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科學家摸到人類耐力“天花板”

時間:2019-06-14 08:37來源:科學網 作者:趙熙熙
馬拉松運動員似乎有使不完的勁,然而事實證明,他們最大的障礙恰恰是自己的身體。
  人類在具有非凡耐力的過程中,其代謝活動的峰值受到生物學特性的限制。圖片來源:ISTOCK.COM
  馬拉松運動員似乎有使不完的勁,然而事實證明,他們最大的障礙恰恰是自己的身體。一項新研究首次量化了長跑和自行車等耐力運動不可逾越的“上限”,同時發現,懷孕的代謝量與一場超級馬拉松相似。
  “這是一項非常酷的數據。”并未參與該項研究的美國哈佛大學進化生物學家Daniel Lieberman說,“這是一個非常有說服力的例子,說明人類忍耐力的極限存在一個硬界限。”
  長期以來,生理學家和運動員都對人體自身的極限很感興趣。大量證據表明,當運動超過幾個小時后,大多數人——包括哺乳動物——消耗的能量是其基礎代謝率(BMR)的5倍。BMR指在自然溫度環境中,人的身體在平靜狀態下維持生命所需消耗的最低能量代謝率。北卡羅來納州達勒姆市杜克大學進化人類學家Herman Pontzer說,人類如何在更長時間的耐力活動中使用能量則完全是另一個問題。
  2015年,當印第安納州西拉法耶特市普渡大學耐力運動員、前人類學家Bryce Carlson組織了一項橫跨美國的比賽時,Pontzer認為找到了回答這一問題的機會。運動員被要求在20周的時間里跑完從加利福尼亞洛杉磯市到華盛頓哥倫比亞特區的一系列馬拉松,共4957公里。
  為了找出參與研究的運動員燃燒了多少卡路里,Pontzer、Carlson及其同事用無害、不常見的氘和氧-18同位素替換了運動員飲用水中正常的氫和氧。通過用化學方法追蹤這些同位素在尿液、汗液和呼出廢氣中的排出情況,科學家就可以計算出一名運動員產生了多少二氧化碳——這一指標與他們燃燒了多少卡路里直接相關。
  Pontzer的團隊測量了6名跑步者——5名男性和1名女性的初始BMR。然后他們收集了比賽過程中的能量消耗數據,以便了解運動員每天消耗了多少卡路里。研究人員繪制了這些數據隨時間變化的圖表,并對其連同之前從其他耐力項目中收集的代謝數據進行了分析。這些耐力項目包括鐵人三項、160公里超長馬拉松、環法自行車賽等長距離自行車比賽以及北極探險。
  研究人員發現,無論什么比賽,能量消耗在20天后會迅速穩定下來,最終保持在運動員BMR值的2.5倍左右。他們指出,到那個時段,人體燃燒卡路里的速度超過了吸收食物并將其轉化為能量的速度,這代表了由生物學決定的人類表現的一個上限。當運動員達到這個“天花板”后,身體必須消耗脂肪儲備來獲得能量。研究顯示,即便最優秀的耐力賽選手最終也無法突破這一限制。研究人員認為,這說明身體在一段時間的高水平能量消耗后會進行自我調節。
  研究人員說,存在耐力運動極限的一個原因是身體消化食物和吸收卡路里的能力有限。研究發現,不論在寒冬里拖拽雪橇或是在夏日參加自行車賽,所有耐力運動都符合這個規律,這不同于此前研究中耐力關聯體表溫度調節能力的看法。
  “這是一個美麗的發現,作為一個科學家,這是值得的。”Pontzer說,“我們最終找到了人類耐力的極限,人類所能做到的極限。”
  科學家在6月5日出版的《科學進展》雜志上報告了這一研究成果。
  并未參與該項研究的米蘇拉市蒙大拿大學運動生理學家Brent Ruby說,這一新發現解釋了耐力超強的運動員如何在不減重的情況下長時間消耗能量。
  在第二項發現中,作者報告說,人類懷孕——其能量消耗已在早期研究中得到測量——需要的能量水平與一項長時間運動耐力項目差不多。這一過程也面臨同樣的代謝限制。Pontzer說:“用我們看待環法自行車賽和鐵人三項運動員的思維方式看待懷孕,會讓你意識到懷孕對身體的要求是多么的難以置信。”
  包括Lieberman在內的一些研究人員假設,人類進化出能夠長距離奔跑的身體,以便獵取大型、富含卡路里的動物,而這些代謝適應能力也可能讓母親生下擁有更大大腦的更大嬰兒。Pontzer認為,考慮到懷孕和耐力活動是在相同的代謝規則下進行的,所以情況也可能正好相反——也許人類進化出腦容量更大的嬰兒,這給了人類更多的耐力。
  對于這一點,Lieberman并不認同。“這是一個相當大的飛躍,需要更多的證據來支持。”他說,“讓我們一步一步來,就像跑馬拉松那樣。”



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