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科普文 | 怎样运动才能达到最大程度的能量消耗?

本篇文章篇幅较长,建议先马再看。【文章首发于公众号:Looottie】

去年的这个时候,我正在在家闭门写论文,每天醒来一头扎在处理不尽的实验数据和看不完的文献里。我的研究生论文的方向是某一大众运动项目的能量消耗特征,前期写文献综述的时候,就想着把一些近年国内外一些权威期刊里关于运动减肥和能量消耗的研究整理出来分享给大家。

这事儿在毕业答辩后忙前忙后就忘得没影儿了,直到上个月整理硬盘翻到去年的论文资料才想起。文章中我尽量用最直观的语言,把大家(也是我自己)平日里运动和减肥最关心的事儿给解释清楚。但是毕竟是在生理角度科普运动和能量消耗的关系,文章有点长,在某些地方理解起来可能有些晦涩,大家可以留言一起交流。

【能量代谢的基本知识点】

“新陈代谢”是人体生命最基本的特征,它包括了物质代谢与能量代谢。其实我们每天的日常生活,走路、睡觉、玩手机,甚至是吃饭都会产生能量代谢,而机体活动强度的大小和持续时间,决定了这些活动代谢掉了身体中的哪些物质。

广义来说,我们的一切生命活动所需要的能量,主要来源于身体里面的三大类营养物质的氧化分解:糖、脂肪,和蛋白质。

我们主要来讲讲所有人心目中的万恶之源:脂肪。

人体的脂肪一般来说占体重的10%~20%。普遍认为,运动员除外的普通人最适宜的体脂含量,女性为20%~25%,男性为15%~18%;女性体脂率超过30%,男性体脂率超过20%则属于肥胖范畴。

几年前,非常流行用身体质量指数BMI(Body Mass Index)来判断是否肥胖。它可以根据简单的公式计算得到:

身体质量指数计算方法(图片来源:《运动处方:减肥》北京体育大学出版社 2004.7)

在欧美国家,BMI在25~29.9算偏重,超过30算肥胖,亚洲地区BMI在23~24.9视为偏重,超过25就算肥胖。这个方法虽方便,但具有一定局限性。比如,身高体重数据完全一样的两个人,一位身材松弛体脂率偏高,一位是满身肌肉的健身大牛,虽然BMI指数是一样,外观上看绝对是大相径庭(这也是为什么现在不提倡减重而提倡塑身)。

人体中脂肪的来源不仅仅是我们平时摄入的膳食脂肪,还会利用人体中的非脂肪类物质(例如糖、氨基酸等)作为原料转在脂肪组织中转变为脂肪。很多人将脂肪视为万恶之源,但是很多研究都表明,脂肪对人体的作用是利大于弊的,体脂除了作为主要的营养物质外,还具有缓冲机械冲击、保护和固定内脏器官、保温体热、促进消化吸收、提高人体免疫功能等生理学和医学作用。

机体活动要达到能量代谢,首先会进行氧化分解,最终将人体中的营养物质代谢为氧气、二氧化碳和尿素等。一般来说,要区别运动中到底消耗了哪一种营养物质,最直观地方法是测量物质代谢时的“呼吸商”。

顾名思义,呼吸商的意思就是物质在体内氧化时产生的二氧化碳与所消耗的氧气之比。在运动中,脂肪的氧化需要消耗更多的氧,所以呼吸商要小于1,大约为0.71。意思就是,如果在一个运动中,吐出的二氧化碳和摄入的氧气的比例为0.71上下,那么这项运动消耗的营养物质中大部分为脂肪。呼吸商也可以这样理解:在运动中越是觉得喘不上气,就代表呼吸商值越大,如果觉得运动中呼吸平缓且稳定,就代表呼吸商值偏小。

【人体运动时的能量供应】

不同于吃饭睡觉这些基本的日常生活活动,人体在运动时是需要大量能量供应的。我们在所有运动中运用的直接能量,都来源于一种叫ATP的物质。运动过程中,ATP在不断消耗和不断合成。要合成ATP,又需要能源系统的供给。人体在运动中的能源供给系统可以大致分为三种:磷酸原(ATP-CP)系统、糖酵解(乳酸能)系统和有氧氧化系统(有氧代谢系统)。

磷酸原系统能在短时间内最大强度或最大用力的运动中起到供能作用,很大程度上决定了运动时的速度和爆发力。举例来说,短跑、跳远、跳高、投掷、举重这种短时间大强度的运动项目,所产生的能量大多来源于磷酸原供能系统。

糖酵解系统的主要功能是在氧供不足时,继续维持机体较长时间的快速供能。糖酵解系统主要在100m游泳、400m跑、800m跑等速度耐力型的运动项目中发挥作用。此外,例如篮球、足球等非周期项目中的加速和冲刺的能量也多由磷酸原和糖酵解系统提供。

有氧氧化系统是我们在减肥运动项目中运用得最多的供能系统。因为其主要供能物质是身体中的糖和脂肪,而这两种物质在人体中贮量大,所以在慢跑、快走、健美操、游泳、骑行这些长时间低强度的耐力型运动中,有氧氧化系统在能量供应中占支配地位。

三种能源系统的一般特点(图片来源:《运动生理学》华中科技大学出版社 2014.9)

从上表中,可以看出,磷酸原和糖酵解供能系统都属于无氧代谢,糖酵解系统可以生成乳酸,这是导致肌肉疲劳的主要物质。在运动生理学实验中,也经常用采集受试者耳血测乳酸的方法来判定运动强度。这也是为什么在有氧运动后感到身体恢复较快,而力量训练后肌肉的酸痛需要较长时间来恢复。

【运动与减肥的关系】

把能量代谢和能量供应的概念讲完后,我们再开始说说运动和减肥的关系。

我在上文中提到了,在运动生理学等相关教学书籍中,一般认为有氧氧化系统是所有功能系统中消耗脂肪最多的,但是我们需要知道,运动中不存在绝对单一能源系统的供应。以马拉松为例,作为典型的耐力型项目,运动中机体的能量供应以有氧氧化为主,但糖酵解系统供能也占有一定比例,磷酸原系统供能占比非常之少。

大学的时候在某家减重机构做过健身教练,入职培训时被灌输“持续时间在30分钟以上的运动才能消耗脂肪”、“只有有氧运动才可以减脂”,这些**了我们多年的减肥理论,其实是错误的。

因为所有的运动,无论时间长短或强度大小,都不存在唯一一种能量供应,只有供能比例是随之变化的。

研究生论文实验是研究乒乓球项目,作为以有氧氧化系统为主导的运动,我们测量出来的数据表明,不管发球机发球频率增大到多少,供能系统内永远都有糖酵解系统,虽然占比少,但肯定会有。反之,力量训练中就算有氧供能比例占比小,但肯定存在,既然存在,那么就一定会有糖和脂肪的消耗。

运动强度和持续时间对能源物质利用的影响(图片来源:《运动生理学》华中科技大学出版社 2014.9)

大家一直以来普遍认为,既然有氧运动消耗的营养物质是脂肪,那么有氧运动肯定是减肥效果最好的运动。但近年,国内外已经有很多文献提出了高强度间歇运动(HIIT)比中小强度运动更有利于脂肪消耗的观点。如果大家看过BBC拍的一部纪录片《锻炼的真相》可能有印象,片中诺丁汉大学实验室让受试者连续四周进行12分钟的HIT(高强度训练),实验后测试出受试者血液指标大大好于实验前。

诺丁汉大学的这个实验测出的数据仅为健康领域的,那么高强度间歇运动对减肥有什么效果呢?

早在1994年,就有学者做过这方面的对比实验:安排17个年轻人(8男9女)从事长时间低强度有氧运动达20周,而另外10个年轻人(5男5女)从事高强度间歇运动15周。结果发现,高强度间歇运动组皮下脂肪厚度比低强度组下降明显。如果将运动总能耗考虑在内,大强度间歇运动组皮下脂肪下降幅度是低强度组的9倍。

运动总能耗,是不仅计算运动中的能量消耗,还考虑到了运动后的能量消耗。对于减脂运动中,运动中后期的耗氧量非常重要。高强度训练在运动后的24h恢复期,身体会加强基础代谢率,由此需要消耗比安静时更多的能量来促进身体恢复,在这段时间里,脂肪是身体里供能恢复的主要物质。

之后很多研究人员将女性作为样本做对比实验研究,也发现高强度运动组饱和脂肪酸和胆固醇摄入明显下降,最后减脂效果也非常明显,而小强度运动组脂肪和胆固醇摄取没有什么变化,体脂百分比也没有明显变化。而且高强度运动与身体BMI指数和内脏脂肪含量呈高度负相关。

在我学生的时代训练田径时,为了锻炼无氧运动能力,教练经常会安排100m间歇跑,就是围着操场跑圈,直道全力跑100m,弯道慢跑恢复,下一个直道继续全力跑。5-10圈为一组跑下来,对肌耐力和有氧能力的训练绝对不亚于单纯的慢跑。

但是普通人一般不会有专业教练来制定训练计划,所以下面我们来说怎样根据自身的运动能力制定最有效率的运动处方。

【如何为自己制定运动处方?】

要制定最适合自己的运动处方,首先必须对自己的身体情况有最全面的了解。

比如你的属于什么体型?体脂率大概为多少?身材缺陷主要在哪里?是否是易浮肿体质?希望通过运动改善形体还是改善姿态?是否有比较清晰的减重目标?

常见的几种女性体型(图片来源网络)

是否有过运动损伤?是否具有心血管或骨科方面的疾病?你的肥胖是单纯性肥胖还是疾病性肥胖?(在此提醒:患有相关疾病的患者制定运动处方时,请务必到医院或者康复中心,在医生的指导和监护下进行。)

我认为,普通人只要对基本的运动理论和自身情况足够了解,完全没有必要去那种连锁型的健身房找私教买课。健身教练这个领域我接触过后,觉得水真的太深了,你完全不知道来和你卖课的人是正儿八经体育科班出身的,还是从销售部调来教练部,对生理解剖训练知识一窍不通,连一份完整的训练计划都写不出来的门外汉。

真不是歧视健身教练这个职业,我自己本身是体育专业出生,我只是觉得这个行业近些年被一小部分人弄得乌烟瘴气。健身行业肯定有专业优秀的教练,更多的是浑水摸鱼的行外人士。上海这些年也有很多好的教练出去自己开健身工作室了,这种工作室相对于连锁型的健身房,踩雷的概率要小很多,我大学时期的同学,包括很多当时认识的教练,有很多都去健身工作室了。(有兴趣的友邻可以私信我,我可以介绍好的教练和工作室,我自己现在没在体育行业,也没利益相关,所以完全没有广告性质……文章里就不提了)

好了,牢骚发完,把话题拉回来。 在聊减肥前,先大家敲个警钟,避免几个常见的减肥误区:

1、避免过低热量的食谱。人体一天最大的供能量是5800千卡,其中1500~2000千卡属于人体维持正常活动所需,剩余的3000~4000千卡是人体一天运动可能消耗的最大能量。所以说,就算不产生额外的运动量,也要保证一定的热量摄入维持日常生命活动,每天摄取的总热量不得低于900千卡。切忌过度限制热量摄入,否则长期如此轻则发生心率改变,重则会出现心脏病变导致突然死亡,就是医学上说的猝死。

2、只吃素食会导致脱发。我一直相信,当今脱发患者(特别是女性)越来越多,除了基因遗传因素外,很大一部分都是不正确的减肥方法导致的。头发的主要成分为蛋白质和锌、铁、铜等微量元素。减肥中只吃蔬菜、水果、面粉,而不摄入富含蛋白质的肉食海鲜,使得身体中蛋白质及微量元素摄入不足,导致营养不良而脱发。

3、减肥过快导致胆结石。追求快速减肥的人,当身体热量供应急剧减少后,沉淀于组织中的脂肪加速消耗,胆固醇随之移动使得胆汁变得浓稠而更易析出结晶。当然,减肥过快不止可能患胆结石这一种危害,还有代谢率下降、抵抗力减弱、月经不调、皮肤变差等等。前段时间大S一个月暴瘦10公斤,真的很让人咂舌,这种一蹴而就的减肥方法可以在短时间内达到目的,但是对长远的身体健康是绝对有害的。

一般在制定专业的运动处方时,首先会有运动负荷测试来计算可承受的运动强度和靶心率等指标。我们也可以用公式来计算自己的靶心率:

靶心率 = (最大心率-静态心率)×(60%~80%)+静态心率

最大心率=220-年龄

(Target HR=(HRmax-HRrest)*(60%-80%)+HRrest , from《Clinical Rehabilitation Medicine》)

计算出了靶心率,再来确定自己的减重计划。对于基数较小的减肥者,每个月减重1.5~4公斤是比较健康的。减重无外乎就是打破能量输入大于能量消耗的状态,或是打破两者的平衡,使得能量消耗大于能量输入,最终达到能量负平衡的目的。

俗话说减肥要“管住嘴、迈开腿”。“管住嘴”就是在维持日常机体活动的前提下,控制每日摄取的热量在合理范围内,“迈开腿”就是有意识地增大每日能量消耗。这样的目的是达到能量负平衡:每日摄入的热量小于消耗的热量,身体热量不够了,就需要分解体内储存的营养物质来维持多余的体力活动。

摄入的热量-消耗的能量=变化的体重

1kg体重 ≈ 7700千卡热量

比如说,你计划在一个月之内减轻3公斤体重,那么这一个月减少摄入的热量加上多余消耗的热量需要达到23100千卡,每日就需要达到770千卡的目标。

这770千卡,你可以通过合理的运动训练和膳食控制来达到,其实不难。现在健身房里的运动机械、或是手机里的App应用都可以大致计算出你在运动时所消耗的热量。运动中达到计划的靶心率后,根据运动强度控制合理的运动时间,效果会更好。

拿我自己举例,我期望在一个月内达到减脂+马甲线的效果:

给大家看我当时在相册《Gym Diary》里记录的每天运动量(可能有些残暴):

自己一个人练的时候,我基本上维持了每天跑步机变速跑十公里+腹肌臀肌大腿各三组。去爱尔兰UCD交流期间,健身房条件变好了,我每天能跟至少两节体能课,动感单车、杠铃操、KETTLE BELLS、TRX、Abs Class我都去上,课完了还可以去楼下游半小时泳或者慢跑4公里。

一个月下来,体重从55kg降到51.5kg,腹部肌肉到最后除了有马甲线,甚至还能看出一点腹肌轮廓了。

这一切,都是在我完全没有控制日常饮食的前提下达到的。因为每日能量消耗大,我不会允许自己出现饿肚子的状态,基本上没有忌口。

当然,我属于运动能力强并且当时有大量时间去执行,每个人的身体、心理、协调性,或者生活习惯都不一样,但重要的是找到有效并且适合自己的方法,并坚持下去。

【如何形成易瘦体质?】

很多人会问,为什么减到一定程度后会有瓶颈期?为什么体重一直不下降?为什么减肥后那么容易反弹?

各位减肥的仙女们,不要惧怕健身房里的那些铁,早日开始肌肉力量训练吧!塑形必须是减脂和力量训练相辅相成,才能达到效果,要达到理想状态,一定是全身减脂和局部训练相结合的。也不要以为练个腿,第二天醒来就会变成青蛙肌肉腿,以普通女生的训练强度和肌肉力量,这几乎是不可能的事。

人体肌肉分布图(来源:《运动处方:力量》北京体育大学出版社 2004.7)

运动时做的臀部训练、腿部训练、腰腹训练,都是针对某一个部位进行的塑形,总有人觉得光做仰卧起坐就能瘦肚子练马甲线了,这未免有些天真。首先你需要了解你想练的部位的肌肉构造,在平日运动中加入的力量训练,有选择性地多训练这几块肌肉。比如腹肌就包含了腹直肌、腹内斜肌、腹外斜肌;臀部有臀中肌、臀大肌,还需要大腿肌肉来帮助锻炼。

肌肉力量上去了,精力会更充沛(不那么容易丧),之后还想减肥也会越来越顺利,而且不容易反弹。

Keep中其实就有很多自己可以在家完成的自重训练和HIIT训练,对辅助运动很有帮助。

Keep里适合健身房和家中训练用的高强度间歇运动计划

【最后的碎碎念】

总之,说来说去,减肥的最终目的都是为了达到理想的身体状态和充沛的精力。但是其实大家真的不需要对自己太过严厉。我就是个很好的例子。

读书时期,因为专业和周围环境的缘故,我对自己的身材非常苛刻。

因为从小练体育,我一直以来都不是属于纤细女孩儿那一挂的。最开始甚至也单纯的节食,到之后开始练肌肉线条、追求马甲线,我对自己身材的认识其实经历了一个漫长的过程。

到如今,对我来说,运动是我保持活力和健康的方式之一,已经不是为了塑形、减肥,或表现自己多有自制力。这样一来,生活就轻松多了,可以接受不同的美,可以吃自己喜欢的食物,可以尝试攀岩、赛艇、马拉松等等多种形式的体育运动。

只要达到一个比较好的身体状态,其实胖几斤或是瘦几斤影响都不大,我一直认为,健康的生活方式和心理状态才是我能自信地生活下去的筹码。

【参考文献】

1.《运动处方:减肥》北京体育大学出版社 2004.7

2.《运动处方:力量》北京体育大学出版社 2004.7

3.《运动生理学》华中科技大学出版社 2014.9

4.《运动解剖学 第5版》 北京人民体育出版社 2012.9

5.Tremblay, A., Simoneau, J.A., Bouchard, C, et al. Impact of exercise intensity on body fatness and skeletal muscle metabolism.Metabolism. 1994,Jul;43(7):814- 8.

6.黎涌明, 不同运动方式的能量代谢——共性与区别[J], 体育科学, 2013

7.汪军, 王瑞元, 田吉明, 对大强度间歇运动减肥新观点的探讨, 广州体育学院学报, 2007

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