最大脂肪代謝強度在大學生耐力運動處方中的應用

李奕，郭路，向祖坤，張博　(江漢大學體育學院，湖北 武漢 430056)

最大脂肪代謝強度在大學生耐力運動處方中的應用

李奕，郭路，向祖坤，張博(江漢大學體育學院，湖北 武漢 430056)

[摘要]篩選無訓練經歷的江漢大學健康男、女大學生各10名,測定最大脂肪代謝強度FATmax,以此為依據制定8周最大脂肪氧化強度運動處方,測定實驗前后功能能力(FunctionalCapacity,F.C.)、最大攝氧量、體脂百分比及安靜心率、血壓、肺活量來觀察鍛煉效果,旨在研究最大脂肪代謝強度的健身效果,為大學生健身鍛煉提供理論支持。研究發現,男、女生在最大脂肪氧化速率和FATmax方面無顯著差異,女生在FATmax對應的F.C.和跑步速度方面顯著低于男生。經過8周最大脂肪代謝強度運動處方練習,男生、女生的F.C.和最大攝氧量都顯著增加;安靜心率、肺活量指數、體脂百分比顯著改善,女生的變化比男生更為顯著。研究結果表明,FATmax不存在性別差異,對應的運動強度(男生7.22METs,女生5.25METs),跑步速度(男生9.73km/h,女生8.65km/h)可作為制定大學生健身運動處方的參考;基于FATmax制定的健身運動處方,能改善心肺機能、體成分,特別對女生健身效果較好,FATmax可作為制定健身運動處方的運動強度參考標準。

[關鍵詞]最大脂肪代謝強度;大學生;運動處方

最大脂肪代謝強度(FATmax)是指脂肪氧化率峰值所對應的運動強度，此峰值被稱為最大脂肪氧化速率(FATmaxRate)[1]。最大脂肪代謝強度多用最大攝氧量百分比表示，存在一個廣泛的范疇(33%~65%)[2]，其主要受運動強度、訓練水平、身體成分、性別、運動方式和飲食補充等因素的影響。

最大脂肪代謝強度作為一種新的靶向性指標的耐力訓練模式已日趨成熟，并逐步實現了從理論研究到運動處方應用的轉變。耐力運動處方的制定都是以功能能力(Functional Capacity， F.C.)為核心，通過運動負荷試驗測定出F.C.后，參考ACSM的標準來確定運動強度(E.C.%)，然后代入運動能力(Exercise Capacity，E.C.)的計算公式(E.C.=F.C.×E.C.%)中算出E.C.，進而確定運動處方的5要素，開出個性化的運動處方[3]。目前廣泛采用遞增負荷模式(每級負荷持續3min)來準確測定FATmax，其對應的最大攝氧量百分比即為E.C.%，這為個性化運動處方的制定提供了可能。研究表明，普通男性、女性最大脂肪氧化強度可以精確的測量定位[4,5]，這比ACSM所推薦的健身運動強度50%~70%的范圍更加準確[6]。

目前對最大脂肪代謝強度的效果研究多見于對高血壓、糖尿病等代謝性綜合征的康復運動處方[7]，以最大脂肪代謝強度為標準制定的大學生健身運動處方的健身效果尚未見報道。下面，筆者以普通男、女大學生為研究對象，測定其FATmax，制定最大脂肪代謝強度運動處方，研究其健身效果，為大學生健身鍛煉提供理論支持。

1研究對象

以生活習慣良好，無訓練經歷的江漢大學健康男、女在校大學生各10名作為研究對象，進行心血管危險評估、A/B個性測試、PAR-Q問卷調查。研究對象基本情況如表1所示。

表1　研究對象基本資料一覽表

2研究方案

2.1　最大脂肪代謝強度運動處方的制定與實施

向受試者介紹試驗過程及注意事項等，在受試者有一定了解的基礎上得到同意并簽訂知情同意書。正式實驗前對受試者先進身高、體重、心率、血壓、肺活量測試，了解受試者的身體基本情況；再進行功能能力測試，了解受試者運動能力。最后進行最大脂肪氧化強度測定，以FATmax為E.C.%，以FATmax對應的心率為靶心率，所有測試數據輸入奧美之路運動處方系統軟件中，為每位受試者制定的個性化的最大脂肪氧化強度運動處方,每周運動5次；運動方式為跑步，全部在跑步機上進行，運動中全程佩戴芬蘭產polar R400型進行心率監控,確保運動中心率在靶心率范圍內，共進行8周。

2.2　最大攝氧量測試

用意大利TECHNOGYM跑臺和美國MAX-Ⅱ心肺功能儀完成最大攝氧量測試。實驗安排在上午完成，室內溫度25℃，相對濕度為40%。受試者準備活動5min，先5km/h熱身3min，然后8km/h起，遞增幅度為1km/2min，至11km/h后，速度不變，坡度每2min增加1%。

2.3　最大脂肪氧化強度測定及判斷

休息48h后，受試者步行到實驗室。采用意大利Technogym跑臺以及MAX-Ⅱ心肺功能儀，完成遞增負荷運動氣體代謝指標測試，確定最大脂肪氧化強度。實驗安排在上午完成，室內溫度25℃，相對濕度為40%。測試方案為男、女生5km/h開始，遞增幅度為1km/3.5min，保持水平坡度不變，直至呼吸商達1.00以上。采用每級負荷后30s氣體代謝數據代入下面公式計算脂肪氧化率，通過3階數多項式擬合曲線確定脂肪氧化動力曲線，脂肪氧化速率最大值對應的攝氧量為FATmax。

脂肪氧化率公式[8]如下：

脂肪氧化率 =1.6946VO2-1.7012VCO2

其中，VO2為每分鐘攝氧量；VCO2為每分鐘二氧化碳呼出量。

2.4　功能能力的測試

功能能力即F.C.，是指機體在盡力活動時所能達到的代謝當量(MET)值，或在有氧范圍內，機體所能完成的最大強度活動的MET值。采用改良Bruce跑臺測試方案測定F.C.[3]。

2.5　體成分測試

采用美國BC420型生物電阻抗測試儀，嚴格按照操作流程進行測試。

2.6　數據處理

3研究結果

3.1　最大脂肪代謝強度運動處方測試結果

采用每級負荷后30s氣體代謝數據計算脂肪氧化速率，考慮到在實踐中的應用，通過對均值進行3階數多項式擬合曲線確定脂肪氧化動力曲線和FATmax，結果如圖1和表2所示。圖1的結果表明男生、女生的脂肪氧化速率先上升后下降，呈現“鐘”型變化，都存在最大脂肪代謝強度。表2結果表明，男生脂肪氧化速率絕對值高于女生，但是由于體重高于女生，脂肪氧化率相對值低于女生；但是無論脂肪氧化率的絕對值、相對值還是FATmax，男生、女生之間對比均無統計學意義(P>0.05)；FATmax對應的代謝當量和跑步速度，男生均高于女生，有顯著性差異P<0.05。

圖1　大學男、女生脂肪氧化速率變化曲線

3.2　最大脂肪代謝強度運動處方對心肺耐力影響

表3結果表明，經過8周FATmax練習，男生、女生的F.C.和最大攝氧量均高于訓練前水平，都有顯著性差異(P<0.05)，且女生比男生的變化幅度大；經過8周最大脂肪代謝強度運動處方鍛煉，男、女大學生的的運動能力顯著提高，且女生的訓練效果好于男生。

表2　最大脂肪氧化運動強度測試結果

注：*表示和男生比較有顯著性差異，P<0.05。

表3　8周最大脂肪代謝強度運動處方對大學生心肺耐力的影響

注：*表示同實驗前比較有顯著性差異；**表示同實驗前比較有非常顯著性差異。

3.3　最大脂肪代謝強度運動處方對身體機能的影響

表4結果表明，8周FATmax練習可顯著降低男生、女生的安靜心率，提高肺活量，同實驗前比較均有顯著性差異(P<0.05)；男生、女生體脂百分比均下降，但是男生無統計學意義(P>0.05)，女生有顯著性差異(P<0.05)。但是實驗前后男生、女生血壓均無顯著性改變(P>0.05)。

表4　8周最大脂肪代謝強度運動處方對大學生身體機能的影響

注：*表示同實驗前比較有顯著性差異。

4分析討論

4.1　最大脂肪代謝強度在運動處方中的制定實施

長時間、周期性的持續性有氧運動是健身運動處方主要的運動方式，可有效的提高心肺耐力，燃燒脂肪保持良好體型。由于健身運動處方中運動強度選擇不當，往往導致健身效果不佳，使很多人中途放棄。對于學業壓力大，時間少的大學生來說，應選擇一種科學合理的運動處方以達到科學健身的目的。

自從2003年Achten[1]提出了FATmax的測試方法后，得到了眾多研究學者的認可，測試方法不斷的在被改良。FATmax測試的理論基礎是運動時骨骼肌中脂肪的供能比例隨著運動強度增大而降低，隨著運動時間的延長而增加。在中低強度運動時，隨著運動時間的延長(30min以上)，脂肪供能比例逐步超過糖。在高強度運動時，骨骼肌則更多依賴無氧代謝供能。因此，脂肪的氧化速率會隨運動強度的變化而改變，而呈現出逐漸上升至頂點后下降的“鐘”型，脂肪氧化速率峰值對應的運動強度就是FATmax。

在運動處方實施過程中，是以E.C.%為標準進行鍛煉，以靶心率進行監控。因此，E.C.%是決定運動處方是否有效的關鍵點。按照ACSM的標準，E.C.%通過F.C.查表來決定，但是該標準是以歐美人群為標準制定的，未必適用于國人，況且還是一個區間，以此為標準的運動處方不夠科學。既然FATmax可以測量，用FATmax來確定E.C.%，制定的最大脂肪代謝強度運動處方更加科學和個性化。

4.2　最大脂肪代謝運動處方對心肺耐力的影響

F.C.是直接反映心肺功能的一個指標，用其來評價心肺功能，更直觀、更具有可比性。最大攝氧量是指在人體進行最大強度的運動，所能攝入的最大氧氣含量，既可作為人體有氧運動能力的重要指標，又可反映心肺功能的強弱。F.C.的測試方法一般為遞增負荷測試，同最大攝氧量一起可以客觀反映心肺機能的好壞。

以50%~80%強度進行訓練，可以對心臟產生最適宜的刺激，改善肌肉線粒體的功能，提高最大攝氧量水平。ACSM也推薦耐力運動處方的運動強度在50%~70%的范圍內進行。張勇等對年輕女性研究表明最大脂肪氧化率、FATmax、最大攝氧量三者存在正相關性[9]。筆者的研究結果大學男女生FATmax范圍分別在53.45%±2.61%%和54.65%±2.77%，不存在性別差異，和前人研究一致[10,11]。經過8周最大脂肪代謝強度運動處方練習，可以顯著提高大學生的F.C.和最大攝氧量，改善心肺機能，表明最大脂肪代謝強度運動處方的健身作用是有效的。

4.3　最大脂肪代謝運動處方對身體機能及體成分的影響

組成人體各器官組織的物質構成稱為體成分，包括脂肪、肌肉、水分的含量。一般來說健康成年人的瘦體重(肌肉、水分等)相對穩定，脂肪含量的變化是引起體成分改變的主要原因，減脂塑身也是參加健身鍛煉人群的重要目的。筆者的研究表明，經過8周FATmax運動處方練習，男生、女生同練習前相比體脂百分比都有所降低，其中女生練習前后有顯著性差異，男生練習前后無顯著性差異，但是有下降的趨勢。表明FATmax運動處方練習可以加速脂肪氧化，改善身體成分，有利于減脂塑身，特別對于女性效果較好。出現這樣的差異與脂肪氧化利用能力增強有關。研究表明，長期有氧練習可以提高骨骼肌激素敏感性脂肪酶、脂肪甘油三脂酶活性及降低甘油三脂、總膽固醇含量[12]。從女性角度來看，女性肌肉中甘油三脂含量比男性多，脂肪代謝相關酶的活性比男性強度，在長時間的耐力運動中比男性更依賴脂肪酸供能[13]。因此，基于FATmax運動處方練習對女性體成分的改變效果要好與男性。

經過8周FATmax運動處方練習，男生、女生同練習前相比安靜心率都顯著下降，表明FATmax強度運動可有效降低安靜心率。研究表明，安靜心率的降低與支配心臟的交感神經的興奮性降低，迷走神經的興奮性增加有關。安靜心率較低，對應的心力儲備就大，提高心臟的工作效率和節約能量，機體更能適應大強度的運動。肺活量指數是反映肺通氣機能的客觀指標，指數越大表明呼吸機能越好。8周FATmax運動處方練習可提高大學生的肺活量指數，實驗前后男、女生均存在顯著性差異，原因可能是長期的有氧運動增強的呼吸肌肌力，同時消耗了體脂，減輕了體重，進而提高了肺活量指數。

5結語

在大學生中，FATmax不存在性別差異，對應的運動強度(男生7.22METs，女生5.25 METs)、跑步速度(男生9.73km/h，女生8.65km/h)可作為制定大學生健身運動處方的參考。基于FATmax制定的健身運動處方，能改善心肺機能、體成分，特別對女生健身效果較好，FATmax可以作為制定健身運動處方的強度參考標準。FATmax在運動處方中有廣泛的應用范疇，可作為不同人群制定健身或康復運動處方運動強度重要參考，值得進一步進行研究。

[參考文獻]

[1]Asker E，Jeukendrup A E, Achten J.FATmax: A new concept to optimize fat oxidation during exercise?[J].Eur J Sport Sci,2001,1(5):1~5.

[2] Sidossts L S, Gastaldelli A, Klein S, et al.Regulation of plasma fatty acid oxidation during low-and high-intensity exercise[J].J Appl Physiol,1998,78:43~49.

[3] 楊靜宜，徐峻華.運動處方[M].北京:高等教育出版社，2005.

[4] Achten J，Gleeson M，Jeukendrup A E.Determination of the exercise intensity that elicits maximal fat oxidation.[J].Med Sci Sports Exerc, 2002,34(1):92~97.

[5] Achten J，Jeukendrup A E.Maximal fat oxidation during exercise in trained men[J].Int J Sports Med, 2003, 24(8)：603~608.

[6] 王正珍.ACSM運動測試與運動處方指南[M].北京:人民衛生出版社，2010.

[7] Brun J F，Jean E，Ghanassia E，et al.Metabolic training：new paradigms of exercise training for metabolic disease with exercise calorimetry targeting individuals[J].Annales de Readaptation et de Medecine Physique, 2007,50(6):528~534.

[8] Peronnet F, Massicotte D.Table of nonprotein respiratory quotient: an update[J].Can J Sport Sci,1991,16(1):23~29.

[9] 張勇，李之俊.訓練者和無訓練者脂肪氧化動力學與最大脂肪氧化強度研究[J].體育科學，2013,33(2)：61~68.

[10] 彭惠玲.基于脂肪最大氧化的運動強度研究[D].杭州：浙江師范大學，2012.

[11] Knechtle B, Muller G,Willmann F, et al.Fat oxidation in men and women endurance athletes in running and cycling[J].Int J Sports Med, 2004,25(1):38~44.

[12] Alsted T J, Nybo L, Schweigerm M, et al.Adiposetriglyceride lipase in human skeletetal muscle is upregulated by exercise training[J].Am J Physiol Endocrinol Metab,2008,296(3):E445~453.

[13] 張蘊昆，丁樹哲.運動生物化學[M].北京:高等教育出版社，2014.

[編輯]張濤

[引著格式]李奕，郭路，向祖坤，等.最大脂肪代謝強度在大學生耐力運動處方中的應用[J].長江大學學報(自科版)，2015,12(28)：67～70，74.

[中圖分類號]G804.2

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)28-0067-04

[作者簡介]李奕(1980-)，男，博士，講師，現主要從事運動心臟內分泌與信號轉導方面的教學與研究工作；

通信作者：郭路，1159003758@qq.com。

[基金項目]湖北省高等學校大學生創新創業課題(201411072009)。

[收稿日期]2015-06-25