功能測試儀主要包含主機(jī)、呼氣面罩、秒表、心電儀，以及其他相關(guān)部分.可以測試的指標(biāo)有心率（HR）、脂肪消耗量（FAT 消耗量）、糖消耗量（CHO 消耗量）、總能量消耗量（EE 消耗量）［4-6］.

運(yùn)動器材選用功率自行車，它是新一代訓(xùn)練評定工具，屬于心肺訓(xùn)練器材，運(yùn)動員以獲得最佳結(jié)果為目的進(jìn)行踏車運(yùn)動.根據(jù)不同訓(xùn)練要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，可以同時滿足有氧運(yùn)動、無氧運(yùn)動、中低強(qiáng)度運(yùn)動，亞極量強(qiáng)度運(yùn)動、極量強(qiáng)度運(yùn)動.

實驗流程主要包括實驗前的準(zhǔn)備工作、實驗中的數(shù)據(jù)測試、實驗后數(shù)據(jù)登錄.具體如下：

（1）實驗前準(zhǔn)備工作.①打開K4b2 便攜式心肺功能測試儀和功率自行車的電源，預(yù)熱15～20 min；②氣體容積定標(biāo)；③氣體成分定標(biāo)；④為受試者佩戴呼吸面罩，并告知其按照功率自行車的系統(tǒng)提示進(jìn)行運(yùn)動，實驗時設(shè)置的靜止期為2 min，準(zhǔn)備期間可調(diào)整儀器的佩戴，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確記錄.

（2）數(shù)據(jù)的測試主要包括心率的測試和功率自行車遞增負(fù)荷的能量消耗.心率測試使用心電儀系統(tǒng)配套的電極片實現(xiàn)，將電極片佩戴于受試者心口處測量受試者的心率指標(biāo)，測量記錄受試者的運(yùn)動心率.要求受試者按照提示進(jìn)行運(yùn)動，功率自行車從功率25 W起，遞增負(fù)荷的設(shè)置為每隔2 min 增加25 W，逐步推測出最大運(yùn)動心率，便于監(jiān)控受試者是否達(dá)到力竭，當(dāng)受試者達(dá)到最大運(yùn)動心率之后進(jìn)行2 min 的恢復(fù)期.實驗結(jié)束后用酒精對呼吸面罩進(jìn)行消毒，準(zhǔn)備為下一個受試者測試.

（3）實驗后數(shù)據(jù)登錄.實驗后將受試者的所有數(shù)據(jù)錄入計算機(jī)，數(shù)據(jù)輸入Microsoft Excel儲存，建立數(shù)據(jù)庫.為之后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析做好準(zhǔn)備工作.

2 研究結(jié)果

通過對實驗組與對照組成員的實驗研究，對受試者在運(yùn)動中的相關(guān)身體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，得出以下結(jié)果.

2.1 組內(nèi)不同負(fù)荷度總能量消耗分析

實驗組受試者由定向隊的15 名隊員組成，由于性別差異對能量消耗的影響明顯，因此本研究在數(shù)據(jù)分析時根據(jù)不同性別進(jìn)行能耗的研究.

由表1 可以看出實驗組男生運(yùn)動過程中，隨著受試者的運(yùn)動強(qiáng)度增大，能量消耗逐步增加.其中運(yùn)動強(qiáng)度在0～50 W 時，能耗平緩增加；在100～150 W 過程中，總能耗陡然提升，能量消耗從400 kcal 跨度到1 350 kcal；運(yùn)動強(qiáng)度達(dá)到200 W 時，僅有一名受試者的能耗開始下降；運(yùn)功負(fù)荷達(dá)到225 W 時，有三人能耗開始下降；實驗數(shù)據(jù)顯示250 W 是實驗組男生的力竭負(fù)荷（兩名受試者沒有通過250 W的測試）.

同樣，實驗組女生的能量消耗隨著運(yùn)動負(fù)荷的增加而增加.其中負(fù)荷在0～75 W 的變化階段，總能耗增加幅度比較平緩，75～100 W階段，能耗增速提升.而在運(yùn)動負(fù)荷達(dá)到100～150 W 時，女生的能耗增速為整個運(yùn)動過程中的最大值，呈急劇上升趨勢，如表2 所示，繼續(xù)增加運(yùn)動負(fù)荷，能量消耗開始下降，175 W為定向隊女生的最高負(fù)荷（5 名受試者的總能耗都開始下降）.

對照組由非體育專業(yè)的學(xué)生組成.從對照組男生的數(shù)據(jù)可以看出，能耗隨運(yùn)動負(fù)荷的增加而不斷增加.其中運(yùn)動強(qiáng)度在0～75 W階段中，能耗增長速度緩慢；75 W 以后，能耗增速提升；當(dāng)負(fù)荷量達(dá)到100 W 后，能耗呈急劇上升趨勢；直到150 W 的負(fù)荷時，多數(shù)受試者的能耗變化轉(zhuǎn)為平穩(wěn)狀態(tài)，個別人在175 W運(yùn)動負(fù)荷才進(jìn)入能量消耗的平緩期.對照組男生的最大負(fù)荷為225 W，總能量消耗最大為1 665 kcal，詳見表 3.

表1 定向隊男生功率自行車總能量消耗表（EE）

表2 定向隊女生功率自行車總能量消耗表（EE）

表3 對照組男生功率自行車總能量消耗表（EE）

對照組女生的最大運(yùn)動負(fù)荷為150 W，總的來看，當(dāng)運(yùn)動負(fù)荷低于50 W 時，能量消耗緩慢增長，均在250 kcal 以下，之后隨著運(yùn)動負(fù)荷的增加，能量消耗相較前一階段增速提高，但其速度與之前幾組相比，較為平緩.負(fù)荷達(dá)到150 W 時僅一人能量消耗開始下降；其余4 人的能耗增速陡然，詳見表4.

表4 對照組女生功率自行車總能量消耗表（EE）

2.2 組間運(yùn)動強(qiáng)度總能量消耗趨勢對比

由圖1 可以看出，男生在功率自行車遞增負(fù)荷運(yùn)動中，能量消耗趨勢是逐步上升的.其中實驗組男生總能耗趨勢為：運(yùn)動功率在25～75 W 階段能耗上升較為平緩，運(yùn)動功率在100～150 W 階段呈急劇上升趨勢，運(yùn)動功率在150～250 W 階段能耗上升趨于平緩；對照組比實驗組能耗總趨勢變化顯著，其中運(yùn)動功率在25～75 W 階段對照組較實驗組能耗相差不大，在100～150 W 運(yùn)動階段對照組比實驗組能耗上升幅度大，對照組男生最大運(yùn)動功率為225 W，較實驗組250 W 下降了25 W.實驗組達(dá)到最大運(yùn)動功率的有8 人，只有2 人未達(dá)到250 W 運(yùn)動功率.對照組達(dá)到最大運(yùn)動功率225 W 的僅有 4 人，尚無人能達(dá)到 250 W 運(yùn)動功率.

由圖2 可以看出女生總能量消耗呈總體上升的趨勢.其中實驗組女生能耗總趨勢波動大，運(yùn)動功率在25～100 W 階段能耗上升較為平緩，運(yùn)動功率在100～150 W 階段能耗呈現(xiàn)急劇上升趨勢，運(yùn)動功率達(dá)到150 W 時能耗開始下降；與實驗組相比較，對照組能耗總趨勢波動較小，但上升幅度大，在整個運(yùn)動階段對照組女生能耗都呈急劇上升趨勢，趨勢波動小，但是上升幅度大，對照組最大運(yùn)動功率為150 W，與實驗組相比較，下降了25 W.

圖1 男生總能耗平均數(shù)曲線對比圖

圖2 女生總能耗平均數(shù)曲線對比圖

綜上，隨著運(yùn)動強(qiáng)度不斷增加，兩組的總能量輸出逐漸增加.在低運(yùn)動負(fù)荷（0～50 W）能耗總趨勢無明顯變化，上升趨勢平緩，當(dāng)進(jìn)入中等負(fù)荷強(qiáng)度（50 W 以后），總能耗上升趨勢開始出現(xiàn)波動，進(jìn)入中高負(fù)荷強(qiáng)度（75 W 以后），總能耗輸出呈急劇上升狀態(tài)，進(jìn)入極限負(fù)荷后，總消耗開始下降.王道等認(rèn)為機(jī)體能量代謝存在動員階段、穩(wěn)定階段和疲勞階段，運(yùn)動負(fù)荷的大小決定著機(jī)體機(jī)能對能量大小的需求［6］.負(fù)荷強(qiáng)度小時，機(jī)體對能量需求小，機(jī)體能量代謝處于動員階段，能量輸出平穩(wěn).隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增加，身體對能量的需求也增加，當(dāng)進(jìn)入中等負(fù)荷強(qiáng)度后，身體能量代謝處于穩(wěn)定階段，能量輸出穩(wěn)定且速率快，所以此階段能量呈現(xiàn)加劇提升趨勢.當(dāng)進(jìn)入極限負(fù)荷后，機(jī)體機(jī)能進(jìn)入疲勞期，機(jī)體能量代謝也進(jìn)入疲勞期，能量輸出下降.

2.3 不同運(yùn)動強(qiáng)度CHO、FAT 能耗實驗結(jié)果

（1）男生CHO、FAT 能耗對比結(jié)果.由圖3可以看出，男生CHO 的機(jī)體能耗逐漸增加.其中在75 W 之前實驗組的CHO 能耗是高于對照組的，而在100 W 以后對照組男生CHO 能耗反超實驗組.而且兩組CHO 能耗在100 W以后呈現(xiàn)急劇上升狀態(tài).250 W 的時候只有實驗組成員有CHO 能耗輸出.

圖3 男生CHO 能耗柱狀圖

圖4 男生FAT 能耗柱狀圖

由圖4 可以看出，男生FAT 的機(jī)體能耗是先增加后降低.在75 W 之前男生FAT 能耗呈上升趨勢，75 W 以后呈下降趨勢，直至負(fù)荷在250 W 時FAT 能耗輸出為0，并且在實驗的全過程中，實驗組FAT 能耗輸出始終高于對照組.

（2）女生CHO、FAT 能耗對比結(jié)果.由圖5可以看出，女生CHO 的機(jī)體能耗逐漸增加.并且在測試運(yùn)動的全過程中，實驗組CHO 能耗輸出始終高于對照組.負(fù)荷在50 W 之前女生CHO 能耗輸出增長緩慢且平穩(wěn)，在75 W 以后CHO 能耗呈急劇上升狀態(tài).在175 W 的時候只有實驗組有CHO 能耗輸出.

圖5 女生CHO 能耗柱狀圖

圖6 女生FAT 能耗柱狀圖

圖6 數(shù)據(jù)顯示，隨著運(yùn)動負(fù)荷的增加女生FAT 的機(jī)體能耗先增加后降低.在50 W 之前女生FAT 能耗呈上升狀態(tài)，50 W 以后呈下降狀態(tài)，對照組的FAT 輸出在100 W 的時候終止，而實驗組在150 W 的時候終止.并且在實驗運(yùn)動的全過程中，實驗組女生FAT 能耗輸出始終高于對照組.

在實驗過程中，不管是實驗組還是對照組，隨著運(yùn)動強(qiáng)度的逐漸增加，身體總能量輸出逐漸增加，同時供能物質(zhì)的供能情況也發(fā)生了改變.由實驗結(jié)果可以看出，男生在負(fù)荷強(qiáng)度為75 W 時發(fā)生改變，75 W 之前脂肪供能呈上升趨勢，而且糖供能輸出量較少；75 W 之后脂肪供能下降，糖供能上升，并且是急劇上升；女生在50 W 的時候發(fā)生改變，50 W 之前脂肪供能呈上升趨勢，50 W 之后脂肪供能下降，糖供能上升.由此可以看出在低負(fù)荷運(yùn)動狀態(tài)下，機(jī)體供能主要由脂肪承擔(dān).王昕等在耐力運(yùn)動對脂代謝的影響研究認(rèn)為機(jī)體在低強(qiáng)度負(fù)荷運(yùn)動時，機(jī)體主要能源物質(zhì)是FAT，即 FAT 供能比例較高［7］.王榮輝等指出，在低強(qiáng)度運(yùn)動時機(jī)體的肌氧下降較少，F(xiàn)AT 是主要的供能物質(zhì)，供能方式較為單一［8］.兩位學(xué)者的研究與本研究的結(jié)果一致.

隨著運(yùn)動強(qiáng)度的上升，機(jī)體的能耗輸出主要為糖，由實驗結(jié)果可以看出糖的消耗量在男75 W、女50 W 的運(yùn)動負(fù)荷時出現(xiàn)急劇上升，并且在達(dá)到最大負(fù)荷強(qiáng)度時機(jī)體能耗全部為糖.原因可能是隨著運(yùn)動強(qiáng)度的上升參與做功的肌群發(fā)生變化，當(dāng)負(fù)荷強(qiáng)度小時，做功肌群主要由慢肌完成；當(dāng)負(fù)荷強(qiáng)度變大時，做功肌群由慢肌轉(zhuǎn)化為快肌.在低負(fù)荷運(yùn)動時，慢肌纖維較強(qiáng)的氧化能力正好滿足了脂肪代謝對氧的需求；隨著運(yùn)動負(fù)荷的上升，機(jī)體供氧能力下降，且肌肉群主要由快肌纖維做功，脂肪代謝不能滿足機(jī)體需求，只能轉(zhuǎn)由糖供能［9］.

由實驗結(jié)果可以看出，實驗組的最大負(fù)荷強(qiáng)度要高于對照組.實驗組男生最大負(fù)荷強(qiáng)度為250 W，對照組男生最大負(fù)荷強(qiáng)度為225 W；實驗組女生最大負(fù)荷強(qiáng)度為175 W，對照組女生最大負(fù)荷強(qiáng)度為150 W.實驗組受試者經(jīng)過長時間的訓(xùn)練，身體的各項指標(biāo)高于對照組.故而實驗組所能承受的最大負(fù)荷強(qiáng)度高于對照組.

3 結(jié)論

遞增負(fù)荷力竭運(yùn)動中，能量消耗和底物代謝總特征為：運(yùn)動員的總能量輸出和CHO消耗量隨著運(yùn)動強(qiáng)度增加而不斷增加，而FAT 消耗量逐步減少.男子運(yùn)動負(fù)荷在75 W、女子在50 W 時出現(xiàn)最大脂肪（FAT）消耗；之后FAT 消耗下降，糖（CHO）消耗上升，CHO 消耗最大值出現(xiàn)在力竭負(fù)荷階段.

在中小強(qiáng)度負(fù)荷階段，實驗組成員FAT供能比對照組高，意味著實驗組在該運(yùn)動階段對CHO 的依賴程度比對照組低，表明實驗組成員在中小強(qiáng)度負(fù)荷階段有氧運(yùn)動能力比對照組強(qiáng).在大強(qiáng)度負(fù)荷階段，實驗組成員FAT 供能下降程度比對照組大，CHO 參與供能比對照組大，而且CHO 參與供能的絕對值也比對照組要高得多，這也就意味著在大強(qiáng)度的運(yùn)動過程中，實驗組的總能耗顯著高于對照組，具體體現(xiàn)為實驗組在大強(qiáng)度運(yùn)動中更有力量，持續(xù)時間更長.

對遞增負(fù)荷運(yùn)動中能量消耗情況的研究表明，在不同的運(yùn)動強(qiáng)度時，身體的能耗速率是不一樣的，可以通過改變運(yùn)動強(qiáng)度，訓(xùn)練機(jī)體能量代謝速率，提高比賽成績.比如在耐力素質(zhì)訓(xùn)練中，可以通過減小負(fù)荷強(qiáng)度、增加運(yùn)動時間的手段提高運(yùn)動員的能量代謝水平［10］，以增加運(yùn)動員在中等負(fù)荷強(qiáng)度時能量代謝穩(wěn)定期的時間，提高運(yùn)動員高能量代謝的持續(xù)時間，提升運(yùn)動員的耐力素質(zhì).

研究表明在低負(fù)荷運(yùn)動時，脂肪是最主要能量輸出；中高負(fù)荷運(yùn)動中脂肪供能下降，糖供能上升；大強(qiáng)度負(fù)荷運(yùn)動時，主要由糖供能.建議定向隊運(yùn)動員在訓(xùn)練過程中可以根據(jù)負(fù)荷強(qiáng)度的不同，來選擇攝入不同的食物.比如定向隊在進(jìn)行每周的10 公里體能拉練訓(xùn)練中，訓(xùn)練前可以選擇多補(bǔ)充脂肪，多攝入脂肪含量高的食物；在進(jìn)行“6+2”（600 米+200米）大強(qiáng)度訓(xùn)練時，訓(xùn)練前可以選擇多補(bǔ)充糖，多攝入些淀粉類食物.