咖啡對(duì)青少年自行車訓(xùn)練能量代謝率的影響

許婧怡 張寬 夏煥春

摘 要：本研究旨在測試青少年受試者攝入咖啡后運(yùn)動(dòng)能量代謝，對(duì)比單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，咖啡能否更有效的促進(jìn)能量代謝。試驗(yàn)方法為招募20位青少年參與研究，采用代謝車完成。分為兩次進(jìn)行，受試者首先靜坐30分鐘，然后飲用水或咖啡（咖啡因含量200mg）再靜坐30分鐘，之后進(jìn)行30min自行車訓(xùn)練。試驗(yàn)結(jié)果：喝咖啡后自行車訓(xùn)練能量代謝率比喝水后有所提高。

關(guān)鍵詞：能量代謝率；咖啡；青少年；運(yùn)動(dòng)；自行車訓(xùn)練

中圖分類號(hào)：G804.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）21-0230-03

1 概述

1.1 問題概述

咖啡中富含的咖啡因具有促進(jìn)消化液分泌的作用，可提高人體能量消耗。研究表明，咖啡可以提升3%～4%人體的新陳代謝率，起到減重效果。本研究計(jì)劃測試青少年受試者攝入咖啡因后的運(yùn)動(dòng)能量代謝，研究對(duì)比單獨(dú)運(yùn)動(dòng)鍛煉，咖啡是否可以更有效的促進(jìn)能量代謝。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為盡可能排除變量，我們讓受試者保持空腹，減少其它因素對(duì)消化系統(tǒng)的影響。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[1]，未成年人每日咖啡因攝入劑量要小于3mg/kg體重，所以選擇200mg作為本實(shí)驗(yàn)的咖啡因攝入劑量?？Х纫蛟诔扇搜簝?nèi)達(dá)到峰值時(shí)間為30～60min[2]。所以本研究選擇飲用咖啡后30min進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。

2 咖啡的功能

2.1 咖啡因的藥理作用

咖啡因可用作興奮劑，苦味劑和香料。它可用于可樂型飲料和含咖啡飲料中，可樂型飲料中，最大添加量為0.15g/kg；含咖啡飲料中咖啡因含量要求不得少于200mg/kg[3]可使中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮，能增加人的警覺度。小劑量咖啡因可在一定程度上使睡意消失，精神振奮，思維敏捷。劑量增加可以直接興奮延腦呼吸中樞和血管運(yùn)動(dòng)中樞，使呼吸加快，血壓升高。劑量過大會(huì)引起不良反應(yīng)，可致激動(dòng)、失眠、心悸、頭痛，也可引起驚厥[4]。

2.2 咖啡對(duì)人體的影響

2.2.1 咖啡對(duì)人體的正面影響

咖啡因是一種較為柔和的興奮劑，有實(shí)驗(yàn)表明，一天吸收300mg的咖啡因，會(huì)對(duì)情緒產(chǎn)生良好的影響。根據(jù)Ross等人的研究，經(jīng)常攝入咖啡因還能預(yù)防帕金森病。[5]

對(duì)于心血管系統(tǒng)，咖啡因被認(rèn)為是具有正性作用的心血管藥物，會(huì)產(chǎn)生心率增快，血壓升高等正性心力作用[6]。

對(duì)于消化系統(tǒng)，咖啡因可以有效促進(jìn)胃泌酸增加和胃腺分泌亢進(jìn)。美國哈佛大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，每天飲用2-3杯咖啡者，患有膽石癥的概率要低于不飲咖啡者約30%-40%。[7]

2.2.2 咖啡對(duì)人體的負(fù)面影響

咖啡因會(huì)影響睡眠，可致焦躁不安，過度興奮等。對(duì)于心血管系統(tǒng)，普遍認(rèn)為咖啡因會(huì)引起高血壓等心血管系統(tǒng)疾病，然而據(jù)國外流行病學(xué)調(diào)查，沒有充分的數(shù)據(jù)可以證明兩者之間的相關(guān)性。所以，尚不能肯定長期攝入咖啡因與高血壓等心血管疾病之間的必然性。[8]

3 人體能量代謝簡介

3.1 能量代謝的測定

能量測定不便于實(shí)行，機(jī)體在一段時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量一般是以間接測熱法推算出來的，本研究中用到的是根據(jù)間接測熱法設(shè)計(jì)的間接能量測定儀，簡稱為代謝車。

因食物在氧化過程中消耗的氧量產(chǎn)生的CO2的量及熱量之間均有一定的比例，我們將某種食物氧化時(shí)消耗1升O2所產(chǎn)生的熱量定義為氧熱價(jià)，而將產(chǎn)生的CO2量與O2消耗量的比值稱為呼吸商（respiratory quotient，RQ），通過公式計(jì)算出單位時(shí)間的產(chǎn)熱量。每分鐘的能量消耗量定義為能量代謝率（Metabolic Rate，MR），單位為kcal/min。

3.2 運(yùn)動(dòng)對(duì)能量代謝的影響

影響人類能量代謝的主要是肌肉活動(dòng)、精神緊張、食物、環(huán)境溫度等。肌肉活動(dòng)對(duì)人體能量代謝的影響最為顯著；從事較為劇烈的運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量消耗量有顯著增加。

本次實(shí)驗(yàn)中通過使用功率車來進(jìn)行能源消耗。運(yùn)動(dòng)員以獲得最佳結(jié)果為目的，竭盡全力的做踏車運(yùn)動(dòng)，電子顯示器可每10秒鐘顯示一次平均功率。

4 咖啡與能量代謝的關(guān)系

4.1 咖啡對(duì)能量代謝的影響

咖啡因能對(duì)人體的能量代謝產(chǎn)生積極性的促進(jìn)影響。已有實(shí)驗(yàn)證明咖啡因調(diào)控系統(tǒng)性能量代謝的作用機(jī)制可使小鼠體重下降，研究人員通過為小鼠腦室內(nèi)注射咖啡因和喂食咖啡因，均發(fā)現(xiàn)能抑制肥胖小鼠的食欲并增加能量消耗。[9]

4.2 與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)表明，雖然咖啡有著促進(jìn)脂肪燃燒的效果，但如果不運(yùn)動(dòng)，脂肪只會(huì)變成游離的脂肪酸，得不到消耗脂肪酸在一段時(shí)間之后，它又會(huì)恢復(fù)為中性脂肪。我們可以認(rèn)為，只有在咖啡與運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的時(shí)候，咖啡因才能得到最好的揮發(fā)。需要關(guān)注的是，咖啡因的生物利用度近100%[10]，在30～60分鐘內(nèi)達(dá)到峰值。

至于咖啡因會(huì)如何影響運(yùn)動(dòng)的能量率，對(duì)人體能量代謝率的增加百分比是多少點(diǎn)尚不得知，本研究決定通過實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)這一數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

5 實(shí)驗(yàn)材料與方法

20名志愿者，身體健康，無重大疾病史，十位男性、十位女性，年齡均在16～17歲之間。

每名受試者進(jìn)行2次實(shí)驗(yàn)，中間相隔48小時(shí)。

第一次實(shí)驗(yàn)：該組為無咖啡實(shí)驗(yàn)。受試者到達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，休息10min后佩戴代謝車面罩，進(jìn)行30min的對(duì)靜坐時(shí)能量代謝的測試。飲用水后30min登上功率自行車測量運(yùn)動(dòng)能量代謝率，騎行時(shí)間為30min，始終保持在給出的功率區(qū)間。

第二次實(shí)驗(yàn)：該組為含咖啡實(shí)驗(yàn)。首先飲用一杯約180ml的黑咖啡，咖啡粉的量為4g，咖啡因含量200mg。休息10min后佩戴代謝車面罩，首先進(jìn)行30min的對(duì)靜坐時(shí)能量代謝的測試。飲用咖啡后30min登上功率自行車測量運(yùn)動(dòng)能量代謝率，騎行時(shí)間為30min，始終保持在給出的功率區(qū)間。

實(shí)驗(yàn)完成后，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總，以折線圖的形式體現(xiàn)出來。每一位受試者均有三組數(shù)據(jù)，分別為不飲用咖啡不飲用水的靜坐，不飲用咖啡只飲用水的運(yùn)動(dòng)以及飲用咖啡的運(yùn)動(dòng)。（以下簡稱靜坐，水運(yùn)動(dòng)，咖啡運(yùn)動(dòng)）

該表格綜合記錄了在30分鐘之內(nèi)20名受試者的在靜坐，水運(yùn)動(dòng)，咖啡運(yùn)動(dòng)這三種情況下，能量代謝率的平均數(shù)值。

根據(jù)圖1可知，基于靜坐給出的基本數(shù)值，我們可以對(duì)比咖啡運(yùn)動(dòng)和水運(yùn)動(dòng)的能量代謝率有一定的差值。

我們對(duì)于總體數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，計(jì)算對(duì)比得出了針對(duì)每個(gè)受試者在飲用咖啡前后對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)能量代謝造成的影響，能量代謝率變化的計(jì)算公式如（1），得出了如圖2。

能量代謝率變化=（MR咖啡-MR水）÷MR水×100% （1）

平均差根據(jù)表格可知，有60%的受試者在飲用咖啡后對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量代謝起到了積極性的影響，有約40%的受試者對(duì)此有著超過10%的能量代謝率增長率。根據(jù)整體數(shù)據(jù)來看，結(jié)果表明，飲用咖啡后自行車訓(xùn)練能量代謝率

（4.229±0.170 kcal/min）比飲用水后（3.958±0.294kcal/min）有所提高。平均增長率為7.89%。就此，我們可以就此推測出兩者成正相關(guān)。

6 結(jié)論和討論

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，飲用咖啡后自行車訓(xùn)練能量代謝率（4.229±0.170kcal/min）比飲用水后（3.958±0.294kcal/min）有所提高。我們可以得出飲用咖啡可以提高青少年自行車訓(xùn)練的能量代謝率的結(jié)論。相關(guān)資料也顯示，盡管單純的咖啡攝入是否影響能量代謝率仍存爭議，但咖啡配合運(yùn)動(dòng)可以提高能量消耗已得到了廣泛共識(shí)。所以我們?cè)诖颂岢鼋ㄗh，對(duì)于嘗試減肥的人們，可以通過在運(yùn)動(dòng)的前30分鐘飲用黑咖啡從而提高鍛煉時(shí)得能量消耗。同時(shí)已有研究也表明，正常劑量的咖啡因攝入對(duì)人體無不良影響，所以咖啡配合運(yùn)動(dòng)的方式或許將成為一種全新的減肥方法。

我們發(fā)現(xiàn)，咖啡改變了氧氣的消耗量和二氧化碳的排出量。然而，先前的實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)效果現(xiàn)象在靜坐狀態(tài)時(shí)并不明顯。究竟是為何咖啡在結(jié)合運(yùn)動(dòng)的時(shí)候變得更加著目，引起了能量代謝率的高達(dá)8%的促進(jìn)呢？根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，咖啡因作為一種較為柔和的興奮劑，它會(huì)在一定程度上促進(jìn)腎上腺皮質(zhì)的腎上腺素的分泌，從而達(dá)到改變能量代謝率的效果。咖啡因的攝入可能是對(duì)交感神經(jīng)產(chǎn)生了一定程度的刺激，使交感神經(jīng)處于興奮狀態(tài)。從另一角度來講，咖啡因可能促進(jìn)了脂肪的分解，使脂肪變成易供能的游離脂肪酸，防止脂肪堆積，這時(shí)，恰當(dāng)?shù)挠醒踹\(yùn)動(dòng)會(huì)使我們盡快消耗掉游離脂肪酸。這個(gè)效果在如同本實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的功率自行車運(yùn)動(dòng)的此類有氧運(yùn)動(dòng)中體現(xiàn)的更為明顯，這就不難解釋了為何咖啡對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)能量消耗有著促進(jìn)的作用。針對(duì)一些個(gè)體差異現(xiàn)象，我們認(rèn)為或許與交感神經(jīng)及腎上腺髓質(zhì)中腎上腺素的分泌有關(guān)，涉及到復(fù)雜的人體構(gòu)造和結(jié)構(gòu)，還需進(jìn)一步調(diào)查及證明。

參考文獻(xiàn)

[1]Nawrot P， Jordan S， Eastwood J， Rotstein J，Hugenholtz A， Feeley M. Effects of caffeineon human health. Food AdditContam， 2003，20（1）：1-30.

[2]Benowitz NL. Clinical pharmacology of caffeine.Annual Review of Medicine， 1990， 41（1）：277-288.

[3]GB2760-2014 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 30767-2014 咖啡類飲料.

[4]基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)理論：咖啡因藥理作用及臨床應(yīng)用，醫(yī)學(xué)教育網(wǎng).

[5]Ross GW.Abbott RD.Petrovitch H Association of coffee and caffeine intake with the risk of Parkinson disease 2000（20）.

[6]易超然，衛(wèi)中慶. 咖啡因的藥理作用和應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào)，2005，18（3）：270-272.

[7]Leitzmann MF.Willett WC.Rimm EB A prospective study of coffee consumption and the risk of symptomatic gallstone disease in men 1999（22）.

[8]Smith AP.Maben A.Brockman P The effects of caffeine and evening meals on sleep and performance，mood and cardiovascular functioning the following day 1993.

[9]Wu L#， Meng J#， Shen Q， Zhang Y， Pan S， Chen Z， Zhu L， Lu Y， Huang Y， Zhang G.affeine inhibits hypothalamic A1R to excite oxytocin neuron and ameliorate dietary obesity.Nature Communications. Accepted.

[10]盛建偉.咖啡因的合成工藝研究[D].沈陽藥科大學(xué)，2006.