运动对人体能量代谢的影响

本文部分节选自3HFIT—运动营养咨询师（3HFIT Sports Nutrition Consultant Certification）证照教科书第10章第5节《运动时的人体能量代谢》。

在《运动时的人体能量代谢》上篇中，我们主要分析了人体运动时的供能系统。在本篇中，我们将探讨几种影响运动时人体代谢的因素，以及一些促进代谢的运动策略。

肌肉量对运动能量代谢的影响  

肌肉在我们体重中占据很大比例，通常情况下成年男性占45%，成年女性占35%。然而，在任何一个特定的个体中，这些百分比可能因各种因素而存在巨大变化，比如身体活动的类型和强度。 

骨骼肌细胞或肌纤维是一个设计相当简单但是功能又极为复杂的机体。它是一种包含细丝的近似管状结构，可以在彼此间滑动以收缩肌肉。肌肉的收缩会带动骨骼，由此便可以完成做功。简单地说，就是在举重训练中举起杠铃或者在跑步中移动整个身体。肌肉细胞能够以不同的速率做功，在最大的短期无氧运动中的能量消耗比睡眠时增加了近90倍。

人体有几种不同类型的骨骼肌纤维，它们主要的区别在于产生能量的能力。生物学家在肌肉细胞中发现了不同种类的蛋白质，而能量的产生则依赖于特定类型蛋白质。一般来说，根据能量生产率可以划分出三种不同类型的骨骼肌纤维。表10-9则显示了与每一种肌纤维的不同特征。

I型肌纤维也被称为慢肌纤维。它通常被称为慢氧化（SO）纤维。与之相关的特征，如高线粒体和肌红蛋白含量等支持其高氧化能力和抗疲劳能力。在与有氧能力和有氧代谢能力相关活动中使用I型纤维十分重要。 

被称为快速收缩肌纤维的IIa型肌纤维也具有良好的有氧生产力，但不像I型纤维那么高。然而，它也可以通过乳酸能量系统在无氧条件下产生能量。它也有很高的ATP-PCr生产力。在与有氧代谢能力和无氧代谢能力相关的活动中运用IIa型纤维十分重要，但它比I型肌纤维更容易疲劳。 

称为快缩白肌纤维的IIb（IIx）肌纤维具有较差的有氧生产力，主要用于无氧能量生产。和IIa型纤维一样，它也有很高的ATP-PCr生产力。在与无氧代谢能力和无氧生产力相关的活动中使用IIb肌纤维十分重要，但它会快速进入疲劳状态。

大多数肌肉都含有三种类型的肌纤维，所有纤维都用于不同强度的运动任务。然而，一种纤维类型的使用通常会根据运动的强度和相关的人类能量系统占主导地位。体育锻炼可以提高每一种肌纤维的功效，而每一种肌纤维的功效取决于运动训练的类型和程度。此外，由于遗传易感性，不同个体之间的肌纤维类型分布也会有所不同，而这些差异可能会影响特定运动项目的成功水平。研究人员表明，在耐力型精英选手中发现了大量的I型肌纤维，而IIa型和IIb纤维在强壮型和力量型精英选手中占据更高比例。

深红色代表快肌纤维，浅红色代表慢肌纤维

抗阻训练对代谢率的影响

REE是在实验对象处于侧卧位的静止姿态下测得。任何身体活动都会把代谢活动提升至高于REE，从而增加能量消耗。计算一天中身体活动的变化可以为每日能量消耗总量提供一个尽管不精确但却合理的估计。诸如坐、站、打牌、做饭、打字等极为轻巧的活动都会将能量输出增加至超过REE，但我们通常不会把它们看做运动。为了讨论这个问题，运动代谢率（EMR）表示适度或剧烈的身体活动增加的新陈代谢，如健步走、爬楼梯、骑自行车、跳舞、跑步以及其他的有计划的锻炼活动。EMR被更恰当地认作运动热效应（TEE）。

影响代谢率的最重要因素是运动的强度或速度。要想运动得更快，你的肌肉必须更迅速地收缩，消耗更大比例的能量。I型肌纤维的使用在低强度运动中占主导地位，而II型纤维则逐渐在更剧烈的运动中被采用。下表展示了一个中等身材的成年男性在逐渐增加的运动强度水平下以大卡/分钟计算的近似能量消耗。然而，我们大多数人都不可能长时间维持较高水平的能量消耗，正常时间一般不超过一分钟左右，而最高水平只有一秒钟左右。

尽管运动强度是影响代谢速率量级的最重要因素，但还存在一些其他重要因素。在一些活动中，能量消耗的增加没有直接与速度成比例，因为运动的效率会影响热量消耗。相对于更悠闲的步行来说，以极快速度步行会耗能效率更高，所以快速行走的个体比悠闲行走的个体燃烧更多卡路里。刚开始的游泳者会消耗大量能量，而一个更有技巧的游泳者会以更少的能量游来游去，在指定距离内节省热量。以极高的速度游泳和骑自行车会增加水或空气阻力，因此热量消耗也会成倍增加。此外，体重更大的个体在会燃烧更多的热量，因为移动更重的负载会消耗更多的总能量。

增加能量消耗的运动策略

使用身体的大肌肉群进行持续的活动通常会消耗最多的热量。强度和持续时间是能量消耗总量的两个关键决定因素。在较长的一段时间内持续地以相当高强度的运动开展锻炼会消耗最多的热量。尽管这可能涉及各种各样的身体活动，但流行的模式包括步行、跑步、游泳、骑自行车和有氧舞蹈。其中散步和跑步最受欢迎，因为它们非常实用。 

然而，高强度间歇训练（HIIT）已经变得越来越流行，尤其是当时间成为运动阻碍的时候。以下是对一些常见运动方式的介绍：

慢速行走比以更快的速度行走或跑步更节能。一些研究人员注意到，行走是一种摆动运动，站立的腿是倒摆，而摆动的腿则是常规摆。因此，慢走的摆动可以节省能量，降低代谢成本。 

然而，步速加快会使能量消耗成倍增加。快速步行或慢跑的梅脱（MET）值一模一样，均为8.3METS。在高速步行时（高于8公里/小时）消耗的能量可能超过以同样的速度慢跑消耗的能量。快速健步走也称有氧步行，是一种消耗热量的有效方法。然而，和其他运动活动一样，只有经过练习才能成为一个快速的步行者。以下各种术语被用来描述基于速度的行走。

●  漫步——3.2公里/小时

●  悠闲的散步——4.8公里/小时

●  有氧运动或健步——大约6.4公里/小时

●  竞走——8公里/小时

●  竞走，初学者——约9.6公里/小时

●  竞走，精英——16公里/小时

步行强度可以通过其他方式增加。在家里、在工作途中、在体育馆里或者在踏步机上爬楼梯是一种让步行更有活力的方式。另一种方式是负重，比如背包或手提重量。如果以不超过3.2公里每小时的速度悠闲地散步时的能量消耗是2MEts，而在负重的情况下爬山大约需要12METs。 

出于健康的考虑，如果有时间的话步行可能和跑步一样好。一项比较运动和健康益处的研究中指出，跑步者跑得越远、步行者走得越多，他们的健康功效就越好。如果两组人的能量消耗相同，那么健康功效是可以比较的。但步行者需要花费两倍于跑步者的时间来获得同样的功效。

一般来说，跑一段距离的热量消耗并不取决于速度。你需要花更长的时间来以较慢的速度来跑完这段距离，但是总热量的消耗将会和以更快的速度消耗的能量差不多。以6.4公里/小时、10.8公里/小时的速度跑步的MET值分别为6.0、11.8，一个70公斤的跑步者每英里的能量消耗范围在108到116卡路里之间。

由于水的阻力，对于一段给定的距离，游泳比步行或跑步要消耗更多的能量。尽管消耗的能量多少取决于用到的泳姿种类和游泳者的能力，但是对于相同的一段距离来说，游泳耗费的能量是跑步的4倍。例如，游四分之一英里的能量相当于跑一英里耗费的能量。水中有氧运动和水中跑步（做有氧运动或在齐腰深、齐胸深或深水里跑步）可能是有效的运动养生法，有助于防止因撞击而造成的伤害。

对于指定的一段距离而言，骑自行车耗费的能量比在水平面上跑步要少。骑自行车的能量消耗取决于许多因素，如体重、自行车的类型、山坡和身体在自行车上的姿势（假设流线型的姿势来减少空气阻力）。20英里每小时的速度会导致空气阻力快速增加，所以骑自行车在此速度下的能量消耗会以更快的速度增加。一般来说，1英里的骑行消耗的能量大约相当于跑三分之一的距离（Hagberg和Pena在研究中提出的一种计算自行车运动能量消耗的详细方法）。

30多年来，各种类型的团体运动课程一直很受欢迎。这些课程包括高和低强度的有氧舞蹈，踏板健康舞，尊巴舞，有氧搏击操等。所有这些课程的强度因参与者的努力程度而有差异，但每分钟燃烧的热量达到约10大卡。团体运动的能量消耗可以与跑步或骑自行车等个人运动相媲美，且团体运动的最大好处就是改善运动的坚持效果。研究表明，当运动者有机会与他人互动时，他们就越能坚持，运动计划也就越有效果。

家庭运动设备也可以提供高强度有氧训练。最近的研究表明，跑步机消耗的热量最多。同时椭圆机、越野滑雪机、划船机，爬楼梯机等运动器械也可以消耗大量的热量，这些器械比自行车消耗的热量要多。许多现代的运动器械都装有电子设备，且配有小型电脑，可以计算出以每分钟能量消耗的近似值和运动总耗能。然而，研究表明当运动者与其他锻练者有接触时，运动会有更好的坚持效果。

抗阻训练，或重量训练是一种消耗能量的有效方式，但其效果不如有氧运动。例如，将抗阻训练中的能量消耗（以70%的1RM）与30分钟的有氧训练（以70%的最大速度骑自行车）进行了比较。尽管这两种运动的心率都是一样的，但是骑车的过程消耗了441大卡的热量，而抗阻训练只消耗了269大卡的热量，两者相差64%。这是一个显著的差异，不过研究指出，如果每周进行4到5天的抗阻训练也会满足ACSM所建议的能量消耗。