在任何超過12個(gè)小時(shí)的活動(dòng)中，參加者的能量消耗在一開始總會(huì)穩(wěn)步上升，然后過了一段時(shí)間，就會(huì)開始下降，一直接近所謂的“代謝天花板”。撰文：金斯基 | 編輯：大頭 | 來(lái)源：賽先生
健身房打卡儼然是風(fēng)靡現(xiàn)代都市人的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一。一天忙碌的工作結(jié)束之后，去跑步機(jī)上揮汗如雨地跑一跑，既能燃燒卡路里，又能夠鍛煉體能和耐力。與沒有運(yùn)動(dòng)習(xí)慣的人相比，經(jīng)常鍛煉的人確實(shí)身體素質(zhì)更勝一籌。最近，發(fā)表在《科學(xué)·進(jìn)展》雜志上的一篇研究卻顯示，在長(zhǎng)時(shí)間的耐力運(yùn)動(dòng)中，能量消耗會(huì)隨著時(shí)間的增加趨于某一極限值，在這個(gè)天花板底下，無(wú)論是普通人還是專業(yè)運(yùn)動(dòng)員，人人平等。
在漫長(zhǎng)的演化過程中，與其他猿類相比，人類演化出了更強(qiáng)的耐力，往往歸因于人類選擇性地增加身體活動(dòng)，尤其是長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)讓身體消耗能量，能量消耗并非永無(wú)止境，因此，科學(xué)家們一直對(duì)人體能量消耗的生理極限非常感興趣，其消耗程度通常根據(jù)不同的體型，用基礎(chǔ)代謝率（basal metabolic rate, BMR）的倍數(shù)，也就是“代謝范圍”（metabolic scope）來(lái)表示。“基礎(chǔ)代謝率”這個(gè)詞相信大家都不陌生，簡(jiǎn)單來(lái)說，就是維持機(jī)體生命活動(dòng)的最低能量消耗。而“代謝范圍”其實(shí)是個(gè)比值，即與其靜息代謝率相比，動(dòng)物最高可持續(xù)代謝率（maximum sustained metabolic scope，簡(jiǎn)稱SusMS）的增加量。來(lái)自美國(guó)杜克大學(xué)，英國(guó)蘇格蘭阿伯丁大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院等多個(gè)院校的國(guó)際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)探究了人類能量消耗的極限，并且給出了重要數(shù)據(jù)證據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)將目光鎖定了美國(guó)當(dāng)?shù)兀ㄒ苍S是世界上）最極限的耐力運(yùn)動(dòng)：“跑遍美國(guó)”（Race Across the USA，簡(jiǎn)稱RAUSA）。參賽的選手個(gè)個(gè)化身現(xiàn)實(shí)版的“阿甘”，在將近20周（約140天）的時(shí)間內(nèi)，從加利福尼亞每天不間斷，一直跑到華盛頓特區(qū)，平均每天跑上42.2公里。也正是這項(xiàng)賽事，給研究人員提供了詳細(xì)的代謝數(shù)據(jù)，有助于他們通過這一極端耐力活動(dòng)，檢測(cè)具體的能量消耗情況。團(tuán)隊(duì)使用的測(cè)量方法為雙標(biāo)水法（doubly labeled water，簡(jiǎn)稱DLW），即讓受試者攝入含有18O和2H的水，其中2H在體內(nèi)是以水的形式代謝，而18O則以水和二氧化碳的形式代謝。這樣，通過兩種同位素在體內(nèi)消耗率的差別，計(jì)算出二氧化碳的產(chǎn)出量，再利用熱量計(jì)算法便可得出與二氧化碳產(chǎn)出量等價(jià)的體能消耗量。他們分別在比賽開始之前、比賽開始后的第一周，以及最后一周通過尿液樣本測(cè)量出6位運(yùn)動(dòng)員的能量總消耗（Total Enery Expenditure，簡(jiǎn)稱TEE），并通過呼吸運(yùn)動(dòng)測(cè)量3位運(yùn)動(dòng)員的靜息代謝率（resting metabolic rate，簡(jiǎn)稱RMR）。運(yùn)動(dòng)員的能量消耗變化似乎超出了研究人員的預(yù)計(jì)，在頭一周，他們每天平均消耗約6200卡路里的熱量，其代謝范圍約為3.76倍的RMR，然而，有3位跑滿20周之后，他們的TEE與先前相比，反而有所下降，而RMR基本不變，從而得出的代謝范圍也下降至約2.5倍的RMR。為了驗(yàn)證自己的研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)還對(duì)比了之前運(yùn)用類似方法做出的同類能量消耗研究，其涉及的極限耐力活動(dòng)包括了環(huán)法自行車、鐵人三項(xiàng)、極地考察，甚至還有婦女懷孕（其時(shí)間長(zhǎng)度和所負(fù)重量可算的上人類極限耐力活動(dòng)之一了）。他們同樣發(fā)現(xiàn)，在任何超過12個(gè)小時(shí)的活動(dòng)中，參加者的能量消耗在一開始總會(huì)穩(wěn)步上升，然后過了一段時(shí)間，就會(huì)開始下降，一直接近所謂的“代謝天花板”，即研究人員計(jì)算得出的每日約2.5倍靜息代謝率。除此之外，研究人員還調(diào)查了之前與暴飲暴食相關(guān)的研究，人們通過食物攝入來(lái)檢查體重的增加程度和速度，發(fā)現(xiàn)這些人最多能夠吸收自身2.5倍的基本熱量需求，之后即使人們攝入更多的熱量，他們的身體也無(wú)法跨過2.5這個(gè)門檻。Herman Pontzer是杜克大學(xué)演化人類學(xué)系的教授，也是該研究的通訊作者，他表示，當(dāng)我們處在能量無(wú)法進(jìn)一步喪失的危險(xiǎn)邊緣時(shí)，我們的身體有能力識(shí)別出這一狀態(tài)，而如今我們知道了這一狀態(tài)的極限值——2.5倍的基礎(chǔ)代謝率。Herman Pontzer教授還在2012年領(lǐng)導(dǎo)過另一項(xiàng)有意思的研究，他的團(tuán)隊(duì)對(duì)比了現(xiàn)代西方社會(huì)人與仍然過著狩獵-采集生活的非洲Hadza部族人的日常能量消耗水平，最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者之間的差異幾乎沒有，就是說無(wú)論你是終日坐在電腦面前的上班族，還是日日奔跑在非洲草原上的部落成員，你們?nèi)粘Ｄ芰肯臎]差別。而本次研究給出的2.5門檻也許印證了之前的這項(xiàng)研究。至于這一生理極限值的生理機(jī)制，到目前為止研究人員也無(wú)法說清，飲食上限所給出的2.5和能量消耗上限得出的2.5似乎并非巧合，了解其中的相關(guān)性，能夠給未來(lái)研究指明一個(gè)方向，也許能幫助人類突破自己的體能極限，還能給出更有效的減肥指南。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.
2.http://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.雙標(biāo)水技術(shù)在能量代謝評(píng)定中的應(yīng)用，陳亞軍，王香生，中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志 2005 年1 月第 24 卷第 1 期.
文章頭圖及封面圖片來(lái)源：ourbodi.com
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