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本文部分摘自3HFIT运动营养顾问认证教材第10章第5节“运动中的人体能量代谢”。
在《运动中的人体能量代谢》第一部分，我们主要分析了人体在运动过程中的能量供应系统。在本文中，我们将探讨影响运动过程中新陈代谢的几个因素，以及一些促进新陈代谢的运动策略。
肌肉质量对运动能量代谢的影响
肌肉占我们体重的很大比例，通常成年男性为45%，成年女性为35%。然而，在任何给定的个体中，这些百分比可能会因身体活动的类型和强度等因素而有很大差异。
骨骼肌细胞或肌纤维是一种结构相当简单但功能极其复杂的有机体。它是一种近乎管状的结构，包含相互滑动以收缩肌肉的细丝。肌肉收缩带动骨骼做功。简而言之，就是在重量训练中举起杠铃，或者在跑步中移动整个身体。肌肉细胞能够以不同的速度工作，最大短期无氧运动期间的能量消耗比睡眠期间高出近 90 倍。
人体有几种不同类型的骨骼肌纤维，主要区别在于它们产生能量的能力。生物学家在肌肉细胞中发现了不同种类的蛋白质，而能量的产生取决于特定类型的蛋白质。一般来说，可以根据能量产生率区分三种不同类型的骨骼肌纤维。表 10-9 显示了每种肌纤维的不同特征。
I 型肌纤维也称为慢肌纤维。它通常被称为慢氧化 (SO) 纤维。与之相关的特征，例如高线粒体和肌红蛋白含量，支持其高氧化能力和抗疲劳性。I型纤维的使用在与有氧能力和有氧能力相关的活动中很重要。
IIa 型肌肉纤维，称为快肌纤维，也具有良好的有氧生产力，但不如 I 型纤维高。但是，它也可以通过乳酸能量系统在厌氧条件下产生能量。它还具有高 ATP-PCr 生产率。IIa 型纤维对于与有氧和无氧能力相关的活动很重要，但比 I 型纤维更容易疲劳。
被称为快肌白纤维的 IIb (IIx) 型肌纤维有氧生产力较差，主要用于无氧能量产生。与 IIa 型纤维一样，它也具有高 ATP-PCr 生产率。IIb 肌纤维的使用对于与无氧能力和无氧生产力相关的活动很重要，但它会很快疲劳。
大多数肌肉包含三种类型的肌纤维，所有这些都用于不同强度的运动任务。然而，根据锻炼的强度和相关的人体能量系统，一种纤维类型的使用通常会占主导地位。体育锻炼可以提高每条肌纤维的效率，而每条肌纤维的效率取决于运动训练的种类和程度。此外，由于遗传倾向，肌纤维类型的分布在个体之间可能会有所不同，这些差异可能会影响特定运动的成功程度。研究人员表明，I 型肌纤维在精英耐力运动员中更为丰富，而 IIa 和 IIb 型肌纤维在力量和力量精英运动员中更为普遍。
深红色代表快肌纤维，浅红色代表慢肌纤维
阻力训练对代谢率的影响
REE 是在休息姿势下测量的，受试者处于侧卧位。任何身体活动都会增加 REE 以上的代谢活动，从而增加能量消耗。计算全天身体活动的变化可以提供一个合理但不精确的每日总能量消耗估计值。非常轻的活动，如坐着、站着、打牌、做饭、打字等，会增加超过 REE 的能量输出，但我们通常不认为它们是运动。为了讨论这个问题，运动代谢率 (EMR) 是指中度或剧烈体育活动增加的代谢，例如快走、爬楼梯、骑自行车、跳舞、跑步和其他计划的运动活动。EMR 更恰当地称为运动热效应 (TEE)。
影响新陈代谢率的最重要因素是运动的强度或速度。要移动得更快，您的肌肉必须更快地收缩，从而消耗更多的能量。I 型肌纤维在低强度运动中占主导地位，而 II 型肌纤维在高强度运动中逐渐被使用。下表显示了平均体型的成年男性在增加运动强度水平时的近似能量消耗（以千卡/分钟为单位）。然而，我们大多数人不可能长期保持高水平的能量消耗。正常的时间一般不会超过一分钟左右，最高的也就一秒左右。
虽然运动强度是影响代谢率大小的最重要因素，但还有一些其他重要因素。在某些活动中，能量消耗的增加与速度不成正比，因为运动效率会影响卡路里消耗。快走比慢走更节能，所以快走的人比慢走的人燃烧更多的卡路里。初学游泳的人会消耗大量的能量，而熟练的游泳者会消耗较少的能量游来游去，从而在给定的距离内节省卡路里。以非常高的速度游泳和骑自行车会增加水或空气阻力，因此热量消耗呈指数增长。此外，
增加能量消耗的运动策略
使用身体大肌肉群的持续活动通常会燃烧最多的卡路里。强度和持续时间是总能量消耗的两个关键决定因素。在相当长的一段时间内以相当高的强度进行锻炼会消耗最多的卡路里。虽然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。其中步行和跑步最受欢迎，因为它们非常实用。
然而，高强度间歇训练 (HIIT) 越来越受欢迎，尤其是当时间成为障碍时。下面介绍一些常见的锻炼方式：
走
慢走比快走或快跑更节能。一些研究人员指出，行走是一种钟摆运动，站立的腿是倒立摆，摆动的腿是正摆。因此，慢走的摆动可以节省能量并降低代谢成本。
然而，增加的速度会以指数方式增加能量消耗。快走或慢跑具有完全相同的 MET 值，即 8.3METS。高速步行（8 公里/小时以上）可能比以相同速度慢跑消耗更多能量。快走，又称有氧步行，是一种有效燃烧卡路里的方式。然而，就像任何其他体育活动一样，成为快走者只需要练习。以下各种术语用于描述基于速度的步行。
● 散步 - 3.2 公里/小时
● 悠闲地散步——4.8公里/小时
● 有氧运动或快走——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
可以通过其他方式增加步行强度。在家里、上班途中、在健身房或踏步机上爬楼梯是让您的步行更有活力的好方法。另一种方法是背负重物，例如背包或手提重物。如果以不超过每小时3.2公里的速度悠闲步行，能量消耗为2MEts，而负重爬山则需要12MEts左右。
出于健康原因，如果有时间，步行可能和跑步一样好。根据一项比较运动和健康益处的研究，跑步者跑得越远，步行者走得越多，他们的健康结果就越好。如果两组的能量消耗相同，则保健功效具有可比性。但步行者达到相同效果所需的时间是跑步者的两倍。
跑
一般来说，跑一定距离的卡路里消耗与速度无关。以较慢的配速跑完一段距离会花费更长的时间，但总的热量消耗与以较快的配速相差无几。以 6.4 公里/小时和 10.8 公里/小时的速度跑步时，MET 值分别为 6.0 和 11.8，体重 70 公斤的跑步者每英里消耗的能量为 108 至 116 卡路里。
游泳
由于水的阻力，在给定的距离内，游泳比步行或跑步消耗更多的能量。虽然消耗的能量取决于划水的类型和游泳者的能力，但游泳消耗的能量是跑相同距离的四倍。例如，游泳四分之一英里消耗的能量与跑步一英里一样多。水中有氧运动和水中跑步（做有氧运动或在腰深、齐胸或深水中跑步）是有效的锻炼方案，有助于防止因撞击而受伤。
骑术
对于给定的距离，骑自行车比在水平表面上跑步消耗的能量少。骑自行车的能量消耗取决于许多因素，例如体重、自行车类型、山坡和身体在自行车上的位置（假设流线型位置以减少空气阻力）。20 英里/小时的速度会导致空气阻力迅速增加，因此以这种速度骑行的能量消耗会以更快的速度增加。一般来说，骑车 1 英里消耗大约三分之一的跑步距离（Hagberg 和 Pena 的研究中提出了一种计算骑车能量消耗的详细方法）。
集体训练
各种类型的集体操课已经流行了30多年。这些课程包括高强度和低强度有氧舞蹈、踏板健身、尊巴舞、跆拳道等。所有这些课程的强度根据参与者的努力程度而有所不同，但每分钟燃烧约 10 卡路里。集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，而集体运动最大的好处就是提高运动的持久性。研究表明，当锻炼者有机会与他人互动时，他们坚持得越多，他们的锻炼计划就越有效。
家用有氧运动器材
家庭健身器材也可以提供高强度的有氧运动训练。最近的研究表明，跑步机燃烧的卡路里最多。同时，椭圆机、越野滑雪机、划船机、爬楼梯机等运动器材也会消耗大量热量。这些设备比自行车消耗更多的卡路里。许多现代运动器材都配备了电子设备和小型计算机，可以计算出每分钟能量消耗的近似值和运动的总能量消耗。然而，研究表明，当锻炼者与其他锻炼者接触时，锻炼会更加一致。
阻力训练
阻力训练或重量训练是燃烧能量的有效方法，但不如有氧运动有效。例如，将阻力训练期间的能量消耗（1RM 的 70%）与 30 分钟的有氧训练（以最大速度的 70% 骑自行车）进行比较。尽管两种运动的心率相同，但骑自行车燃烧了 441 卡路里，而阻力训练仅燃烧了 269 卡路里，相差 64%。这是一个显着差异，但研究表明，每周进行 4 至 5 天的阻力训练也能满足 ACSM 推荐的能量消耗。
其他的项目
增加能量消耗最有趣的方法之一就是参与锻炼。如上所述，跑步、竞走、游泳、骑自行车等运动都提供了消耗大量能量的机会。足球、篮球、手球、武术、散打等运动类型也是如此。
被动和日常能量消耗
技术进步改变了人们完成工作的方式。具体来说，人们坐在座位上的时间比以往任何时候都多，这表明每日能量消耗下降，这是导致肥胖流行的一个因素。人们在工作中增加能量消耗的一种方法是坐在治疗球上而不是椅子上，或者完全放弃坐着直接在办公桌前工作或在跑步机上慢慢走。
研究表明：活跃的工作站可以提高体力活动水平。一项研究报告说，使用“步行和工作”跑步机时，每小时的能量消耗增加接近 100 卡路里。既然坐姿本身已被确定为死亡的独立危险因素，研究人员正在研究如何增加被动能量消耗以减少职业能量消耗的下降，以及如何增加日常能量消耗以帮助保持健康的体重。表 10-11 提供了一些基于能量消耗率的常见身体活动分类。
运动对食物热效应的影响
已经进行了许多研究来检查运动对食物热效应的影响。不幸的是，目前还没有找到确切的答案。一些研究表明，当受试者在饭前或饭后锻炼时，他们的 TEF 会增加，而其他人则很少或没有 TEF 增加。一些研究甚至表明运动训练会降低 TEF。最近的一项研究报告说，饭前低强度运动对包含约 560 卡路里的一餐的 TEF 没有影响。其他研究人员发现，进食高蛋白餐后进行锻炼比禁食后增加了更多的 TEF；然而，与低蛋白饮食相比，TEF 没有差异。因此，高蛋白饮食可能在体重管理中发挥作用。
其他研究着眼于受过运动训练的人和未受过训练的人之间的差异。尽管一些初步研究表明接受耐力训练的运动员表现出 TEF 降低，但其他研究人员指出，目前尚不清楚训练是否会导致 TEF 发生任何显着变化。在任何情况下，由于运动引起的 TEF 增加或减少都是最小的，几个小时内平均约 5 至 9 卡路里。
评估运动期间的代谢率
人体基本上是为运动而设计的肌肉系统。几乎所有其他身体系统都为肌肉系统服务。神经系统使肌肉收缩，消化系统提供营养，心血管系统配合呼吸系统输送这些营养和氧气，内分泌系统分泌影响肌肉营养的激素，排泄系统清除废物。人体运动时，几乎所有身体系统都会增加活动，以适应肌肉细胞增加的能量需求。然而，在大多数类型的持续运动中，肌肉细胞的主要需求是获得氧气。
评估代谢率的主要技术是测量一个人在运动时的耗氧量。运动员可能会受益于这种生理测试。最大摄氧量、最大心率和无氧阈值的测量可能有助于规划最佳锻炼计划。有些测试可以有效说明训练效果，但这类测试更便于在各大高校或综合健身中心进行。但是，可以使用各种设备和应用程序测量心率等非常有用的数据。
考虑到运动强度、耗氧量和心率之间的关系，一般人在运动时的代谢率变化不大。运动强度与耗氧量呈线性关系。随着工作强度的增加，耗氧量也随之增加。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。它们与耗氧量之间也存在明显的线性关系。一般来说，最大心率（HR maximum）和最大摄氧量（VO2max）在相同的运动强度水平下恰好重合。图 10-38 显示了一个简化的原理图。
因为心率 (HR) 和耗氧量之间通常存在线性关系，而且这种生理功能可以在运动过程中轻松测量，既可以手动测量肱动脉或桡动脉的脉搏，也可以使用心率监测设备。反应，因此它可能是代谢率的实用指南。心率越高，代谢率越高。但是，运动类型（跑步 vs 游泳）、体能水平、性别、年龄、运动效率、体脂百分比和一些环境条件可能会影响运动时的特定心率反应。因此，很难从运动心率来预测准确的代谢率。然而，运动期间的心率数据被用作建立个人健身计划的基础，以达到健康和体重控制的目的。
设定运动能量消耗目标
确定和表示运动能量消耗的方法有很多，除了一些研究目的外，大多数人对运动能量消耗感兴趣主要是为了控制体重。各种设备和智能手机应用程序可以提供相对准确的估计，简单地了解日常身体活动每分钟的能量代谢成本可能会有所帮助。您可以参考以下指南：
3HFIT
1. MET 值包括 REE。因此，运动的总消耗不仅包括运动本身消耗的能量，还包括同一时间段的静息能量消耗，一般为1MET。假设跑步1小时会消耗800卡路里，而这一小时的REE为1MET，即75卡路里，那么本次运动的净能量消耗就是725卡路里。
2. MET值仅针对运动时间。例如，如果总运动时间为1小时，但有3轮5分钟的休息时间补充水分，则实际运动时间仅为45分钟。
3、MET值不准确。能源消耗可能多于或少于估计的总量。实际卡路里消耗可能因运动技能水平、训练条件、环境温度和其他因素而异。
4. 不能列出所有的重量或MET值，但可以根据列出的最接近的值进行估算。
估计每日能量摄入
估计能量需求被定义为在给定年龄、性别、体重、身高和身体活动水平的健康成年人中维持能量平衡的预计膳食摄入量。本质上，EER 是根据年龄、性别、体重和身高来估算 REE，然后根据日常身体活动水平调整该值。
人的每日总能量消耗（TDEE）是总BEE，是TEF和TEE之和。图 10-17 提供了一些典型活跃个体的能量消耗近似值，表明 BEE 占每日总能量消耗的 60% 至 75%；TEF占5%~10%，TEE占15%~30%。这些值是近似值，可能会有很大差异，尤其是对于 TEE。这些值的范围可能从久坐的人的 0% 到超耐力运动员的 50%。
每天的总能量消耗主要分为三个部分。其中，基础代谢占总消耗量的65-70%。食物的热效应占5-10%。运动（活动）占能量消耗的15-30%。但所有这些因素的比例因人而异，运动是最大的变量。
久坐不动的人
久坐不动的人的能量消耗表明他们的 REE，包括 TEF运动代谢怎么算，以及与独立生活相关的各种身体活动，例如在家或工作中步行、开车、打字和其他形式的非常轻的活动。研究人员 (Levine) 为这些非常轻的活动创造了“非运动活动卡路里生成 (NEAT)”一词，它代表我们每天消耗的能量总量，不包括睡眠、进食或运动。NEAT 包括弹钢琴、跳舞、做家务、洗车和类似的日常体育活动。对于其他三种类型，医学研究所使用相当于 3-4 英里/小时的步行作为日常身体活动的基础。
低运动人群
一个体重 70 公斤的成年男性，除了独立生活的日常活动外，如果他每天的身体活动量相当于步行 2.2 英里所消耗的能量，则属于低活动量类别，其 PAL 为 1.5。
活跃人群
要处于 1.75 PAL 的活跃类别，需要消耗相当于每天步行 7.0 英里的体力活动能量。
高活动组
要进入 2.2PAL 类别，需要消耗相当于每天步行 17 英里的能量。然而，人们并不需要每天走那么多英里，只是做大量的体力活动，如爬楼梯、打高尔夫球、游泳和慢跑，就会增加每天的能量消耗。
以 3-4 英里/小时的速度步行被认为是适度的有氧运动，因此此类中的等效运动类型可以用作实际步行的替代品。也可以做其他运动代替步行，但需要注意的是，适度运动的等效能量消耗相当于每分钟5-10卡路里。您可以选择与步行消耗相同量的运动。
医学研究基于对双标水的大量研究开发了计算估计能量需求 (EER) 的方程式。
● 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 * 体重 + 726 * 身高)]
在，
年龄：以年为单位。
重量：单位为千克（kg）。要将磅转换为千克，请乘以 0.454。
高度：单位为米（m）。要将高度从英寸转换为米，请乘以 0.0254。
PA：是基于PAL的体力活动系数。基于数学的考虑，不同的 PAL 类别
能耗设定系数。表 10-12 提供了成年男性和女性的四个 PAL 类别的 PA。
图 10-40：两名体重相同 132 磅（60 公斤）、身高 55 英尺（1.4 m）的 20 岁女性的能量消耗估算。久坐不动的女孩的身体活动系数为 1.0，而生活方式非常活跃的女孩的身体活动系数为 1.45。一个非常活跃的女孩每天需要比久坐不动的女孩多 700 卡路里来支持她的日常活动。
如图 10-40 所示的日常示例，身体活动可能会对久坐和非常活跃的成年女性的日常能量需求产生影响。两名女性都是20岁，体重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
很热闹：
● 能效比 = 354 - 6.91 *20 + [1.45 *(9.361 * 60 + 726 * 1.4)]
= 215.8 + 2288.19
=2504大卡
久坐和非常活跃的女性之间的总卡路里差异约为每天 700 卡路里，这对于非常活跃的女性来说可能很重要。这有几个原因：首先，增加体育锻炼是预防各种慢性疾病的健康生活方式的重要方面。其次，每天多摄入 700 卡路里热量可能会对她的体重产生重大影响。如果不通过增加食物摄入量来补偿，这相当于每周减掉一磅以上。第三，如果她处于最佳体重，她每天可能会多吃 700 卡路里而不会增加体重。
如果您想增加 PAL，最好的办法是在您的日常活动中增加更多低、中或高强度的身体活动。
知识总结
• 三种主要的肌纤维类别是I 型、IIa 型和IIb 型。I 型纤维被称为慢肌纤维，可在有氧条件下产生 ATP。IIa 型，也称为快肌纤维，可以在有氧和无氧条件下产生 ATP。也称为快肌纤维运动代谢怎么算，IIb 厌氧产生 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。
● 运动时的代谢率与运动强度成正比，运动心率可作为代谢率的一般指标。
● 使用身体大肌肉群的活动，如跑步、游泳、骑自行车、有氧舞蹈，会增加能量消耗。足够强度和持续时间的耐力训练也可能有助于足够的能量消耗。
● 每日总能量消耗（TDEE）由BEE（60%-75%）、食物的热效应，即消化食物所需热量的TEF（5%-10%）和运动能量消耗的TEE组成(15%-30%) 的成分，但这些百分比因人而异。
● 估计能量需求定义为在给定年龄、性别、体重、身高和身体活动水平的健康成年人中维持能量平衡的预计膳食摄入量。从久坐不动的身体活动水平 (PAL) 过渡到非常活跃的 PAL 是增加 TDEE 和 EER 的极其有效的方法。
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