16周有氧健身操运动干预对超重女大学生脂肪氧化动力学影响研究

2018-10-26陈乐琴

沈阳体育学院学报 2018年5期

陈乐琴

（山西师范大学体育学院，山西临汾041000）

以不合理饮食和体力活动不足为基础的不良生活方式，已经成为影响人们身体健康的最大因素。与此相关的肥胖会引发一系列的代谢性疾病，并且肥胖指数与代谢综合征的患病率有着直接的正比关系［1］。因此如何提高人们的体力活动以达到减肥的效果，如何更多地动员运动中的脂肪供能、脂肪消耗率等相关问题，已经成为备受体育界专家关注的问题。有研究表明，运动强度与脂肪供能关系较为密切，随着运动强度的增加，机体的脂肪氧化率呈现先增加后减少的变化趋势，这种能够使脂肪氧化率达到最大峰值的运动强度被称为最大脂肪氧化强度（FATmax）［2］。以该强度作为运动的靶强度，可以最大程度地动员脂肪氧化供能，对运动减肥机理的阐释具有重要意义。有氧运动是国际上公认的减少体内脂肪堆积的有效手段，对于不同人群采取不同的有氧运动方式可以激发人们积极参与运动减肥。对于年轻女性来说，有氧健身操动作简单、背景音乐充满活力，是年轻女性减脂健身的好方法。查找相关资料，发现有氧健身操对女性脂肪氧化动力学的研究国内外鲜有报道，因此本研究主要通过16周的有氧健身操运动干预，对比分析有氧健身操运动人群干预前后最大脂肪氧化率以及最大脂肪氧化强度的变化，探讨长期有氧健身操运动可否增强机体脂肪动员和氧化利用能力，是否可以提高最大脂肪氧化强度，为有氧健身操运动促进脂肪代谢、达到减肥效果提供理论基础。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

选取46名自愿参与实验的超重（BMI≥23.9）女大学生，要求无心血管疾病、心脏病、代谢性疾病和运动禁忌症。将受试者随机分为有氧健身操组和对照组（除基本体育课程外，不参加任何课余运动），每组23人。向受试者介绍实验过程及相关注意事项，征得其同意并填写知情同意书。递增负荷运动测试前48h不得参加剧烈运动、不喝咖啡，保证正常饮食，未服任何治疗药物。受试者情况见表1。

表1 受试者基本情况（±S）

1.2 实验方法

1.2.1 运动干预方案运动方式：有氧健身操。运动强度和时间：运动强度为60%～70%最大心率（HRmax）；运动过程中采用Polor心率表来监测运动过程中的负荷；每次运动均在下午16：00～17：00进行，且运动时间为1 h，包含热身部分10 min、基本部分40 min和放松部分10 min。运动频度：3次/周。有氧健身操组按以上运动方案进行16周锻炼。

1.2.2 实验测试身体成分测试：使用身体成分分析仪（body-pass）进行身体脂肪量、脂肪百分比、去脂软体重及BMI测试。脂肪消耗率、脂肪氧化率及最大脂肪氧化强度的测试与计算：（1）实验仪器：K4b2心肺机能测试仪（意大利科时迈公司）、功率自行车Custo-Med 3000型（德国）。（2）递增负荷运动实验方案：见表2。逐级递增负荷运动试验终止的标准：

血压异常：≥200/110 mmHg或者舒张压下降20 mmHg以上；心率达到预计最大心率；受试者提出停止测试；受试者主观感受（RPE）≥17；不能维持所要求的速度10 s。出现上述某一终止标准时，立即停止测试。安静血压和心率为坐在功率自行车上静坐1 min的测试值。（2）脂肪消耗率、脂肪氧化率及最大脂肪氧化强度的测定方法：干预前和干预16周结束后，所有受试者均采用功率Custo-Med 3000型自行车，以60 rpm/min进行逐级递增负荷运动测试。逐级递增负荷运动过程中采用K4b2运动心肺机能测试仪对受试者的摄氧量（VO2）、脂肪供能（FATkc）、脂肪消耗率（FAT%）等指标进行测试。FATmax判定方法：受试者在运动过程氧气摄入量和二氧化碳输出量的差值最大时为FATmax（一般在呼吸商0.80～0.85之间）。脂肪氧化率的计算：采用每级负荷后30 s气体代谢数据计算脂肪氧化率，脂肪氧化率＝1.6946*VO2（L/min）－1.7012*VCO2（L/min）［3］。

表2 递增负荷运动方案

1.3 数据分析

数据均采用SPSS 17.0统计学软件进行分析，结果用均数±标准差（X±SD）表示。干预前、后对比采用配对样本t检验，组间差异采用独立样本t检验。P＜0.05表示存在显著性差异，P＜0.01表示存在非常显著性差异。

2 结果与分析

2.1 干预前、后身体成分及VO2max变化结果比较

由表3可知，有氧健身操组干预后与干预前比较，体重、BMI明显下降，且存在显著性差异（P＜0.05）；脂肪含量和体脂百分比下降非常明显（P＜0.01）。干预后，有氧健身操组与对照组比较，BMI、最大摄氧量的绝对值存在显著性差异（P＜0.05）；有氧健身操组体重、脂肪含量、体脂百分比、最大摄氧量的相对值均与对照组存在非常显著性差异（P＜0.01）。

2.2 干预后逐级递增负荷状态下脂肪消耗率变化结果

由表4可看出，16周有氧健身操干预后，安静状态下以及负荷为25 W、50 W、75 W、100 W时，有氧健身操组女生脂肪消耗率（FAT%）明显升高，与干预前比较有非常显著性差异（P＜0.01）。干预前，安静状态以及递增负荷运动中有氧健身操组女生脂肪消耗率（FAT%）与对照组女生比较均没有显著性差异（P＞0.05）。干预后，安静状态下有氧健身操组女生脂肪消耗率（FAT%）明显升高，且和对照组女生比较存在显著性差异（P＜0.05）。在逐级递增负荷运动中，负荷为25 W、50 W、70 W、100 W时，有氧健身操组脂肪消耗率（FAT%）均高于对照组，且存在非常显著性差异（P＜0.01）。

表3 运动干预前后受试者身体成分及VO2max变化（±S）

注：实验后与实验前比较，＃表示存在显著性差异，P＜0.05；＃＃表示存在非常显著性差异，P＜0.01。有氧健身操组与对照组比较，*表示存在显著性差异，P＜0.05；**表示存在非常显著性差异，P＜0.01

表4 脂肪消耗率情况（±S）

注：干预后与干预前比较，＃表示存在显著性差异，P＜0.05；＃＃表示存在非常显著性差异，P＜0.01。有氧健身操组与对照组比较，*表示存在显著性差异，P＜0.05；**表示存在非常显著性差异，P＜0.01；表5、表6同此

安静状态 74.46±25.18 94.67±13.61＃＃ 68.25±23.57 81.00±19.44*25W 73.26±26.49 96.70±7.24＃＃ 71.31±28.86 74.42±27.21**50W 52.09±29.10 85.81±14.01＃＃ 40.05±25.49 54.63±25.60**75W 24.06±27.28 59.52±20.51＃＃ 11.97±18.16 26.57±23.37**100W 10.18±18.44 39.11±24.91＃＃ 4.74±9.27 9.75±17.34**

2.3 干预后逐级递增负荷状态下脂肪氧化率变化结果

脂肪氧化率是指单位时间内脂肪氧化的速率，本研究中的脂肪氧化率采取Péronnet F（1991）提出的计算公式进行计算。采用每级负荷后30 s气体代谢数据计算脂肪氧化率，脂肪氧化率＝1.6946*VO2（L/min）－1.7012*VCO2（L/min）［3］。从表 5可以看出，有氧健身操组干预前后在逐级递增负荷状态下随着负荷的增加脂肪氧化率开始增加，到50W时达到最大值，然后随着负荷的增加出现下降。经过16周的有氧健身操干预，在不同负荷状态下有氧健身操组人群脂肪氧化率明显高于干预前，且具有统计学意义（P＜0.01）。

表5 脂肪氧化率情况（±S）

有氧健身操组/%对照组/%负荷干预前干预后安静状态干预前干预后0.17±0.09 0.21±0.08 0.15±0.86 0.17±0.78 25W 0.33±0.12 0.5±0.15＃＃ 0.26±0.13 0.31±0.15**50W 0.35±0.17 0.54±0.17＃＃ 0.25±0.13 0.18±0.21*75W 0.17±0.3 0.48±0.19＃＃ 0.07±0.17 0.15±0.18**100W －0.06±0.33 0.37±0.25＃＃－0.08±0.32 －0.01±0.23**

2.4 干预后逐级递增负荷状态下最大脂肪氧化强度变化结果

将实验所得结果进行计算，统计后发现干预后有氧健身操组女生FATmax、最大脂肪氧化率以及其对应的摄氧量与干预前比较存在非常显著性差异（P＜0.01）。干预16周后，有氧健身操组女生FAT-max与对照组比较存在显著性差异（P＜0.05），最大脂肪氧化率及其对应的摄氧量与对照组比较存在非常显著性差异（P＜0.01），见表6。

表6 干预前、后最大脂肪氧化率和最大脂肪氧化强度（FATm ax）情况（±S）

有氧健身操组对照组干预前干预后最大脂肪氧化率/（g/min）0.45±0.12 0.71±0.18＃＃ 0.39±0.11 0.45±0.12干预前干预后**脂肪氧化率最大时的VO2/（L/min） 0.94±0.18 1.22±0.23＃＃ 0.98±0.17 0.99±0.18**FATmax/（%VO2max） 50.58±10.21 60.21±8.90＃＃ 54.50±9.16 53.94±9.27*

3 讨论

3.1 有氧健身操运动干预对脂肪消耗率及脂肪氧化率的影响

脂肪消耗率（%）、脂肪供能和脂肪氧化率（g/min）一直被认为是分析和评价脂肪氧化利用程度的常用指标。机体脂肪供能量占总耗能量的比例称为脂肪供能消耗率，也称为供能比例。脂肪供能消耗率会随着运动强度的增加逐渐下降。脂肪氧化率是指单位时间内脂肪氧化的速率。机体脂肪氧化率会随着运动强度的变化而出现相应的改变，在中低强度（30%～65%VO2max）范围运动，随着运动强度的逐渐增加，机体耗氧量增加的同时总能量需求也会逐渐增加，而此时脂肪消耗率却逐渐减少，但脂肪氧化率仍然逐渐升高［4－5］。在运动过程中，底物代谢主要取决于运动强度，因此脂肪氧化率随着运动强度的增加首先增加，然后下降，而碳水化合物的氧化速率随着运动强度的增加而增加，被称为运动过程中的“底物交叉概念”［6］。

本研究发现在逐级递增负荷试验过程中，超重女生干预前后脂肪消耗率（FAT%）随着运动负荷的增加而下降；从安静状态到25 W负荷时，脂肪消耗率（FAT%）呈平缓下降趋势，随着负荷强度的增加（从25W到100W），脂肪消耗率呈迅速下降趋势。经过16周有氧健身操干预后，超重女生脂肪消耗率和脂肪氧化率在安静状态下及逐级递增负荷状态下均明显高于干预前；递增负荷运动中，脂肪氧化率呈现“倒U”型特点，先随运动强度的增加而增加，到达最大值后，又随运动强度的增加而逐渐降低。与本研究相关的一些研究，表明长期的有氧运动能够增加机体基础状态以及运动过程中的脂肪分解能力［7］。张勇等在其研究中发现，相同运动强度时训练者的脂肪氧化供能情况高于无训练者［8］。骨骼肌是调节能量消耗的重要组成部分，不仅因为其能够使用葡萄糖和脂肪酸作为能量来源，而且因为这种组织是成年人体重的40%～50%［9］。有几种蛋白质在骨骼肌细胞中表达并影响其将更多的脂肪“燃烧”成能量的能力。Sahlin等人通过离体实验研究表明［10］，骨骼肌的性质也决定了肌肉组织更好地氧化脂肪酸的能力，脂肪酸氧化会随着慢肌（I型）纤维百分比的改变而改变。另外，运动过程中脂肪酸氧化的分子控制也是研究的重点。已有研究证实脂肪酸氧化相关蛋白质对脂肪酸氧化控制的作用，结果表明FAT/CD36的表达影响了脂肪酸氧化在线粒体中的氧化。报告显示，在慢肌纤维线粒体中CD36的水平含量较高，因此慢肌纤维脂肪酸氧化能力比快肌纤维高。CD36在63%最大摄氧量的有氧运动120 min后也会增加，解释了这种蛋白质在运动过程中平衡能源的重要性［11］。

运动期间从脂肪组织分解到骨骼肌中的线粒体代谢，脂肪酸的氧化受到多种调节步骤的影响。从中等强度到高强度运动，脂肪酸氧化就会受到限制。一种可能性是来自β－氧化途径中产生中间产物抑制了脂肪酸氧化，但是对于这方面的研究较少，这种可能性还没被证实。调节脂肪酸氧化最大的调节剂是肉毒碱，而肉毒碱是CPT-1调节中必不可少的载体。在高强度运动中，糖酵解快速供能为线粒体提供了过量的乙酰辅酶A，其与游离的肉碱缓冲形成乙酰肉碱，而游离肉碱浓度的下降可能降低CPT-1活性，从而降低脂肪酸进入线粒体进行β－氧化的能力，因此也可能降低脂肪酸的氧化速率。这样，糖原快速分解和糖酵解被认为是抑制脂肪酸氧化重要的影响因素。长期有氧耐力训练提高脂肪分解和氧化供能能力的相关调节机制可能有以下几个方面：首先运动训练导致毛细血管密度的增加；二是运动提高脂质结合蛋白和参与脂肪酸氧化的一些酶的活性；三是脂肪分解相关酶如ATGL和HSL也在运动后生成增加后增加，表明骨骼肌组织使用储存脂肪作为能量的能力增加；四是有氧运动能够导致肾上腺素受体敏感度增强，ANP活性增强，机体皮下脂肪组织血流改善、脂肪酸的转运能力增强、氧化酶活性增强、机体乳酸积累减少从而增强机体脂肪分解能力［12－13］；五是认为长期锻炼导致的机体脂肪分解能力增强与心钠素及皮下脂肪组织血流改善有密切关系［14］。

3.2 有氧健身操运动干预对最大脂肪氧化强度的影响

在运动强度由低到高逐渐增加过程中脂肪氧化率必然会存在一个最高值，学界把促使机体出现脂肪氧化利用最大化的这个运动强度称为最大脂肪氧化运动强度（FATmax）［15－17］，在科学运动实践中具有重要的应用价值。最大脂肪氧化强度测定指的是通过气体代谢分析间接推算递增运动中脂肪氧化率的变化，描记脂肪氧化率与递增运动强度之间的变化曲线，进而获得最大脂肪氧化率相应的运动强度，即最大脂肪氧化强度；最大脂肪氧化强度主要采用最大摄氧量百分数。目前国际范围内最大脂肪氧化率和最大脂肪氧化强度判定方法已经基本确定，因此持续性的递增负荷运动是准确测量最大脂肪氧化的有效方法。

多年研究已经证实，经过耐力训练的人在中、低等强度的有氧运动过程中，肌肉组织都能较快且更多地利用脂肪来氧化供能，只是利用的途径可能会因为运动方式和运动强度的不同而有所差异。张勇等研究发现无训练者在48.21%～65.41%VO2max强度范围内脂肪氧化率即可达到最大脂肪氧化率的95%以上，训练者在57.14%～69.86%VO2max强度范围内脂肪氧化率即可达到最大脂肪氧化率的95%以上［5］。近来研究表明，最大脂肪氧化强度FATmax可以作为运动减肥的有效强度，在该强度下进行运动可以最大化地氧化分解脂肪，达到减脂的效果［18］。赵婉婷等人研究表明［19］，经12周以 FAT-max为强度的运动处方的干预，肥胖老年人体质和心血管机能有了较为显著的改善。Sijie Tan等人研究表明［20］，FATmax训练可以减轻肥胖男孩的体重、体重指数、身体脂肪含量和腹部脂肪，并且其心血管适应性和身体柔韧性也都得到了改善。

本研究中，有氧健身操组的脂肪氧化率较干预前增加了0.15 g/min，脂肪氧化强度从56.92%增加到了63.04%。16周有氧健身操干预导致机体心肺耐力提高，而心肺耐力的提高是促进脂肪氧化的重要影响因素。Ilaria Croci等［21］选取了不同心肺耐力等级的受试者进行逐级递增负荷试验，发现较高的心肺耐力组具有更高的脂肪氧化率（MFO）和最大脂肪氧化强度（FATmax）。Haufe等人［22］、Venables等人［23］通过研究女性与男性在运动过程中不同心肺耐力人群脂肪氧化动力学现象，表明运动中心肺耐力和MFO之间存在正相关关系，而他们身体脂肪百分比与MFO之间的关系却是相互矛盾的。因此，本研究发现受试者经过16周有氧健身操干预后，机体最大摄氧量增加，心肺耐力提高；而心肺耐力的提高可以增大脂肪氧化率、最大脂肪氧化率。最大脂肪氧化率提高后，其对应的最大脂肪氧化强度也会相应增加。长期的运动锻炼增加了机体的最大脂肪氧化强度（FATmax），提示我们在科学减肥时，应在制定运动处方前进行最大脂肪氧化强度（FATmax）测定，根据FATmax制定运动强度，在运动干预中也要测定FATmax，以进行干预强度的调整，更好地达到减脂健身的效果。