综述：评估量化运动和锻炼过程中有氧-无氧能量贡献的方法——一项系统评价与最佳证据综合研究

《Frontiers in Sports and Active Living》：Evaluation of methods to quantify aerobic-anaerobic energy contributions during sports and exercise — a systematic review and best-evidence synthesis

运动能量代谢中，氧代谢与厌氧代谢贡献的量化方法可靠性及有效性分析。基于PRISMA指南，系统检索2024年6月前PubMed等数据库，纳入34项研究，比较MAOD、PCr-La-O?、CP、GE及生物能模型。MAOD在可靠性和有效性方面证据最强（15项研究），但无法区分厌氧乳酸与无氧磷酸肌酸贡献；PCr-La-O?唯一能区分两类厌氧贡献，但可靠性证据有限（2项研究）；CP有效性证据充分（5项研究），但可靠性证据不足；GE和生物能模型证据有限且存在矛盾。

　　能量代谢是运动和锻炼过程中一个关键的研究领域，涉及机体如何通过不同的代谢途径来满足高强度活动所需能量。这些途径主要包括磷酸肌酸（PCr）分解、快速糖酵解和氧化磷酸化等，它们在运动强度和持续时间的不同阶段相互作用，影响着运动表现和恢复能力。然而，尽管这些代谢途径对运动表现具有重要意义，如何准确地量化有氧与无氧能量的贡献仍然是一个科学挑战。目前，已有多种方法被提出用于评估和区分这些能量来源，但它们在方法学质量和科学证据的强度上存在显著差异。本文旨在系统评估这些方法的可靠性和有效性，为研究者和实践者提供更清晰的证据支持。

在运动过程中，能量代谢的无氧贡献主要体现在短时间内高强度活动的能源供给上。例如，在间歇性运动中，运动员需要在短时间内爆发性加速或进行反攻，而在耐力运动中，最终的冲刺阶段也需要无氧代谢的支持。无氧代谢主要包括两种形式：无氧无乳酸（alactic）和无氧乳酸（lactic）代谢。无氧无乳酸代谢主要依赖于PCr的分解，为肌肉活动提供快速的能量来源，而无氧乳酸代谢则涉及糖酵解过程，产生乳酸并导致肌肉疲劳。这些无氧代谢过程的贡献虽然关键，但其量化方法尚缺乏公认的“黄金标准”，使得评估结果在不同研究中存在较大差异。

相比之下，有氧代谢的贡献可以通过氧气摄入量（VO?）和呼吸气体分析仪等直接测量手段进行准确评估。这种方法依赖于稳定的氧气摄入和代谢率的线性关系，因此能够提供较为可靠的数据支持。然而，对于无氧代谢的量化，由于缺乏直接测量手段，研究者主要依赖于间接方法，如通过分析运动后的氧气消耗（EPOC）来估算无氧贡献。这种方法虽然在一定程度上能够反映无氧代谢的动态变化，但其准确性仍受到多种因素的影响，包括运动强度、持续时间、个体差异以及实验设计的严谨性。

本文系统回顾了五种常见的无氧能量贡献量化方法，包括最大累积氧气亏缺（MAOD）、PCr-La-O?方法、临界功率（CP）、总效率（GE）以及生物能量模型。通过对这些方法的可靠性与有效性进行评估，研究者能够更全面地了解其在不同运动条件下的适用性。其中，MAOD方法由于其在多个研究中的广泛应用，被认为是最具代表性的无氧能量贡献量化手段。MAOD基于这样一个假设：在高于最大摄氧量（VO?max）的高强度运动中，实际氧气摄入量无法满足能量需求，因此必须依赖无氧代谢来补充。这种方法通过计算估计的氧气需求与实际氧气摄入之间的差异，间接量化无氧能量的贡献。

然而，MAOD方法也存在一些局限性。首先，其可靠性高度依赖于实验设计的精确性，包括运动强度、持续时间以及数据采集的稳定性。此外，由于MAOD方法仅区分有氧与无氧的总贡献，无法进一步区分无氧无乳酸与无氧乳酸的具体比例，这在某些运动场景下可能限制其应用价值。其次，MAOD方法的计算过程涉及复杂的线性回归分析，对实验条件的要求较高，如需要进行多次不同强度的运动测试，以确保模型的准确性。这不仅增加了实验的复杂性，还可能影响研究的可行性，尤其是在资源有限的环境中。

相比之下，PCr-La-O?方法是一种能够区分无氧无乳酸与无氧乳酸贡献的唯一方法。该方法基于运动后氧气消耗的快速恢复（EPOC快速阶段）以及肌肉中PCr和乳酸的恢复情况，通过直接测量这些生理指标来估算无氧代谢的贡献。由于其能够提供更具体的能量来源信息，这种方法在某些运动场景下具有显著优势。然而，PCr-La-O?方法的可靠性仍存在争议，部分研究认为其在不同运动模式下的适用性有限，尤其是在间歇性运动中，由于氧气摄入和代谢的动态变化，该方法的准确性可能受到影响。此外，尽管该方法在某些研究中表现出良好的有效性，但其在不同运动强度和持续时间下的表现仍需进一步验证。

临界功率（CP）方法是一种基于运动持续时间和功率输出的模型，用于估算无氧能量的有限容量（W’）。CP代表了运动员能够在长时间内维持的最高功率输出，而W’则反映了超出CP后的无氧能量供给能力。这种方法的可靠性相对较高，尤其是在实验室条件下进行的运动测试中，CP和W’的估算较为一致。然而，其有效性在不同运动模式下的表现存在差异，例如在自行车运动中，CP方法被广泛验证，但在其他运动形式中，如球类运动或游泳，其适用性仍需进一步探讨。此外，CP方法的计算过程通常基于线性模型，这可能导致在某些运动强度下的低估或高估。

总效率（GE）方法通过计算机械功率输出与代谢功率输入之间的比值，评估运动过程中的能量利用效率。该方法在骑行等有氧运动中表现出良好的应用潜力，但由于其仅适用于特定运动形式，其在其他运动中的适用性受到限制。GE方法的可靠性主要依赖于实验条件的控制，如运动强度的稳定性、数据采集的精确性以及个体差异的处理。然而，其有效性仍存在争议，尤其是在与其他无氧能量贡献方法（如MAOD）的比较中，部分研究指出其存在一定的偏差。

生物能量模型是一种基于能量系统相互作用的数学模型，能够更全面地反映有氧、无氧无乳酸和无氧乳酸代谢在不同运动强度和持续时间下的贡献。该模型通过将能量系统类比为液压蓄水池，模拟各系统的容量和反应速率，从而估算运动过程中的能量供应情况。虽然生物能量模型在理论上具有较高的复杂性和准确性，但在实际应用中，其可靠性仍然受到质疑。部分研究指出，该模型在某些运动条件下的预测能力有限，尤其是在间歇性运动中，其参数估计可能受到测量误差的影响。

综合来看，本文的系统回顾表明，MAOD方法在可靠性与有效性方面具有最强的科学支持，而PCr-La-O?方法则因其独特的无氧贡献区分能力而具有较高的研究价值。然而，由于其在某些运动场景下的适用性仍需进一步验证，研究者需要更多实验数据来支持其广泛使用。相比之下，CP、GE和生物能量模型的证据强度较为有限，尤其在可靠性方面，其研究数量和质量均不足以提供充分的科学依据。因此，未来的研究应着重于提高这些方法的可靠性，并探索其在不同运动模式下的适用性。

此外，本文还指出，目前缺乏系统性的研究来全面评估这些方法的科学证据。虽然已有部分综述讨论了MAOD和CP的应用，但对PCr-La-O?方法的讨论仍然不足。因此，未来的研究应更加关注PCr-La-O?方法的进一步开发与验证，以期在无氧能量贡献的量化方面取得更大突破。同时，生物能量模型虽然在理论上具有较大的潜力，但其在实际应用中的准确性和稳定性仍需通过更多的实验数据进行验证。GE方法由于其在某些运动中的实用性，可能成为一种有价值的工具，但其在有效性方面的证据仍需加强。

总之，能量代谢的量化方法在运动科学中具有重要的应用价值，但其科学证据的强度存在显著差异。MAOD方法因其较高的可靠性与有效性，成为当前最常用和研究最多的无氧能量贡献量化手段。然而，随着运动科学的发展，其他方法如PCr-La-O?、CP和生物能量模型也在不断被优化和应用。未来的研究应更加注重方法的标准化和跨运动场景的验证，以期为运动表现评估和训练优化提供更全面的科学支持。