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本文部分摘自3HFIT運動營養(yǎng)顧問認證教材第10章第5節(jié)“運動中的人體能量代謝”。
在《運動中的人體能量代謝》第一部分，我們主要分析了人體在運動過程中的能量供應系統(tǒng)。在本文中，我們將探討影響運動過程中新陳代謝的幾個因素，以及一些促進新陳代謝的運動策略。
肌肉質量對運動能量代謝的影響
肌肉占我們體重的很大比例，通常成年男性為45%，成年女性為35%。然而，在任何給定的個體中，這些百分比可能會因身體活動的類型和強度等因素而有很大差異。
骨骼肌細胞或肌纖維是一種結構相當簡單但功能極其復雜的有機體。它是一種近乎管狀的結構，包含相互滑動以收縮肌肉的細絲。肌肉收縮帶動骨骼做功。簡而言之，就是在重量訓練中舉起杠鈴，或者在跑步中移動整個身體。肌肉細胞能夠以不同的速度工作，最大短期無氧運動期間的能量消耗比睡眠期間高出近 90 倍。
人體有幾種不同類型的骨骼肌纖維，主要區(qū)別在于它們產(chǎn)生能量的能力。生物學家在肌肉細胞中發(fā)現(xiàn)了不同種類的蛋白質，而能量的產(chǎn)生取決于特定類型的蛋白質。一般來說，可以根據(jù)能量產(chǎn)生率區(qū)分三種不同類型的骨骼肌纖維。表 10-9 顯示了每種肌纖維的不同特征。
I 型肌纖維也稱為慢肌纖維。它通常被稱為慢氧化 (SO) 纖維。與之相關的特征，例如高線粒體和肌紅蛋白含量，支持其高氧化能力和抗疲勞性。I型纖維的使用在與有氧能力和有氧能力相關的活動中很重要。
IIa 型肌肉纖維，稱為快肌纖維，也具有良好的有氧生產(chǎn)力，但不如 I 型纖維高。但是，它也可以通過乳酸能量系統(tǒng)在厭氧條件下產(chǎn)生能量。它還具有高 ATP-PCr 生產(chǎn)率。IIa 型纖維對于與有氧和無氧能力相關的活動很重要，但比 I 型纖維更容易疲勞。
被稱為快肌白纖維的 IIb (IIx) 型肌纖維有氧生產(chǎn)力較差，主要用于無氧能量產(chǎn)生。與 IIa 型纖維一樣，它也具有高 ATP-PCr 生產(chǎn)率。IIb 肌纖維的使用對于與無氧能力和無氧生產(chǎn)力相關的活動很重要，但它會很快疲勞。
大多數(shù)肌肉包含三種類型的肌纖維，所有這些都用于不同強度的運動任務。然而，根據(jù)鍛煉的強度和相關的人體能量系統(tǒng)，一種纖維類型的使用通常會占主導地位。體育鍛煉可以提高每條肌纖維的效率，而每條肌纖維的效率取決于運動訓練的種類和程度。此外，由于遺傳傾向，肌纖維類型的分布在個體之間可能會有所不同，這些差異可能會影響特定運動的成功程度。研究人員表明，I 型肌纖維在精英耐力運動員中更為豐富，而 IIa 和 IIb 型肌纖維在力量和力量精英運動員中更為普遍。
深紅色代表快肌纖維，淺紅色代??表慢肌纖維
阻力訓練對代謝率的影響
REE 是在休息姿勢下測量的，受試者處于側臥位。任何身體活動都會增加 REE 以上的代謝活動，從而增加能量消耗。計算全天身體活動的變化可以提供一個合理但不精確的每日總能量消耗估計值。非常輕的活動，如坐著、站著、打牌、做飯、打字等，會增加超過 REE 的能量輸出，但我們通常不認為它們是運動。為了討論這個問題，運動代謝率 (EMR) 是指中度或劇烈體育活動增加的代謝，例如快走、爬樓梯、騎自行車、跳舞、跑步和其他計劃的運動活動。EMR 更恰當?shù)胤Q為運動熱效應 (TEE)。
影響新陳代謝率的最重要因素是運動的強度或速度。要移動得更快，您的肌肉必須更快地收縮，從而消耗更多的能量。I 型肌纖維在低強度運動中占主導地位，而 II 型肌纖維在高強度運動中逐漸被使用。下表顯示了平均體型的成年男性在增加運動強度水平時的近似能量消耗（以千卡/分鐘為單位）。然而，我們大多數(shù)人不可能長期保持高水平的能量消耗。正常的時間一般不會超過一分鐘左右，最高的也就一秒左右。
雖然運動強度是影響代謝率大小的最重要因素，但還有一些其他重要因素。在某些活動中，能量消耗的增加與速度不成正比，因為運動效率會影響卡路里消耗。快走比慢走更節(jié)能，所以快走的人比慢走的人燃燒更多的卡路里。初學游泳的人會消耗大量的能量，而熟練的游泳者會消耗較少的能量游來游去，從而在給定的距離內節(jié)省卡路里。以非常高的速度游泳和騎自行車會增加水或空氣阻力，因此熱量消耗呈指數(shù)增長。此外，
增加能量消耗的運動策略
使用身體大肌肉群的持續(xù)活動通常會燃燒最多的卡路里。強度和持續(xù)時間是總能量消耗的兩個關鍵決定因素。在相當長的一段時間內以相當高的強度進行鍛煉會消耗最多的卡路里。雖然這可能涉及各種各樣的身體活動，但流行的模式包括步行、跑步、游泳、騎自行車和有氧舞蹈。其中步行和跑步最受歡迎，因為它們非常實用。
然而，高強度間歇訓練 (HIIT) 越來越受歡迎，尤其是當時間成為障礙時。下面介紹一些常見的鍛煉方式：
走
慢走比快走或快跑更節(jié)能。一些研究人員指出，行走是一種鐘擺運動，站立的腿是倒立擺，擺動的腿是正擺。因此，慢走的擺動可以節(jié)省能量并降低代謝成本。
然而，增加的速度會以指數(shù)方式增加能量消耗。快走或慢跑具有完全相同的 MET 值，即 8.3METS。高速步行（8 公里/小時以上）可能比以相同速度慢跑消耗更多能量。快走，又稱有氧步行，是一種有效燃燒卡路里的方式。然而，就像任何其他體育活動一樣，成為快走者只需要練習。以下各種術語用于描述基于速度的步行。
● 散步 - 3.2 公里/小時
● 悠閑地散步——4.8公里/小時
● 有氧運動或快走——約6.4公里/小時
● 競走 - 8 公里/小時
● 競走，初學者 - 約 9.6 公里/小時
● 競走，精英 - 16 公里/小時
可以通過其他方式增加步行強度。在家里、上班途中、在健身房或踏步機上爬樓梯是讓您的步行更有活力的好方法。另一種方法是背負重物，例如背包或手提重物。如果以不超過每小時3.2公里的速度悠閑步行，能量消耗為2MEts，而負重爬山則需要12MEts左右。
出于健康原因，如果有時間，步行可能和跑步一樣好。根據(jù)一項比較運動和健康益處的研究，跑步者跑得越遠，步行者走得越多，他們的健康結果就越好。如果兩組的能量消耗相同，則保健功效具有可比性。但步行者達到相同效果所需的時間是跑步者的兩倍。
跑
一般來說，跑一定距離的卡路里消耗與速度無關。以較慢的配速跑完一段距離會花費更長的時間，但總的熱量消耗與以較快的配速相差無幾。以 6.4 公里/小時和 10.8 公里/小時的速度跑步時，MET 值分別為 6.0 和 11.8，體重 70 公斤的跑步者每英里消耗的能量為 108 至 116 卡路里。
游泳
由于水的阻力，在給定的距離內，游泳比步行或跑步消耗更多的能量。雖然消耗的能量取決于劃水的類型和游泳者的能力，但游泳消耗的能量是跑相同距離的四倍。例如，游泳四分之一英里消耗的能量與跑步一英里一樣多。水中有氧運動和水中跑步（做有氧運動或在腰深、齊胸或深水中跑步）是有效的鍛煉方案，有助于防止因撞擊而受傷。
騎術
對于給定的距離，騎自行車比在水平表面上跑步消耗的能量少。騎自行車的能量消耗取決于許多因素，例如體重、自行車類型、山坡和身體在自行車上的位置（假設流線型位置以減少空氣阻力）。20 英里/小時的速度會導致空氣阻力迅速增加，因此以這種速度騎行的能量消耗會以更快的速度增加。一般來說，騎車 1 英里消耗大約三分之一的跑步距離（Hagberg 和 Pena 的研究中提出了一種計算騎車能量消耗的詳細方法）。
集體訓練
各種類型的集體操課已經(jīng)流行了30多年。這些課程包括高強度和低強度有氧舞蹈、踏板健身、尊巴舞、跆拳道等。所有這些課程的強度根據(jù)參與者的努力程度而有所不同，但每分鐘燃燒約 10 卡路里。集體運動的能量消耗可以與跑步或騎自行車等個人運動相媲美，而集體運動最大的好處就是提高運動的持久性。研究表明，當鍛煉者有機會與他人互動時，他們堅持得越多，他們的鍛煉計劃就越有效。
家用有氧運動器材
家庭健身器材也可以提供高強度的有氧運動訓練。最近的研究表明，跑步機燃燒的卡路里最多。同時，橢圓機、越野滑雪機、劃船機、爬樓梯機等運動器材也會消耗大量熱量。這些設備比自行車消耗更多的卡路里。許多現(xiàn)代運動器材都配備了電子設備和小型計算機，可以計算出每分鐘能量消耗的近似值和運動的總能量消耗。然而，研究表明，當鍛煉者與其他鍛煉者接觸時，鍛煉會更加一致。
阻力訓練
阻力訓練或重量訓練是燃燒能量的有效方法，但不如有氧運動有效。例如，將阻力訓練期間的能量消耗（1RM 的 70%）與 30 分鐘的有氧訓練（以最大速度的 70% 騎自行車）進行比較。盡管兩種運動的心率相同，但騎自行車燃燒了 441 卡路里，而阻力訓練僅燃燒了 269 卡路里，相差 64%。這是一個顯著差異，但研究表明，每周進行 4 至 5 天的阻力訓練也能滿足 ACSM 推薦的能量消耗。
其他的項目
增加能量消耗最有趣的方法之一就是參與鍛煉。如上所述，跑步、競走、游泳、騎自行車等運動都提供了消耗大量能量的機會。足球、籃球、手球、武術、散打等運動類型也是如此。
被動和日常能量消耗
技術進步改變了人們完成工作的方式。具體來說，人們坐在座位上的時間比以往任何時候都多，這表明每日能量消耗下降，這是導致肥胖流行的一個因素。人們在工作中增加能量消耗的一種方法是坐在治療球上而不是椅子上，或者完全放棄坐著直接在辦公桌前工作或在跑步機上慢慢走。
研究表明：活躍的工作站可以提高體力活動水平。一項研究報告說，使用“步行和工作”跑步機時，每小時的能量消耗增加接近 100 卡路里。既然坐姿本身已被確定為死亡的獨立危險因素，研究人員正在研究如何增加被動能量消耗以減少職業(yè)能量消耗的下降，以及如何增加日常能量消耗以幫助保持健康的體重。表 10-11 提供了一些基于能量消耗率的常見身體活動分類。
運動對食物熱效應的影響
已經(jīng)進行了許多研究來檢查運動對食物熱效應的影響。不幸的是，目前還沒有找到確切的答案。一些研究表明，當受試者在飯前或飯后鍛煉時，他們的 TEF 會增加，而其他人則很少或沒有 TEF 增加。一些研究甚至表明運動訓練會降低 TEF。最近的一項研究報告說，飯前低強度運動對包含約 560 卡路里的一餐的 TEF 沒有影響。其他研究人員發(fā)現(xiàn)，進食高蛋白餐后進行鍛煉比禁食后增加了更多的 TEF；然而，與低蛋白飲食相比，TEF 沒有差異。因此，高蛋白飲食可能在體重管理中發(fā)揮作用。
其他研究著眼于受過運動訓練的人和未受過訓練的人之間的差異。盡管一些初步研究表明接受耐力訓練的運動員表現(xiàn)出 TEF 降低，但其他研究人員指出，目前尚不清楚訓練是否會導致 TEF 發(fā)生任何顯著變化。在任何情況下，由于運動引起的 TEF 增加或減少都是最小的，幾個小時內平均約 5 至 9 卡路里。
評估運動期間的代謝率
人體基本上是為運動而設計的肌肉系統(tǒng)。幾乎所有其他身體系統(tǒng)都為肌肉系統(tǒng)服務。神經(jīng)系統(tǒng)使肌肉收縮，消化系統(tǒng)提供營養(yǎng)，心血管系統(tǒng)配合呼吸系統(tǒng)輸送這些營養(yǎng)和氧氣，內分泌系統(tǒng)分泌影響肌肉營養(yǎng)的激素，排泄系統(tǒng)清除廢物。人體運動時，幾乎所有身體系統(tǒng)都會增加活動，以適應肌肉細胞增加的能量需求。然而，在大多數(shù)類型的持續(xù)運動中，肌肉細胞的主要需求是獲得氧氣。
評估代謝率的主要技術是測量一個人在運動時的耗氧量。運動員可能會受益于這種生理測試。最大攝氧量、最大心率和無氧閾值的測量可能有助于規(guī)劃最佳鍛煉計劃。有些測試可以有效說明訓練效果，但這類測試更便于在各大高校或綜合健身中心進行。但是，可以使用各種設備和應用程序測量心率等非常有用的數(shù)據(jù)。
考慮到運動強度、耗氧量和心率之間的關系，一般人在運動時的代謝率變化不大。運動強度與耗氧量呈線性關系。隨著工作強度的增加，耗氧量也隨之增加。負責向肌肉輸送氧氣的兩個主要系統(tǒng)是心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)。它們與耗氧量之間也存在明顯的線性關系。一般來說，最大心率（HR maximum）和最大攝氧量（VO2max）在相同的運動強度水平下恰好重合。圖 10-38 顯示了一個簡化的原理圖。
因為心率 (HR) 和耗氧量之間通常存在線性關系，而且這種生理功能可以在運動過程中輕松測量，既可以手動測量肱動脈或橈動脈的脈搏，也可以使用心率監(jiān)測設備。反應，因此它可能是代謝率的實用指南。心率越高，代謝率越高。但是，運動類型（跑步 vs 游泳）、體能水平、性別、年齡、運動效率、體脂百分比和一些環(huán)境條件可能會影響運動時的特定心率反應。因此，很難從運動心率來預測準確的代謝率。然而，運動期間的心率數(shù)據(jù)被用作建立個人健身計劃的基礎，以達到健康和體重控制的目的。
設定運動能量消耗目標
確定和表示運動能量消耗的方法有很多，除了一些研究目的外，大多數(shù)人對運動能量消耗感興趣主要是為了控制體重。各種設備和智能手機應用程序可以提供相對準確的估計，簡單地了解日常身體活動每分鐘的能量代謝成本可能會有所幫助。您可以參考以下指南：
3HFIT
1. MET 值包括 REE。因此，運動的總消耗不僅包括運動本身消耗的能量，還包括同一時間段的靜息能量消耗，一般為1MET。假設跑步1小時會消耗800卡路里，而這一小時的REE為1MET，即75卡路里，那么本次運動的凈能量消耗就是725卡路里。
2. MET值僅針對運動時間。例如，如果總運動時間為1小時，但有3輪5分鐘的休息時間補充水分，則實際運動時間僅為45分鐘。
3、MET值不準確。能源消耗可能多于或少于估計的總量。實際卡路里消耗可能因運動技能水平、訓練條件、環(huán)境溫度和其他因素而異。
4. 不能列出所有的重量或MET值，但可以根據(jù)列出的最接近的值進行估算。
估計每日能量攝入
估計能量需求被定義為在給定年齡、性別、體重、身高和身體活動水平的健康成年人中維持能量平衡的預計膳食攝入量。本質上，EER 是根據(jù)年齡、性別、體重和身高來估算 REE，然后根據(jù)日常身體活動水平調整該值。
人的每日總能量消耗（TDEE）是總BEE，是TEF和TEE之和。圖 10-17 提供了一些典型活躍個體的能量消耗近似值，表明 BEE 占每日總能量消耗的 60% 至 75%；TEF占5%~10%，TEE占15%~30%。這些值是近似值，可能會有很大差異，尤其是對于 TEE。這些值的范圍可能從久坐的人的 0% 到超耐力運動員的 50%。
每天的總能量消耗主要分為三個部分。其中，基礎代謝占總消耗量的65-70%。食物的熱效應占5-10%。運動（活動）占能量消耗的15-30%。但所有這些因素的比例因人而異，運動是最大的變量。
久坐不動的人
久坐不動的人的能量消耗表明他們的 REE，包括 TEF運動代謝怎么算，以及與獨立生活相關的各種身體活動，例如在家或工作中步行、開車、打字和其他形式的非常輕的活動。研究人員 (Levine) 為這些非常輕的活動創(chuàng)造了“非運動活動卡路里生成 (NEAT)”一詞，它代表我們每天消耗的能量總量，不包括睡眠、進食或運動。NEAT 包括彈鋼琴、跳舞、做家務、洗車和類似的日常體育活動。對于其他三種類型，醫(yī)學研究所使用相當于 3-4 英里/小時的步行作為日常身體活動的基礎。
低運動人群
一個體重 70 公斤的成年男性，除了獨立生活的日常活動外，如果他每天的身體活動量相當于步行 2.2 英里所消耗的能量，則屬于低活動量類別，其 PAL 為 1.5。
活躍人群
要處于 1.75 PAL 的活躍類別，需要消耗相當于每天步行 7.0 英里的體力活動能量。
高活動組
要進入 2.2PAL 類別，需要消耗相當于每天步行 17 英里的能量。然而，人們并不需要每天走那么多英里，只是做大量的體力活動，如爬樓梯、打高爾夫球、游泳和慢跑，就會增加每天的能量消耗。
以 3-4 英里/小時的速度步行被認為是適度的有氧運動，因此此類中的等效運動類型可以用作實際步行的替代品。也可以做其他運動代替步行，但需要注意的是，適度運動的等效能量消耗相當于每分鐘5-10卡路里。您可以選擇與步行消耗相同量的運動。
醫(yī)學研究基于對雙標水的大量研究開發(fā)了計算估計能量需求 (EER) 的方程式。
● 男性，19 歲及以上：
EER=662-9.53 * 年齡 + [PA * (15.91 * 體重 + 539.6 * 身高)]
● 女性，19 歲及以上：
EER=354-6.91 * 年齡 + [PA * (9.361 * 體重 + 726 * 身高)]
在，
年齡：以年為單位。
重量：單位為千克（kg）。要將磅轉換為千克，請乘以 0.454。
高度：單位為米（m）。要將高度從英寸轉換為米，請乘以 0.0254。
PA：是基于PAL的體力活動系數(shù)。基于數(shù)學的考慮，不同的 PAL 類別
能耗設定系數(shù)。表 10-12 提供了成年男性和女性的四個 PAL 類別的 PA。
圖 10-40：兩名體重相同 132 磅（60 公斤）、身高 55 英尺（1.4 m）的 20 歲女性的能量消耗估算。久坐不動的女孩的身體活動系數(shù)為 1.0，而生活方式非常活躍的女孩的身體活動系數(shù)為 1.45。一個非常活躍的女孩每天需要比久坐不動的女孩多 700 卡路里來支持她的日常活動。
如圖 10-40 所示的日常示例，身體活動可能會對久坐和非常活躍的成年女性的日常能量需求產(chǎn)生影響。兩名女性都是20歲，體重60公斤，身高1.4米。
久坐：
● 能效比 = 354 - 6.91 *20 +[1.0 * (9.361 * 60 + 726 * 1.4)]
=215.8+1578.06
=1794大卡
很熱鬧：
● 能效比 = 354 - 6.91 *20 + [1.45 *(9.361 * 60 + 726 * 1.4)]
= 215.8 + 2288.19
=2504大卡
久坐和非常活躍的女性之間的總卡路里差異約為每天 700 卡路里，這對于非常活躍的女性來說可能很重要。這有幾個原因：首先，增加體育鍛煉是預防各種慢性疾病的健康生活方式的重要方面。其次，每天多攝入 700 卡路里熱量可能會對她的體重產(chǎn)生重大影響。如果不通過增加食物攝入量來補償，這相當于每周減掉一磅以上。第三，如果她處于最佳體重，她每天可能會多吃 700 卡路里而不會增加體重。
如果您想增加 PAL，最好的辦法是在您的日常活動中增加更多低、中或高強度的身體活動。
知識總結
? 三種主要的肌纖維類別是I 型、IIa 型和IIb 型。I 型纖維被稱為慢肌纖維，可在有氧條件下產(chǎn)生 ATP。IIa 型，也稱為快肌纖維，可以在有氧和無氧條件下產(chǎn)生 ATP。也稱為快肌纖維運動代謝怎么算，IIb 厭氧產(chǎn)生 ATP。
● 運動熱效應（TEE）或運動代謝率（EMR）為我們提供了最實用的增加能量消耗的方法。
● 運動時的代謝率與運動強度成正比，運動心率可作為代謝率的一般指標。
● 使用身體大肌肉群的活動，如跑步、游泳、騎自行車、有氧舞蹈，會增加能量消耗。足夠強度和持續(xù)時間的耐力訓練也可能有助于足夠的能量消耗。
● 每日總能量消耗（TDEE）由BEE（60%-75%）、食物的熱效應，即消化食物所需熱量的TEF（5%-10%）和運動能量消耗的TEE組成(15%-30%) 的成分，但這些百分比因人而異。
● 估計能量需求定義為在給定年齡、性別、體重、身高和身體活動水平的健康成年人中維持能量平衡的預計膳食攝入量。從久坐不動的身體活動水平 (PAL) 過渡到非常活躍的 PAL 是增加 TDEE 和 EER 的極其有效的方法。
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