咖啡對青少年自行車訓練能量代謝率的影響

許婧怡 張寬 夏煥春

摘 要：本研究旨在測試青少年受試者攝入咖啡后運動能量代謝，對比單獨運動，咖啡能否更有效的促進能量代謝。試驗方法為招募20位青少年參與研究，采用代謝車完成。分為兩次進行，受試者首先靜坐30分鐘，然后飲用水或咖啡（咖啡因含量200mg）再靜坐30分鐘，之后進行30min自行車訓練。試驗結果：喝咖啡后自行車訓練能量代謝率比喝水后有所提高。

關鍵詞：能量代謝率；咖啡；青少年；運動；自行車訓練

中圖分類號：G804.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0230-03

1 概述

1.1 問題概述

咖啡中富含的咖啡因具有促進消化液分泌的作用，可提高人體能量消耗。研究表明，咖啡可以提升3%～4%人體的新陳代謝率，起到減重效果。本研究計劃測試青少年受試者攝入咖啡因后的運動能量代謝，研究對比單獨運動鍛煉，咖啡是否可以更有效的促進能量代謝。

1.2 實驗設計

為盡可能排除變量，我們讓受試者保持空腹，減少其它因素對消化系統的影響。根據文獻報道[1]，未成年人每日咖啡因攝入劑量要小于3mg/kg體重，所以選擇200mg作為本實驗的咖啡因攝入劑量。咖啡因在成人血液內達到峰值時間為30～60min[2]。所以本研究選擇飲用咖啡后30min進行運動訓練。

2 咖啡的功能

2.1 咖啡因的藥理作用

咖啡因可用作興奮劑，苦味劑和香料。它可用于可樂型飲料和含咖啡飲料中，可樂型飲料中，最大添加量為0.15g/kg；含咖啡飲料中咖啡因含量要求不得少于200mg/kg[3]可使中樞神經系統興奮，能增加人的警覺度。小劑量咖啡因可在一定程度上使睡意消失，精神振奮，思維敏捷。劑量增加可以直接興奮延腦呼吸中樞和血管運動中樞，使呼吸加快，血壓升高。劑量過大會引起不良反應，可致激動、失眠、心悸、頭痛，也可引起驚厥[4]。

2.2 咖啡對人體的影響

2.2.1 咖啡對人體的正面影響

咖啡因是一種較為柔和的興奮劑，有實驗表明，一天吸收300mg的咖啡因，會對情緒產生良好的影響。根據Ross等人的研究，經常攝入咖啡因還能預防帕金森病。[5]

對于心血管系統，咖啡因被認為是具有正性作用的心血管藥物，會產生心率增快，血壓升高等正性心力作用[6]。

對于消化系統，咖啡因可以有效促進胃泌酸增加和胃腺分泌亢進。美國哈佛大學研究人員發現，每天飲用2-3杯咖啡者，患有膽石癥的概率要低于不飲咖啡者約30%-40%。[7]

2.2.2 咖啡對人體的負面影響

咖啡因會影響睡眠，可致焦躁不安，過度興奮等。對于心血管系統，普遍認為咖啡因會引起高血壓等心血管系統疾病，然而據國外流行病學調查，沒有充分的數據可以證明兩者之間的相關性。所以，尚不能肯定長期攝入咖啡因與高血壓等心血管疾病之間的必然性。[8]

3 人體能量代謝簡介

3.1 能量代謝的測定

能量測定不便于實行，機體在一段時間內的產熱量一般是以間接測熱法推算出來的，本研究中用到的是根據間接測熱法設計的間接能量測定儀，簡稱為代謝車。

因食物在氧化過程中消耗的氧量產生的CO2的量及熱量之間均有一定的比例，我們將某種食物氧化時消耗1升O2所產生的熱量定義為氧熱價，而將產生的CO2量與O2消耗量的比值稱為呼吸商（respiratory quotient，RQ），通過公式計算出單位時間的產熱量。每分鐘的能量消耗量定義為能量代謝率（Metabolic Rate，MR），單位為kcal/min。

3.2 運動對能量代謝的影響

影響人類能量代謝的主要是肌肉活動、精神緊張、食物、環境溫度等。肌肉活動對人體能量代謝的影響最為顯著；從事較為劇烈的運動時，能量消耗量有顯著增加。

本次實驗中通過使用功率車來進行能源消耗。運動員以獲得最佳結果為目的，竭盡全力的做踏車運動，電子顯示器可每10秒鐘顯示一次平均功率。

4 咖啡與能量代謝的關系

4.1 咖啡對能量代謝的影響

咖啡因能對人體的能量代謝產生積極性的促進影響。已有實驗證明咖啡因調控系統性能量代謝的作用機制可使小鼠體重下降，研究人員通過為小鼠腦室內注射咖啡因和喂食咖啡因，均發現能抑制肥胖小鼠的食欲并增加能量消耗。[9]

4.2 與運動的關系

實驗表明，雖然咖啡有著促進脂肪燃燒的效果，但如果不運動，脂肪只會變成游離的脂肪酸，得不到消耗脂肪酸在一段時間之后，它又會恢復為中性脂肪。我們可以認為，只有在咖啡與運動相結合的時候，咖啡因才能得到最好的揮發。需要關注的是，咖啡因的生物利用度近100%[10]，在30～60分鐘內達到峰值。

至于咖啡因會如何影響運動的能量率，對人體能量代謝率的增加百分比是多少點尚不得知，本研究決定通過實驗的方法，對這一數據進行分析。

5 實驗材料與方法

20名志愿者，身體健康，無重大疾病史，十位男性、十位女性，年齡均在16～17歲之間。

每名受試者進行2次實驗，中間相隔48小時。

第一次實驗：該組為無咖啡實驗。受試者到達實驗室后，休息10min后佩戴代謝車面罩，進行30min的對靜坐時能量代謝的測試。飲用水后30min登上功率自行車測量運動能量代謝率，騎行時間為30min，始終保持在給出的功率區間。

第二次實驗：該組為含咖啡實驗。首先飲用一杯約180ml的黑咖啡，咖啡粉的量為4g，咖啡因含量200mg。休息10min后佩戴代謝車面罩，首先進行30min的對靜坐時能量代謝的測試。飲用咖啡后30min登上功率自行車測量運動能量代謝率，騎行時間為30min，始終保持在給出的功率區間。

實驗完成后，將實驗數據進行了匯總，以折線圖的形式體現出來。每一位受試者均有三組數據，分別為不飲用咖啡不飲用水的靜坐，不飲用咖啡只飲用水的運動以及飲用咖啡的運動。（以下簡稱靜坐，水運動，咖啡運動）

該表格綜合記錄了在30分鐘之內20名受試者的在靜坐，水運動，咖啡運動這三種情況下，能量代謝率的平均數值。

根據圖1可知，基于靜坐給出的基本數值，我們可以對比咖啡運動和水運動的能量代謝率有一定的差值。

我們對于總體數據進行了分析，計算對比得出了針對每個受試者在飲用咖啡前后對運動時能量代謝造成的影響，能量代謝率變化的計算公式如（1），得出了如圖2。

能量代謝率變化=（MR咖啡-MR水）÷MR水×100% （1）

平均差根據表格可知，有60%的受試者在飲用咖啡后對運動時的能量代謝起到了積極性的影響，有約40%的受試者對此有著超過10%的能量代謝率增長率。根據整體數據來看，結果表明，飲用咖啡后自行車訓練能量代謝率

（4.229±0.170 kcal/min）比飲用水后（3.958±0.294kcal/min）有所提高。平均增長率為7.89%。就此，我們可以就此推測出兩者成正相關。

6 結論和討論

綜上所述，本實驗數據結果表明，飲用咖啡后自行車訓練能量代謝率（4.229±0.170kcal/min）比飲用水后（3.958±0.294kcal/min）有所提高。我們可以得出飲用咖啡可以提高青少年自行車訓練的能量代謝率的結論。相關資料也顯示，盡管單純的咖啡攝入是否影響能量代謝率仍存爭議，但咖啡配合運動可以提高能量消耗已得到了廣泛共識。所以我們在此提出建議，對于嘗試減肥的人們，可以通過在運動的前30分鐘飲用黑咖啡從而提高鍛煉時得能量消耗。同時已有研究也表明，正常劑量的咖啡因攝入對人體無不良影響，所以咖啡配合運動的方式或許將成為一種全新的減肥方法。

我們發現，咖啡改變了氧氣的消耗量和二氧化碳的排出量。然而，先前的實驗證明，這個效果現象在靜坐狀態時并不明顯。究竟是為何咖啡在結合運動的時候變得更加著目，引起了能量代謝率的高達8%的促進呢？根據文獻報道，咖啡因作為一種較為柔和的興奮劑，它會在一定程度上促進腎上腺皮質的腎上腺素的分泌，從而達到改變能量代謝率的效果。咖啡因的攝入可能是對交感神經產生了一定程度的刺激，使交感神經處于興奮狀態。從另一角度來講，咖啡因可能促進了脂肪的分解，使脂肪變成易供能的游離脂肪酸，防止脂肪堆積，這時，恰當的有氧運動會使我們盡快消耗掉游離脂肪酸。這個效果在如同本實驗中進行的功率自行車運動的此類有氧運動中體現的更為明顯，這就不難解釋了為何咖啡對運動時能量消耗有著促進的作用。針對一些個體差異現象，我們認為或許與交感神經及腎上腺髓質中腎上腺素的分泌有關，涉及到復雜的人體構造和結構，還需進一步調查及證明。

參考文獻

[1]Nawrot P， Jordan S， Eastwood J， Rotstein J，Hugenholtz A， Feeley M. Effects of caffeineon human health. Food AdditContam， 2003，20（1）：1-30.

[2]Benowitz NL. Clinical pharmacology of caffeine.Annual Review of Medicine， 1990， 41（1）：277-288.

[3]GB2760-2014 食品添加劑使用標準，GB/T 30767-2014 咖啡類飲料.

[4]基礎醫學理論：咖啡因藥理作用及臨床應用，醫學教育網.

[5]Ross GW.Abbott RD.Petrovitch H Association of coffee and caffeine intake with the risk of Parkinson disease 2000（20）.

[6]易超然，衛中慶. 咖啡因的藥理作用和應用[J].醫學研究生學報，2005，18（3）：270-272.

[7]Leitzmann MF.Willett WC.Rimm EB A prospective study of coffee consumption and the risk of symptomatic gallstone disease in men 1999（22）.

[8]Smith AP.Maben A.Brockman P The effects of caffeine and evening meals on sleep and performance，mood and cardiovascular functioning the following day 1993.

[9]Wu L#， Meng J#， Shen Q， Zhang Y， Pan S， Chen Z， Zhu L， Lu Y， Huang Y， Zhang G.affeine inhibits hypothalamic A1R to excite oxytocin neuron and ameliorate dietary obesity.Nature Communications. Accepted.

[10]盛建偉.咖啡因的合成工藝研究[D].沈陽藥科大學，2006.