日本雙標水法的經驗借鑒及對我國的啟示

賈春雷，儲志東

前言

2019年9月由國務院印發的《體育強國建設綱要》中指出“我國要建設屬于中國的國家體育訓練體系構建工程，必須要加快體育裝備、訓練器材和科研儀器等的更新迭代，提高訓練過程和狀態監控的科學化，信息化水平”［1］。為訓練過程監控提出了新的要求。我國目前在訓練過程監控和總能量消耗量測定中使用的最多的是加速度計法與間接熱量測試法，而國外多使用準確度更高的雙標水法進行測試與監控，而我國體育領域目前對于雙標水法的使用較少。

本文以日本經驗為基礎，總結了雙標水法的測試方法，并分析了雙標水法優缺點，結合日本在體育科學領域的應用進行評述。旨在提出雙標水法在體育科學領域的應用意見，為我國運用雙標水法進行體育科學研究提供參考，推進《體育強國建設綱要》，提高訓練過程監控的科學化，信息化水平。

1 對雙標水法研究的解釋

1.1 雙標水法定義

雙標水法（doubly labeled water，DLW）是一種測量一段時間內總能量消耗（Total Energy Expenditure，TEE）的測量方法，最早由Lifson等于1955年提出，是一種非侵入性技術，早期用于測量研究野生動物野外能量代謝。1982年被Schoeller和Van Santen應用于人體研究。其被稱為能量消耗測定的“金標準”，得到各專家學者的認可，并在美，日被廣泛運用體育、醫學、生物學等領域。雙標水法在無損傷性和不限制日常活動條件下，采用兩點或多點法收集樣品1～3周測試TEE，適用于測量無法配合實驗或無法限制其活動的嬰兒，兒童及運動員等的能量代謝［2］。

1.2 雙標水法測試流程

雙標水法是指：給予受試者口服兩種穩定無放射性同位素氛（2H）和18氧（18O）標記的水，2H參加H20代謝：180參加H2O和CO2代謝。當兩種同位素在體內達到平衡后，利用同位素質譜儀，通過測量血液唾液或尿液（通常收集尿液）中2H和180的代謝速率常數，得到CO2生成率［3］，再結合飲食結構估計呼吸商（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，計算每天平均總能量消耗，其中，UN為每天的尿氮量（g／d），rO2指O2的使用量（L／min），rCO2指CO2的產生量（L／min），TEE的單位為kcal／d）。

1.3 雙標水法優點分析

1.3.1 測試精準度高

雙標水法的測試結果和熱量測試的結果誤差在3%－8%，是精度最高的一種能量測試方法，被稱為能量消耗測試的“金標準”［4］。雙標水法的測試結果常常被用于對加速度計法，間接熱量測試法等測試方法的校準中［5］。根據有關雙標水法的研究發現，個體重復測試的誤差低于8%，有很大的可重復性和可操作性，關于雙標水法測試的效能國外已經通過熱量測試房在成人和嬰兒中得到了驗證［4］。

1.3.2 對測試者的狀態影響較小

雙標水法是一種侵入性測試方法，只需要服用含標記的水，無需佩戴繁瑣的器材便可以進行測試，對測試者的狀態影響較小，并且可以極好的反應受試者在特定條件下的真實狀態；雙標水是完全無毒的，對受試者的身體沒有傷害，進入人體后會均勻地分布于體內，隨著人體代謝的進行被服用的標記水（2H）會以2H2O的形式在排泄過程中排出體內［5］；

1.3.3 測試結果可以反映比較長時間內的能量消耗情況

雙標水法并不是每次進行測試的時候都需要重新飲用含有標識的水，而是一次飲用可以多次進行測試，在準確度有保障的情況下時間可達1－3周，實驗人員可以根據需求，在特定時間，特定條件下進行實驗數據的收集［6］。

1.3.4 適用于多種測試人群

雙標水法對測試者的人群沒有要求，只要有測試需求便可以測試。且針對性強，雙標水法不像加速度計法，間接熱量測試法等，對受試者有一定的要求，其適用于嬰兒、病人、兒童、老人、肥胖人群、運動員等幾乎所有人群。中國航天員科研訓練中心的李紅毅就使用雙標水法對密閉艙環境下航天員的平均每人每日能量消耗量進行了測試［7］。

1.3.5 適用于多種測試環境

雙標水法適用于多種特定環境，如冰雪、缺氧、高溫、等會對人體和器材產生影響的條件下。其是測試人體在外界環境影響下的能量消耗量，外界環境的變化并不會影響測試結果的準確性。現在市面上對于測量人體能量消耗使用最多的是運動加速度傳感器法。但是其在測量不同體育活動能量消耗的準確性均很不理想［8］。其對只有上肢參與的活動、一些靜力性活動（乘車）、騎自行車和游泳等不宜適用，有不能測量所有日常體力活動的缺點［8］。

1.4 雙標水法缺點分析

1.4.1 雙標水價格昂貴，作為分析設備的同位素質譜儀的價格也很高，不太適合于在大規模人群中使用。

1.4.2 雙標水法的測試要提前三天進行準備，雙標水進入人體后，需要經過血液循環均勻地分布于身體各處，而這個過程需要一定的時間，不太適用于想要立刻獲得測試結果的測試［9］。

2 日本關于雙標水法的研究現狀分析

通過對日本J－STAGE文獻網上關于雙標水法的文獻進行收集，使用“二重標識水法”作為關鍵詞進行收集。結果如表1

表1 日本關于雙標水法的研究現狀

從表1可知，日本關于雙標水法的研究主要集中于體育和醫學領域。樋口満最早在栄養學雑誌對雙標水法的應用進行了介紹，在之后他提出“一個優秀的運動員成功的秘訣在于健康的飲食，飲食是提高運動員競技能力的極為重要的因素”［10］。表示可以使用雙標水法來測量運動員的能量消耗，從而制定合理的飲食計劃，并對運動員的狀態進行監控。日本關于雙標水法在體育領域和醫學領域的研究是較為領先的，其對多種研究對象都進行了研究。在醫學領域，太田淳子為了解決老年人的營養計劃缺乏的問題對養老院的老年人進行了雙標水法研究，在對老年人的生活狀態監控過程中獲得了能量消耗數據，制定了當地老年人的營養計劃［11］。在生物領域，大辻一也用雙標水法測定了小型犬（體重8.1kg－8.6kg）的每日能量消耗，為小型犬的營養計劃提供了參考［12］。在競技體育領域，川口昌代為了制定對特定對象的營養指導計劃，使用雙標水法對柔道高水平運動員的總能量消耗進行了監控，獲得了對于當時非常困難的柔道選手的能量消耗量數據，在保持訓練強度的同時制定了更加科學合理的減量和增量計劃，奠定了新的戰略計劃的基礎［13］。松本なぎさ對在海外比賽的羽毛球高水平運動員進行了雙標水測試，用于設計針對羽毛球運動員的營養計劃［14］。吉田明日美對女子短跑運動員的能力攝入進行了記錄，并與雙標水測試的結果進行對比分析［15］。村松愛梨奈在對比賽調整期的短跑運動員的能量消耗進行雙標水測試后對其能量平衡進行了評價［16］。下山寛之對運動員的能量消耗進行了測試，并分析了能量消耗與體能成分的關系［17］。田澤梓從運動員培養的角度用雙標水法測得的數據來探討女性運動員在培養過程中所需的營養和教練所需的能力［18］。東野政貴還把這種方法使用到了特種體育領域，他使用雙標水法監控了日常訓練狀態下的消防員總能量消耗，為更好地設計消防員的訓練計劃和營養方針奠定了基礎［19］。另一邊，在學校體育領域，足立稔對小學生的日常能量消耗量進行了監控，確定了小學生為了達到健康所需的身體活動量標準［20］。在體育產業領域，笹井浩行利用雙標水法對加速度感受器進行了校準，發現了其的不足之處，提高了加速度感受器的科學化水平［21］。日本在體育領域對于雙標水法有很全面的研究，值得去借鑒。

3 日本雙標水法運用經驗對我國體育領域啟示

3.1 競技體育領域

3.1.1 對高水平運動員的訓練過程和狀態進行監控

雙標水法不會影響高水平運動員的訓練效果和訓練計劃，在保持高水平運動員的日常訓練計劃的同時就可以獲得準確的能量代謝數據，教練可以根據測試數據即時的對運動員的訓練計劃和營養方案進行修正，并對運動員的訓練過程和狀態進行監控。例如在賽前運動員的每日能量消耗量出現大幅度的變化，教練就可以及時知道，并對運動員進行調整和恢復。

3.1.2 制定更加適合高水平運動員的營養膳食計劃

高水平運動員的訓練計劃需要充足的底物支持，這就要求教練員要科學的設計運動員的營養膳食計劃。高水平運動的訓練計劃根據教練員、運動員身體素質、運動項目等有所不同，保持訓練計劃的情況下什么樣的營養膳食才是最適合這個高水平運動員的，這就必須要根據運動員在訓練過程中的能量消耗數據有針對性的設計。雙標水法作為準確度最高且科學無害的能量消耗測試方法，對高水平運動員的營養膳食計劃有巨大意義，日本的海老根直之就使用雙標水法專門測試高水平運動員在日常訓練過程中的能量消耗，設計針對田徑高水平運動員個人的營養計劃［22］。

3.1.3 為制定拳擊、跆拳道、柔道等格斗對抗項群類項目的戰略決策提供基礎

拳擊、跆拳道、柔道等競技比賽中以量級進行分組的格斗對抗項群體育運動項目中，教練員可以根據賽事的實際情況設計針對運動員的增重或減肥計劃，實行在賽前更換競賽組別的戰略決策，使運動員達到更好的運動成績。日本的川ロ昌代就使用雙標水法專門的對柔道高水平運動員進行了測試，達到了設計更有效的營養方針，促進運動員的增重和減肥計劃，提高運動員成績的目的［13］。

3.2 全民健身領域

3.2.1 普適性健康干預計劃的制定

雙標水法因為昂貴的原因很難普及到全民的領域，但是其作為一種能量消耗測量方法是準確度最高的一種。人體每日消耗的總熱（能）量（TEE）＝人體基礎代謝消耗的熱量（BEE）＋食物熱效應消耗的熱量（DEE）＋身體活動所需要的熱量（AEE）［23］。對于學生，老人，病人等經常處于固定場所，無或者少無關變量條件影響下的特定人群，其BEE和DEE在年齡、性別、運動強度、地區、身高、體脂比等特定條件劃分下無明顯差異，用TEE算出的AEE就可以作為當地普適性健康干預計劃的參考標準。例衡水高中，毛坦廠中學等軍事化的學校，在學習中的學生環境變化較少，就可以使用雙標水法來制定學生的健康干預計劃，從飲食和體育等方向科學的引領學生的健康成長。

3.2.2 健身、肥胖人群的健康干預計劃的制定

對于健身和肥胖人群來說，為了達到減重或增重的目的，這類人群是愿意服從訓練計劃并付出一定的資金的。雙標水法作為準確度最高的一種，且無需復雜的操作，無需攜帶繁雜的器械便可獲得數據，制定出針對個人而言效率極高的訓練方案，對于這類人群的健康干預計劃的制定是有一定意義的。且雙標水法不會因為環境變化而失去準確度，如加速度感受器就容易因為體溫、寒冷、炎熱、水中等變化而失去準度，這使得人們可以根據自己的條件和需求擴大健康干預計劃的范圍，譬如游泳，滑雪，極限運動等。

3.2.3 嬰兒、殘疾人、病人等身體受限者的健康干預計劃

雙標水法可以更好地制定嬰兒、殘疾人、病人等身體受限者的健康干預計劃。想要對這類人群進行能量測試，通常使用間接熱量測試法，而雙標水法的準確度測試更加優秀。譬如，以往因檢測方法的限制，研究嬰兒能量消耗很困難，現在由于雙標水法的優勢，使這方面的研究有了很大進展［24］。

3.3 體育產業領域

提高加速度計的科學化水平。目前，各種體力活動能量消耗的測試方法以雙標水法為標準，以確定其有效性和可靠性。當今市面上對于總能量測試使用最多的是加速度計測試法，但是這種測試方法有著精準度，使用環境限制等多種缺點，用雙標水法獲得的數據與加速度計法進行對比，從而校準加速度計的準確度，提高加速度感受器的科學化水平，國外就常用這種方法來發現加速度計的不足之處，從而去改進［20］。

4 結語

總結日本在雙標水法的經驗可知，雙標水法作為一種能量測試方法，其有著很多優點的同時也有一定的局限性，很難進行大樣本的測試。其在體育領域可以運用于訓練計劃制定、營養方案設計、訓練過程與狀態監控等多個領域。結合我國各人群的實際情況聯用多種測試方法，不斷提高訓練過程和狀態監控的科學化，信息化水平將是體育強國建設發展的必然趨勢。日本的雙標水法研究經驗將是會促進我國訓練過程和狀態監控水平不斷提高的基石。