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燃烧你的卡路里,也是有上限的……

6小时前
导读
“代谢天花板”

在任何超过12个小时的活动中,参加者的能量消耗在一开始总会稳步上升,然后过了一段时间,就会开始下降,一直接近所谓的“代谢天花板”。

撰文 | 金斯基

编辑 | 大头


健身房打卡俨然是风靡现代都市人的运动项目之一。一天忙碌的工作结束之后,去跑步机上挥汗如雨地跑一跑,既能燃烧卡路里,又能够锻炼体能和耐力。与没有运动习惯的人相比,经常锻炼的人确实身体素质更胜一筹。最近,发表在《科学·进展》杂志上的一篇研究却显示,在长时间的耐力运动中,能量消耗会随着时间的增加趋于某一极限值,在这个天花板底下,无论是普通人还是专业运动员,人人平等。


在漫长的演化过程中,与其他猿类相比,人类演化出了更强的耐力,往往归因于人类选择性地增加身体活动,尤其是长跑运动的出现。运动让身体消耗能量,能量消耗并非永无止境,因此,科学家们一直对人体能量消耗的生理极限非常感兴趣,其消耗程度通常根据不同的体型,用基础代谢率(basal metabolic rate,  BMR)的倍数,也就是“代谢范围”(metabolic scope)来表示。


“基础代谢率”这个词相信大家都不陌生,简单来说,就是维持机体生命活动的最低能量消耗。而“代谢范围”其实是个比值,即与其静息代谢率相比,动物最高可持续代谢率(maximum sustained metabolic scope,简称SusMS)的增加量。


来自美国杜克大学,英国苏格兰阿伯丁大学和中国科学院等多个院校的国际联合团队探究了人类能量消耗的极限,并且给出了重要数据证据。


研究团队将目光锁定了美国当地(也许是世界上)最极限的耐力运动:“跑遍美国”(Race Across the USE,简称RAUSA)。参赛的选手个个化身现实版的“阿甘”,在将近20周(约140天)的时间内,从加利福尼亚每天不间断,一直跑到华盛顿特区,平均每天跑上42.2公里。也正是这项赛事,给研究人员提供了详细的代谢数据,有助于他们通过这一极端耐力活动,检测具体的能量消耗情况。


团队使用的测量方法为双标水法(doubly labeled water,简称DLW),即让受试者摄入含有18O2H的水,其中2H在体内是以水的形式代谢,而18O则以水和二氧化碳的形式代谢。这样,通过两种同位素在体内消耗率的差别,计算出二氧化碳的产出量,再利用热量计算法便可得出与二氧化碳产出量等价的体能消耗量。


他们分别在比赛开始之前、比赛开始后的第一周,以及最后一周通过尿液样本测量出6位运动员的能量总消耗(Total Enery Expenditure,简称TEE),并通过呼吸运动测量3位运动员的静息代谢率(resting metabolic rate,简称RMR)。运动员的能量消耗变化似乎超出了研究人员的预计,在头一周,他们每天平均消耗约6200卡路里的热量,其代谢范围约为3.76倍的RMR,然而,有3位跑满20周之后,他们的TEE与先前相比,反而有所下降,而RMR基本不变,从而得出的代谢范围也下降至约2.5倍的RMR。


为了验证自己的研究发现,团队还对比了之前运用类似方法做出的同类能量消耗研究,其涉及的极限耐力活动包括了环法自行车、铁人三项、极地考察,甚至还有妇女怀孕(其时间长度和所负重量可算的上人类极限耐力活动之一了)。他们同样发现,在任何超过12个小时的活动中,参加者的能量消耗在一开始总会稳步上升,然后过了一段时间,就会开始下降,一直接近所谓的“代谢天花板”,即研究人员计算得出的每日约2.5倍静息代谢率。


除此之外,研究人员还调查了之前与暴饮暴食相关的研究,人们通过食物摄入来检查体重的增加程度和速度,发现这些人最多能够吸收自身2.5倍的基本热量需求,之后即使人们摄入更多的热量,他们的身体也无法跨过2.5这个门槛。


Herman Pontzer是杜克大学演化人类学系的教授,也是该研究的通讯作者,他表示,当我们处在能量无法进一步丧失的危险边缘时,我们的身体有能力识别出这一状态,而如今我们知道了这一状态的极限值——2.5倍的基础代谢率。


Herman Pontzer教授还在2012年领导过另一项有意思的研究,他的团队对比了现代西方社会人与仍然过着狩猎-采集生活的非洲Hadza部族人的日常能量消耗水平,最终结果发现两者之间的差异几乎没有,就是说无论你是终日坐在电脑面前的上班族,还是日日奔跑在非洲草原上的部落成员,你们日常能量消耗没差别。而本次研究给出的2.5门槛也许印证了之前的这项研究。


至于这一生理极限值的生理机制,到目前为止研究人员也无法说清,饮食上限所给出的2.5和能量消耗上限得出的2.5似乎并非巧合,了解其中的相关性,能够给未来研究指明一个方向,也许能帮助人类突破自己的体能极限,还能给出更有效的减肥指南。


参考资料

1. Caitlin Thurber et al. (2019). Extreme events reveal an alimentary limit on sustained maximal human energy expenditure Science Advances. 05 Jun 2019: Vol. 5, no. 6, eaaw0341 doi: 10.1126/sciadv.aaw0341,https://advances.sciencemag.org/content/5/6/eaaw0341

2. https://people.fmarion.edu/pking/vertphys/metabolism.html

3. https://www.nytimes.com/2019/06/12/well/move/pushing-the-limits-of-human-endurance.html

4. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0040503

5. 双标水技术在能量代谢评定中的应用,陈亚军,王香生,中国运动医学杂志 2005 年1 月第 24 卷第 1 期,https://sdata.nongyekx.cn/pdgpath/pdgpath.dll?d=3915908e37ca4d69bd07d0b8fdaf237f181e42e15bcf63ab0a8c78442ffa7586ac979992f478f215455e9320f9fd773b90ab2cb92b6cb3915d5794f89918272a0afeb1d69ca3c824&n=%D6%D0%B9%FA%D4%CB%B6%AF%D2%BD%D1%A7%D4%D3%D6%BE


文章头图及封图片来源:ourbodi.com

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