本文部分节选自3HFIT—运动营养咨询师（3HFIT Sports Nutrition Consultant Certification）证照教科书第10章第5节《运动时的人体能量代谢》。

在《运动时的人体能量代谢》上篇中，我们主要分析了人体运动时的供能系统。在本篇中，我们将探讨几种影响运动时人体代谢的因素，以及一些促进代谢的运动策略。

肌肉量对运动能量代谢的影响

肌肉在我们体重中占据很大比例，通常情况下成年男性占45%，成年女性占35%。然而，在任何一个特定的个体中，这些百分比可能因各种因素而存在巨大变化，比如身体活动的类型和强度。

骨骼肌细胞或肌纤维是一个设计相当简单但是功能又极为复杂的机体。它是一种包含细丝的近似管状结构，可以在彼此间滑动以收缩肌肉。肌肉的收缩会带动骨骼，由此便可以完成做功。简单地说，就是在举重训练中举起杠铃或者在跑步中移动整个身体。肌肉细胞能够以不同的速率做功，在最大的短期无氧运动中的能量消耗比睡眠时增加了近90倍。

人体有几种不同类型的骨骼肌纤维，它们主要的区别在于产生能量的能力。生物学家在肌肉细胞中发现了不同种类的蛋白质，而能量的产生则依赖于特定类型蛋白质。一般来说，根据能量生产率可以划分出三种不同类型的骨骼肌纤维。表10-9则显示了与每一种肌纤维的不同特征。

I型肌纤维也被称为慢肌纤维。它通常被称为慢氧化（SO）纤维。与之相关的特征，如高线粒体和肌红蛋白含量等支持其高氧化能力和抗疲劳能力。在与有氧能力和有氧代谢能力相关活动中使用I型纤维十分重要。

被称为快速收缩肌纤维的IIa型肌纤维也具有良好的有氧生产力，但不像I型纤维那么高。然而，它也可以通过乳酸能量系统在无氧条件下产生能量。它也有很高的ATP-PCr生产力。在与有氧代谢能力和无氧代谢能力相关的活动中运用IIa型纤维十分重要，但它比I型肌纤维更容易疲劳。

称为快缩白肌纤维的IIb（IIx）肌纤维具有较差的有氧生产力，主要用于无氧能量生产。和IIa型纤维一样，它也有很高的ATP-PCr生产力。在与无氧代谢能力和无氧生产力相关的活动中使用IIb肌纤维十分重要，但它会快速进入疲劳状态。

大多数肌肉都含有三种类型的肌纤维，所有纤维都用于不同强度的运动任务。然而，一种纤维类型的使用通常会根据运动的强度和相关的人类能量系统占主导地位。体育锻炼可以提高每一种肌纤维的功效，而每一种肌纤维的功效取决于运动训练的类型和程度。此外，由于遗传易感性，不同个体之间的肌纤维类型分布也会有所不同，而这些差异可能会影响特定运动项目的成功水平。研究人员表明，在耐力型精英选手中发现了大量的I型肌纤维，而IIa型和IIb纤维在强壮型和力量型精英选手中占据更高比例。

深红色代表快肌纤维，浅红色代表慢肌纤维

抗阻训练对代谢率的影响

REE是在实验对象处于侧卧位的静止姿态下测得。任何身体活动都会把代谢活动提升至高于REE，从而增加能量消耗。计算一天中身体活动的变化可以为每日能量消耗总量提供一个尽管不精确但却合理的估计。诸如坐、站、打牌、做饭、打字等极为轻巧的活动都会将能量输出增加至超过REE，但我们通常不会把它们看做运动。为了讨论这个问题，运动代谢率（EMR）表示适度或剧烈的身体活动增加的新陈代谢，如健步走、爬楼梯、骑自行车、跳舞、跑步以及其他的有计划的锻炼活动。EMR被更恰当地认作运动热效应（TEE）。

影响代谢率的最重要因素是运动的强度或速度。要想运动得更快，你的肌肉必须更迅速地收缩，消耗更大比例的能量。I型肌纤维的使用在低强度运动中占主导地位，而II型纤维则逐渐在更剧烈的运动中被采用。下表展示了一个中等身材的成年男性在逐渐增加的运动强度水平下以大卡/分钟计算的近似能量消耗。然而，我们大多数人都不可能长时间维持较高水平的能量消耗，正常时间一般不超过一分钟左右，而最高水平只有一秒钟左右。

尽管运动强度是影响代谢速率量级的最重要因素，但还存在一些其他重要因素。在一些活动中，能量消耗的增加没有直接与速度成比例，因为运动的效率会影响热量消耗。相对于更悠闲的步行来说，以极快速度步行会耗能效率更高，所以快速行走的个体比悠闲行走的个体燃烧更多卡路里。刚开始的游泳者会消耗大量能量，而一个更有技巧的游泳者会以更少的能量游来游去，在指定距离内节省热量。以极高的速度游泳和骑自行车会增加水或空气阻力，因此热量消耗也会成倍增加。此外，体重更大的个体在会燃烧更多的热量，因为移动更重的负载会消耗更多的总能量。

增加能量消耗的运动策略

使用身体的大肌肉群进行持续的活动通常会消耗最多的热量。强度和持续时间是能量消耗总量的两个关键决定因素。在较长的一段时间内持续地以相当高强度的运动开展锻炼会消耗最多的热量。尽管这可能涉及各种各样的身体活动，但流行的模式包括步行、跑步、游泳、骑自行车和有氧舞蹈。其中散步和跑步最受欢迎，因为它们非常实用。

然而，高强度间歇训练（HIIT）已经变得越来越流行，尤其是当时间成为运动阻碍的时候。以下是对一些常见运动方式的介绍：

散步

慢速行走比以更快的速度行走或跑步更节能。一些研究人员注意到，行走是一种摆动运动，站立的腿是倒摆，而摆动的腿则是常规摆。因此，慢走的摆动可以节省能量，降低代谢成本。

然而，步速加快会使能量消耗成倍增加。快速步行或慢跑的梅脱（MET）值一模一样，均为8.3METS。在高速步行时（高于8公里/小时）消耗的能量可能超过以同样的速度慢跑消耗的能量。快速健步走也称有氧步行，是一种消耗热量的有效方法。然而，和其他运动活动一样，只有经过练习才能成为一个快速的步行者。以下各种术语被用来描述基于速度的行走。

● 漫步——3.2公里/小时

● 悠闲的散步——4.8公里/小时

● 有氧运动或健步——大约6.4公里/小时

● 竞走——8公里/小时

● 竞走，初学者——约9.6公里/小时

● 竞走，精英——16公里/小时

步行强度可以通过其他方式增加。在家里、在工作途中、在体育馆里或者在踏步机上爬楼梯是一种让步行更有活力的方式。另一种方式是负重，比如背包或手提重量。如果以不超过3.2公里每小时的速度悠闲地散步时的能量消耗是2MEts，而在负重的情况下爬山大约需要12METs。

出于健康的考虑，如果有时间的话步行可能和跑步一样好。一项比较运动和健康益处的研究中指出，跑步者跑得越远、步行者走得越多，他们的健康功效就越好。如果两组人的能量消耗相同，那么健康功效是可以比较的。但步行者需要花费两倍于跑步者的时间来获得同样的功效。

跑步

一般来说，跑一段距离的热量消耗并不取决于速度。你需要花更长的时间来以较慢的速度来跑完这段距离，但是总热量的消耗将会和以更快的速度消耗的能量差不多。以6.4公里/小时、10.8公里/小时的速度跑步的MET值分别为6.0、11.8，一个70公斤的跑步者每英里的能量消耗范围在108到116卡路里之间。

游泳

由于水的阻力，对于一段给定的距离，游泳比步行或跑步要消耗更多的能量。尽管消耗的能量多少取决于用到的泳姿种类和游泳者的能力，但是对于相同的一段距离来说，游泳耗费的能量是跑步的4倍。例如，游四分之一英里的能量相当于跑一英里耗费的能量。水中有氧运动和水中跑步（做有氧运动或在齐腰深、齐胸深或深水里跑步）可能是有效的运动养生法，有助于防止因撞击而造成的伤害。

骑行

对于指定的一段距离而言，骑自行车耗费的能量比在水平面上跑步要少。骑自行车的能量消耗取决于许多因素，如体重、自行车的类型、山坡和身体在自行车上的姿势（假设流线型的姿势来减少空气阻力）。20英里每小时的速度会导致空气阻力快速增加，所以骑自行车在此速度下的能量消耗会以更快的速度增加。一般来说，1英里的骑行消耗的能量大约相当于跑三分之一的距离（Hagberg和Pena在研究中提出的一种计算自行车运动能量消耗的详细方法）。

团体训练

30多年来，各种类型的团体运动课程一直很受欢迎。这些课程包括高和低强度的有氧舞蹈，踏板健康舞，尊巴舞，有氧搏击操等。所有这些课程的强度因参与者的努力程度而有差异，但每分钟燃烧的热量达到约10大卡。团体运动的能量消耗可以与跑步或骑自行车等个人运动相媲美，且团体运动的最大好处就是改善运动的坚持效果。研究表明，当运动者有机会与他人互动时，他们就越能坚持，运动计划也就越有效果。

家用有氧设备

家庭运动设备也可以提供高强度有氧训练。最近的研究表明，跑步机消耗的热量最多。同时椭圆机、越野滑雪机、划船机，爬楼梯机等运动器械也可以消耗大量的热量，这些器械比自行车消耗的热量要多。许多现代的运动器械都装有电子设备，且配有小型电脑，可以计算出以每分钟能量消耗的近似值和运动总耗能。然而，研究表明当运动者与其他锻练者有接触时，运动会有更好的坚持效果。

抗阻训练

抗阻训练，或重量训练是一种消耗能量的有效方式，但其效果不如有氧运动。例如，将抗阻训练中的能量消耗（以70%的1RM）与30分钟的有氧训练（以70%的最大速度骑自行车）进行了比较。尽管这两种运动的心率都是一样的，但是骑车的过程消耗了441大卡的热量，而抗阻训练只消耗了269大卡的热量，两者相差64%。这是一个显著的差异，不过研究指出，如果每周进行4到5天的抗阻训练也会满足ACSM所建议的能量消耗。

其他项目

增加能量消耗的最有趣的方法之一是参与运动。如上所述，跑步、竞走、游泳、骑自行车等运动都提供了大量耗能的机会。同样的，足球、篮球、手球、武术、散打以及其他运动类型也是如此。

被动及日常能量消耗

技术进步改变了人们完成工作的方式。具体来说，人们花在座位上的时间比以往任何时候都多，这暗示了日常能量消耗的下降，而且也是导致肥胖症流行的一个因素。人们在工作中增加能量消耗的一种方式是坐在理疗球上而不是椅子上，或者完全放弃坐姿，直接在站在办公桌前或者缓慢地行走在跑步机上开展工作。

研究显示：活跃的工作台可以增加身体活动水平。一项研究报告称：在使用“步行和工作”跑步机时，增加的能量消耗接近每小时100大卡。现在，坐姿本身已经被确认为一种独立的死亡风险因素，研究人员正在关注如何增加被动能量消耗以减少职业能量消耗的下降以及增加帮助维持健康体重的日常能量消耗。表10-11提供了基于能量消耗速率的一些常见身体活动分类。

运动对食物热效应的影响

许多研究的开展都旨在考察运动对食物热效应的影响。不幸的是，还没有找到明确的答案。一些研究表明，当实验对象在饭前或饭后运动，其TEF会增加，而另一些研究则显示TEF增量很少或根本没有效果。一些研究甚至表明，运动训练会减少TEF。最近的研究报告显示，饭前的低强度运动对含有约560大卡热量的一餐饭的TEF没有影响。而其他研究人员发现，在食用高蛋白食物后运动会比在空腹阶段后运动更能增加TEF；但与低蛋白饮食相比，TEF不存在差异。因此，高蛋白饮食可能会在体重控制方面发挥一定的作用。

其他的一些研究考察了接受运动训练和未受过训练的个体之间的差异。尽管一些初步的研究表明接受耐力训练的运动员显示出下降的TEF，但其他研究人员也注意到人们依旧不明白训练是否会对TEF产生任何重大的改变。在任何情况下，由于运动引发的TEF增加或减少都十分微小，在数小时内的平均值约为5到9大卡。

评估运动时的代谢率

人体基本上是一种为运动而设计的肌肉系统。几乎所有其他的身体系统都在为肌肉系统服务。神经系统使肌肉收缩、消化系统提供营养、心血管系统与呼吸系统配合输送这些营养物质和氧气、内分泌系统分泌影响肌肉营养的荷尔蒙、排泄系统清除废物。当人体运动时，几乎所有的身体系统都会增加他们的活动来适应肌细胞增加的能量需求。然而，在大多数类型的持续运动中，肌细胞的主要需求是获取氧气。

评估代谢率的主要技术是测量一个人在运动时的耗氧量。运动员可能从这种生理测试中受益。对VO2max、最大心率、无氧阈值的测量可能有助于规划出最佳的运动计划，一些测试可以有效的说明训练效果，但这样的测试在各个大学或综合健身/健康中心更便于开展。不过心率等非常有用的数据则可以通过使用各种设备和应用测量。

考虑到运动强度、耗氧量和心率之间的关系，一般人在运动过程中的代谢率差异并不大。在运动强度和耗氧量之间存在着一种线性关系。随着工作强度的增加，耗氧量也会增加。负责向肌肉输送氧气的两个主要系统是心血管系统和呼吸系统。它们和耗氧量之间也存在着明显的线性关系。一般来说，最大心率（HR最大值）和VO2max在相同的运动强度水平上恰好一致。图10-38给出了一个简化的示意图。

因为心率（HR）与耗氧量之间通常存在线性关系，而且无论是在肱动脉或桡动脉上手动测算脉搏，或是使用心率监测装置，在运动过程中都可以很容易地测量这种生理反应，所以它可能是代谢率的实用向导。心率越高，代谢率就越高。然而，运动的类型（跑步vs游泳）、身体健康水平、性别、年龄、运动效率、体脂百分比以及一些环境条件因素等可能会影响运动的特定心率反应。因此，很难从运动心率中预测精确的代谢率。然而，为了达到健康和体重控制的目的，运动过程中的心率数据会被作为建立个人健身计划的基础。

设定运动能量消耗目标

确定和表达运动能量消耗的方法有很多，除了一些研究目的之外，大多数人对运动热量消耗的兴趣主要都在于控制体重。各种各样的设备和智能手机应用程序可提供相对准确的估值，仅仅是知道日常身体活动中每分钟耗能的代谢成本也是会有帮助的。可以参考如下指南：

1、MET值包含REE。因此，运动的总成本不仅包括运动本身消耗的能量，还包括在同一时间段内的静止能量消耗，一般为1MET。假设跑步1小时会消耗800大卡热量，这一小时里的REE是1MET，即75大卡，那这项运动的净能耗就是725大卡。

2、MET值只针对做运动的时间。例如，如果运动的总时长是1小时，但期间会有3轮5分钟的休息时间来补充水分，那么实际的运动时间仅是45分钟。

3、MET值并不精确。能量消耗可能比估计的总量多或少。实际的热量成本可能会有所不同，因为运动技能水平、训练状况、环境温度以及其他因素都会带来影响。

4、并不是所有的体重或MET值都可以列出来，但是可以通过列出的最接近的数值来估算。

单日能量摄入估算

能量需求估算的定义为：在给定的年龄、性别、体重、身高和身体活动水平上为了维持一个健康成年人的能量平衡而预测的膳食摄入量。从本质上来说，EER根据年龄、性别、体重和身高来估计REE，然后根据每天的身体活动水平来调整这个值。

人们每天的能量消耗总量（TDEE）是BEE总量，是TEF和TEE的总和。图10-17提供了典型活跃个体的一些耗能近似值，表明BEE占每日能量消耗总量的60%——75%；TEF占了5%—10%，TEE占了15%—30%。这些值都是近似值，可能存在很大变化，尤其是TEE。这些值在久坐个体中可能为0，而在超耐力运动员中可能达到50%。

单日能量总消耗主要分为三个部分。其中基础代谢占到总消耗的65-70%。食物热效应占到5-10%。运动（活动）能量消耗占到15-30%。但是所有的这些因素占比对于每个个体来说是不尽相同的，其中运动是最大的一个变量。

久坐少动人群

久坐个体的能量消耗表明了他们包括TEF在内的REE，以及与独立生活相关的各种身体活动，例如在家行走或工作、开车、打字，以及其他形式的非常轻巧的活动等。研究人员（Levine）为这些非常轻巧的活动发明了术语“非运动性活动热量生成（NEAT）”，它代表了我们每天消耗的能量总量，但不包含睡眠、饮食或运动。NEAT包括弹钢琴、跳舞、做家务、洗车和类似的日常身体活动。至于其他三种类型，医学研究所将等同于3—4英里/小时的步行的运动强度作为每日身体活动量的基础。

低运动量人群

一名体重为70kg的成年男性，除了独立生活的日常活动之外，每天的身体活动量如果相当于步行2.2英里所耗费的能量，那么他就处于低活跃类别中，他的PAL为1.5。

活跃人群

要想处于1.75PAL的活跃类别中，需要消耗的身体活动能量相当于每天步行7.0英里。

高运动量人群

要想处于2.2PAL的类别中，需要消耗相当于每天步行17英里的能量。然而，人们不需要每天走这么多英里数，只要做大量的身体活动，比如爬楼梯、打高尔夫球、游泳和慢跑，都会增加这日常能量消耗。

以3—4英里/小时的速度行走被认为是适度的有氧运动，所以在这一类别中的等量运动类型可以作为实际步行的替代运动。也可以进行其他的运动来代替步行，但要注意的是，适度运动的同等能量消耗相当于每分钟5—10大卡。可以选择同等消耗的运动作为步行的替代。

基于大量的双标记水研究，医学研究开发出了一些方程式来计算预估的能量需求（EER）。

● 男性，19岁及以上：

EER=662-9.53 *年龄+【PA *（15.91 *体重+539.6 *身高）】

● 女性，19岁及以上：

EER=354-6.91 *年龄+【PA *（9.361 *重量+726 *身高）】

其中，

年龄：以年计。

体重：以千克（公斤）计。将磅重换算成千克，乘以0.454。

高度：以米（m）计。把以英寸计的高度换算为以米计的高度，乘以0.0254。

PA：是基于PAL的身体活动系数。基于数学上考虑，将不同PAL类别的

能量消耗设定系数。表10-12为成年男性和女性提供了四个PAL类别的PA。

图10-40：对两个同样132磅（60kg）重，55英尺（1.4m）高的20岁女性进行进行能量消耗预估。久坐少动生活方式的女生的体力活动系数为1.0，然而非常活跃的生活方式的女生体力活动系数为1.45。非常活跃的女生比久坐少动生活方式的女生每天多需要700千卡的热量来支持她的日常活动。

如图10-40所展示的日常实例，身体活动可能对一个久坐和一个非常活跃的成年女性的日常能量需求产生影响。两个女性都为20岁，体重60千克，身高1.4米。

久坐：

● EER = 354 - 6.91 *20 +[1.0 * (9.361 * 60 + 726 * 1.4)]

=215.8+1578.06

=1794大卡

非常活泼：

● EER = 354 - 6.91 *20 + [1.45 *(9.361 * 60 + 726 * 1.4)]

= 215.8 + 2288.19

=2504大卡

久坐的女性和非常活跃的女性的总热量差异大约是每天700大卡，这对于非常活跃的女性来说可能是很重要的。原因有以下几个方面：首先，增加的身体活动是预防各种慢性疾病的健康生活方式的一个重要方面。其次，每天消耗额外700大卡的能量可能会对她的体重产生重大影响。如果不因增加的食物摄入量进行补偿的话，这相当于每周减少超过一磅的体重。第三，如果她的体重处于最佳状态，那么她可能每天多摄入700千卡而不会增加体重。

如果希望增加PAL，那么最好的办法就是在日常生活中增加更多低强度、中等强度或高强度身体活动。

知识总结

● 三种主要的肌纤维分类是I型、IIa型和IIb型。I型被称为慢肌纤维，以有氧方式产生ATP。IIa型也被称为快肌纤维，既能以有氧又能以无氧的方式产生ATP。IIb也被称为快肌纤维，能以无氧的方式产生ATP。

● 运动热效应（TEE）或运动代谢率（EMR）为我们提供了最实用的增加能量消耗的方法。

● 运动时的代谢率直接与运动强度成正比，而运动心率可以作为新陈代谢率的一般指标。

● 诸如跑步、游泳、骑自行车、有氧舞蹈等使用身体大肌肉群的活动会促进能量消耗。足够的强度和持续时间比较长的耐力训练也可能有助于消耗足够的能量。

● 每天的能量消耗总量（TDEE）由BEE（60%—75%）、食物热效应，即消化食物所需要的热量TEF（5%—10%）和运动能量消耗TEE（15%—30%）组成，但是这些百分比在个体之间可能存在较大差异。

● 能量需求估算的定义为：在给定的年龄、性别、体重、身高和身体活动水平上为了维持一个健康成年人的能量平衡而预测的膳食摄入量。从久坐的身体活动水平（PAL）转变为非常活跃的PAL是一种极为有效的增加TDEE和EER的方法。

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