最大脂肪代谢强度与有氧耐力及RPE关系的实验研究

宋 伟，胡柏平

（陕西师范大学 体育学院，陕西 西安710062）

糖和脂肪是运动过程中的主要供能物质［1］．运动强度的大小决定了其在能量消耗中所占的比例，随着运动强度的增加，糖代谢会成比例增加，而脂肪氧化会随着强度变大先增加（低强度到中等强度），在达到高强度时反而会下降．2001年Jeukendrup和Achten［3］明确提出了单位时间内脂肪代谢峰值对应的强度为最大脂肪代谢强度（Fatmax），此峰值为最大脂肪代谢率（FatmaxRate），并对Fatmax的测量方法以及训练效果提出展望，认为其可以帮助肥胖者制订减重计划、为耐力运动员以及大众人群进行训练和制定健康运动处方提供重要依据［2－4］．目前的研究对Fatmax的存在已经有了普遍共识，但是关于其测试方法、手段、影响因素等还没有统一的标准，尤其是关于Fatmax在运动训练和体育健身领域的实证性研究尚处于空白．

递增负荷运动中体内代谢方式由无氧向有氧转变必定存在一个代谢转换“阈值”，用血乳酸出现急剧增加的点来表示时即为乳酸阈（Lactate Threshold，LT），其所对应的运动强度称为乳酸阈强度（Intensity of Lactate Threshold，ILT）．ILT是一个重要的有氧耐力指标，在运动训练中应用非常广泛；人体在进行递增强度的、有大肌肉群参加的力竭性运动中，当运动强度增加到某一限度后，人体的摄氧和用氧能力不再继续增加，此时机体在单位时间内所能吸入的氧气量就是最大摄氧量（Maximal Oxygen Uptake，VO2max）．VO2max是心肺功能和全身各器官、系统充分动员的条件下，机体吸收和利用的氧容量，是公认的评定人体心肺功能和有氧代谢能力的重要指标；主观体力感觉（Rates of Perceived Exertion，RPE）是指人在进行运动时，个体对自身疲劳度的整体感受做出的主观性评价，是判断运动强度大小的一种常用方法．RPE通过主观疲劳评分表进行测试．主观疲劳评分表的建立源于对运动对象出汗量、心跳等生理指标的掌握，并结合运动时对自身疲劳程度、肌肉酸楚水平的主观感觉等心理因素的感知．因该表的创立者是瑞典人Gunnar Borg，所以又叫Borg表．本研究试分析Fatmax、VO2max、ILT及RPE之间的关系，探讨利用RPE判断Fatmax的可行性，为该指标更广泛的应用提供理论依据．

1 实验

1．1 实验对象

以8名男大学生志愿者为研究对象，具体情况详见表1．

表1 受试者基本情况表（N＝8）Tab．1 Basic characteristics of subjects（N＝8）

1．2 实验设计

实验开始前，受试者将被告知实验的目的、流程以及实验仪器的相关情况．测试时间选择在上午8：00—10：00之间进行，目的是为了消除生理周期给机体功能带来的影响．受试者在进行测试前一天保证相同的食谱；测试前24h不得饮用含咖啡因的饮料，不做剧烈运动．所有受试者均接受一次递增负荷的Fatmax、VO2max功率自行车测试．

1．3 实验方法

1．3．1 功率自行车渐增负荷Fatmax、VO2max测试受试者首先进行身体成分的测试（Inbody 3．0身体成分测试仪），然后按要求在功率自行车（型号，Engoline 100K）上进行一次递增负荷运动，根据预实验［8］的情况对具体方案进行了修改，起始负荷90W，每3min增加30W，运动至力竭为止［2］．在每一级负荷的最后30s，对受试者进行指尖取血进行血乳酸浓度测试（YSI1500，血乳酸浓度分析仪）．整个测试过程中，受试者佩带心率遥测表、呼吸采气面罩，所有测试指标通过心肺功能测试仪（MAX－Ⅱ）检测与记录，并同步显示在与之连接的计算机上，同时，在每一级负荷最后30s询问一次受试者的主观体力感觉（Borg6－20，等级在6－20之间）．

1．3．2 脂肪代谢量的间接计算 脂肪代谢量利用每一级负荷最后1min的摄氧量VO2和摄二氧化碳量VCO2平均值进行计算，计算公式为［5］

脂肪代谢量（mg／min）＝1．694 6VO2（mL／min）－1．701 2VCO2（mL／min）．

机体主要利用糖和脂肪氧化供能，因排泄物中氮含量分析不方便，加之含量很少所以可以忽略不计．脂肪代谢率的计算严格控制在呼吸商（Respiratory Quotient，RQ）＜1．00的水平．当最大脂肪代谢率出现时，其所对应的运动强度就判定为Fatmax．

1．3．3 VO2max判定VO2max的判定标准有5点：（1）心率达到180次∕分以上；（2）呼吸商在1．10以上；（3）继续运动后，摄氧量的差小于5%或150mL／min或2mL／（min·kg）；（4）运动强度自觉量表19或者20；（5）主观的疲劳、衰竭和无法继续运动测验．

受试对象达到上述标准的三项就视为达到最大摄氧量．实验采用运动心肺功能测试系统记录受试者每秒钟呼吸状况，通过分析数据资料，选取受试者稳定状态中的最大值，直接测量出受试者的最大摄氧量．

1．4 数据统计

实验所有数据均表示为平均数±标准差，并在SPSS 18．0及Graphpad Prism5统计软件中运用统计描述、方差分析、皮尔逊指数相关分析等统计方法对数据进行分析处理，P＜0．05为差异显著，P＜0．01为差异极显著性．

2 实验结果

将测试结果统计后列于表2．经过T检验发现，最大脂肪代谢强度和乳酸阈强度之间存在显著性差异（P＜0．05）．另外这两个强度所对应的RPE分别为9．4±2．3、13．5±2．0，经T检验发现两者也存在显著性差异（P＜0．05）．表3和图1分别给出了相关测试指标的相关性特征，从中可以看出Fatmax与ILT具有极显著相关（r＝0．81），Fatmax与VO2max具有显著相关（r＝0．72），ILT与VO2max具有显著相关（r＝0．73），而体脂与上述指标之间均无显著关联．

表2 受试者功率自行车测试相关指标对比Tab．2 Comparison of subjects′related indexes in cycle－ergometer

表3 相关矩阵表Tab．3 Correlation matrix

图1 Fatmax与ILT、VO2max的相关性散点图Fig．1 Correlation scatter diagram of Fatmax，ILT and VO2max

3 分析与讨论

3．1 Fatmax与ILT之间的关系

由上节的实验结果可知Fatmax与ILT高度相关（r＝0．81），两者之间存在显著性差异（P＜0．01），Fatmax的出现要早于ILT（图2）．许多研究表明糖酵解速度的增加会降低脂肪酸氧化的速率．Coyle等对6名男性耐力运动员进行了研究，对受试者摄入的长链脂肪酸和中链脂肪酸进行了持续标记，结果发现，糖酵解的增加导致长链脂肪酸的氧化降低了19%，而中链脂肪酸的氧化没有降低，这就表明进入线粒体的长链脂肪酸的数量降低了；Sclossis［6］等人也做了相似的研究，结果也显示糖的无氧代谢加强使得长链脂肪酸进入线粒体的通路受到了抑制．长链脂肪酸进入线粒体主要是靠肉毒碱棕榈酰转移酶－Ⅰ（Carnitine palmitoyltransferase－Ⅰ，CPT－Ⅰ）进行转运的，当糖的无氧代谢加强时，CPT－Ⅰ的活性就会受到影响，造成这种现象的主要原因是肌肉pH值的降低．

图2 运动强度与脂肪代谢率和血乳酸浓度关系示意图Fig．2 Relationship diagram of exercise intensity，fat oxidation rate and blood lactic acid concentration

糖分解量的增加不仅可以降低脂肪酸的氧化，而且会使丙酮酸的产生增加，进而出现乳酸的堆积．乳酸会通过膜结合单羧酸转运蛋白由肌肉细胞转运到邻近细胞．一方面它可以为具有高度氧化特性的组织提供能量比如心脏，另一方面可以作为糖异生的底物进入肝脏［7］．运动过程中血乳酸的堆积可能会对脂肪的氧化产生负面影响［8－9］，Boyd等［10］选择6名男性受试者进行低强度运动，运动前向受试者体内注入同等量及同渗重摩的碳酸氢钠和氯化钠，结果发现因运动而导致的脂肪酸和甘油的增加出现降低，提示乳酸可以对脂解作用产生影响．Naclean等利用滤膜微量分析技术对不同强度运动中的肌肉乳酸堆积进行了测试，结果发现随着运动强度的增加，无论是肌肉中还是血液中的乳酸都以相似的形式增加，乳酸作为一种较强的有机酸，可以解离出游离H＋，H＋堆积有很多负面影响．在肌肉内部，pH值的降低能够抑制磷酸果糖激酶的活性，同时降低糖酵解的能力；较高的H＋循环水平可以阻扰脂肪组织中的敏感脂肪酶的活动，使游离脂肪酸释放到循环中受到限制，从而降低脂肪酸的代谢水平．理论上讲，肌细胞中乳酸浓度的增加与脂肪代谢的变化是同步进行的，肌乳酸需要透出肌细胞膜进入血液，且本实验负荷采用的是偏重于下肢运动的功率自行车，加之血乳酸的测定通过指尖取血的方式，所以可能会产生时间上的延迟，这也是导致Fatmax的出现早于ILT的原因．

3．2 Fatmax与VO2max之间的关系

本研究的结果显示最大摄氧量与Fatmax之间具有显著相关性（r＝0．72，P＜0．05），这与之前的报道相一致［11］．Jansson等［12］选择10名志愿者进行了研究，在功率自行车上以65%VO2max蹬骑60 min，在最后15min期间，耐力运动员的脂肪代谢率为0．84g／min，而非运动员为0．33g／min，提示机体VO2max越高，其脂肪代谢率也会越大，有训练的个体可以选择更大的强度进行脂肪代谢运动；Achten等［13］依照VO2max的大小将志愿者分为高VO2max组和低VO2max组，结果显示其Fatmax有显著的差异．上述研究结果说明个体最大有氧能力较高者，其最大脂肪代谢强度相对较高，机体最大脂肪代谢强度受其最大摄氧能力的影响较大，所以可以作为锻炼者选择运动强度的依据．对于心肺功能良好、有氧代谢能力较佳的体育健身者在减脂运动中可以适当提高运动负荷，加大运动强度以更好的促进机体各系统功能的改善．

3．3 主观体力感觉在判断Fatmax与ILT中的应用

尽管Fatmax和ILT对于运动员及健身人群从事体育锻炼非常有效，但是要想精确测定该指标需要很苛刻的实验条件，这显然是不现实的．RPE为我们粗略判定运动强度提供了一个简便的方法．本实验采用的是Borg6－20等级主观感觉运动负荷分类评级表．研究结果显示受试者在达到Fatmax和ILT时所对应的RPE分别为9．4±2．3和13．5±2．0，两者之间出现显著性差异（P＜0．05），说明机体在达到这两种强度时主观感受度有很大不同．总体来讲，RPE在9～13的范围中，基本可以判断出Fatmax和ILT．不管是以脂肪代谢为主的瘦身者，还是以有氧健身或训练为主的群体都可以根据自己不同的情况合理选择RPE的大小．当然本实验的结果也有一定的局限性，即受试对象和样本量的限制．Fatmax的大小受多种因素的影响，如训练水平、性别、营养膳食等［14－16］，所以需要我们在接下来的工作中对不同群体的Fatmax和ILT进行系统研究，分门别类，以便为更广泛的人群参加体育锻炼提供参考．

4 结论

最大摄氧量和乳酸阈强度是评价机体有氧耐力的两个最重要指标，本实验通过研究发现：Fatmax与上述两个指标之间存在着很大的相关性，这说明Fatmax也可以作为一个有效的生理指标来评价机体的有氧耐力水平；运动过程中，依靠脂肪作为主要供能物质参与人体能量代谢是很多人所追求的，Fatmax是脂肪代谢率达到最高点时的运动强度，该强度对于运动者制定瘦身计划、健康运动处方具有重要的现实意义，同时也可以为运动员进行运动训练提供靶强度；虽然Fatmax非常有效，但是该指标的准确测定对场地条件要求很高，很难大规模普及，而我们的研究结果显示利用RPE可以有效判断Fatmax，且Fatmax的出现要早于ILT，RPE的应用不仅为我们广大的体育健身爱好者，还可为教练员、健身指导员选择Fatmax时提供参考．

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