女大学生在不同运动方式中能量及底物消耗特征的实验研究

易东平，彭 莉，何志金，陈 亿



女大学生在不同运动方式中能量及底物消耗特征的实验研究

易东平1，彭 莉2，何志金1，陈 亿1

力竭运动；递增负荷功率；运动形式；能量代谢；实验研究

1 研究对象及方法

1.1 研究对象

以身体健康，无疾病史的11名在校女大学生为研究对象(表1)。

表 1 本研究受试者基本情况一览表Table 1 Basic Condition of the Subjects

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料研究

通过网络查阅Web of Science、中国知网、维普期刊、万方数据等平台相关力竭运动或恒定负荷的跑步或骑自行车运动中能量代谢或物质消耗的文献资料，并对其进行分类整理。

1.2.2 实验法

1.2.2.1 实验器材及测试指标

实验器材：身高体重计、温度计、心率表、德国CORTEX运动心肺功能测试仪(MetalyzerⅡ-R2)、功率自行车(荷兰LODE)、跑台(意大利)、血乳酸测试仪、血乳酸试剂条，运用所有仪器之前进行校准。

1.2.2.2 运动测试因素控制

本研究是对不同运动形式机体能量代谢及底物消耗特征的研究，在实验设计中采用了自身对照，自行车测试与跑台测试间隔时间为24 h。所有受试者首先进行自行车运动测试，间隔24 h后进行跑台运动测试。根据受试者自行车运动情况进而设置跑台的负荷方案(速度及坡度设置)，从而确保2次测试的递增负荷功率的一致性。为了确保2种运动方式过程中，受试者的机体状态及实验条件一致，2次测试前的生活规律及饮食结构相同，受试者测试顺序及开始时间一致，每种运动测试前24 h内停止剧烈或大强度运动，使机体处于非疲劳状态。自行车及跑台运动测试前2 h禁食，室温在25℃～28℃，相对湿度40%～50%。

1.2.2.3 力竭运动测试方法

功率自行车测试：负荷强度：0 W负荷热身3 min，以25 W为起始负荷，25 W/1.5 min负荷递增至力竭[4]；负荷速度：踏车节律保持在55～60 rpm，意志疲劳停车或转速不能维持在55～60 rpm长达5 s以上时终止测试(测试过程不断鼓励受试者)。

跑台测试：根据功率自行车的递增负荷，利用以下公式计算坡度或速度[1]：

第1档：P1=mg×sinα1×V1×t

………

P为功，n≥3，m为受试者的体重，α为负荷时跑台的坡度，V为负荷时跑台的转速，t为每个递增负荷的时间，t′为5 s。如果受试者在第n档中完成负荷量的时间小于递增负荷时间-5 s，那么在P0公式中t0=t总-(n-1)·t；如果受试者在第n档中完成负荷的时间等于递增负荷时间，那么在P0公式中t0=t-5 s，另外的5 s(即t′=5 s)代入Pn+1公式。总做功量：P总=P1+P2+…+Pn-1+Pn。直到力竭(意志疲劳结束或跟不上跑台转动速度结束，测试过程不断鼓励受试者)。本研究根据跑台运动的特殊性，确定受试者起始坡度及速度，同时，在近力竭时段主要是增加坡度，恒定速度(V≤11.0 km/h)。

1.2.3 数据处理

2 测试结果

2.2 不同运动方式相同递增负荷功率至力竭运动中各级负荷阶段能量代谢特征

如表3、图1～图4所示，自行车和跑台测试中，随着运动负荷的逐步递增，机体总能输出量在不断增加，糖消耗供能量及供能比例也随负荷的逐步递增而不断增加，直至力竭；而脂肪消耗供能量及供能比例则随着负荷的递增，其先是逐渐增大，而后不断减少，直至为零。

然而，在相同负荷等级中，跑台运动的底物消耗及能量代谢指标测试值均高于自行车运动，具有明显的差异。经检验发现，两种运动方式的总能输出在(除200 W外)各级负荷阶段均具有显著的统计学差异(P<0.001)；糖消耗量及供能在200 W及力竭负荷时，有显著性差异(P<0.001)；脂肪消耗量及供能除了力竭负荷时未见统计学差异外，其他负荷阶段具有显著的统计学差异(P<0.05)；糖供能比例和脂肪供能比例除了在50 W和力竭负荷时未见统计学差异外，在其他负荷阶段均具有显著的统计学差异(P<0.05)。值得注意的，是不同运动方式的各级负荷阶段糖的消耗供能量不具有显著的差异(除200 W及力竭负荷阶段外)，而在力竭运动中整体均值统计时(表2)，糖消耗量具有显著性差异(P<0.05)。

图 1 本研究不同运动形式相同递增负荷至力竭运动中CHO消耗趋势图Figure 1. Schematic Diagram of CHO Consumption Trend in Different Forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustionb

图 2 本研究不同运动形式相同递增负荷至力竭运动中FAT消耗趋势图Figure 2. Schematic Diagram of FAT Consumption Trend in Different Forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustionb

图 3 本研究不同运动形式相同递增负荷至力竭运动中CHO供能百分比趋势图Figure 3. Schematic Diagram of CHO Energy Supply Percentage Trend in Different forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustion

图 4 本研究不同运动形式相同递增负荷至力竭运动中FAT供能百分比趋势图Figure 4. Schematic Diagram of FAT Energy Supply Percentage Trend in Different forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustion

2.3 不同运动方式至力竭运动中运动时间、脂肪峰值及供能比例特征

结合表5可知，利用跑台和自行车进行相同递增负荷的力竭运动中，其力竭负荷强度、运动的总时间、脂肪供能持续时间及参与供能的时间比例、脂肪消耗量峰值(每名受试者在运动过程中出现的脂肪消耗最大值)以及运动结束后3 min的血乳酸值有明显不同。跑台的力竭负荷值大于自行车运动，相差约为58 W；运动总时间及脂肪供能时间长于自行车运动时间，差值分别约为199 s和149 s，而脂肪消耗峰值的时间比自行车运动晚41 s，脂肪消耗量峰值明显高于自行车，相差约3.24 mg/min/kg；运动后3 min血乳酸差值高于自行车，相差约为1.98 mmol/L。配对样本t检验结果显示，力竭负荷、运动总时间、脂肪消耗峰值、血乳酸差值具有显著的统计学差异(P<0.05)。

VO2max(L/min)相 VO2(ml/min/kg)呼吸商糖消耗mg/min/kg脂肪消耗mg/min/kg总能输出量cal/min/kg心率(HR)(次/min)VO2max负荷(W)自行车2．77±0．44∗∗23．4±11．1∗∗∗0．92±0．1218．7±14．7∗∗∗2．09±2．04∗∗∗93．9±45．7∗∗∗130±32∗∗∗169．44±27．32∗∗跑 台3．09±0．3534．15±11．30．91±0．1226．8±17．33．22±3．27136．43±47．07158±11219．44±37．03

注：自行车和跑台进行配对样本t检验，* 表示P<0.05，** 表示P<0.01，*** 表示P<0.001。

表 3 本研究不同运动形式相同递增负荷至力竭中不同负荷等级的能量代谢及底物消耗一览表
Table 3 List of Different Levels Energy Metabolism and Substrate Consumption in Different Forms of Exercise with the Same Incremental Load to Exhaustion (n=11)

负荷(W)糖供能(cal/min/kg)脂肪供能(cal/min/kg)脂肪供能比例总能(cal/min/kg)呼吸 VO2(ml/min/kg)心率(次/min)自行车2518．09±10．26∗26．27±10．5∗∗∗###0．59±0．21∗∗∗44．36±7．53∗∗∗0．82±0．05∗∗∗11．36±1．91∗∗∗96±107∗∗∗5018．37±11．6142．93±11．3∗∗∗0．71±0．1661．30±10．46∗∗∗0．79±0．0415．83±2．67∗∗∗107±10∗∗∗7549．17±20．5734．4±16．05∗∗∗###0．42±0．21∗∗83．63±11．34∗∗∗0．86±0．05∗∗∗21．1±2．72∗∗∗123±12∗∗∗10090．86±23．3814．5±15．8∗∗∗###0．15±0．17∗∗∗105．3±14．72∗∗∗0．94±0．05∗∗26．21±3．51∗∗∗141±13∗∗∗125124．18±20．833．06±7．49∗∗∗###0．03±0．07∗∗∗127．24±17．04∗∗∗1．01±0．05∗∗∗31．41±4．15∗∗∗144±37∗∗∗150145．72±14．841．07±5．43∗∗∗###0．01±0．05∗∗∗146．80±11．06∗∗∗1．07±0．07∗∗36．26±2．72∗∗∗170±8∗∗∗

续表 3

注：“*、**、***”表示自行车和跑台在相同负荷时的t检验结果为P<0.05、0.01、0.001；“#、##、###”表示自行车和跑台在脂肪消耗最大值时的单因素方差检验结果为P<0.05、0.01、0.001；“△△△”表示自行车运动和跑台运动的脂肪消耗最大值的t检验结果P<0.001。

表 4 本研究自行车运动和跑台运动脂肪消耗及供能比例环比下降趋势一览表
Table 4 List of the Decline Trend of Fat Consumption and Energy Supply in Cycling and Treadmill Exercise (n=11)

各负荷阶段50W75W100W125W150W175W200W225W250W均值自行车消耗量4．773．81．610．340．1200——环比下降率(%)-20．34-57．63-78．88-64．71-100．0-64．31∗供能比例0．710．420．150．030．0100——环比下降率(%)-40．85-64．29-80．00-66．67-100．0-70．36∗跑 台消耗量—6．514．362．471．550．850．870．410．18环比下降率(%)-33．03-43．35-37．25-45．162．35-52．87-56．10-37．51供能比例0．750．60．320．150．080．040．040．020．01环比下降率(%)-20．00-46．67-53．13-46．67-50．00-0．00-50．00-50．00-39．56

注：环比下降率=(本次负荷阶段的脂肪消耗值-上一个负荷阶段的脂肪消耗值)/上一个负荷阶段的脂肪消耗值×100%，“*”表示跑台运动和自行车运动脂肪消耗量环比下降率及脂肪供能比例环比下降率的独立样本t检验结果P<0.05。

表 5 本研究跑台和自行车运动至力竭过程中力竭负荷、底物消耗最大值及时间情况一览表Table 5 List of Exhaustive Load,Substrate Consumption Maximum Value and Time in Cycling and Treadmill Exercise to Exhaustion

注：“*、**、***”表示检验结果P<0.05、0.01 、0.001；脂肪消耗量峰值指每名受试者在运动过程中出现的脂肪消耗最大值。

3 分析与讨论

无论采用跑台还是自行车进行各种递增负荷的力竭运动测试中，随着运动强度或需要完成功率的逐渐增加，机体摄氧量及总能量消耗也逐渐增加；供能物质参与供能的比例也发生变化，糖参与供能比例逐渐增加，脂肪参与供能比例逐渐减少。

值得注意的，是跑台运动时的血乳酸差值及呼吸商明显高于自行车运动(P<0.05)，这与以往的研究结论不一致[7,11]。这可能与糖消耗供能形式及供能比例，与脂肪供能的比例有很大的关系，从力竭运动整个过程看，自行车运动的总时间以及完成负荷的大小明显的短于(小于)跑台运动，根据负荷方案(递增负荷)的设定，时间越长，运动负荷功率及运动强度越大；在高强度(极限强度或亚极限强度)运动时，机体主要是依靠糖酵解供能。因此，跑台运动的血乳酸值及呼吸商可能会比自行车运动要高，这也可能是糖消耗及供能量在力竭运动过程中整体均值具有显著差异的重要影响因素。

4 结论

无论是跑台运动还是自行车运动，在相同的递增负荷至力竭运动中，机体能量代谢及底物消耗都会随着运动负荷的递增而不断增加(总能输出、糖消耗)或减少(脂肪消耗)，这种能量代谢特征与运动负荷的递增及身体对能量输出需求是相符的。但在不同运动方式相同递增负荷功率至力竭运动中，跑台和自行车运动对机体的能量代谢及底物消耗存在一定的差异：1)跑台运动时总能量输出、运动总时间及完成最终负荷功率明显高于自行车运动，在整个力竭运动过程中糖消耗及供能均值明显高于自行车运动；而在各级负荷阶段的糖消耗量及供能水平几乎一致。2)自行车运动的最大脂肪消耗出现在较低负荷时，出现时间也早于跑台运动，脂肪消耗总量和脂肪供能时间均低于跑台运动；随着运动负荷的递增，跑台运动中脂肪消耗供能下降水平及下降幅度比自行车运动更加缓和，具有持续、较强的脂肪消耗能力。提示，相比而言，中、低强度的跑台运动能消耗更多的脂肪，更有利于运动健身及减脂。3)相同受试者采用不同运动方式健身时，其健身负荷强度具有一定的差异。

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Experimental Research on Energy and Substrate Expenditure Characteristics of Female College Students in Different Forms of Sports

YI Dong-ping1,PENG Li2,HE Zhi-jin1,CHEN Yi1

exhaustiveexercise;incrementalloadpower;formsofexercise;energymetabolism;experimentalresearch

2014-10-24；

2015-06-08

易东平(1981-)，男，重庆万州人，助教，硕士，主要研究方向为运动监测与评价及体质测评，Tel：(023)58102313(办公室)，E-mail：wzyidongping@163.com；彭莉(1971-)，女，重庆合川人，教授，博士，硕士研究生导师，主要研究方向为运动疲劳与康复、运动监测与评价，E-mail：plmzs@swu.edu.cn；何志金(1981-)，男，四川德阳人，讲师，硕士，主要研究方向为体育统计及体育教育训练学，E-mail：271648204@qq.com；陈亿(1979-)，男，土家族，重庆酉阳人，讲师，主要研究方向为运动训练学，E-mail：4488799@qq.com。

1.重庆三峡学院 体育与健康学院，重庆 万州 404100；2.西南大学 体育学院，重庆 400715 1.Chongqing Three Gorges College,Chongqing 404100 China；2.Southwest University,Chongqing 400715，China.

1002-9826(2015)04-0063-06

10.16470/j.csst.201504009

G804.49

A