在人类运动史中，耐力始终被视为意志与身体共同塑造的能力。从马拉松、全天候骑行，到持续数日的超长距离越野跑，许多运动员不断尝试拉伸体能边界，希望在极限状态下依旧维持行动与速度。然而，近期研究显示，即便是世界级耐力选手，他们的身体在长期维持能量输出方面仍存在明确的生理上限。研究者在跟踪多位精英运动员后发现，人类在长时间高强度运动中，能量消耗通常会稳定在基础代谢率的约2.5倍左右，而无法无限向上累积。

精英运动员也是有体能上线的（图片来源：作者使用AI生成）

这一发现说明，耐力并不仅仅由训练或心理调节决定，体能表现受制于人体自身的代谢能力和生理调节机制。理解这一点，有助于我们更全面地认识身体在高负荷状态下的适应过程，以及为什么某些表现看似源自坚持，其实与能量利用效率和组织代谢平衡密切相关。

研究如何确认耐力的代谢上限

为了验证人类耐力的生理极限，研究团队选取了14位长期从事极限耐力项目的精英运动员，其中包括超长距离跑者、铁人三项运动员以及长距离骑行者。这些人群在日常训练和比赛中经常面对高强度、多日连续负荷，是观察人体能量消耗上限的典型对象。

在研究中，科学家使用了稳定同位素示踪的双标水方法，这是一种用于测量人体在日常生活或实际运动环境中总能量消耗的金标准技术。研究中，受试者饮用含少量氘（²H）和氧-18（¹⁸O）的水，这两种同位素会在体内均匀分布并随代谢逐渐排出。氘仅通过水分流失排出体外，而氧-18既会通过水，也会通过呼吸产生的二氧化碳排出。通过比较这两种同位素从体内消失的速率差，研究人员可以推算受试者在监测期间产生的二氧化碳总量生成率。结合食物种类或呼吸商参数，就能将二氧化碳产生量生成率换算为人体在真实条件下的总能量消耗。

这一方法的优势在于，不需要受试者在实验室中长时间佩戴面罩或固定在代谢仪器上，因此可以真实反映运动员在训练、比赛或日常生活中实际的能量支出情况。在超耐力运动研究中，双标水方法特别重要，因为这类运动涉及连续多日的大量能量消耗，短期实验室测试往往无法捕捉到身体在长期压力下的代谢水平变化。双标水提供的能量支出数据，使研究者能够评估运动员的可持续代谢能力，并揭示人体耐力的生理上限。

研究者将运动员在短时极限赛事、多日连续赛事以及持续训练周期中的代谢数据进行对比。结果显示，在比赛或高负荷训练中，部分运动员每天的能量消耗可以达到基础代谢率的六到七倍，属于短期高峰状态。但当观察时间跨度扩大到数周甚至一年时，不同运动员的平均能量消耗均逐渐回落，并最终稳定在基础代谢率的约2.4至2.5倍附近。

这种稳定趋势在不同项目和个体之间具有一致性，说明并非由于个人训练经验、肌肉力量或意志因素造成差异，而是存在一个跨人群、可重复观察的能量代谢上限。研究团队进一步指出，超过这一上限并非完全不可能，但维持时间通常很短，难以长期持续。

为何身体无法长期突破能量代谢上限

研究指出，人类之所以难以在长时间内维持超过基础代谢率约2.5倍的能量输出，与多个生理调节过程有关。

当能量消耗持续高于摄入水平时，身体会动用自身储备组织作为补充来源，尤其是肌肉蛋白和脂肪组织。如果长期处于这种状态，肌肉量会逐渐减少，体重下降，器官功能和免疫能力也会受到影响。这种组织分解意味着身体正在牺牲结构完整性来维持代谢供能，不具备长期可持续性。

身体会通过减少其他非运动相关的能量支出来进行代偿。在运动量较大的时期，研究者观察到运动员在日常生活中出现自发性活动减少，例如减少走动、降低手部动作幅度、增加静息和休息时间等。这是大脑对能量平衡进行调控的结果，使身体将更多能量集中用于维持运动所需的肌肉活动。

一些生理过程会被暂时抑制，已有研究表明，持续高强度耐力活动可能会降低性激素水平、影响生殖功能、抑制部分免疫反应和组织修复过程。这些变化反映出在高负荷持续状态下，身体会优先保证核心生命功能和运动输出，而将其他生理需求向后排。

因此，这一代谢上限并不是由单一因素决定，而是多种代谢途径、组织修复能力、能量调控机制共同作用的结果。越过上限短时间内可以实现，但长期持续将导致身体结构和功能需要付出明显代价。

总结

这项研究的意义在于，帮助我们重新认识耐力表现的本质。持续的高强度运动并不是单纯依靠训练量或意志力就能无限提升，人体有其能量供给和组织修复的边界。当能量消耗超过可持续范围时，身体会通过减少其他生理活动来补偿，甚至动用自身组织作为供能来源。真正的耐力，不在于持续追求更高负荷，而在于在可承受的区间内保持稳定、连续和适应性的进步。

参考文献：

[1] Best, Andrew, et al. "Ultra-endurance athletes and the metabolic ceiling." Current Biology 35.20 (2025): 5106-5110.e2.

[2] Hammond, Kimberly A., and Jared Diamond. "Maximal sustained energy budgets in humans and animals." Nature 386.6624 (1997): 457-462.

[3] Westerterp, Klaas R. "Limits to sustainable human metabolic rate." Journal of Experimental Biology 204.Pt 18 (2001): 3183-3187.

[4] Thurber, Caitlin, et al. "Extreme events reveal an alimentary limit on sustained maximal human energy expenditure." Science Advances 5.6 (2019): eaaw0341.

策划制作

作者丨邵文亚 福建医科大学副教授；杨 超 深圳理工大学科普主管、中国科普作家协会会员

审核丨赵宝锋 辽宁生命科学学会会员、研究员

来源: 科普中国新媒体

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