賈春雷，儲志東

前言

2019年9月由國務(wù)院印發(fā)的《體育強國建設(shè)綱要》中指出“我國要建設(shè)屬于中國的國家體育訓(xùn)練體系構(gòu)建工程，必須要加快體育裝備、訓(xùn)練器材和科研儀器等的更新迭代，提高訓(xùn)練過程和狀態(tài)監(jiān)控的科學(xué)化，信息化水平”［1］。為訓(xùn)練過程監(jiān)控提出了新的要求。我國目前在訓(xùn)練過程監(jiān)控和總能量消耗量測定中使用的最多的是加速度計法與間接熱量測試法，而國外多使用準(zhǔn)確度更高的雙標(biāo)水法進(jìn)行測試與監(jiān)控，而我國體育領(lǐng)域目前對于雙標(biāo)水法的使用較少。

本文以日本經(jīng)驗為基礎(chǔ)，總結(jié)了雙標(biāo)水法的測試方法，并分析了雙標(biāo)水法優(yōu)缺點，結(jié)合日本在體育科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行評述。旨在提出雙標(biāo)水法在體育科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用意見，為我國運用雙標(biāo)水法進(jìn)行體育科學(xué)研究提供參考，推進(jìn)《體育強國建設(shè)綱要》，提高訓(xùn)練過程監(jiān)控的科學(xué)化，信息化水平。

1 對雙標(biāo)水法研究的解釋

1.1 雙標(biāo)水法定義

雙標(biāo)水法（doubly labeled water，DLW）是一種測量一段時間內(nèi)總能量消耗（Total Energy Expenditure，TEE）的測量方法，最早由Lifson等于1955年提出，是一種非侵入性技術(shù)，早期用于測量研究野生動物野外能量代謝。1982年被Schoeller和Van Santen應(yīng)用于人體研究。其被稱為能量消耗測定的“金標(biāo)準(zhǔn)”，得到各專家學(xué)者的認(rèn)可，并在美，日被廣泛運用體育、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。雙標(biāo)水法在無損傷性和不限制日?；顒訔l件下，采用兩點或多點法收集樣品1～3周測試TEE，適用于測量無法配合實驗或無法限制其活動的嬰兒，兒童及運動員等的能量代謝［2］。

1.2 雙標(biāo)水法測試流程

雙標(biāo)水法是指：給予受試者口服兩種穩(wěn)定無放射性同位素氛（2H）和18氧（18O）標(biāo)記的水，2H參加H20代謝：180參加H2O和CO2代謝。當(dāng)兩種同位素在體內(nèi)達(dá)到平衡后，利用同位素質(zhì)譜儀，通過測量血液唾液或尿液（通常收集尿液）中2H和180的代謝速率常數(shù)，得到CO2生成率［3］，再結(jié)合飲食結(jié)構(gòu)估計呼吸商（respiratory quotient，RQ），求出氧消耗率，采用Weir［3］公式TEE＝3.941×rO2＋1.106×rCO2－2.17×UN或TEE＝3.9×1.0×rO2＋1.1×rCO2，計算每天平均總能量消耗，其中，UN為每天的尿氮量（g／d），rO2指O2的使用量（L／min），rCO2指CO2的產(chǎn)生量（L／min），TEE的單位為kcal／d）。

1.3 雙標(biāo)水法優(yōu)點分析

1.3.1 測試精準(zhǔn)度高

雙標(biāo)水法的測試結(jié)果和熱量測試的結(jié)果誤差在3%－8%，是精度最高的一種能量測試方法，被稱為能量消耗測試的“金標(biāo)準(zhǔn)”［4］。雙標(biāo)水法的測試結(jié)果常常被用于對加速度計法，間接熱量測試法等測試方法的校準(zhǔn)中［5］。根據(jù)有關(guān)雙標(biāo)水法的研究發(fā)現(xiàn)，個體重復(fù)測試的誤差低于8%，有很大的可重復(fù)性和可操作性，關(guān)于雙標(biāo)水法測試的效能國外已經(jīng)通過熱量測試房在成人和嬰兒中得到了驗證［4］。

1.3.2 對測試者的狀態(tài)影響較小

雙標(biāo)水法是一種侵入性測試方法，只需要服用含標(biāo)記的水，無需佩戴繁瑣的器材便可以進(jìn)行測試，對測試者的狀態(tài)影響較小，并且可以極好的反應(yīng)受試者在特定條件下的真實狀態(tài)；雙標(biāo)水是完全無毒的，對受試者的身體沒有傷害，進(jìn)入人體后會均勻地分布于體內(nèi)，隨著人體代謝的進(jìn)行被服用的標(biāo)記水（2H）會以2H2O的形式在排泄過程中排出體內(nèi)［5］；

1.3.3 測試結(jié)果可以反映比較長時間內(nèi)的能量消耗情況

雙標(biāo)水法并不是每次進(jìn)行測試的時候都需要重新飲用含有標(biāo)識的水，而是一次飲用可以多次進(jìn)行測試，在準(zhǔn)確度有保障的情況下時間可達(dá)1－3周，實驗人員可以根據(jù)需求，在特定時間，特定條件下進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的收集［6］。

1.3.4 適用于多種測試人群

雙標(biāo)水法對測試者的人群沒有要求，只要有測試需求便可以測試。且針對性強，雙標(biāo)水法不像加速度計法，間接熱量測試法等，對受試者有一定的要求，其適用于嬰兒、病人、兒童、老人、肥胖人群、運動員等幾乎所有人群。中國航天員科研訓(xùn)練中心的李紅毅就使用雙標(biāo)水法對密閉艙環(huán)境下航天員的平均每人每日能量消耗量進(jìn)行了測試［7］。

1.3.5 適用于多種測試環(huán)境

雙標(biāo)水法適用于多種特定環(huán)境，如冰雪、缺氧、高溫、等會對人體和器材產(chǎn)生影響的條件下。其是測試人體在外界環(huán)境影響下的能量消耗量，外界環(huán)境的變化并不會影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)在市面上對于測量人體能量消耗使用最多的是運動加速度傳感器法。但是其在測量不同體育活動能量消耗的準(zhǔn)確性均很不理想［8］。其對只有上肢參與的活動、一些靜力性活動（乘車）、騎自行車和游泳等不宜適用，有不能測量所有日常體力活動的缺點［8］。

1.4 雙標(biāo)水法缺點分析

1.4.1 雙標(biāo)水價格昂貴，作為分析設(shè)備的同位素質(zhì)譜儀的價格也很高，不太適合于在大規(guī)模人群中使用。

1.4.2 雙標(biāo)水法的測試要提前三天進(jìn)行準(zhǔn)備，雙標(biāo)水進(jìn)入人體后，需要經(jīng)過血液循環(huán)均勻地分布于身體各處，而這個過程需要一定的時間，不太適用于想要立刻獲得測試結(jié)果的測試［9］。

2 日本關(guān)于雙標(biāo)水法的研究現(xiàn)狀分析

通過對日本J－STAGE文獻(xiàn)網(wǎng)上關(guān)于雙標(biāo)水法的文獻(xiàn)進(jìn)行收集，使用“二重標(biāo)識水法”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行收集。結(jié)果如表1

表1 日本關(guān)于雙標(biāo)水法的研究現(xiàn)狀

從表1可知，日本關(guān)于雙標(biāo)水法的研究主要集中于體育和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。樋口満最早在栄養(yǎng)學(xué)雑誌對雙標(biāo)水法的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，在之后他提出“一個優(yōu)秀的運動員成功的秘訣在于健康的飲食，飲食是提高運動員競技能力的極為重要的因素”［10］。表示可以使用雙標(biāo)水法來測量運動員的能量消耗，從而制定合理的飲食計劃，并對運動員的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。日本關(guān)于雙標(biāo)水法在體育領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究是較為領(lǐng)先的，其對多種研究對象都進(jìn)行了研究。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，太田淳子為了解決老年人的營養(yǎng)計劃缺乏的問題對養(yǎng)老院的老年人進(jìn)行了雙標(biāo)水法研究，在對老年人的生活狀態(tài)監(jiān)控過程中獲得了能量消耗數(shù)據(jù)，制定了當(dāng)?shù)乩夏耆说臓I養(yǎng)計劃［11］。在生物領(lǐng)域，大辻一也用雙標(biāo)水法測定了小型犬（體重8.1kg－8.6kg）的每日能量消耗，為小型犬的營養(yǎng)計劃提供了參考［12］。在競技體育領(lǐng)域，川口昌代為了制定對特定對象的營養(yǎng)指導(dǎo)計劃，使用雙標(biāo)水法對柔道高水平運動員的總能量消耗進(jìn)行了監(jiān)控，獲得了對于當(dāng)時非常困難的柔道選手的能量消耗量數(shù)據(jù)，在保持訓(xùn)練強度的同時制定了更加科學(xué)合理的減量和增量計劃，奠定了新的戰(zhàn)略計劃的基礎(chǔ)［13］。松本なぎさ對在海外比賽的羽毛球高水平運動員進(jìn)行了雙標(biāo)水測試，用于設(shè)計針對羽毛球運動員的營養(yǎng)計劃［14］。吉田明日美對女子短跑運動員的能力攝入進(jìn)行了記錄，并與雙標(biāo)水測試的結(jié)果進(jìn)行對比分析［15］。村松愛梨奈在對比賽調(diào)整期的短跑運動員的能量消耗進(jìn)行雙標(biāo)水測試后對其能量平衡進(jìn)行了評價［16］。下山寛之對運動員的能量消耗進(jìn)行了測試，并分析了能量消耗與體能成分的關(guān)系［17］。田澤梓從運動員培養(yǎng)的角度用雙標(biāo)水法測得的數(shù)據(jù)來探討女性運動員在培養(yǎng)過程中所需的營養(yǎng)和教練所需的能力［18］。東野政貴還把這種方法使用到了特種體育領(lǐng)域，他使用雙標(biāo)水法監(jiān)控了日常訓(xùn)練狀態(tài)下的消防員總能量消耗，為更好地設(shè)計消防員的訓(xùn)練計劃和營養(yǎng)方針奠定了基礎(chǔ)［19］。另一邊，在學(xué)校體育領(lǐng)域，足立稔對小學(xué)生的日常能量消耗量進(jìn)行了監(jiān)控，確定了小學(xué)生為了達(dá)到健康所需的身體活動量標(biāo)準(zhǔn)［20］。在體育產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，笹井浩行利用雙標(biāo)水法對加速度感受器進(jìn)行了校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)了其的不足之處，提高了加速度感受器的科學(xué)化水平［21］。日本在體育領(lǐng)域?qū)τ陔p標(biāo)水法有很全面的研究，值得去借鑒。

3 日本雙標(biāo)水法運用經(jīng)驗對我國體育領(lǐng)域啟示

3.1 競技體育領(lǐng)域

3.1.1 對高水平運動員的訓(xùn)練過程和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控

雙標(biāo)水法不會影響高水平運動員的訓(xùn)練效果和訓(xùn)練計劃，在保持高水平運動員的日常訓(xùn)練計劃的同時就可以獲得準(zhǔn)確的能量代謝數(shù)據(jù)，教練可以根據(jù)測試數(shù)據(jù)即時的對運動員的訓(xùn)練計劃和營養(yǎng)方案進(jìn)行修正，并對運動員的訓(xùn)練過程和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。例如在賽前運動員的每日能量消耗量出現(xiàn)大幅度的變化，教練就可以及時知道，并對運動員進(jìn)行調(diào)整和恢復(fù)。

3.1.2 制定更加適合高水平運動員的營養(yǎng)膳食計劃

高水平運動員的訓(xùn)練計劃需要充足的底物支持，這就要求教練員要科學(xué)的設(shè)計運動員的營養(yǎng)膳食計劃。高水平運動的訓(xùn)練計劃根據(jù)教練員、運動員身體素質(zhì)、運動項目等有所不同，保持訓(xùn)練計劃的情況下什么樣的營養(yǎng)膳食才是最適合這個高水平運動員的，這就必須要根據(jù)運動員在訓(xùn)練過程中的能量消耗數(shù)據(jù)有針對性的設(shè)計。雙標(biāo)水法作為準(zhǔn)確度最高且科學(xué)無害的能量消耗測試方法，對高水平運動員的營養(yǎng)膳食計劃有巨大意義，日本的海老根直之就使用雙標(biāo)水法專門測試高水平運動員在日常訓(xùn)練過程中的能量消耗，設(shè)計針對田徑高水平運動員個人的營養(yǎng)計劃［22］。

3.1.3 為制定拳擊、跆拳道、柔道等格斗對抗項群類項目的戰(zhàn)略決策提供基礎(chǔ)

拳擊、跆拳道、柔道等競技比賽中以量級進(jìn)行分組的格斗對抗項群體育運動項目中，教練員可以根據(jù)賽事的實際情況設(shè)計針對運動員的增重或減肥計劃，實行在賽前更換競賽組別的戰(zhàn)略決策，使運動員達(dá)到更好的運動成績。日本的川ロ昌代就使用雙標(biāo)水法專門的對柔道高水平運動員進(jìn)行了測試，達(dá)到了設(shè)計更有效的營養(yǎng)方針，促進(jìn)運動員的增重和減肥計劃，提高運動員成績的目的［13］。

3.2 全民健身領(lǐng)域

3.2.1 普適性健康干預(yù)計劃的制定

雙標(biāo)水法因為昂貴的原因很難普及到全民的領(lǐng)域，但是其作為一種能量消耗測量方法是準(zhǔn)確度最高的一種。人體每日消耗的總熱（能）量（TEE）＝人體基礎(chǔ)代謝消耗的熱量（BEE）＋食物熱效應(yīng)消耗的熱量（DEE）＋身體活動所需要的熱量（AEE）［23］。對于學(xué)生，老人，病人等經(jīng)常處于固定場所，無或者少無關(guān)變量條件影響下的特定人群，其BEE和DEE在年齡、性別、運動強度、地區(qū)、身高、體脂比等特定條件劃分下無明顯差異，用TEE算出的AEE就可以作為當(dāng)?shù)仄者m性健康干預(yù)計劃的參考標(biāo)準(zhǔn)。例衡水高中，毛坦廠中學(xué)等軍事化的學(xué)校，在學(xué)習(xí)中的學(xué)生環(huán)境變化較少，就可以使用雙標(biāo)水法來制定學(xué)生的健康干預(yù)計劃，從飲食和體育等方向科學(xué)的引領(lǐng)學(xué)生的健康成長。

3.2.2 健身、肥胖人群的健康干預(yù)計劃的制定

對于健身和肥胖人群來說，為了達(dá)到減重或增重的目的，這類人群是愿意服從訓(xùn)練計劃并付出一定的資金的。雙標(biāo)水法作為準(zhǔn)確度最高的一種，且無需復(fù)雜的操作，無需攜帶繁雜的器械便可獲得數(shù)據(jù)，制定出針對個人而言效率極高的訓(xùn)練方案，對于這類人群的健康干預(yù)計劃的制定是有一定意義的。且雙標(biāo)水法不會因為環(huán)境變化而失去準(zhǔn)確度，如加速度感受器就容易因為體溫、寒冷、炎熱、水中等變化而失去準(zhǔn)度，這使得人們可以根據(jù)自己的條件和需求擴大健康干預(yù)計劃的范圍，譬如游泳，滑雪，極限運動等。

3.2.3 嬰兒、殘疾人、病人等身體受限者的健康干預(yù)計劃

雙標(biāo)水法可以更好地制定嬰兒、殘疾人、病人等身體受限者的健康干預(yù)計劃。想要對這類人群進(jìn)行能量測試，通常使用間接熱量測試法，而雙標(biāo)水法的準(zhǔn)確度測試更加優(yōu)秀。譬如，以往因檢測方法的限制，研究嬰兒能量消耗很困難，現(xiàn)在由于雙標(biāo)水法的優(yōu)勢，使這方面的研究有了很大進(jìn)展［24］。

3.3 體育產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域

提高加速度計的科學(xué)化水平。目前，各種體力活動能量消耗的測試方法以雙標(biāo)水法為標(biāo)準(zhǔn)，以確定其有效性和可靠性。當(dāng)今市面上對于總能量測試使用最多的是加速度計測試法，但是這種測試方法有著精準(zhǔn)度，使用環(huán)境限制等多種缺點，用雙標(biāo)水法獲得的數(shù)據(jù)與加速度計法進(jìn)行對比，從而校準(zhǔn)加速度計的準(zhǔn)確度，提高加速度感受器的科學(xué)化水平，國外就常用這種方法來發(fā)現(xiàn)加速度計的不足之處，從而去改進(jìn)［20］。

4 結(jié)語

總結(jié)日本在雙標(biāo)水法的經(jīng)驗可知，雙標(biāo)水法作為一種能量測試方法，其有著很多優(yōu)點的同時也有一定的局限性，很難進(jìn)行大樣本的測試。其在體育領(lǐng)域可以運用于訓(xùn)練計劃制定、營養(yǎng)方案設(shè)計、訓(xùn)練過程與狀態(tài)監(jiān)控等多個領(lǐng)域。結(jié)合我國各人群的實際情況聯(lián)用多種測試方法，不斷提高訓(xùn)練過程和狀態(tài)監(jiān)控的科學(xué)化，信息化水平將是體育強國建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。日本的雙標(biāo)水法研究經(jīng)驗將是會促進(jìn)我國訓(xùn)練過程和狀態(tài)監(jiān)控水平不斷提高的基石。