王 恬， 張 勇， 王巨文

(1.浙江師范大學(xué) 杭州幼兒師范學(xué)院，浙江 杭州 310012；2．浙江師范大學(xué) 體育與健康科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004)

中等強(qiáng)度長時(shí)間運(yùn)動作為一種常用且簡單易行的運(yùn)動健身方式，被廣泛認(rèn)為能夠促進(jìn)和改善機(jī)體的能量代謝.已有研究表明，中等強(qiáng)度(55%～70%)運(yùn)動可有效促進(jìn)脂肪的分解、氧化和利用[1-5]，但是對一次運(yùn)動持續(xù)過程中能量代謝變化特征的研究尚不完善.因此，研究中等強(qiáng)度長時(shí)間運(yùn)動過程中機(jī)體能量代謝變化規(guī)律對肥胖及與之相關(guān)的代謝綜合癥的運(yùn)動干預(yù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.筆者在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，單位時(shí)間內(nèi)機(jī)體的脂肪氧化量和供能量在55%最大攝氧量(VO2max)運(yùn)動強(qiáng)度附近時(shí)較大.因此，本研究采用55%VO2max強(qiáng)度進(jìn)行長時(shí)間跑步運(yùn)動，對運(yùn)動過程中機(jī)體的能量代謝進(jìn)行實(shí)時(shí)測定，以單位時(shí)間脂肪代謝和能量消耗為基準(zhǔn)，分析和探討中等強(qiáng)度一次長時(shí)間持續(xù)運(yùn)動過程中機(jī)體能量代謝的變化規(guī)律，以期為制定科學(xué)有效的運(yùn)動干預(yù)方案提供理論與實(shí)踐的依據(jù).

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為體育專業(yè)大學(xué)生16名，其中：男、女生各8名.研究對象每周參加中等強(qiáng)度體育運(yùn)動6 h以上.每位學(xué)生健康狀況良好，其一般情況見表1.實(shí)驗(yàn)開始前，要求實(shí)驗(yàn)對象與浙江師范大學(xué)運(yùn)動技能與體能測試實(shí)驗(yàn)中心簽訂自愿參與實(shí)驗(yàn)協(xié)議，并告知研究對象有關(guān)研究的目的、方法及實(shí)驗(yàn)測試的程序等.

表1 研究對象情況

注：與男生比較，*表示P<0.05;**表示P<0.01;***表示P<0.001.表中的二氧化碳呼出量(VCO2max)、心率(HRmax)、呼吸交換率(RERmax)均為相對最大攝氧量時(shí)的相應(yīng)值.MBI為身體質(zhì)量指數(shù).

1.2 研究方法

每一研究對象都需要完成2次運(yùn)動測試.首先測出VO2max；再根據(jù)55%VO2max的運(yùn)動強(qiáng)度進(jìn)行持續(xù)1 h的跑步運(yùn)動.測試均在14：30～17：30期間進(jìn)行.整個(gè)研究期間研究對象保持常規(guī)的身體活動模式和常規(guī)的飲食習(xí)慣.

1.2.1 最大攝氧量測試

采用德國h/p/cosmos公司mercury 4.0跑臺和CORTEX MetaMax 3B心肺功能儀完成VO2max測試.測試時(shí)室內(nèi)溫度控制在20～25 ℃，相對濕度為40%～50%.測試方案為:準(zhǔn)備活動5 min;跑臺的速度從7 km/h開始，之后以每2 min增加1 km/h的幅度遞增速度；跑臺的坡度始終保持水平坡度不變.

在測試中，為了驗(yàn)證被試者確已達(dá)到本人的VO2max，還應(yīng)符合以下4項(xiàng)參考標(biāo)準(zhǔn)中的3項(xiàng)或3項(xiàng)以上.

VO2max的參考標(biāo)準(zhǔn)是：

1)每min心率大于或等于180次；

2)呼吸商大于1.10；

3)隨著運(yùn)動負(fù)荷的增加，耗氧量停止線性增加并達(dá)到一個(gè)平臺或開始緩慢下降，最后2個(gè)值的差異小于±2 mL·kg-1·min-1.

4)受試者已盡力，但仍無法保持預(yù)定的運(yùn)動負(fù)荷強(qiáng)度.

1.2.2 運(yùn)動測試

運(yùn)動測試時(shí)，采用德國h/p/cosmos公司mercury 4.0跑臺進(jìn)行遞增負(fù)荷運(yùn)動，測出VO2max.經(jīng)48 h休息后，按55%VO2max運(yùn)動強(qiáng)度持續(xù)跑步1 h，然后恢復(fù)30 min，采用德國CORTEX MetaMax 3B心肺功能儀測定運(yùn)動及恢復(fù)過程中機(jī)體氣體代謝指標(biāo)，截取10 min段氣體代謝指標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算和確定機(jī)體糖、脂肪使用情況及能量消耗狀況[6-11].

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié) 果

從表2、表3中發(fā)現(xiàn)，在55%VO2max強(qiáng)度、60 min運(yùn)動中，男、女生糖的消耗量和供能量隨運(yùn)動時(shí)間的延長逐漸減少，脂肪消耗量和供能量則逐漸下降，總能量輸出隨時(shí)間的延長則基本沒有變化.在0～10 min段與11～20 min段的比較中發(fā)現(xiàn)，男女生糖消耗量和供能量均有上升，女生上升的幅度大于男生.并且女生糖消耗量和供能量的增加均出現(xiàn)了非常顯著的差異性.隨著運(yùn)動的繼續(xù)進(jìn)行，男、女生糖的消耗量和供能量在20 min后均出現(xiàn)了下降，并且在21～30 min段與31～40 min段、31～40 min段與41～50 min段之間的比較中，均出現(xiàn)了顯著的差異性.

表2 跑步運(yùn)動過程中機(jī)體糖消耗量、糖供能量隨時(shí)間的變化

注：與前10 min段比較，*表示P<0.05;**表示P<0.01;***表示P<0.001.

表3 跑步運(yùn)動過程中機(jī)體脂肪消耗量、脂肪氧化量及總能量輸出隨時(shí)間的變化

注：與前10 min段比較，*表示P<0.05；**表示P<0.01；***表示P<0.001；與男生比較，a表示P<0.05；b表示P<0.01；c表示P<0.001.

在整個(gè)運(yùn)動過程中，脂肪氧化供能逐漸增多，且在運(yùn)動的0～10 min段女生脂肪的消耗量和供能量均高于男生.在11～20 min段，男生脂肪消耗量和供能量逐漸增加，而女生則均出現(xiàn)下降.在隨后的運(yùn)動中，男女生脂肪消耗量和供能量逐漸增加，并且在21～30 min段與31～40 min段及41～50 min段均出現(xiàn)非常顯著性差異.

在60 min運(yùn)動中，男生總能量輸出略有增加，而女生則基本維持穩(wěn)態(tài).男女生總能量輸出在0～10 min段、41～50 min段及51～60 min段的比較中均出現(xiàn)顯著性差異.

綜合以上各項(xiàng)能量消耗和底物代謝指標(biāo)，然后分別對體育專業(yè)男女大學(xué)生運(yùn)動過程中各時(shí)間段的脂肪供能百分比進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)：脂肪供能百分比=脂肪供能量/總能量輸出.從表3中發(fā)現(xiàn)，在0～10 min運(yùn)動中，女生脂肪供能高達(dá)52%，明顯高于男生的42.9%，可是從總體供能趨勢來看，男生脂肪供能比例逐漸增多，而女生則在11～20 min段出現(xiàn)了下降，這也導(dǎo)致在0～10 min段與10～20 min段供能百分比之間的比較出現(xiàn)了顯著性差異.隨著運(yùn)動時(shí)間的延長，在31～40 min段運(yùn)動中，男生脂肪供能百分比達(dá)50.3%，可見在30 min后脂肪氧化供能大于糖氧化供能.而女生在該段脂肪供能百分比約為48.7%，脂肪氧化供能大于糖氧化供能的發(fā)生點(diǎn)也應(yīng)該是在30 min以后，或許比男生更晚一點(diǎn)，但男女生的脂肪供能比例在30 min各段之間的比較均出現(xiàn)了非常顯著的差異.

3 分析與討論

在長時(shí)間持續(xù)運(yùn)動過程中，當(dāng)機(jī)體代謝進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，總能量消耗水平基本穩(wěn)定，但隨著運(yùn)動持續(xù)時(shí)間的增加，機(jī)體的底物代謝會發(fā)生變化，表現(xiàn)糖氧化供能量逐漸減少，而脂肪氧化供能量和脂肪氧化供能比例則逐漸增加[12]，這種變化規(guī)律在本研究中也得到證實(shí).但是，運(yùn)動持續(xù)時(shí)間究竟要達(dá)到多長才會導(dǎo)致機(jī)體的底物動員發(fā)生變化?底物動員的變化與運(yùn)動強(qiáng)度大小、底物儲備情況、年齡、性別及代謝能力都有怎樣的關(guān)系等等都值得研究.從本研究的情況來看，男生以55%VO2max強(qiáng)度持續(xù)跑步20 min后，糖的氧化量顯著下降，脂肪的氧化量顯著增加；而女生以55%VO2max強(qiáng)度持續(xù)跑步30 min后，才出現(xiàn)糖的氧化量顯著下降及脂肪的氧化量顯著增加，表明這種代謝底物動員氧化的變化與機(jī)體糖儲備的減少和脂肪動員的增加有密切關(guān)系.因此,可以認(rèn)為機(jī)體糖儲備、脂肪動員能力、糖和脂肪動員速度及氧化利用能力都會對這種變化的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生影響.男生脂肪大量動員利用的時(shí)間點(diǎn)早于女生(20 min VS 30 min)，一方面可能與男性運(yùn)動過程糖依賴性較強(qiáng)、糖過早被利用有關(guān)；另一方面，也可能與男女對運(yùn)動的應(yīng)激反應(yīng)差異有關(guān)，男性可能應(yīng)激反應(yīng)較大，腎上腺素效應(yīng)較早出現(xiàn)，導(dǎo)致脂肪動員顯著增加.

機(jī)體能量代謝存在動員階段、穩(wěn)定階段和疲勞階段.在55%VO2max強(qiáng)度持續(xù)1 h跑步過程中，女生在進(jìn)入穩(wěn)定階段后其能量消耗水平一直處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，直至運(yùn)動結(jié)束；而男生在運(yùn)動至50 min以后，能量消耗開始明顯增加，分析認(rèn)為與機(jī)體疲勞、代謝效率和機(jī)械效率下降有關(guān)，認(rèn)為在中等強(qiáng)度長時(shí)間運(yùn)動過程中，男生比女生更易出現(xiàn)疲勞狀態(tài).以上代謝方面表現(xiàn)出的性別差異可能與男女在身體結(jié)構(gòu)和生理功能上存在的差異有關(guān).Horton等[13]研究了男性和女性在40%VO2max強(qiáng)度持續(xù)2 h自行車運(yùn)動時(shí)機(jī)體的能量代謝變化情況，研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動中女性脂肪氧化供能比例高于男性，而男性糖氧化供能比例高于女性.Knechtle等[14]和張勇[15]的研究還發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動強(qiáng)度相同的情況下，女性每kg體重脂肪酸氧化均大于男性，而男性每kg體重糖氧化大于女性.但本研究并未發(fā)現(xiàn)這種差異性變化，分析可能的原因，認(rèn)為盡管相對運(yùn)動強(qiáng)度相同，但絕對運(yùn)動強(qiáng)度女生低于男生，因而總能量消耗女生也低于男生.然而，女生動員脂肪供能的能力較強(qiáng)，脂肪參與供能的比例高于男生，從而使得每kg體重脂肪氧化量和供能量無顯著的性別差異，所以,依然可以認(rèn)可女性脂肪氧化能力強(qiáng)于男性的觀點(diǎn).

不同性別引致糖、脂肪氧化供能比例差異的機(jī)制是什么呢？首先，不同性別的個(gè)體對交感-腎上腺系統(tǒng)反應(yīng)不盡相同，女性對兒茶酚胺更加敏感，加之女性骨骼肌細(xì)胞內(nèi)甘油三酯和皮下脂肪含量較高，因此，在運(yùn)動過程中，脂肪分解動員的速度更快，血漿游離脂肪酸可以較長時(shí)間保持在高水平上，這樣可以使骨骼肌細(xì)胞攝取更多的游離脂肪酸，保證肌細(xì)胞內(nèi)脂肪酸的含量，脂肪酸氧化能力增強(qiáng)，脂肪氧化供能比例提高.另外，有研究證明在青春發(fā)育期之前男女運(yùn)動員能量消耗和底物代謝并不存在性別差異[16]，而相關(guān)研究提示，運(yùn)動時(shí)不同性別糖和脂肪代謝的差異與性激素有一定的關(guān)系[17-20]，因?yàn)?，雌激素和黃體酮可促進(jìn)皮下脂肪動員供能能力，雌激素還通過提高脂蛋白酶的活性促進(jìn)脂肪代謝，這種作用在黃體期尤為明顯.此外，不同性別糖和脂肪代謝的差異也可能與不同類型骨骼肌纖維的比例有一定關(guān)系.I型肌纖維與IIA型肌纖維相比，有氧代謝能力較強(qiáng)而無氧代謝能力較弱.通常男性肌纖維類型分布的比例為IIA>I>IIB，IIA型肌纖維所占的比例最高，女性肌纖維類型分布比例為I>IIA>IIB，I型肌纖維所占的比例最高.

4 結(jié) 論

1)體育專業(yè)大學(xué)生以55%VO2max強(qiáng)度跑步1 h過程中，男生脂肪的氧化量和脂肪參與的供能量快速增多的時(shí)間點(diǎn)在運(yùn)動20 min后，糖的氧化量和供能量在運(yùn)動20 min后快速減少；女生脂肪的氧化量和脂肪參與的供能量快速增多的時(shí)間點(diǎn)在運(yùn)動30 min后，糖的氧化量和供能量在運(yùn)動30 min后快速減少.提示男生脂肪大量動用的時(shí)間與女生不同.

2)在以55%VO2max強(qiáng)度跑步1 h過程中，男生總能量消耗大于女生，同時(shí)，男生疲勞出現(xiàn)早于女生，在運(yùn)動50 min后，機(jī)體能量消耗增加、代謝效率下降.

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