对持续运动和间歇运动底物代谢与能量消耗的研究

·运动生物化学·

对持续运动和间歇运动底物代谢与能量消耗的研究

韩娟1,董晓虹2,陈宇婷1

(1.浙江大学 教育学院体育系,浙江 杭州 310028;2.浙江大学 公共体育与艺术部,浙江 杭州 310058)

摘要：目的：研究普通大学生进行持续运动和间歇运动，在整个过程中底物代谢与能量消耗特征，为制定运动健身方案提供参考依据。方法：有规律锻炼的大学生8名进行以下三种活动：①以50%VO2max的运动强度持续跑30min恢复30min。②以75%VO2max跑4min间歇恢复2min连续进行5组，恢复30min。③100%VO2max跑3min间歇恢复3min连续进行5组，恢复30min。通过气体分析仪分析运动中以及运动后的底物代谢和能量消耗特征。结果：①运动中各个阶段50%VO2max的脂肪氧化量和脂肪氧化百分比显著高于75%VO2max，而糖的氧化量和糖的氧化强度、总的能量消耗低于75%VO2max且两者之间存在一定的差异。50%VO2max与100%VO2max、75%VO2max与100%VO2max之间的对比出现相似的变化趋势。但随着运动时间的延长50%VO2max与75%VO2max的差异性逐渐消失。②运动后30min的恢复阶段，50%VO2max的脂肪氧化量和脂肪氧化百分比高于75%VO2max，而糖的氧化量和糖的氧化强度、总的能量消耗的结果正好相反，两者之间不存在显著差异。50%VO2max与100%VO2max、75%VO2max与100%VO2max之间的对比出现相似的变化趋势，并且存在一定的差异性。③整个过程中的变化特征与运动中的底物代谢与能量消耗的特征表现一致。结论：运动中随着运动强度的增加脂肪的氧化量和氧化供能比例逐渐降低，糖的氧化量和氧化供能比、总的能量消耗逐渐升高，运动后恢复过程出现相反的现象。

关键词：持续运动;间歇运动;底物代谢;能量消耗

文章编号：1004-3624(2015)05-0116-05

中图分类号:G804.7

文献标识码：A

Abstract:Objective: To research on substrate metabolism and energy expenditure of normal weight college students in the process of continues and interval exercise ,laid the foundation for establishment of sports fitness plan. Methods: Eight normal weight college students were recruited from campus for this research. ①Respectively exercise at the intensity of 50%VO2max,a single bout of 30-min running and 30-min rest; ②Respectively exercise at the intensity of 75%VO2max ,five bouts of 4-min running separated by a 2-min rest between running bouts, after that rest for 30 minutes; ③Respectively exercise at the intensity of 100%VO2max ,five bouts of 3-min running separated by a 3-min rest between running bouts, after that rest for 30 minutes. During the exercise and rest, the respirator was collested in order to anlyze and ascertain in the substrate metabolism and energy expenditure.Results: ①During exercise ,the fat-oxidation and contribution of fat in 50%VO2max are significant higer than 75%VO2max,CHO-oxidation and contribution of CHO ,total energy expenditure are significant less than 75%VO2max .50%VO2max and 100%VO2max, 75%VO2max and 100%VO2max were appeared similar trends. With time going on ,the difference between 50%VO2max and 75%VO2max were disappeared. ②In the recover phase, the fat-oxidation and contribution of fat in 50%VO2max are higher than 75%VO2max, CHO-oxidation and contribution of CHO ,total energy expenditure are contary with that, there are no difference between them.50%VO2max and 100%VO2max,75%VO2max and 100%VO2max were appeared similar trends. There are some differences between them. ③The substrate metabolism and energy expenditure of whole exercise are similar with the process of exercise.Conclusion: During exercise, with the intensity increasing ,the fat-oxidation and contribution of fat were discreased, CHO-oxidation and contribution of CHO ,total energy expenditure are increased. During the recover phase, the outcome are contrary.

收稿日期：2015-07-20

作者简介：陈瑶(1983-)，女，安徽合肥人，助理研究员，研究方向：运动机能监控.

Research on Substrate Metabolism and Energy Expenditure in

Continious and Interval Exercises

HAN Juan1,DONG Xiao-hong2,CHEN Yu-ting1

(1.Physical Education Department, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China;

2.Public Physical and Art Education Department, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Key words:continues exercise; interval exercises; substrate metabolism; energy expenditure

0前言

随着人们工作方式和生活方式的发展变化，久坐不动、运动不足以及高热量膳食产生的肥胖日益严重。肥胖已经成为全球性问题，而与肥胖相关的心脑血管疾病、糖尿病等也在不断地危害人类健康。流行病学的横断面调查研究发现：延长有氧运动时间如：持续跑、健步走、骑自行车等可以降低代谢性疾病的发病风险，改善心肺功能并维持体重。美国运动医学学会推荐：每周进行150~250min中等强度体力活动对预防体重增加极为有效，但是传统的持续性运动耗费时间较长，很多年轻人以“没有时间”为借口不能完成每日运动量或者既定的减肥运动方案。如何在较短时间内，通过提高运动强度的方式达到快速减重和促进健康的目的已变得极为重要。本研究以浙江大学普通男大学生为研究对象分别进行持续运动和间歇运动，收集运动中和运动后的气体分析其底物代谢和能量消耗的特征，基于能量消耗角度探究科学减重的运动方式。

1研究对象与方法

1.1研究对象

研究对象为普通男性大学生8名，要求每周参加有规律的体育锻炼，基本情况见表1。

表1　研究对象基本情况一览表

1.2研究方法

1.2.1跑台最大耗氧量测试。测试前要求室内温度控制在20~25℃，休息至少24h以后，采用意大利COSMED T150 DE的运动跑台，受试者使用经典的Bruce方案进行最大摄氧量测试。休息5min之后佩戴Polar表和呼吸面罩。测试前主试需要再次强调运动中的注意事项。最大摄氧量的判定标准使用国际通用标准。要求心率≥180次/min；呼吸商≥1.10；随着负荷的增加，耗氧量停止线性增加并达到一个平台或开始缓慢下降，最后2个值的差异<士2ml/kg/min；受试者已尽最大能力，经鼓励仍无法保持预定负荷强度。以上标准满足3个或者3个以上可以认为达到VO2max。

1.2.2运动测试。以最大摄氧量的测试结果为依据确定50%VO2max、75%VO2max、100%VO2max的速度和坡度，在COSMED T150 DE的运动跑台准备活动5min，之后的三天每天分别进行50%VO2max运动30min，休息30min；75%VO2max运动4min休息2min持续30min,休息30min；100%VO2max运动3min休息3min持续30min，运动后休息30min。通过气体分析仪分析运动中以及运动后的气体情况。运动中按照每6min作为一个阶段，运动后10min一个阶段，分析其底物代谢和能量消耗特征。

1.2.3能量消耗以及底物代谢的计算方式。综合已有的关于能量消耗的计算公式及其修正的研究结果,结合现在国际上有关能量消耗研究的计算方法：

糖的氧化量(g/min)=4.585VCO2(L/min)-3.226VO2(L/min)；

脂肪的氧化量(g/min)=1.695VO2(L/min)-1.701VCO2(L/min)；

总能量输出(Kcal/min)=[脂肪的氧化量(g/min)×9+糖的氧化量(g/min)×4]。

1.2.4数据处理。数据处理采用SPSS 20.0 for Windows软件处理，结果用平均数±标准数表示。采用配对T检验比较，显著性采用P<0.05，P<0.01，P<0.001表示。

2研究结果

2.1运动中底物代谢和能量消耗的特征

从表2可以看出在0~6min时50%VO2max与75%VO2max相比糖的氧化量(P<0.001)、总的能量消耗(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.01)后者明显高于前者，脂肪的氧化量50%VO2max高于75%VO2max(P<0.01)，但二者之间尚无显著性差异。与100%VO2max相比较，50%VO2max中等强度运动的糖的氧化量(P<0.001)、总的能量消耗(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.001)明显低于100%VO2max，但是脂肪的氧化量(P<0.001)以及脂肪的供能比例(P<0.001)则相反。75%VO2max与100%VO2max相比：75%VO2max的糖的氧化量(P<0.001)、总的能量消耗(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.001)明显低于100%VO2max，而脂肪的氧化量(P<0.001)以及脂肪的供能比例(P<0.001)则相反。

在整个0~30min的运动过程中随着运动时间的延长，50%VO2max与75%VO2max之间的差异性逐渐消失，而50%VO2max与100%VO2max在糖的氧化量(P<0.001)、总的能量消耗(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.01)上存在显著性差异。75%VO2max与100%VO2max在糖的氧化量上存在一定差异(12~18min,P<0.001；18~24min, P<0.05；24~30min,P<0.001)，在脂肪的氧化供能方面无显著差异，总的能量消耗75%VO2max明显低于100%VO2max(12~18min,P<0.001；18~24min,P<0.01；24~30min,P<0.001)，两者在脂肪氧化量、糖的供能比例和脂肪的供能比例之间无显著性差异。

表2　在持续运动和间歇运动中和运动后能量消耗和底物代谢的基本特征

注:*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001

2.2运动后底物代谢和能量消耗的特征

从运动后的三组数据来看：运动后50%VO2max与75%VO2max之间无显著性差异；而在30~40 min时50%VO2max与100%VO2max之间无显著性差异，而随着休息时间的延长糖的氧化量50%VO2max显著高于100%VO2max(40~50min,50~60min,P<0.01)，而脂肪的氧化量100%VO2max显著高于50%VO2max(40~50min,50~60min,P<0.001)，总的能量消耗也存在100%VO2max高强度间歇训练明显高于50%VO2max，糖的氧化供能比例100%VO2max显著低于50%VO2max(P<0.05)，脂肪的供能比例高强度间歇训练高于后者(P<0.05)。75%VO2max与100%VO2max之间糖和脂肪氧化的差异显著(P<0.001)，而二者的糖氧化供能比例与脂肪氧化供能存在显著性差异(P<0.05)。

2.3持续运动和间歇运动整个完整过程的能量消耗和底物代谢特征的变化情况

纵观整个运动和运动后休息两部分总和起来分析其能量消耗和底物代谢特征见表3，50%VO2max与75%VO2max进行比较：发现50%VO2max糖的氧化量、糖的供能比例、总的能量消耗明显低于75%VO2max(P<0.001)，而脂肪的供能比例明显高于75%VO2max(P<0.001)，脂肪的氧化量无显著差异。50%VO2max与100%VO2max相比：前者在糖的氧化量(P<0.001)、糖的供能比例(P<0.01)、总的能量(P<0.001)消耗明显低于后者，而脂肪的氧化量(P<0.01)和脂肪的供能比例(P<0.01)则明显高于后者。75%VO2max与100%VO2max在糖的氧化量和总的能量消耗上存在显著差异(P<0.01)，75%VO2max脂肪氧化量明显高于100%VO2max(P<0.05)，其余数据两者之间无显著性差异。

表3　持续运动和间歇运动整个完整过程中的能量消耗

3分析讨论

3.1不同强度运动中底物代谢和能量消耗特征

研究结果表明，50%VO2max 与100%VO2max 之间的比较结果与75%VO2max 与100%VO2max 结果存在一定的相似性。运动中随着运动强度的逐渐增加糖的氧化量、糖的供能比例、总的能量消耗逐渐增加，但是脂肪的氧化量和脂肪的供能比例逐渐下降，其中中等强度持续性运动与中高强度间歇运动之间的差异性不显著，但与高强度间歇运动之间存在显著性差异。主要是由于随着运动强度的增加能耗需求增多同时也对供能速率有了更高的要求，必须由慢速的有氧氧化供能转为高速的糖酵解供能以满足运动的需要。

从整个运动过程的发展来看，50%VO2max 与75%VO2max 在糖的氧化量(P<0.001)、糖的氧化供能比例(P<0.01)、脂肪的氧化供能比例(P<0.01)有显著差异，但是在运动期的第二个阶段两者之间的差异性开始减小。分析其原因可能是初始阶段间歇运动作为一个预适应阶段阶段具有一定的应激性，经过一段时间的适应后应激水平降低，因此出现在随后的运动中糖的氧化水平逐渐低于初始阶段的水平，从而导致两者之间的差异性逐渐降低直至最后不存在显著性差异[1]。除此之外还有较多的内分泌激素的影响如：儿茶酚胺、糖皮质激素、胰岛素和众多氧化过程中各种酶的影响，由于本研究未对内分泌指标进行采集，无法对其机制进行探讨[2,3]。

3.2不同强度运动后底物代谢和能量消耗特征

许多学者认为中等强度运动减肥效果更为明显的原因是关注运动中能量消耗，但对于减脂来说运动中和运动后的总能耗比单纯运动中的能量消耗的效果更为明显[4-7]。这也是近年来众多学者大力提倡高强度间歇训练控制体重的原因，一方面可以节省运动时间，另一方面可以加大能量消耗。研究表明运动后的过量氧耗部分以氧化为主，脂肪在运动后的供能比例与运动强度、运动时间密切相关，运动强度影响运动后过量氧耗的量，而运动时间会使运动后过量氧耗的时间延长[8,9]。Kaminsky研究女性在70%VO2max强度下持续跑50min和间歇2*25min，发现过量氧耗(EPOC)的量各为1.4L与3.1L[10]。Almuzaini在相同强度下比较30min持续跑和2*15min间歇跑后的EPOC分别为5.3L和7.4L[11]。运动强度越大过量氧耗量越大的原因是：大强度运动会刺激内分泌腺分泌更多的肾上腺素和去甲肾上腺素，运动后体温升高、大量的代谢废物需要清除都需要消耗大量的氧气，而这一部分主要依靠脂肪氧化供能[12]。

3.3整个实验过程中的底物代谢和能量消耗特征

纵观整个实验结果后发现：随着运动强度的增高整个运动过程中的糖的氧化量和氧化供能比例以及总的能量消耗逐渐升高，同时脂肪的氧化量和脂肪的氧化供能比例则降低。加拿大MajorGC[13]等的研究也支持此结果。从整个运动后的恢复过程来看，高强度运动脂肪氧化量(P<0.001)、脂肪的氧化供能比例(P<0.01)以及总的能量消耗(P<0.05)显著高于50%VO2max，与75%VO2max相比也出现相似的变化趋势，但是从整个60min的能量消耗上看脂肪量、脂肪的氧化供能比例仍然是50%VO2max显著高于100%VO2max，分析原因可能是：①运动过后因为高强度运动后脂肪氧化、脂肪供能比例一直处于不断升高的状态，而试验后恢复期休息时间较短未能充分的收集运动后过量氧耗的气体，从而导致整个平均值下降；②高强度间歇训练之所以减肥效果明显由于其总的能量消耗较多，同时运动过程中的能量和脂肪的消耗在短时间内不会通过摄取食物的增多而抵消。相反。高强度运动后会在一定程度上抑制食欲，进而可以减少运动后能量的大量摄入，达到减肥的目的。

4结论

4.1相同耗氧量的持续运动和间歇运动中随着运动强度的提高，脂肪的氧化量和氧化供能比例逐渐降低，而糖的氧化量和氧化供能比例以及总的能量消耗呈逐渐升高趋势。

4.2相同耗氧量的持续运动和间歇运动后随着运动强度的提高，脂肪的氧化量和氧化供能比例逐渐升高以及总的能量消耗呈逐渐升高趋势，而糖的氧化量和氧化供能比例逐渐降低。

4.3整个实验过程表明中等强度在脂肪的氧化方面优于大强度间歇运动，并且随着强度的增加差异性逐渐增大。

4.4在整个持续运动和间歇运动完全恢复后的总的能量消耗和底物代谢特征有待进一步研究验证。

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