在任何超過12個小時的活動中，參加者的能量消耗在一開始總會穩步上升，然後過了一段時間，就會開始下降，一直接近所謂的「代謝天花板」。
撰文 | 金斯基
編輯 | 大頭
健身房打卡儼然是風靡現代都市人的運動項目之一。一天忙碌的工作結束之後，去跑步機上揮汗如雨地跑一跑，既能燃燒卡路里，又能夠鍛鍊體能和耐力。與沒有運動習慣的人相比，經常鍛鍊的人確實身體素質更勝一籌。最近，發表在《科學·進展》雜誌上的一篇研究卻顯示，在長時間的耐力運動中，能量消耗會隨著時間的增加趨於某一極限值，在這個天花板底下，無論是普通人還是專業運動員，人人平等。
在漫長的演化過程中，與其他猿類相比，人類演化出了更強的耐力，往往歸因於人類選擇性地增加身體活動，尤其是長跑運動的出現。運動讓身體消耗能量，能量消耗並非永無止境，因此，科學家們一直對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不同的體型，用基礎代謝率（basal metabolic rate, BMR）的倍數，也就是「代謝範圍」（metabolic scope）來表示。
「基礎代謝率」這個詞相信大家都不陌生，簡單來說，就是維持機體生命活動的最低能量消耗。而「代謝範圍」其實是個比值，即與其靜息代謝率相比，動物最高可持續代謝率（maximum sustained metabolic scope，簡稱SusMS）的增加量。
來自美國杜克大學，英國蘇格蘭阿伯丁大學和中國科學院等多個院校的國際聯合團隊探究了人類能量消耗的極限，並且給出了重要數據證據。
研究團隊將目光鎖定了美國當地（也許是世界上）最極限的耐力運動：「跑遍美國」（Race Across the USA，簡稱RAUSA）。參賽的選手個個化身現實版的「阿甘」，在將近20周（約140天）的時間內，從加利福尼亞每天不間斷，一直跑到華盛頓特區，平均每天跑上42.2公里。也正是這項賽事，給研究人員提供了詳細的代謝數據，有助於他們通過這一極端耐力活動，檢測具體的能量消耗情況。
（圖源：raceacrossusa.org）
團隊使用的測量方法為雙標水法（doubly labeled water，簡稱DLW），即讓受試者攝入含有18O和2H的水，其中2H在體內是以水的形式代謝，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消耗率的差別，計算出二氧化碳的產出量，再利用熱量計算法便可得出與二氧化碳產出量等價的體能消耗量。
他們分別在比賽開始之前、比賽開始後的第一周，以及最後一周通過尿液樣本測量出6位運動員的能量總消耗（Total Enery Expenditure，簡稱TEE），並通過呼吸運動測量3位運動員的靜息代謝率（resting metabolic rate，簡稱RMR）。運動員的能量消耗變化似乎超出了研究人員的預計，在頭一周，他們每天平均消耗約6200卡路里的熱量，其代謝範圍約為3.76倍的RMR，然而，有3位跑滿20周之後，他們的TEE與先前相比，反而有所下降，而RMR基本不變，從而得出的代謝範圍也下降至約2.5倍的RMR。
為了驗證自己的研究發現，團隊還對比了之前運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包括了環法自行車、鐵人三項、極地考察，甚至還有婦女懷孕（其時間長度和所負重量可算的上人類極限耐力活動之一了）。他們同樣發現，在任何超過12個小時的活動中，參加者的能量消耗在一開始總會穩步上升，然後過了一段時間，就會開始下降，一直接近所謂的「代謝天花板」，即研究人員計算得出的每日約2.5倍靜息代謝率。
除此之外，研究人員還調查了之前與暴飲暴食相關的研究，人們通過食物攝入來檢查體重的增加程度和速度，發現這些人最多能夠吸收自身2.5倍的基本熱量需求，之後即使人們攝入更多的熱量，他們的身體也無法跨過2.5這個門檻。
Herman Pontzer是杜克大學演化人類學系的教授，也是該研究的通訊作者，他表示，當我們處在能量無法進一步喪失的危險邊緣時，我們的身體有能力識別出這一狀態，而如今我們知道了這一狀態的極限值——2.5倍的基礎代謝率。
Herman Pontzer教授還在2012年領導過另一項有意思的研究，他的團隊對比了現代西方社會人與仍然過著狩獵-採集生活的非洲Hadza部族人的日常能量消耗水平，最終結果發現兩者之間的差異幾乎沒有，就是說無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，你們日常能量消耗沒差別。而本次研究給出的2.5門檻也許印證了之前的這項研究。
至於這一生理極限值的生理機制，到目前為止研究人員也無法說清，飲食上限所給出的2.5和能量消耗上限得出的2.5似乎並非巧合，了解其中的相關性，能夠給未來研究指明一個方向，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。
參考資料
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. 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. 雙標水技術在能量代謝評定中的應用，陳亞軍，王香生，中國運動醫學雜誌 2005 年1 月第 24 卷第 1 期，http://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