日本双标水法的经验借鉴及对我国的启示

贾春雷，储志东

前言

2019年9月由国务院印发的《体育强国建设纲要》中指出“我国要建设属于中国的国家体育训练体系构建工程，必须要加快体育装备、训练器材和科研仪器等的更新迭代，提高训练过程和状态监控的科学化，信息化水平”［1］。为训练过程监控提出了新的要求。我国目前在训练过程监控和总能量消耗量测定中使用的最多的是加速度计法与间接热量测试法，而国外多使用准确度更高的双标水法进行测试与监控，而我国体育领域目前对于双标水法的使用较少。

本文以日本经验为基础，总结了双标水法的测试方法，并分析了双标水法优缺点，结合日本在体育科学领域的应用进行评述。旨在提出双标水法在体育科学领域的应用意见，为我国运用双标水法进行体育科学研究提供参考，推进《体育强国建设纲要》，提高训练过程监控的科学化，信息化水平。

1 对双标水法研究的解释

1.1 双标水法定义

双标水法（doubly labeled water，DLW）是一种测量一段时间内总能量消耗（Total Energy Expenditure，TEE）的测量方法，最早由Lifson等于1955年提出，是一种非侵入性技术，早期用于测量研究野生动物野外能量代谢。1982年被Schoeller和Van Santen应用于人体研究。其被称为能量消耗测定的“金标准”，得到各专家学者的认可，并在美，日被广泛运用体育、医学、生物学等领域。双标水法在无损伤性和不限制日常活动条件下，采用两点或多点法收集样品1～3周测试TEE，适用于测量无法配合实验或无法限制其活动的婴儿，儿童及运动员等的能量代谢［2］。

1.2 双标水法测试流程

双标水法是指：给予受试者口服两种稳定无放射性同位素氛（2H）和18氧（18O）标记的水，2H参加H20代谢：180参加H2O和CO2代谢。当两种同位素在体内达到平衡后，利用同位素质谱仪，通过测量血液唾液或尿液（通常收集尿液）中2H和180的代谢速率常数，得到CO2生成率［3］，再结合饮食结构估计呼吸商（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，计算每天平均总能量消耗，其中，UN为每天的尿氮量（g／d），rO2指O2的使用量（L／min），rCO2指CO2的产生量（L／min），TEE的单位为kcal／d）。

1.3 双标水法优点分析

1.3.1 测试精准度高

双标水法的测试结果和热量测试的结果误差在3%－8%，是精度最高的一种能量测试方法，被称为能量消耗测试的“金标准”［4］。双标水法的测试结果常常被用于对加速度计法，间接热量测试法等测试方法的校准中［5］。根据有关双标水法的研究发现，个体重复测试的误差低于8%，有很大的可重复性和可操作性，关于双标水法测试的效能国外已经通过热量测试房在成人和婴儿中得到了验证［4］。

1.3.2 对测试者的状态影响较小

双标水法是一种侵入性测试方法，只需要服用含标记的水，无需佩戴繁琐的器材便可以进行测试，对测试者的状态影响较小，并且可以极好的反应受试者在特定条件下的真实状态；双标水是完全无毒的，对受试者的身体没有伤害，进入人体后会均匀地分布于体内，随着人体代谢的进行被服用的标记水（2H）会以2H2O的形式在排泄过程中排出体内［5］；

1.3.3 测试结果可以反映比较长时间内的能量消耗情况

双标水法并不是每次进行测试的时候都需要重新饮用含有标识的水，而是一次饮用可以多次进行测试，在准确度有保障的情况下时间可达1－3周，实验人员可以根据需求，在特定时间，特定条件下进行实验数据的收集［6］。

1.3.4 适用于多种测试人群

双标水法对测试者的人群没有要求，只要有测试需求便可以测试。且针对性强，双标水法不像加速度计法，间接热量测试法等，对受试者有一定的要求，其适用于婴儿、病人、儿童、老人、肥胖人群、运动员等几乎所有人群。中国航天员科研训练中心的李红毅就使用双标水法对密闭舱环境下航天员的平均每人每日能量消耗量进行了测试［7］。

1.3.5 适用于多种测试环境

双标水法适用于多种特定环境，如冰雪、缺氧、高温、等会对人体和器材产生影响的条件下。其是测试人体在外界环境影响下的能量消耗量，外界环境的变化并不会影响测试结果的准确性。现在市面上对于测量人体能量消耗使用最多的是运动加速度传感器法。但是其在测量不同体育活动能量消耗的准确性均很不理想［8］。其对只有上肢参与的活动、一些静力性活动（乘车）、骑自行车和游泳等不宜适用，有不能测量所有日常体力活动的缺点［8］。

1.4 双标水法缺点分析

1.4.1 双标水价格昂贵，作为分析设备的同位素质谱仪的价格也很高，不太适合于在大规模人群中使用。

1.4.2 双标水法的测试要提前三天进行准备，双标水进入人体后，需要经过血液循环均匀地分布于身体各处，而这个过程需要一定的时间，不太适用于想要立刻获得测试结果的测试［9］。

2 日本关于双标水法的研究现状分析

通过对日本J－STAGE文献网上关于双标水法的文献进行收集，使用“二重標識水法”作为关键词进行收集。结果如表1

表1 日本关于双标水法的研究现状

从表1可知，日本关于双标水法的研究主要集中于体育和医学领域。樋口満最早在栄養学雑誌对双标水法的应用进行了介绍，在之后他提出“一个优秀的运动员成功的秘诀在于健康的饮食，饮食是提高运动员竞技能力的极为重要的因素”［10］。表示可以使用双标水法来测量运动员的能量消耗，从而制定合理的饮食计划，并对运动员的状态进行监控。日本关于双标水法在体育领域和医学领域的研究是较为领先的，其对多种研究对象都进行了研究。在医学领域，太田淳子为了解决老年人的营养计划缺乏的问题对养老院的老年人进行了双标水法研究，在对老年人的生活状态监控过程中获得了能量消耗数据，制定了当地老年人的营养计划［11］。在生物领域，大辻一也用双标水法测定了小型犬（体重8.1kg－8.6kg）的每日能量消耗，为小型犬的营养计划提供了参考［12］。在竞技体育领域，川口昌代为了制定对特定对象的营养指导计划，使用双标水法对柔道高水平运动员的总能量消耗进行了监控，获得了对于当时非常困难的柔道选手的能量消耗量数据，在保持训练强度的同时制定了更加科学合理的减量和增量计划，奠定了新的战略计划的基础［13］。松本なぎさ对在海外比赛的羽毛球高水平运动员进行了双标水测试，用于设计针对羽毛球运动员的营养计划［14］。吉田明日美对女子短跑运动员的能力摄入进行了记录，并与双标水测试的结果进行对比分析［15］。村松愛梨奈在对比赛调整期的短跑运动员的能量消耗进行双标水测试后对其能量平衡进行了评价［16］。下山寛之对运动员的能量消耗进行了测试，并分析了能量消耗与体能成分的关系［17］。田澤梓从运动员培养的角度用双标水法测得的数据来探讨女性运动员在培养过程中所需的营养和教练所需的能力［18］。東野政貴还把这种方法使用到了特种体育领域，他使用双标水法监控了日常训练状态下的消防员总能量消耗，为更好地设计消防员的训练计划和营养方针奠定了基础［19］。另一边，在学校体育领域，足立稔对小学生的日常能量消耗量进行了监控，确定了小学生为了达到健康所需的身体活动量标准［20］。在体育产业领域，笹井浩行利用双标水法对加速度感受器进行了校准，发现了其的不足之处，提高了加速度感受器的科学化水平［21］。日本在体育领域对于双标水法有很全面的研究，值得去借鉴。

3 日本双标水法运用经验对我国体育领域启示

3.1 竞技体育领域

3.1.1 对高水平运动员的训练过程和状态进行监控

双标水法不会影响高水平运动员的训练效果和训练计划，在保持高水平运动员的日常训练计划的同时就可以获得准确的能量代谢数据，教练可以根据测试数据即时的对运动员的训练计划和营养方案进行修正，并对运动员的训练过程和状态进行监控。例如在赛前运动员的每日能量消耗量出现大幅度的变化，教练就可以及时知道，并对运动员进行调整和恢复。

3.1.2 制定更加适合高水平运动员的营养膳食计划

高水平运动员的训练计划需要充足的底物支持，这就要求教练员要科学的设计运动员的营养膳食计划。高水平运动的训练计划根据教练员、运动员身体素质、运动项目等有所不同，保持训练计划的情况下什么样的营养膳食才是最适合这个高水平运动员的，这就必须要根据运动员在训练过程中的能量消耗数据有针对性的设计。双标水法作为准确度最高且科学无害的能量消耗测试方法，对高水平运动员的营养膳食计划有巨大意义，日本的海老根直之就使用双标水法专门测试高水平运动员在日常训练过程中的能量消耗，设计针对田径高水平运动员个人的营养计划［22］。

3.1.3 为制定拳击、跆拳道、柔道等格斗对抗项群类项目的战略决策提供基础

拳击、跆拳道、柔道等竞技比赛中以量级进行分组的格斗对抗项群体育运动项目中，教练员可以根据赛事的实际情况设计针对运动员的增重或减肥计划，实行在赛前更换竞赛组别的战略决策，使运动员达到更好的运动成绩。日本的川ロ昌代就使用双标水法专门的对柔道高水平运动员进行了测试，达到了设计更有效的营养方针，促进运动员的增重和减肥计划，提高运动员成绩的目的［13］。

3.2 全民健身领域

3.2.1 普适性健康干预计划的制定

双标水法因为昂贵的原因很难普及到全民的领域，但是其作为一种能量消耗测量方法是准确度最高的一种。人体每日消耗的总热（能）量（TEE）＝人体基础代谢消耗的热量（BEE）＋食物热效应消耗的热量（DEE）＋身体活动所需要的热量（AEE）［23］。对于学生，老人，病人等经常处于固定场所，无或者少无关变量条件影响下的特定人群，其BEE和DEE在年龄、性别、运动强度、地区、身高、体脂比等特定条件划分下无明显差异，用TEE算出的AEE就可以作为当地普适性健康干预计划的参考标准。例衡水高中，毛坦厂中学等军事化的学校，在学习中的学生环境变化较少，就可以使用双标水法来制定学生的健康干预计划，从饮食和体育等方向科学的引领学生的健康成长。

3.2.2 健身、肥胖人群的健康干预计划的制定

对于健身和肥胖人群来说，为了达到减重或增重的目的，这类人群是愿意服从训练计划并付出一定的资金的。双标水法作为准确度最高的一种，且无需复杂的操作，无需携带繁杂的器械便可获得数据，制定出针对个人而言效率极高的训练方案，对于这类人群的健康干预计划的制定是有一定意义的。且双标水法不会因为环境变化而失去准确度，如加速度感受器就容易因为体温、寒冷、炎热、水中等变化而失去准度，这使得人们可以根据自己的条件和需求扩大健康干预计划的范围，譬如游泳，滑雪，极限运动等。

3.2.3 婴儿、残疾人、病人等身体受限者的健康干预计划

双标水法可以更好地制定婴儿、残疾人、病人等身体受限者的健康干预计划。想要对这类人群进行能量测试，通常使用间接热量测试法，而双标水法的准确度测试更加优秀。譬如，以往因检测方法的限制，研究婴儿能量消耗很困难，现在由于双标水法的优势，使这方面的研究有了很大进展［24］。

3.3 体育产业领域

提高加速度计的科学化水平。目前，各种体力活动能量消耗的测试方法以双标水法为标准，以确定其有效性和可靠性。当今市面上对于总能量测试使用最多的是加速度计测试法，但是这种测试方法有着精准度，使用环境限制等多种缺点，用双标水法获得的数据与加速度计法进行对比，从而校准加速度计的准确度，提高加速度感受器的科学化水平，国外就常用这种方法来发现加速度计的不足之处，从而去改进［20］。

4 结语

总结日本在双标水法的经验可知，双标水法作为一种能量测试方法，其有着很多优点的同时也有一定的局限性，很难进行大样本的测试。其在体育领域可以运用于训练计划制定、营养方案设计、训练过程与状态监控等多个领域。结合我国各人群的实际情况联用多种测试方法，不断提高训练过程和状态监控的科学化，信息化水平将是体育强国建设发展的必然趋势。日本的双标水法研究经验将是会促进我国训练过程和状态监控水平不断提高的基石。