太极拳运动对男大学生气体代谢影响的研究

丁仁涛，张红学

(郑州大学 体育学院，河南 郑州 450044)

太极拳运动以有氧氧化供能为主，它综合性地继承和发展了明代在民间和军队中流行的各家拳法，结合了古代“导引术”和“吐纳术”，又吸取了古典哲学阴阳学说和中医基本理论的经络学说，使其成为一种内外俱练的拳术和集“练脑，练身、练气”于一体的健康之法［1，2］。有研究表明，经常参加太极拳运动能够提高老年人的肺活量、每搏输出量、最大摄氧量、射血分数、心肌收缩力、平衡能力，还能够提高老年人的运动机能、免疫能力和神经系统的调节作用等等［3－7］。然而，太极拳运动对青年人气体代谢影响方面的研究几乎没有。本研究采用较先进的研究手段和工具，研究太极拳运动对男大学生气体代谢的影响。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选择10 名郑州大学体育学院、河南大学民族传统体育系学生作为实验组，平均训练年限为12.2±3.5，运动级别为:两名武英级运动员(运动健将)、四名一级武士(一级运动员)、四名二级武士(二级运动员);十名河南大学非体育专业的太极拳爱好者作为对照组，平均练习年限为3.4±1.2。所有受试者一月内没有参加过大负荷训练或比赛，无明显体重减轻，饮食正常，无急、慢性疾病。具体情况见表1。

表1 研究对象基本情况一览表

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料

根据研究目的，在中国知网上检索并收集大量有关“太极拳”、“心肺功能”、“气体代谢”等方面的文献资料120 余篇，掌握有关太极拳研究的前沿动态与研究趋势。

1.2.2 实验测试

测试日期为2012 年4 月12 日－5 月15 日，测试时间为上午9:30 －11:30，受试者于饭后2 小时到实验室，首先填写基本情况调查表，包括年龄、每周运动情况、训练或运动年限等;然后，测试身高、体重等基本指标。基本指标测试完成后，请受试者静坐休息，帮其选择相应的呼吸面罩。气体代谢测试仪器使用德国CORTEX MetaMax3B 运动心肺功能遥测仪，测试前仪器预热20 分钟，然后进行周围气体的校正。受试者静坐休息30 分钟后给其佩戴遥测仪和心率胸带进行测试。测试内容包括运动前静坐15 分钟、运动中5 分钟、运动后静坐恢复15 分钟运动心肺功能指标。运动中测试时，要求受试者伴随5 分钟的杨氏二十四式太极拳音乐节拍运动。

实验室为空调房间，温度20 ℃～25 ℃，湿度30%～50%，1 个标准大气压。测试场地为木质地板。测试指标包括:身高、体重、潮气量、呼吸频率、每分通气量、摄氧量、CO2 呼出量、呼吸商、相对摄氧量、心率、氧脉搏、代谢当量等。

1.2.3 数理统计

首先把使用CORTEX MetaMax3B 采集到的数据以XML 格式导出，采用Excel 等软件对数据进行初步整理。然后，借助PASW Statistics 对数据进行统计分析，不同时间段各指标变化的分析采用重复测量方差分析，当分组因素与重测因素［8］有交互作用时，进行单独效应分析，单独效应分析的方法采用独立样本t检验。显著性水平取0.05，非常显著性水平取0.01。

2 研究结果

2.1 肺通气

潮气量、呼吸频率和每分通气量主效应高度显著。可以认为，太极拳运动对肺通气有显著的影响，主要表现在运动过程中肺通气显著增高，运动后10 分钟开始快速下降。只有每分通气量存在交互作用，结合单独效应分析，可知运动中实验组每分通气量高于对照组。实验组和对照组不同时段呼吸频率变化一致。运动后潮气量平均降低了约32%(190 ml)(见图1)。

2.2 肺换气

摄氧量、CO2 呼出量、呼吸商、相对摄氧量主效应高度显著。其中，摄氧量、呼吸商、相对摄氧量交互作用显著，且变化趋势一致，均是运动时明显增高，实验组比对照组分别增高了22.1%，26.7%，24.5%，运动后快速恢复到运动前状态。呼吸商在运动中基本没有变化，运动后快速上升，实验组上升明显大于对照组，这应该是由于实验组运动后糖的恢复较快，消耗的能量物质中，糖的比例增加的原因(见图2)。

2.3 心率、氧脉搏

心率、氧脉搏的主效应和交互作用均显著。两者都表现为运动时明显升高，运动后快速恢复的特征。运动前安静时，实验组心率明显低于对照组，比对照组低8.4%;运动中，两组受试者心率快速上升，均达到100 次/min 左右;运动后实验组心率恢复较快，10 分钟后明显低于对照组。运动中，实验组氧脉搏明显高于对照组(比对照组高16.3%)，运动后氧脉搏快速恢复到运动前水平(见图3)。

2.4 能量代谢

运动前安静时代谢当量为1.5 左右，运动中实验组提高了3.3 倍，而对照组提高了2.7 倍，实验组提高量明显大于对照组，运动后两组受试者代谢当量快速 恢复到运动前水平(见图4)。

图3 不同运动时段心肺功能指标变化图

图4 不同运动时段代谢当量变化图

2.5 肺通气、肺换气、能量代谢间的相关性

本研究中0.4≤r≤0.6 存在相关关系，0.6 ＜r≤0.7 一般相关，0.7 ＜r≤0.85 较高相关，r ＞0.85 高度相关。全部受试者不同运动时段各指标相关系数见表2。

由表2、表3、表4 可知，无论运动前、运动中、运动后，每分通气量与摄氧量、CO2 呼出量、相对摄氧量、氧脉搏、代谢当量具有相关性;相对摄氧量与每分通气量、摄氧量、CO2 呼出量、代谢当量、氧脉搏具有较高相关性;代谢当量与每分通气量、摄氧量、CO2 呼出量、相对摄氧量具有较高相关性。

呼吸频率和呼吸商的相关系数只有在运动中成正相关关系(r=0.488);相对摄氧量与潮气量的相关系数在安静时(r=0.713)大于运动中(r=0.593)和运动后(r=0.554);心率只有在运动时，与摄氧量、CO2呼出量、呼吸商存在正相关关系，相关系数分别为0.446、0.469、0.582。

表2 运动前各指标相关系数一览表

表3 运动中各指标相关系数一览表

表4 运动后各指标相关系数一览表

3 分析与讨论

3.1 太极拳运动对心肺功能的影响分析

宋宪强、闫民、王智慧、王荔等［10－12］分别在其研究中发现:二十四式太极拳运动能使女大学生的心肺功能得以良好改善，表现于心肺功能指标中肺活量、最大吸氧量、心率、心搏出量、心输出量、血压(收缩压、舒张压)、血管顺应性、外周阻力各项生理指标都具有显著性变化;八段锦练习能使非体育专业大学生的心肺功能得到良好的改善，具体表现在心肺功能指标中肺活量指标明显上升，安静心率、练习中心率、练习后即刻心率指标明显下降，均具有显著性差异等。本研究有类似发现，长期的太极拳运动可以降低实验组安静时心率，这是由于长期有氧运动使控制心脏活动的迷走神经作用加强，交感神经的作用减弱［13］，提高了心脏每搏输出量。呼吸商是机体二氧化碳排出量与摄氧量的比值，是运动时机体利用何种物质作为能量来源的指标(葡萄糖氧化供能时RQ 为1，脂肪约为0.71，蛋白质约为0.8)。运动后实验组呼吸商增加更加明显，平均为0.891，表明长期太极拳运动还可以促进运动后糖的恢复，改善能量消耗。

太极拳运动时实验组的每分通气量、摄氧量、相对摄氧量、氧脉搏、心率等指标增加的幅度更大，结合现场测试的录像综合分析，有两点原因:1)实验组打太极拳时采用的架势较低，而对照组由于下肢肌肉力量不足，无法长时间进行低架势太极拳运动;2)影响能量代谢的主要因素包括肌肉活动、情绪影响、食物特殊动力作用和环境温度等。而高水平运动员练拳重“意念”，用意念来指导每一个动作。动作过程中内部与外形的虚实开合、旋转变换，务求上下相随、内外合一、意到劲到、意动形随，意念自始至终贯穿在整个套路之中。任何一个细微的变化也不容丝毫断意，真正做到以意行气、以气运身、周身无微不至，高水平运动员在运动过程中走架、姿势正确，用意得法，气息随外部动作的开合、转换而运转。因此，在其运动过程中精神高度集中，也是其能耗量大的原因之一［14，15］。当然，这也体现了实验组具有较高的心肺功能和有氧运动能力。氧脉搏是指心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧容量，即每分摄氧量除以每分心率，是评估心脏输送O2 至外周组织的效率的最佳指标，其数值越高，说明心肺功能越好［12］。运动心肺功能取决于运动心肺偶联的每一个环节，即肺通气、肺换气、心血管功能以及所参与的肌肉等。本研究中，太极拳运动时，实验组具有较高的潮气量、每分通气量、摄氧量、相对摄氧量、氧脉搏等，体现了实验组具有较高的运动心肺功能。

3.2 太极拳运动对能量代谢的影响分析

太极拳运动中，实验组呼吸商为0.794±0.048，对照组为0.768±0.064，可以认为，太极拳运动是以脂肪为主要供能物质，属于有氧氧化供能。代谢当量是运动时耗氧量与安静时耗氧量的比值，可用于评价运动时的相对能量代谢水平。本研究中，太极拳运动时，实验组代谢当量为5.02±0.85 梅脱，对照组为4.04±0.79 梅脱，也就是说实验组能量代谢比对照组高约25%。Pate RR 等提出根据能量代谢大小对体力活动强度进行划分的模式，小于3MET 为低强度运动，3 ～6MET 为中等强度运动，大于6MET 为高强度运动［16］。许中华在《太极拳练习能量消耗的测量与评价》中研究发现，杨氏二十四式太极拳中，20 ～39 岁组的男性太极拳受试者，能量代谢为4.22±0.32MET，40 ～59 岁太极拳受试者能量代谢为4.08±0.35MET，60 岁以上组能量代谢为3.9±0.4MET［17］。可见，本研究结果与前人研究较为接近，再次证实了太极拳运动为中等强度运动。

另外，实验组和对照组，在安静时每分通气量、摄氧量、相对摄氧量、CO2 呼出量、氧脉搏、代谢当量等指标无显著性差异，然而，在运动中，实验组明显高于对照组。说明，运动中的指标大小更能体现太极拳对男大学生心肺机能、能量代谢等方面的积极影响。

3.3 不同运动时段太极拳运动中各指标相关性分析

运动前和运动后，呼吸频率与呼吸商不存在相关关系，而运动中，两者成正相关关系(r=0.488)。这说明，太极拳运动中，随着呼吸频率的增加，CO2呼出量比摄氧量增加更加明显。安静时，相对摄氧量与潮气量存在正相关关系(r=0.713)，说明潮气量越大，相对摄氧量越大。然而，运动时和运动后，相对摄氧量与潮气量的相关关系减弱。也就是说，运动过程中和运动后的恢复期，身体对氧的利用率有所减弱。运动前的安静状态和运动后的恢复期，摄氧量、CO2呼出量、呼吸商与心率大小无关，但是在运动过程中，与心率成正相关关系，随着心率的增大，摄氧量、CO2呼出量、呼吸商也随之变大。有氧健身运动中，用心率控制运动强度最为普遍，心率与运动强度的正相关关系已经广泛被认可。本研究中，太极拳运动时，心率越大，也就是运动强度越大，摄氧量、CO2呼出量、呼吸商也越大。运动前安静时，潮气量大小于氧脉搏无关。太极拳运动过程中，潮气量越大氧脉搏就越大(r=0.718)。通过对实验组、对照组潮气量与氧脉搏相关关系的进一步分析，实验组r=0.760，对照组r=0.569。可见，太极拳运动过程中，随着潮气量的增加，实验组氧脉搏增加更加明显，表现出的心肺功能也更强。

4 结论

4.1 长期太极拳运动可以促进运动后糖的恢复，改善能量消耗结构;还可以使控制心脏活动的迷走神经作用加强，交感神经的作用减弱，从而降低安静时心率，提高心室每搏输出量。

4.2 实验组和对照组，在安静时每分通气量、摄氧量、相对摄氧量、CO2呼出量、氧脉搏、代谢当量等指标无显著性差异，然而，在运动中，实验组明显高于对照组。说明，运动中的指标大小更能体现长期练习太极拳对男大学生心肺机能、能量代谢等方面的积极影响。

4.3 太极拳运动中，随着呼吸频率的增加，CO2呼出量相对于摄氧量增加更加明显。

4.4 太极拳运动过程中和运动后的恢复期，身体对氧的利用率有所减弱。

4.5 安静状态时，心率与摄氧量、CO2呼出量、呼吸商大小无关，运动过程中，心率与摄氧量、CO2呼出量、呼吸商存在正相关关系，相关系数分别为0.446、0.469、0.582。

4.6 太极拳运动中，实验组潮气量与氧脉搏正相关关系较对照组强，表现出的心肺功能也更强。

［1］柏晓玲，贾金榜，刘柏.我国优秀太极拳运动员最大有氧能力及个体通气阈的研究［J］.北京体育大学学报，1997，20(2):46－51.

［2］王晓军，荆治坤，郑宁宁.不同太极拳运动强度防治原发性高血压病干预效果的研究［J］.沈阳体育学院学报，2011，30(4):82－85.

［3］杨再惠，荣丽.陈式太极拳功法对中老年人心脏功能影响的研究［J］.北京体育大学学报，2005，28(5):639－642.

［4］杨再惠，周兴伟.陈式太极拳功法对中老年人肺功能及免疫功能影响的研究［J］.北京体育大学学报，2005，28(9):1212－1214.

［5］彭春政.太极拳对老年人体成分和心肺功能的影响［J］.博击(武术科学)，2006，3(6):32－34.

［6］张彩芳.太极拳锻炼对老年人肌力与平衡能力关系的研究［J］.中外医疗，2011，(14):185.

［7］任丽娟.太极拳运动对老年人养生保健的作用［J］.中国临床康复2006，(47):25－28.

［8］游永豪，祁国鹰，温爱玲.体育科学实验研究中有“前测数据”的重复测量设计的统计分析方法的探讨［J］.体育科学，2010，30(2):92－96.

［9］宋宪强.运动心肺试验对不同人群心肺功能的评价及应用研究［D］∥山西:山西大学，2005.

［10］闫民.二十四式太极拳对健康女大学生生理指标影响的研究［D］∥山东:山东师范大学，2003.

［11］王智慧，彭春政.有氧运动对女大学生身体形态成分及心肺功能影响的研究［J］.北京体育大学学报，2007，30，(1):44－46.

［12］王荔.八段锦对非体育专业大学生部分生理指标影响的研究［D］∥长春:东北师范大学，2007.

［13］王瑞元.运动生理学［M］.北京:人民体育出版社，2002.

［14］李继尧.人体的能量代谢［J］.生物学通报，1995，30(2):29－30.

［15］刘雅媚.试论武术项目供能特点及其训练的科学化［J］.湖北体育科技，2004，23(3):359－361.

［16］Pate RR，Pratt M，Blair SN，et al.Physical activity and public health.A recommendation from the Centers for Disease Control and Prevention and the American College of Sports Medicine［J］.JAMA，1995，273(5):402－407.

［17］许中华.太极拳练习能量消耗的测量与评价［D］∥苏州:苏州大学，2008.