不同间歇方式高强度间歇运动后能量及底物消耗的特点

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1320

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：
高强度间歇运动：是指进行多次短时间高强度运动训练，在每2次训练之间以相对较低的强度运动或者完全无负荷休息形成间歇期，常采用全力冲刺或90%左右最大摄氧量强度。单组运动时间和间歇期可持续几秒到几分钟不等，按间歇周期长短可分为短间歇高强度间歇运动和长间歇高强度间歇运动。
气体代谢：是指机体消耗氧和产生二氧化碳的过程。组织细胞在生命活动过程中需要不断获取能量，其来源是体内营养物质(蛋白质、糖类和脂肪)的氧化。为维持体内正常的氧化过程，需经常供给氧和排出二氧化碳。测定单位时间内氧耗量和二氧化碳产生量可计算出能量代谢率。

摘要
背景：研究发现高强度间歇运动比中等强度持续运动对于腹部脂肪的减少有更好的效果且更具时效性。
目的：以能量代谢的角度，探讨相同强度及时间下不同间歇方式的高强度间歇运动对肥胖女青年能量消耗及底物代谢的影响。
方法：采用气体代谢分析仪对7名肥胖青年女性在2次不同间歇形式的高强度间歇运动中的气体代谢情况进行分析。受试者需完成3次测试，第1次进行最大摄氧量测试。随后随机顺序进行后续2次运动测试：①90%VO2peak强度低频的高强度间歇运动(低频组)；②90%VO2peak强度高频的高强度间歇运动(高频组)。每次运动之间间隔1周且运动时间避开受试者卵泡早期。运动干预方案获河北师范大学体育学院伦理委员会批准。参与试验的个体均为自愿参加，对试验过程完全知情同意。
结果与结论：①运动后高频组的血乳酸浓度显著小于低频组(P < 0.01)，高频组糖酵解供能和无氧糖酵解的供能量显著低于低频组(P < 0.01)；②运动期高频组的脂肪供能量、糖供能量、总的能量消耗均显著低于低频组(P < 0.05或P < 0.01)，间歇期高频组的糖供能量要高于低频组(P < 0.05)，脂肪供能量和总能量消耗也显著高于低频组(P < 0.01)；③恢复期时高频组的脂肪供能量显著低于低频组(P < 0.05)，训练期和全部时期总和的脂肪供能量显著高于低频组(P < 0.05)；④结果说明，高强度间歇运动时间频率的改变能够减少血乳酸的堆积，促进脂肪的动员及氧化，在相同的能耗量下，改变了糖脂供能比例。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0001-7138-3713(李硕奇)

关键词: 高强度间歇运动, 间歇频率, 底物代谢, 气体代谢分析, 间歇运动时间, 血乳酸, 总能量消耗, 糖酵解供能, 无氧糖酵解

Abstract:

BACKGROUND: Compared with the moderate-intensity continuous movement, high-intensity interval training is more time-sensitive and effective for reducing abdominal fat.
OBJECTIVE: To investigate the effects of different forms of high-intensity interval training at the same intensity and time on energy expenditure and substrate metabolism in obese young women from the perspective of energy metabolism.
METHODS: The gas metabolism of seven obese young women in two different intermittent forms of high-intensity intermittent exercise was analyzed by gas metabolism analyzer. The subjects underwent thrice test: maximal oxygen uptake, 90%VO2peak at low-frequency high-intensity interval training (low-frequency group), and 90%VO2peak at high-frequency high-intensity interval training (high-frequency group). Exercise was performed once every 1 week and early follicle was avoided. The study was approved by the Ethics Committee of Sports Institute of Hebei Normal University. The subjects participated in the study voluntarily, and signed the informed consent.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The blood lactate concentration, glycolysis energy supply and anaerobic glycolysis energy supply after exercise in the high-frequency group were significantly lower than those in the low-frequency group (all P < 0.01). (2) The fat energy supply, sugar energy supply and total energy expenditure during exercise in the high-frequency group were significantly lower than those in the low-frequency group (P < 0.05 or P < 0.01). The sugar energy supply at interval time in the high-frequency group was significantly higher than that in the low-frequency group (P < 0.05), and the fat energy supply and total energy expenditure in the high-frequency group were significantly higher than those in the low-frequency group (P < 0.01). (3) The fat energy supply at convalescent period in the high-frequency group was significantly lower than that in the low-frequency group (P < 0.05), and the total fat energy supply in the high-frequency group was significantly higher than that in the low-frequency group (P < 0.05). (4) These results indicate that intermittent frequency changes during high-intensity interval training can reduce the accumulation of blood lactic acid, promote the mobilization and oxidation of fat, and change the ratio of glycolipid energy supply under the same energy consumption.

Key words: high-intensity interval training, intermittent frequency, substrate metabolism, gas metabolism analysis, interval training time, blood lactate, total energy supply, glycolysis energy supply, anaerobic glycolysis

中图分类号:

R496

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图/表（结果） 2

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引言

材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计同体对照观察。

1.2 时间及地点试验于2017年7月至2018年2月在河北师范大学人体机能测评室完成。

1.3 对象招募肥胖青年女性7名，无其他规律的运动习惯，无运动相关疾病。试验开始前，所有受试者均签署受试者知情书及填写PAR-Q问卷，确保受试者出于自愿且无相关运动风险后进行运动试验。在整个试验周期中所有受试者均完成测试。参与试验的个体均为自愿参加，对试验过程完全知情同意，并且在充分了解试验方案的前提下签署“知情同意书”。运动干预方案获河北师范大学体育学院伦理委员会批准。受试者基本情况为年龄(19.86±0.69)岁，身高(159.21±6.07)cm，体质量(67.36±7.14)kg，体质量指数(26.61±3.09)kg/m²，体脂量(22.23±4.19) kg，FAT (32.83±2.98)%，VO_2pea(34.20±1.66) mL/(kg•min)。

1.4 方法

1.4.1 运动设计试验开始前进行为期1周的适应性训练，使受试者熟悉试验流程和运动形式并且确保其能够完成整体运动测试。受试者需完成3次测试，第1次进行最大摄氧量测试。随后随机顺序进行后续2次运动测试：①90%VO_2peak强度低频的高强度间歇运动(低频组)；②90%VO_2peak强度高频的高强度间歇运动(高频组)。每次运动之间间隔1周且运动时间避开受试者卵泡早期。

所有试验均在每天的13：00-16：00间进行且均为饭后 1 h进行运动。试验当天受试者统一进行饮食，禁止饮用刺激性的饮品、禁止服用任何药物并保持正常的生活习惯。测试前48 h不曾参加剧烈运动。

1.4.2 饮食控制早餐：一盒酸奶(能量728 kJ)、肉松面包(能量1 920 kJ)；午餐：半份西红柿鸡蛋盖饭(能量837 kJ)。

1.4.3 体成分指标的测试使用生物电阻抗分析仪(BIODY NAMICS MODE 310E，Korea)进行体成分指标的测试，为提高信度进行2次测试取其平均值。

1.4.4 VO_2peak指标的测试及评定均采用Monark839E功率车进行分级递增负荷的试验，初始负荷为50 W，每2 min递增20 W。要求受试者需以(60±5)r/min的速度进行蹬踏，提前48 h不进行剧烈的运动、不吸烟、不喝酒或咖啡、不服用任何治疗药物，且在相对恒定的温度和湿度下进行。摄氧量数据通过Quark-PFT-Ergo气体代谢分析仪收集。判定达到峰值摄氧量的标志(3种条件达到其一经鼓励不能继续则判定达到标准)：①呼吸商≥1.15；②受试者力竭，经鼓励不能维持预定转速；③随着运动强度的增加摄氧量水平达到平台期。

1.4.5 运动测试研究正式运动测试均克服200 kJ机械功且进行速度相同的5 min热身活动：低频组和高频组结构如图1所示：

低频组：通过VO_2peak的线性方程得出90% VO_2peak强度时的功率，同时计算出运动需要的总运动时间。然后以每组 4 min的形式运动，完成后间歇，间歇过程中不运动，当主观体力感觉(Rating of Perceived Exertion，RPE)下降到13时，再进行4 min运动，收集其训练期和训练后0.5 h的能量代谢情况，测量运动前、中、后(运动后2 min)的血乳酸值(便携式血乳酸仪)，记录每组结束即刻RPE及心率(单机版Polar表)。

高频组：将每个整组的低频组的运动期和间歇期拆成6等分进行间歇运动，同样收集其运动期和运动后0.5 h的能量代谢情况，测量运动前、中、后的血乳酸值，记录每组RPE以及每分钟的心率。

1.4.6 能量代谢相关指标的计算

(1)有氧供能部分：数据按Breath-by-breath的方式进行收集，取各阶段的平均值。糖的氧化量(g/min)=4.585 0 VCO₂(L/min)-3.225 5VO₂(L/min)；脂肪的氧化(g/min)= 1.694 6VO₂(L/min)-1.701 2VCO₂(L/min)；总能量输出(kcal/min)=[脂肪氧化量(g/min)×9+碳水化合物氧化量(g/min) ×4]^[9]。

(2)无氧供能部分：?La(mmol/L)=La_peak-La_rest。糖酵解供能(cal/kg)= ?La×3×21.1÷4.184^[10]。

1.5 主要观察指标 ①运动前后的血乳酸值及糖酵解供能情况；②训练期的能量消耗和底物代谢；③训练期和恢复期的能量消耗和底物代谢。

1.6 统计学分析所有数据采用SPSS 20.0做统计学处理分析，表示方式为x(_)±s。首先用W 检验判定是否符合正态分布，若符合正态分布的数据采用配对样本t 检验进行比较，若不符合正态分布的数据采用Wilcoxon signed rank检验进行比较。以P < 0.05为差异显著，P < 0.01为差异非常显著。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

根据Buchheit等^[11]报道，高强度间歇运动运动模式可以分为5类，研究主要对高强度间歇运动的高频间歇(运动时间≥15 s^[12-13])及低频间歇(运动时间>2.0-3.0 min^[14-15])2种不同的高强度间歇运动间歇方案进行能量消耗的对比^[16]。研究结果提示2种运动形式在总能耗不变的情况下，高频组在T期的脂肪供能比例显著较高(P < 0.05)，但在R期却是碳水化合物供能较高(P < 0.05)。另外在整体的训练期中，高频组在E期的脂肪氧化供能要显著低于低频组，而碳水化合物供能要显著高于低频组。而在Ⅰ期则呈现了相反的趋势。

3.1 血乳酸与糖酵解供能运动期的能量代谢主要包括糖酵解供能、糖的氧化供能和脂肪的氧化供能这3个部分^[10，17-18]。而绝大多数研究在评估总能量消耗时并未对运动期间的无氧供能量进行评估，这可能会带来运动时能耗量评估的偏差。在此次研究中低频组结束后所产生的血乳酸浓度峰值及糖酵解供能量要高于高频组。这提示除了公众熟知的运动强度、运动时间等影响因素外，在高强度间歇运动运动中不同的间歇形式也可能对运动中的无氧代谢产生不同的影响。

在Lukas Cipryan的研究中对16名高水平男性运动员进行了不同间歇频率的2种运动测试，长间歇组为每组运动3 min休息3 min，短间歇为每组运动30 s休息30 s，运动时间均为32 min。在其研究中观察到，长间歇组在运动中所产生的血乳酸要显著高于短间歇组(P < 0.05)。一定程度上对此次研究的结论提供了支持，但其并未对2种运动形式的能量消耗进行测量。另外有研究对这2种间歇形式进行了总体能耗的对比，其研究发现长间歇组耗能量要显著小于短间歇组(P < 0.01)^[8]。这与此次研究的结论产生了分歧，分析其原因可能是由于其测试方法单纯采用摄氧量的数值来进行运动总能耗的评估，评估方式过于简单，而且并未对有氧无氧等各个方面进行评估，从而有可能导致了误差的产生。此次研究对其测试方法进行了一定程度的完善，以期能够更加准确、全面以及系统的探索2种间歇形式高强度间歇运动的供能情况。总的来说，这2组血乳酸浓度产生差异的原因可能是由于低频组运动期时长过长导致骨骼肌长时间缺氧促进了乳酸的过多堆积。另外，由于骨骼肌中肌氧含量的恢复呈曲线的形式，所以更频繁的间歇可能更加有利于骨骼肌中肌氧的恢复，而肌氧的恢复与骨骼肌中血乳酸的消除有着相辅相成的作用，肌氧恢复迅速，组织中氧含量高，可以促进乳酸的氧化清除。同时乳酸的清除可以改善机体的内环境，有利于肌氧含量的恢复^[11]。由于此次研究每项测试均存在间歇期，而血乳酸的生成又只能在运动期生成，所以在乳酸供能的计算上由于客观条件所限并未加入乳酸在间歇期的恢复对其产生的影响，从而将会导致实测值偏低，但由于其消除同样会进行氧化代谢，所以推测其可能并未对整体的糖代谢量产生影响。

3.2 训练期的能量消耗和底物代谢从整个训练期能量消耗和底物代谢的角度来看，虽然整体的能量消耗并无显著性差异，但是在同样强度和时间下高频组的脂肪供能量却要高于低频组，这是由于高频组中的间歇期脂肪氧化供能量要远远大于低频组。产生上述结果差异的原因可能是由于相比于高频组，在低频组中观察到每组的运动结束后即刻呼吸商都会更加快速并且长时间的升高导致脂肪供能比例减少，在低频组中这个过程会持续2 min左右随后呼吸商逐渐降低，机体供能形式朝着脂肪供能转变，以往的研究也对运动后即刻呼吸商的升高有一定证实，但机制尚不清楚^[19-20]。但有研究将近红外光谱与气体代谢监控技术进行对比发现，气体代谢监控技术在测试时具有一定的延迟效应^[21]。其可能是由于骨骼肌在运动后产生的CO₂通过局部的毛细血管运输到肺泡需要一定的时间，所以在气体采集的时候会有一定的延迟，所以可能并没有及时的反应机体即刻的代谢状态。另外，相比脂肪供能来说，在运动中碳水化合物供能的多少也具有相对重要的意义。此次研究的结果显示，在训练期低频组的糖供能量要显著高于高频组(P < 0.05)。由于糖氧化量的增加可能会导致运动疲劳及食欲增加，因此高频间歇的高强度间歇运动运动可能会更加有利于控制肥胖的发生。

3.3 恢复期的能量消耗和底物代谢在恢复期底物代谢的变化形式均是由糖供能为主逐渐向脂肪供能为主转化，总能量消耗上未呈现显著性差异，但在脂肪氧化总量上低频组要大于高频组，在糖的供能量上低频组要小于高频组。虽然鲜有关于高强度运动的相关报道，但是有研究认为在中强度下，间歇跑在恢复期的糖供能量要大于持续跑，脂肪供能量要小于持续跑，这与此次研究的现象相一致。这可能是由于运动后所产生的代谢产物及激素水平的不同所引起的^[22]，具体机制还需后续进行进一步研究。不同间歇形式的高强度间歇运动对运动后30 min的底物代谢情况产生了影响，过量氧耗与运动后底物代谢情况有着密切的关系，通常都认为影响过量氧耗的因素有训练水平、运动强度、运动时间及饮食情况等^[23]。研究结果提示：在高强度间歇运动中不同的间歇形式也有可能成为影响过量氧耗的因素之一。在未来的研究中还需再延长气体代谢数据收集的时间，以便采集到更加完整的运动后能量消耗和底物代谢的变化情况。

3.4 训练期和恢复期的能量消耗和底物代谢从整体的底物代谢情况来看，在高强度下2种运动方式的糖的氧化供能量均要大于脂肪的氧化供能量，在董晓虹等^[20]的研究中对比了75%VO_2max(运动4 min+间歇2 min+恢复30 min)与100%VO_2max(运动3 min+间歇3 min+恢复30 min)的能量消耗及底物代谢的不同，其研究所得出的结果与此次研究相似。对比2种测试，糖供能量和总能量消耗上依然没有出现显著性差异，但是在脂肪氧化供能量上出现了显著性差异，高频组要高于低频组，这说明虽然总体耗能相同但不同间歇形式的运动底物供能的情况却发生了变化，这与以往在中低强度下增加间歇频率的研究结果相一致^[24]。首先，这可能与增加间歇次数后所导致的交感-肾上腺系统反应加大有关^[22，25]，多次进行运动-间歇之间的转换使机体激活交感-肾上腺系统的次数增加，从而导致交感神经系统兴奋性升高，使更多的儿茶酚胺进入血液促进脂肪分解。另外也有可能与机体乳酸生成、消除的速率改变有关，有研究表明乳酸的增加，可以对GPR81受体进行激活，然后抑制G蛋白偶联受体从而抑制脂解作用^[26-27]。总的来说，此次研究还有诸多方面需要继续完善，首先受试人群样本量较低且人群相对单一，且对于女性的研究并未控制在同一月经周期内，以后需要在对不同年龄段、不同训练水平以及不同肥胖程度的人群进行全方面的分析。其次，恢复期的收集只采集到了运动后30 min，在后续的研究中应再延长恢复期数据的收集，以便更加完整的评估这两项运动对能量代谢的影响。最后，还需在后续的研究中补充对肥胖人群更加长期的运动干预来验证其减肥效果。

3.5 结论与建议在运动强度、运动时间、间歇时间相同的高强度间歇运动中，增加运动-间歇的频率可以在总体能耗相同的情况下，提高总脂肪氧化供能量、改变糖脂氧化供能比例。并且增加运动-间歇频率能够降低糖酵解供能，减少乳酸的堆积。建议在高强度间歇运动减肥运动处方的制定时，应在强度足够高的前提下尽量提高运动-间歇的频率，以获得更佳的运动体验及减肥效果。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程