Effect of Resistance Training Load on Metabolism During Exercise

Seth F. McCarthy, Derek P.D. Bornath, Mustafa Murtaza, Sion C. Ormond, and Tom J. Hazell

刊登于《JOURNAL OF STRENGTH AND CONDITIONING RESEARCH》——2024年

摘要

阻力训练（RT）负荷对运动中能量消耗的影响尚不清楚，因为大多数研究都是根据运动量或总重复次数来匹配低负荷和高负荷 RT，而匹配运动量可能会削弱低负荷方案的益处。本研究探讨了在自愿疲劳状态下完成的全身低负荷和高负荷 RT（不匹配运动量或重复次数）对运动期间新陈代谢的影响。11 名接受过阻力训练的成年人（22± 2 岁，3 名女性）完成了 3 个实验环节：(a) 无运动对照组（CTRL）；(b) 30% 1RM 最大次数（1RM；30%）的 RT；(c) 90% 1RM 最大次数（90%）的 RT，并连续测量耗氧量（VO2）和心率。RT 训练包括 3 组深蹲、卧推、直腿硬拉、推举和划船训练，依次完成至意志疲劳，每组训练之间休息 90 秒。如果 p＜ 0.100，且影响大小大于中等，则认为变化是重要的。相对氧气浓度和绝对氧气浓度（L/min；p＜ 0.001，h2p＞ 0.935）存在主效应，30% 和 90% 均大于 CTRL（p＜ 0.001，d＞ 4.33），RT 方案之间无差异（p . 0.999，d = 0.28）。总氧气消耗量（L；p＜ 0.001，h2p＞ 0.901）存在时段主效应，两个 RT 时段均大于 CTRL（p＜ 0.001，d＞ 3.08），30% 大于 90%（p = 0.002，d = 1.75）。总之，这些数据表明，在完成全身运动达到自愿疲劳时，RT 负荷不会影响运动过程中的新陈代谢，尽管较低的负荷可能会导致持续时间延长，从而产生更多的氧气消耗总量。

导言

阻力训练（RT）是改善健康和运动表现的一种重要运动方式，加拿大运动生理学会（CSEP）和美国运动医学院都建议每周至少进行两次肌肉强化训练（12,13,18）。传统上，为改善肌肉骨骼状况（如肌肉力量和肥厚），建议的负荷是≥ 个人 1 次最大负重（1RM）的 70% (1)；然而，最近的证据表明，以＞ 50% 1RM 负重完成的 RT 可引起与传统负荷（即≥ 70% 1RM）类似的生理适应（6,15,20）。重要的是，低负荷 RT 必须以高强度和接近重复失败点的方式进行，才能产生类似的反应（20）。当低负荷 RT 与传统负荷 RT 的运动量相匹配时，就不会产生这些有益的反应（4,20）。

尽管人们对低负荷 RT 方案的兴趣与日俱增，但许多研究都侧重于肌肉肥大和力量，对其对其他急性生理反应（如代谢、心血管和再呼吸）的影响了解有限。这一点非常重要，因为 RT 对新陈代谢的影响往往被忽视，而且可能对希望增加无脂肪量和减少脂肪量的人产生影响。在使用各种不同负荷（;20-90% 1RM）、练习次数1-12 次）和组数（1-6 组）对运动中 RT 负荷对耗氧量（VO2）或能量消耗的影响进行研究的现有证据中，数据并不明确（3,9,14,16,17）。这些研究中的大多数都是根据运动量或总重复次数来匹配低负荷和高负荷RT，而不匹配的研究仅包括 3 组腿伸展（3）。此外，我们小组最近的研究表明，与高负荷相比，低负荷 RT 运动后的新陈代谢更旺盛，这表明不同负荷的运动新陈代谢可能存在差异（7）。现有文献中存在的不一致以及大多数工作都集中在运动量的匹配上，突出表明需要进行更多的研究，特别是考虑到当低负荷 RT 与传统负荷 RT 相匹配时，相对于传统负荷的有益反应就会消失。因此，本研究的目的是探索全身、低负荷和高负荷 RT 与意志性疲劳（不与运动量或重复次数匹配）相结合对运动期间新陈代谢的影响。我们假设，在低负荷实时训练期间，运动期间的新陈代谢将更强（运动期间的VO2 更大），因为之前的研究表明，在负荷不匹配的情况下，低负荷实时训练期间可以完成更大的工作量。此外，以往的研究表明，低负荷 RT 运动会提高运动后的新陈代谢，这可能与运动前的新陈代谢有关（7）。

方法

解决问题的实验方法

受试者按照随机、系统的轮换顺序完成了一次熟悉训练，然后进行了 3 次实验训练（~ ，每次 1 小时），每次训练≥ ，每次训练间隔 1 周。在熟悉过程中，受试者填写了知情同意书和其他必要的书面材料，随后确定了每项运动的 1RM 值。实验课程包括以 30% 或 90% 的 1RM 进行的全身 RT 方案和无运动对照课程（CTRL）。在运动过程中测量气体交换量，以便比较不同训练间运动过程中的新陈代谢（_VO2、呼吸交换比[RER]和消耗的氧气总量）。每个受试者的运动时间都是标准化的（例如，每个受试者都在自己选择的时间完成所有 3 个运动项目）。

主题

我们使用 GPower 3.1 预先完成了样本量计算，由于该领域以前的研究未报告效应大小，我们使用我们认为有意义的运动时_VO2 差异（10 升，50 千卡）完成了样本量计算。我们的样本量计算结果表明，需要 11 名受试者才能检测出运动过程中10 升（50 千卡）VO2 的差异，预计 SD 为 2.5 升，α 值为 0.05，功率为 80%。15 名受试者完成了熟悉环节，2 名受试者因受伤退出，而受伤与本次研究无关，1 名受试者因无法完成第一次运动而退出，1 名受试者在熟悉环节后从未回复电子邮件。因此，共有 11 名受试者完成了研究（表 1）。所有受试者均不吸烟，且根据 CSEP Get-Active 问卷被认为适合运动，并根据 CSEP 体力活动和久坐行为问卷被认为适合休闲运动。所有受试者均自述至少有 6 个月的 RT 运动经验，且在研究期间未服用任何药物或营养补充剂。所有女性受试者均在月经周期的卵泡期（月经后 2-5 天）连续完成实验课程，其中第一、第二和第三次课程分别在周一 46 1、周三 6 2 和周四 6 0 完成。已向所有受试者充分解释了实验细节，所有受试者均提供了书面知情同意书。本研究获得了威尔弗里德劳里埃大学研究伦理委员会的批准（REB#8311）。

程序

实验前环节。实验前程序的全部细节已在之前进行过描述（7,10），因此将提供一个简要概述。受试者适应了运动器械，并对每项运动（深蹲、卧推、直腿硬拉、坐姿推举和划船；表 1）进行了 1RM 测定。在开始 1RM 测试前，受试者在指导下进行动态热身。受试者以相当于其估计 1RM 的 50-70%（由受试者在每次 运动前估计）的重量开始 1RM 测试，之后重量逐渐增加，直至无法以正确姿势完成举重。他们的 1RM 被记录为以正确姿势举起的最重重量。

实验环节。在第一次实验课当天，受试者在起床后至实验课开始前使用书面食物日志记录自己的饮食摄入量。在随后的实验中，受试者将重新记录饮食摄入量，并在到达时由研究人员确认。受试者在实验课前 24 小时内不要进行中等强度的体育锻炼和饮酒，12 小时内不要摄入咖啡因。受试者选择他们希望开始训练的时间，这在受试者内部是标准化的（例如，每个受试者都在自己选择的时间完成所有 3 次训练，而这 3 次训练的时间是一致的）。前面已经介绍了 RT 运动课程，因此这里将对其进行简要总结（7,10）。受试者到达后，使用医生用的体重秤（Health-o-meter Professional；Sunbeam Products，Boca Raton，FL）测量体重，精确到 0.1 公斤。随后，受试者佩戴心率（HR）监测器（H6 胸带；COOSPO，中国深圳），然后完成标准化热身（骑车或慢跑 3 分钟，然后做动态拉伸），接着以 50% 和 70% 的 1RM 完成背蹲、卧推和举重各一组，每组 5 次（~ 10 分钟完成整个热身）。然后，以 30% 或 90% 的 1RM 进行工作组训练，每个动作做3 组，以相应的强度达到意志疲劳，然后进行静态拉伸冷却（~ 5 分钟）。受试者被要求尽可能多地完成重复动作，直到身体无法完成下一次重复动作为止。我们称之为意志疲劳。每个动作的重量由各自的 1RM 重量乘以相应训练的强度来确定，并规定到最接近的 0.5 磅。除坐姿推举外，所有动作均使用杠铃，坐姿推举使用哑铃，因为呼吸面罩、涡轮机和取样线会妨碍杠铃的移动。记录每组动作完成的总重复次数，只有以正确姿势完成的重复次数才有效。热身组之间有 60 秒的被动休息时间，工作组之间有 90 秒的被动休息时间。在每个工作组结束时，使用博格量表（2）测量感知用力值（RPE）。使用秒表手动记录每个工作组的持续时间和总训练时间。在 CTRL 训练中，受试者静坐 40 分钟。

气体交换。受试者戴上合适的硅面罩（7400 系列 Vmask；Hans Rudolph, Inc.，Shawnee, KS），使用逐次呼吸气体收集和分析系统（Quark CPET；COSMED，Rome, Italy）连续测量_VO2 和二氧化碳产生量（_VCO2），每 15 秒取平均值。采集数据前，使用已知浓度的气体和 3-L 注射器 校准气体分析仪的流量。将_VO2 乘以每个子对象的单次训练时间，即可计算出总的氧气消耗量。

统计分析

所有数据均使用 SPSS 26 版（IBM，伊利诺斯州芝加哥市）进行分析。使用配对样本 t 检验来确定完成的总重复次数、每组平均重复次数、每组平均时间、平均 RPE 和训练总时间的训练间差异。单因素（训练）重复测量方差分析（ANOVA）用于确定绝对和相对 VO2、训练期间消耗的总 O2、心率和 RER 的训练间差异。必要时使用 Bonferroni 校正进行事后分析。必要时，计算部分等方（h2p）值以估计主效应和交互作用的效应大小（小：0.01，中：0.06，大：0.14）。对于配对样本 t 检验和事后比较（5），计算了 Cohen's d 以估计效应大小（小 0.2、中 0.5、大 0.8 和非常大 1.3），同时还计算了所有配对样本 t 检验和事后比较的 95% 置信区间 (CI)，并在括号中提供了上限和下限。如果 p＜ 0.100 且相应的效应大小为中等或更大，则先验地认为变化是重要的。这种解释方法遵循了统计学家和生理学家关于使用和解释 p 值的建议，包括：(a) 不使用 "有统计学意义 "或 "无统计学意义 "来描述数据；(b) 不仅根据 p 值得出科学结论；(c) 使用其他指标或检验来支持对 p 值的解释，如效应大小或 CI（19,21）。虽然这与运动科学中的传统统计解释不同，但这样做的目的是为了超越将 p 值作为二分变量来解释数据的做法，而是客观地让读者利用各种信息（即 p 值、效应大小、CIs 和平均差）来自行解释数据 (19,21)。所有数据均以平均值± SD 表示。

成果

受试者特征见表 1。

绩效成果

与 90% 1RM 相比，30% 1RM 完成的总重复次数、每组平均重复次数、总时间和每组平均时间更长（p＜ 0.001，d＞ 3.26），但平均 RPE 没有差异（p = 0.349，d = 0.29；表 2）。

生理结果

单因素重复测量方差分析显示，疗程对绝对（L/min；p＜ 0.001，h2p = 0.957）和相对（mL/kg/min；p＜ 0.001，h2p = 0.935）_VO2 有影响（图 1A，B）。就绝对 _VO2 而言，30% 1RM（p＜ 0.001，d = 6.17，CI [1.137，0.823]）和 90% 1RM（p＜ 0.001，d = 4.33，CI [1.165，0.705]）大于 CTRL，30% 1RM 和 90% 1RM 之间无差异（p . 0.999，d = 0.28，CI [0.213，-0.124]）。就相对 VO2 而言，30% 1RM (p＜ 0.001, d = 9.30, CI [13.50, 11.05])和 90% 1RM (p＜ 0.001, d = 5.81, CI [13.84, 9.48])大于 CTRL，而 30% 1RM 和 90% 1RM 之间没有差异 (p . 0.999, d = 0.28, CI [2.70, 21.47])。单因素重复测量方差分析显示，运动过程中消耗的总氧气（L）受训练时间的影响（p＜ 0.001，h2p = 0.901）（图 1C），其中 30% 1RM 时消耗的总氧气（L）更多（p＜ 0.001, d = 5.80, CI [40.7, 27.0]）和 90% 1RM (p＜ 0.001, d = 3.08, CI [26.4, 13.1])与 CTRL 相比，30% 1RM 大于 90% 1RM (p = 0.002, d = 1.75, CI [22.2, 6.1])。

单因素重复测量方差分析显示，平均心率受训练阶段的影响（p＜ 0.001，h2p = 0.956）（图 2A）。平均心率在30% 1RM（p＜ 0.001，d = 6.39，CI [92，74]）和90% 1RM（p＜ 0.001，d = 4.18，CI [76，47]）时大于CTRL，30% 1RM大于90% 1RM（p＜ 0.001，d = 1.40，CI [33，10]）。

单因素重复测量方差分析显示，平均 RER 受训练阶段的影响（p＜ 0.001，h2p = 0.865）（图 2B）。与 CTRL 相比，30% 1RM （p＜ 0.001，d = 4.48，CI [0.18，0.10]）和 90% 1RM （p＜ 0.001，d = 3.30，CI [0.16，0.10]）期间的平均 RER 更大，而 30% 1RM 和 90% 1RM 之间没有差异（p . 0.999，d = 0.35，CI [0.06，20.04]）。

讨论

本研究探讨了在运动过程中完成全身低负荷和高负荷的自愿疲劳 RT 对新陈代谢的影响。正如预期的那样，RT 负荷会影响运动表现，因为在完成 30% 1RM 总重复次数期间，每组平均重复次数、总时间和每组平均时间均大于 90% 1RM。但是，平均 RPE 没有差异。总体而言，本研究的主要发现如下：(a) 在不同的 RT 方案中，绝对和相对 _VO2 相似；(b) 在 30% 的训练中，由于持续时间较长（~ 10 分钟），消耗的总 O2 较多；(c) 在 30% 的训练中，平均心率高于 90% 的训练，但 RPE 或 RER 没有差异。总之，这些数据表明，在完成全身运动达到自愿疲劳时，RT 负荷不会影响运动过程中的新陈代谢，尽管较低的负荷可能会导致持续时间延长，从而产生更多的氧气消耗总量。

尽管在 30% 1RM 训练中重复次数和每组时间更多，但在运动过程中，RT 训练与 CTRL 训练之间的 VO2（绝对值和相对值）没有差异，尽管两者都大于 CTRL。这与之前的研究结果一致，即不同 RT 负荷之间的 _VO2 没有差异（14,16,17）。虽然有 2 项研究检测到不同负荷之间存在统计学差异（3,9），但其中一项研究显示，在完成 3 组腿伸展至意志疲劳时，仅存在 5 千卡的差异（3），这可能是由于 低负荷条件下的训练时间较长，因为与高负荷相比低负荷条件下完成的重复次数更多。此外，另一项研究表明，在不同负荷的 RT 运动中，完成的重复次数与强度（低负荷：2 组 15 次；中负荷：2 组 15 次；高负荷：2 组 15 次）相匹配，运动过程中的 VO2 会更大：低强度：2 组，每组 15 次；中强度：3 组，每组 10 次；高强度：3 组，每组 10 次：因此，运动持续时间差别很大（低负荷为 44 分钟，高负荷为 116 分钟）。在测量 VO2 的过程中，这些额外的休息时间会导致 VO2 降低（9）。在当前的研究中，与 90% 1RM 相比，30% 1RM 期间消耗的总氧气量更大，这仅仅是因为训练持续时间更长（~ 37 分钟 vs.~ 27 分钟），可以通过增加个人完成更大负荷的组数（即每次训练 4 或 5 组而不是 3 组）来缓解。总之，我们的数据表明，在运动过程中，RT 运动负荷不会对_VO2 产生影响，只要个人举重达到疲劳状态即可。

30% 1RM 时的平均心率大于 90% 1RM 时的平均心率，尽管两者与 CTRL 相比都有所提高。以往测量心率的工作表明，不同的 RT 运动负荷之间没有差异（14,17），或者在高负荷 RT 训练期间心率更高（16），而我们的数据相互矛盾，这可能是由于心率的测量方式是在每组训练结束时收集之前的训练数据（16），而不是像本研究那样连续测量。此外，差异还可能归因于研究人群，与我们的研究中以男性为主的人群相比，女性人群的前次工作（16）更多。有趣的是，尽管 VO2相似，但 30% 和 90% 1RM 之间的心率存在差异。是中风量差异还是动脉静脉氧气差异导致 90% 1RM时心率较低，目前尚不清楚，需要进一步研究。虽然在 RT 方案中使用的特定燃料无法从RER 中得到解释，因为这些方案具有间歇性，但基于 RT 负荷的平均 RER 没有差异，这与之前的研究结果一致（14,16,17），而且平均 RER 约为或略低于 1.0。综合来看，我们的心率和心率率数据与之前的研究相似，但未来的研究应探索这种 RT 对心血管的要求。

实际应用

总之，我们的数据表明，当完成全身运动达到意志疲劳时，RT 负荷不会影响运动过程中的新陈代谢，这是我们研究的新颖之处，因为两个 RT运动都是在意志疲劳状态下完成的，而不是以举起的总重量来匹配的。虽然在 30% 的训练中消耗的氧气总量更大，但这只是因为训练时间更长，因为绝对和相对VO2 相似，因此如果个人想举起更重的重量，他们可以增加组数以延长训练时间，从而增加整个训练的能量消耗。我们的数据表明，在一次 RT 训练中消耗的能量（185-250千卡）大于在 低运动量高强度间歇训练中消耗的能量，但仍低于中等强度的持续训练（8,11）。这对从业人员具有重要意义，因为在考虑运动者/运动员的每日热量需求时，通常不会考虑 RT 训练期间所消耗的能量，这可能会导致不良的能量负平衡。因此，从业人员在设计 RT 计划时可以利用我们的数据，确保锻炼者/运动员达到设计目标。

表 1受试者特征*†

表 2运动课程的特点。

图1.实验过程中的绝对_VO2 (A)、相对_VO2 (B) 和总氧气消耗量 (C)。±a 与 CTRL 相比有差异（p＜0.001）。 b 与 90% 相比有差异（p = 0.002）。

图2.实验过程中的心率（A）和呼吸交换比（B）。±a 与 CTRL 相比有差异（p＜0.001）。b 与 90% 相比有差异（p＜0.001）。