咖啡对青少年自行车训练能量代谢率的影响

许婧怡 张宽 夏焕春

摘 要：本研究旨在测试青少年受试者摄入咖啡后运动能量代谢，对比单独运动，咖啡能否更有效的促进能量代谢。试验方法为招募20位青少年参与研究，采用代谢车完成。分为两次进行，受试者首先静坐30分钟，然后饮用水或咖啡（咖啡因含量200mg）再静坐30分钟，之后进行30min自行车训练。试验结果：喝咖啡后自行车训练能量代谢率比喝水后有所提高。

关键词：能量代谢率；咖啡；青少年；运动；自行车训练

中图分类号：G804.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0230-03

1 概述

1.1 问题概述

咖啡中富含的咖啡因具有促进消化液分泌的作用，可提高人体能量消耗。研究表明，咖啡可以提升3%～4%人体的新陈代谢率，起到减重效果。本研究计划测试青少年受试者摄入咖啡因后的运动能量代谢，研究对比单独运动锻炼，咖啡是否可以更有效的促进能量代谢。

1.2 实验设计

为尽可能排除变量，我们让受试者保持空腹，减少其它因素对消化系统的影响。根据文献报道[1]，未成年人每日咖啡因摄入剂量要小于3mg/kg体重，所以选择200mg作为本实验的咖啡因摄入剂量。咖啡因在成人血液内达到峰值时间为30～60min[2]。所以本研究选择饮用咖啡后30min进行运动训练。

2 咖啡的功能

2.1 咖啡因的药理作用

咖啡因可用作兴奋剂，苦味剂和香料。它可用于可乐型饮料和含咖啡饮料中，可乐型饮料中，最大添加量为0.15g/kg；含咖啡饮料中咖啡因含量要求不得少于200mg/kg[3]可使中枢神经系统兴奋，能增加人的警觉度。小剂量咖啡因可在一定程度上使睡意消失，精神振奋，思维敏捷。剂量增加可以直接兴奋延脑呼吸中枢和血管运动中枢，使呼吸加快，血压升高。剂量过大会引起不良反应，可致激动、失眠、心悸、头痛，也可引起惊厥[4]。

2.2 咖啡对人体的影响

2.2.1 咖啡对人体的正面影响

咖啡因是一种较为柔和的兴奋剂，有实验表明，一天吸收300mg的咖啡因，会对情绪产生良好的影响。根据Ross等人的研究，经常摄入咖啡因还能预防帕金森病。[5]

对于心血管系统，咖啡因被认为是具有正性作用的心血管药物，会产生心率增快，血压升高等正性心力作用[6]。

对于消化系统，咖啡因可以有效促进胃泌酸增加和胃腺分泌亢进。美国哈佛大学研究人员发现，每天饮用2-3杯咖啡者，患有胆石症的概率要低于不饮咖啡者约30%-40%。[7]

2.2.2 咖啡对人体的负面影响

咖啡因会影响睡眠，可致焦躁不安，过度兴奋等。对于心血管系统，普遍认为咖啡因会引起高血壓等心血管系统疾病，然而据国外流行病学调查，没有充分的数据可以证明两者之间的相关性。所以，尚不能肯定长期摄入咖啡因与高血压等心血管疾病之间的必然性。[8]

3 人体能量代谢简介

3.1 能量代谢的测定

能量测定不便于实行，机体在一段时间内的产热量一般是以间接测热法推算出来的，本研究中用到的是根据间接测热法设计的间接能量测定仪，简称为代谢车。

因食物在氧化过程中消耗的氧量产生的CO2的量及热量之间均有一定的比例，我们将某种食物氧化时消耗1升O2所产生的热量定义为氧热价，而将产生的CO2量与O2消耗量的比值称为呼吸商（respiratory quotient，RQ），通过公式计算出单位时间的产热量。每分钟的能量消耗量定义为能量代谢率（Metabolic Rate，MR），单位为kcal/min。

3.2 运动对能量代谢的影响

影响人类能量代谢的主要是肌肉活动、精神紧张、食物、环境温度等。肌肉活动对人体能量代谢的影响最为显著；从事较为剧烈的运动时，能量消耗量有显著增加。

本次实验中通过使用功率车来进行能源消耗。运动员以获得最佳结果为目的，竭尽全力的做踏车运动，电子显示器可每10秒钟显示一次平均功率。

4 咖啡与能量代谢的关系

4.1 咖啡对能量代谢的影响

咖啡因能对人体的能量代谢产生积极性的促进影响。已有实验证明咖啡因调控系统性能量代谢的作用机制可使小鼠体重下降，研究人员通过为小鼠脑室内注射咖啡因和喂食咖啡因，均发现能抑制肥胖小鼠的食欲并增加能量消耗。[9]

4.2 与运动的关系

实验表明，虽然咖啡有着促进脂肪燃烧的效果，但如果不运动，脂肪只会变成游离的脂肪酸，得不到消耗脂肪酸在一段时间之后，它又会恢复为中性脂肪。我们可以认为，只有在咖啡与运动相结合的时候，咖啡因才能得到最好的挥发。需要关注的是，咖啡因的生物利用度近100%[10]，在30～60分钟内达到峰值。

至于咖啡因会如何影响运动的能量率，对人体能量代谢率的增加百分比是多少点尚不得知，本研究决定通过实验的方法，对这一数据进行分析。

5 实验材料与方法

20名志愿者，身体健康，无重大疾病史，十位男性、十位女性，年龄均在16～17岁之间。

每名受试者进行2次实验，中间相隔48小时。

第一次实验：该组为无咖啡实验。受试者到达实验室后，休息10min后佩戴代谢车面罩，进行30min的对静坐时能量代谢的测试。饮用水后30min登上功率自行车测量运动能量代谢率，骑行时间为30min，始终保持在给出的功率区间。

第二次实验：该组为含咖啡实验。首先饮用一杯约180ml的黑咖啡，咖啡粉的量为4g，咖啡因含量200mg。休息10min后佩戴代谢车面罩，首先进行30min的对静坐时能量代谢的测试。饮用咖啡后30min登上功率自行车测量运动能量代谢率，骑行时间为30min，始终保持在给出的功率区间。

实验完成后，将实验数据进行了汇总，以折线图的形式体现出来。每一位受试者均有三组数据，分别为不饮用咖啡不饮用水的静坐，不饮用咖啡只饮用水的运动以及饮用咖啡的运动。（以下简称静坐，水运动，咖啡运动）

该表格综合记录了在30分钟之内20名受试者的在静坐，水运动，咖啡运动这三种情况下，能量代谢率的平均数值。

根据图1可知，基于静坐给出的基本数值，我们可以对比咖啡运动和水运动的能量代谢率有一定的差值。

我们对于总体数据进行了分析，计算对比得出了针对每个受试者在饮用咖啡前后对运动时能量代谢造成的影响，能量代谢率变化的计算公式如（1），得出了如图2。

能量代谢率变化=（MR咖啡-MR水）÷MR水×100% （1）

平均差根据表格可知，有60%的受试者在饮用咖啡后对运动时的能量代谢起到了积极性的影响，有约40%的受试者对此有着超过10%的能量代谢率增长率。根据整体数据来看，结果表明，饮用咖啡后自行车训练能量代谢率

（4.229±0.170 kcal/min）比饮用水后（3.958±0.294kcal/min）有所提高。平均增长率为7.89%。就此，我们可以就此推测出两者成正相关。

6 结论和讨论

综上所述，本实验数据结果表明，饮用咖啡后自行车训练能量代谢率（4.229±0.170kcal/min）比饮用水后（3.958±0.294kcal/min）有所提高。我们可以得出饮用咖啡可以提高青少年自行车训练的能量代谢率的结论。相关资料也显示，尽管单纯的咖啡摄入是否影响能量代谢率仍存争议，但咖啡配合运动可以提高能量消耗已得到了广泛共识。所以我们在此提出建议，对于尝试减肥的人们，可以通过在运动的前30分钟饮用黑咖啡从而提高锻炼时得能量消耗。同时已有研究也表明，正常剂量的咖啡因摄入对人体无不良影响，所以咖啡配合运动的方式或许将成为一种全新的减肥方法。

我们发现，咖啡改变了氧气的消耗量和二氧化碳的排出量。然而，先前的实验证明，这个效果现象在静坐状态时并不明显。究竟是为何咖啡在结合运动的时候变得更加著目，引起了能量代谢率的高达8%的促进呢？根据文献报道，咖啡因作为一种较为柔和的兴奋剂，它会在一定程度上促进肾上腺皮质的肾上腺素的分泌，从而达到改变能量代谢率的效果。咖啡因的摄入可能是对交感神经产生了一定程度的刺激，使交感神经处于兴奋状态。从另一角度来讲，咖啡因可能促进了脂肪的分解，使脂肪变成易供能的游离脂肪酸，防止脂肪堆积，这时，恰当的有氧运动会使我们尽快消耗掉游离脂肪酸。这个效果在如同本实验中进行的功率自行车运动的此类有氧运动中体现的更为明显，这就不难解释了为何咖啡对运动时能量消耗有着促进的作用。针对一些个体差异现象，我们认为或许与交感神经及肾上腺髓质中肾上腺素的分泌有关，涉及到复杂的人体构造和结构，还需进一步调查及证明。

参考文献

[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 食品添加剂使用标准，GB/T 30767-2014 咖啡类饮料.

[4]基础医学理论：咖啡因药理作用及临床应用，医学教育网.

[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，卫中庆. 咖啡因的药理作用和应用[J].医学研究生学报，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.咖啡因的合成工艺研究[D].沈阳药科大学，2006.