醒觉日内耐力和力量表现及生理状态的日间变化

《Chronobiology International》：Time-of-day variation in endurance and strength performance, and physiological state across the waking day

　　

本研究的目的是在标准化实验室条件下表征短时骑行表现、握力以及相关生理和感知反应的日间变化。15名健康业余活跃成人（8名男性，7名女性；年龄26.9?±?2.9岁）在06:00、10:00、14:00、18:00和22:00?h以随机、平衡重复测量设计完成了五次实验。每次访问中，参与者完成10分钟自定速骑行计时赛，并评估握力、鼓膜温度、血糖、血乳酸、血红蛋白浓度、主观嗜睡和感知劳累。使用线性混合效应模型评估日间效应，并进行混合效应24小时余弦分析作为次要分析，以估计表现结果的峰值时间。平均骑行功率输出在一天中显著变化（p?p²?=?0.507），从06:00?h到18:00?h峰值增加了8.4%。握力也表现出显著的时间变化（p?p²?=?0.495），在06:00?h和18:00?h之间增加了9.0%。余弦分析估计骑行表现（17:51?h）和握力（17:27?h）的峰值相位相似。运动前鼓膜温度（p?p²?=?0.698）、嗜睡（p?p²?=?0.437）、血糖（p?p²?=?0.435）和血乳酸浓度（p?=?0.019，η_p²?=?0.186）在一天中显著变化。运动诱导的血糖（p?p²?=?0.347）和血乳酸（p?p²?=?0.295）变化也受测试时间影响，而运动后感知劳累（p?=?0.270，η_p²?=?0.070）和运动诱导的温度反应（p?=?0.140，η_p²?=?0.114）则未受影响。短时骑行表现和握力在下午晚些时候和傍晚时分增强，并伴随生理和感知状态的协调时间变化。这些发现突显了日间时辰作为运动能力变化的一个重要来源，以及在运动测试和研究设计中作为重要考虑因素。

**论文解读：醒觉日内耐力和力量表现及生理状态的日间变化**

### 一、研究背景与目的
人类生理功能表现出显著的日间变化，这种变化由内源性昼夜节律（circadian rhythm）与睡眠-觉醒周期相关的行为因素相互作用所驱动。这些时间过程影响与运动表现密切相关的多个系统，包括等长力量（isometric strength）、代谢（metabolism）、体温调节（thermoregulation）、认知功能以及用力感知（perception of effort）。已有大量证据表明，与早晨相比，许多运动表现在一天中较晚时段有所增强，最大力量、功率输出和耐力表现通常在下午晚些时候或傍晚达到峰值，差异幅度约为3%–10%。然而，目前其潜在机制尚未完全阐明，且既往研究多局限于早晨与晚上两个时间点的比较，对运动能力在醒觉日内如何连续变化的认识有限。此外，研究间在进食状态、睡眠控制、昼夜表型、环境条件、熟悉化程序及运动方案等方面存在显著方法学异质性。因此，本研究旨在标准化实验室条件下，系统表征短时骑行表现、握力及相关生理和感知反应在醒觉期间的日间变化模式。

### 二、研究方法概述
研究采用随机、平衡重复测量设计。15名健康业余活跃成人（8名男性、7名女性，年龄26.9±2.9岁）在06:00、10:00、14:00、18:00和22:00?h五个时间点完成实验。所有参与者均被分类为中间型昼夜表型（intermediate chronotype），通过复合晨型问卷（Composite Morningness Questionnaire, CMQ）筛选，并排除习惯性咖啡因摄入>150?mg·day?1者。每次实验包括10分钟自定速骑行计时赛（使用Wattbike Pro功率自行车），运动前后测量握力、鼓膜温度（tympanic temperature）、血糖（blood glucose）、血乳酸（blood lactate）、血红蛋白浓度（hemoglobin）、主观嗜睡（采用卡罗林斯卡嗜睡量表，KSS）和感知劳累（采用Borg 6–20 RPE量表）。所有试验在环境可控的实验室（21±1°C，45–55%相对湿度）内进行，并严格标准化睡眠、饮食和运动前行为。统计采用线性混合效应模型评估日间效应，并辅以混合效应24小时余弦分析（cosinor analysis）估计表现峰值的相位。

### 三、主要结果
#### （一）参与者特征与试验标准化
全部15名参与者完成所有试验，均符合中间型昼夜表型标准（CMQ评分22–44）。试验前标准化依从性高。睡眠时长、入睡时间和醒来时间在测试条件间存在显著差异，这主要反映了06:00试验需要更早起床。然而，运动前血红蛋白浓度无时间效应（p=0.52），表明各次试验间水合状态一致。

#### （二）骑行表现与握力的日间变化
10分钟骑行计时赛的平均功率输出存在显著的时间主效应（F_4,56=14.42，p<0.0001，η_p²=0.507）。平均功率从06:00?h的173.9±37.6?W上升至18:00?h的188.5±40.4?W，增幅约8.4%。事后分析显示，早晨（06:00和10:00）的功率显著低于下午和晚上（14:00、18:00、22:00）。握力（以体重标准化）同样表现出显著时间效应（F_4,56=13.72，p<0.0001，η_p²=0.495），从06:00?h的0.575±0.128?kg·kg^?1增至18:00?h的0.626±0.134?kg·kg^?1，增幅约9.0%。这表明短时耐力与力量表现具有平行的日间时间模式。

#### （三）混合效应余弦分析
以固定24小时周期拟合的混合效应余弦模型显示，平均功率输出和握力均存在显著的24小时正弦波成分。平均功率输出的中值（mesor）为180.9?W，振幅为8.4?W，峰值相位（acrophase）为17:51?h（95% CI 16:46–19:04）；握力中值为0.597?kg·kg^?1，振幅0.026?kg·kg^?1，峰值相位为17:27?h（95% CI 16:27–18:41）。两者峰值相位紧密对齐，进一步支持下午晚期至傍晚为表现最佳时段。

#### （四）运动前生理与感知变量
运动前鼓膜温度表现出最强的时间效应（η_p²=0.698），从06:00?h的36.25±0.13°C升至18:00?h的36.84±0.17°C，增幅约1.6%，具有明显的午后峰值。主观嗜睡（KSS）在06:00?h最高（5.0±0.9 AU），14:00?h降至最低（3.0±0.7 AU），22:00?h回升至与早晨无显著差异水平。血糖浓度在06:00?h最低（4.73±0.36?mmol·L^?1），14:00?h达到峰值（5.40±0.34?mmol·L^?1），增幅约14%。血乳酸浓度也在18:00?h显著高于06:00?h，但效应量较小（η_p²=0.186）。

#### （五）生理与感知对运动的反应
运动诱导的血乳酸变化（Δ血乳酸）存在显著时间效应（F_4,56=5.86，p=0.0005，η_p²=0.295），由06:00?h的4.19±0.60?mmol·L^?1升至22:00?h的5.17±1.14?mmol·L^?1，增幅约24%。运动诱导的血糖变化（Δ血糖）也显著受时间影响（η_p²=0.347），18:00?h的升幅最大（0.35±0.16?mmol·L^?1），而10:00?h几乎无变化（?0.01±0.15?mmol·L^?1）。相比之下，运动诱导的鼓膜温度变化（Δ鼓膜温度）和运动后感知劳累（RPE）均无显著的时间差异（分别p=0.140和p=0.270）。尽管下午和晚上产生的功率更高，但主观疲劳程度在各时间点保持一致。

#### （六）敏感性分析
将试验前睡眠时长作为协变量纳入平均功率输出的主要混合效应模型后，日间时间效应未发生实质性改变。睡眠时长与平均功率输出无独立关联（β=1.43?W·h?1，95% CI ?3.36至6.21，p=0.560），下午和晚上较早晨的功率优势仍然存在。

### 四、讨论与结论
本研究在严格标准化条件下证实了短时骑行表现和握力存在显著的日间变化，峰值出现在下午至傍晚。该变化与运动前鼓膜温度、主观嗜睡、血糖和血乳酸的协调时间变化，以及运动诱导的血糖和乳酸反应的时间依赖性变化相一致。与此同时，运动后RPE保持不变，提示下午时段产生更高功率所需的主观努力与早晨相似，表明生物时间可能影响运动生理负荷与感知劳累之间的关系。本研究采用五个均匀分布的时间点，较传统晨-晚两点比较更精确地刻画了醒觉日内的性能轨迹。

值得注意的是，早晨时段的表现劣势可能部分归因于与早期测试相关的行为因素（如睡眠时间缩短、睡眠惯性、空腹状态），而非单纯的时钟时间效应。由于未直接测量昼夜节律相位（如暗光褪黑素起始），当前结果应视为常规同步条件下日间时间效应的证据，而非内源性昼夜节律的直接证据。

**结论：** 总之，本研究证明在受控重复测量条件下，短时骑行表现和握力存在明显的日间变化。平均骑行功率输出和体重标准化握力在下午和晚上较早晨增强，两者均在下午晚些时候至傍晚达到峰值。这些表现差异伴随着体温调节、代谢和感知指标的协调变化，包括运动前鼓膜温度、主观嗜睡、血糖和乳酸浓度，以及运动诱导的血糖和乳酸反应。相反，尽管晚间时段产生了更大的功率输出，运动后感知劳累未见变化。综合来看，这些发现表明日间运动能力变化反映了多种生理和行为过程的整合，而非单一因素的改变。重要的是，观察到的表现差异幅度表明，日间时辰是运动测试和性能评估中的一个有意义变异来源。因此，在运动生理学研究和实际应用中，应仔细考虑并尽可能标准化测试时间。更广泛地，该结果支持人类运动能力在醒觉日内具有明确时间模式的概念，即健康业余活跃的中间型昼夜表型个体，其短时耐力和力量表现的最佳时段位于下午晚些时候至傍晚。