對持續運動和間歇運動底物代謝與能量消耗的研究

·運動生物化學·

對持續運動和間歇運動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 教育學院體育系,浙江 杭州 310028;2.浙江大學 公共體育與藝術部,浙江 杭州 310058)

摘要：目的：研究普通大學生進行持續運動和間歇運動，在整個過程中底物代謝與能量消耗特征，為制定運動健身方案提供參考依據。方法：有規律鍛煉的大學生8名進行以下三種活動：①以50%VO2max的運動強度持續跑30min恢復30min。②以75%VO2max跑4min間歇恢復2min連續進行5組，恢復30min。③100%VO2max跑3min間歇恢復3min連續進行5組，恢復30min。通過氣體分析儀分析運動中以及運動后的底物代謝和能量消耗特征。結果：①運動中各個階段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之間的對比出現相似的變化趨勢。但隨著運動時間的延長50%VO2max與75%VO2max的差異性逐漸消失。②運動后30min的恢復階段，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度、總的能量消耗的結果正好相反，兩者之間不存在顯著差異。50%VO2max與100%VO2max、75%VO2max與100%VO2max之間的對比出現相似的變化趨勢，并且存在一定的差異性。③整個過程中的變化特征與運動中的底物代謝與能量消耗的特征表現一致。結論：運動中隨著運動強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，運動后恢復過程出現相反的現象。

關鍵詞：持續運動;間歇運動;底物代謝;能量消耗

文章編號：1004-3624(2015)05-0116-05

中圖分類號:G804.7

文獻標識碼：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

作者簡介：陳瑤(1983-)，女，安徽合肥人，助理研究員，研究方向：運動機能監控.

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展變化，久坐不動、運動不足以及高熱量膳食產生的肥胖日益嚴重。肥胖已經成為全球性問題，而與肥胖相關的心腦血管疾病、糖尿病等也在不斷地危害人類健康。流行病學的橫斷面調查研究發現：延長有氧運動時間如：持續跑、健步走、騎自行車等可以降低代謝性疾病的發病風險，改善心肺功能并維持體重。美國運動醫學學會推薦：每周進行150~250min中等強度體力活動對預防體重增加極為有效，但是傳統的持續性運動耗費時間較長，很多年輕人以“沒有時間”為借口不能完成每日運動量或者既定的減肥運動方案。如何在較短時間內，通過提高運動強度的方式達到快速減重和促進健康的目的已變得極為重要。本研究以浙江大學普通男大學生為研究對象分別進行持續運動和間歇運動，收集運動中和運動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減重的運動方式。

1研究對象與方法

1.1研究對象

研究對象為普通男性大學生8名，要求每周參加有規律的體育鍛煉，基本情況見表1。

表1　研究對象基本情況一覽表

1.2研究方法

1.2.1跑臺最大耗氧量測試。測試前要求室內溫度控制在20~25℃，休息至少24h以后，采用意大利COSMED T150 DE的運動跑臺，受試者使用經典的Bruce方案進行最大攝氧量測試。休息5min之后佩戴Polar表和呼吸面罩。測試前主試需要再次強調運動中的注意事項。最大攝氧量的判定標準使用國際通用標準。要求心率≥180次/min；呼吸商≥1.10；隨著負荷的增加，耗氧量停止線性增加并達到一個平臺或開始緩慢下降，最后2個值的差異<士2ml/kg/min；受試者已盡最大能力，經鼓勵仍無法保持預定負荷強度。以上標準滿足3個或者3個以上可以認為達到VO2max。

1.2.2運動測試。以最大攝氧量的測試結果為依據確定50%VO2max、75%VO2max、100%VO2max的速度和坡度，在COSMED T150 DE的運動跑臺準備活動5min，之后的三天每天分別進行50%VO2max運動30min，休息30min；75%VO2max運動4min休息2min持續30min,休息30min；100%VO2max運動3min休息3min持續30min，運動后休息30min。通過氣體分析儀分析運動中以及運動后的氣體情況。運動中按照每6min作為一個階段，運動后10min一個階段，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算方式。綜合已有的關于能量消耗的計算公式及其修正的研究結果,結合現在國際上有關能量消耗研究的計算方法：

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數據處理。數據處理采用SPSS 20.0 for Windows軟件處理，結果用平均數±標準數表示。采用配對T檢驗比較，顯著性采用P<0.05，P<0.01，P<0.001表示。

2研究結果

2.1運動中底物代謝和能量消耗的特征

從表2可以看出在0~6min時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中等強度運動的糖的氧化量(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0~30min的運動過程中隨著運動時間的延長，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　在持續運動和間歇運動中和運動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運動后底物代謝和能量消耗的特征

從運動后的三組數據來看：運動后50%VO2max與75%VO2max之間無顯著性差異；而在30~40 min時50%VO2max與100%VO2max之間無顯著性差異，而隨著休息時間的延長糖的氧化量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高強度間歇訓練明顯高于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度間歇訓練高于后者(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持續運動和間歇運動整個完整過程的能量消耗和底物代謝特征的變化情況

縱觀整個運動和運動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進行比較：發現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)，其余數據兩者之間無顯著性差異。

表3　持續運動和間歇運動整個完整過程中的能量消耗

3分析討論

3.1不同強度運動中底物代謝和能量消耗特征

研究結果表明，50%VO2max 與100%VO2max 之間的比較結果與75%VO2max 與100%VO2max 結果存在一定的相似性。運動中隨著運動強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，其中中等強度持續性運動與中高強度間歇運動之間的差異性不顯著，但與高強度間歇運動之間存在顯著性差異。主要是由于隨著運動強度的增加能耗需求增多同時也對供能速率有了更高的要求，必須由慢速的有氧氧化供能轉為高速的糖酵解供能以滿足運動的需要。

從整個運動過程的發展來看，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，但是在運動期的第二個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動作為一個預適應階段階段具有一定的應激性，經過一段時間的適應后應激水平降低，因此出現在隨后的運動中糖的氧化水平逐漸低于初始階段的水平，從而導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分泌激素的影響如：兒茶酚胺、糖皮質激素、胰島素和眾多氧化過程中各種酶的影響，由于本研究未對內分泌指標進行采集，無法對其機制進行探討[2,3]。

3.2不同強度運動后底物代謝和能量消耗特征

許多學者認為中等強度運動減肥效果更為明顯的原因是關注運動中能量消耗，但對于減脂來說運動中和運動后的總能耗比單純運動中的能量消耗的效果更為明顯[4-7]。這也是近年來眾多學者大力提倡高強度間歇訓練控制體重的原因，一方面可以節省運動時間，另一方面可以加大能量消耗。研究表明運動后的過量氧耗部分以氧化為主，脂肪在運動后的供能比例與運動強度、運動時間密切相關，運動強度影響運動后過量氧耗的量，而運動時間會使運動后過量氧耗的時間延長[8,9]。Kaminsky研究女性在70%VO2max強度下持續跑50min和間歇2*25min，發現過量氧耗(EPOC)的量各為1.4L與3.1L[10]。Almuzaini在相同強度下比較30min持續跑和2*15min間歇跑后的EPOC分別為5.3L和7.4L[11]。運動強度越大過量氧耗量越大的原因是：大強度運動會刺激內分泌腺分泌更多的腎上腺素和去甲腎上腺素，運動后體溫升高、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整個實驗過程中的底物代謝和能量消耗特征

縱觀整個實驗結果后發現：隨著運動強度的增高整個運動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果。從整個運動后的恢復過程來看，高強度運動脂肪氧化量(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相比也出現相似的變化趨勢，但是從整個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運動過后因為高強度運動后脂肪氧化、脂肪供能比例一直處于不斷升高的狀態，而試驗后恢復期休息時間較短未能充分的收集運動后過量氧耗的氣體，從而導致整個平均值下降；②高強度間歇訓練之所以減肥效果明顯由于其總的能量消耗較多，同時運動過程中的能量和脂肪的消耗在短時間內不會通過攝取食物的增多而抵消。相反。高強度運動后會在一定程度上抑制食欲，進而可以減少運動后能量的大量攝入，達到減肥的目的。

4結論

4.1相同耗氧量的持續運動和間歇運動中隨著運動強度的提高，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。

4.2相同耗氧量的持續運動和間歇運動后隨著運動強度的提高，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，而糖的氧化量和氧化供能比例逐漸降低。

4.3整個實驗過程表明中等強度在脂肪的氧化方面優于大強度間歇運動，并且隨著強度的增加差異性逐漸增大。

4.4在整個持續運動和間歇運動完全恢復后的總的能量消耗和底物代謝特征有待進一步研究驗證。

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