高校大学生递增负荷跑台运动的实践研究

赵剑平 王林

摘  要：了解大学生在跑台递增运动运动中能量代谢指标的差异，为大学生日常体力活动提供参考价值。从在校大学生中随机选取30名受试者（其中男、女生各15名）作为研究对象，受试者先进行10min静息状态的测试，再进行跑台递增负荷运动，跑台速度分别设置为3km/h（慢走）、4km/h（轻松步行）、5km/h（正常步行）、6km/h（快走）、7km/h（慢跑）、5km/h+10%坡度（正常上坡走），每一速度下各活动5min，相邻两速度之间至少间歇5min，采用间接测热法进行能量代谢数据的采集。研究结果显示，不同性别的受试者在静息状态和跑台递增负荷运动中的能量代谢各指标都存在显著性差异，其中男生在能量消耗和摄氧量方面要高于女生，而女生在代谢当量和相对摄氧量方面要高于男生。建议大学生选择速度适中的上坡快步走的锻炼方式。

关键词：大学生  间接测热法  跑台递增负荷运动  能量代谢

中图分类号：G80                                    文献标识码：A                       文章编号：2095-2813（2020）06（b）-0242-03

Abstract： To understand the differences in energy metabolism indexes of college students during incremental exercise on the treadmill， to provide reference value for college students' daily physical activities. Thirty subjects （15 males and 15 females） were randomly selected from the college students as the research objects. The subjects were tested for a 10-minute resting state， and then the running load was increased. The running speed was set separately. 3km/h （slow walking）， 4km/h（easy walking）， 5km/h （normal walking）， 6km/h （fast walking）， 7km/h （jogging）， 5km/h+10% slope （normal uphill Walking）， each activity at each speed for 5min， at least 5min interval between two adjacent speeds， indirect calorimetry was used to collect energy metabolism data. The results of the study show that there are significant differences in the energy metabolism and various indicators of subjects of different genders in the resting state and the treadmill's increasing load exercise. Among them， boys are higher than girls in terms of energy consumption and oxygen uptake， while girls in Metabolic equivalent and relative oxygen uptake were higher than boys. College students are advised to choose a moderate speed uphill and brisk walking exercise.

Key Words： College Students; Indirect Calorimetry; Incremental load Exercise on The Treadmill; Energy Metabolism

大學生群体作为社会的新兴力量，既是民族未来发展的希望，也是建设国家的主力军，他们的体质健康水平直接关系到社会的发展和国家繁荣与稳定。现阶段有许多研究表明我国大学生的体质水平在呈逐年下降的趋势，其主要原因在于，科技的发展与进步，绝大多数的大学生花在电脑和手机上的时间居多，参与体育锻炼的时间却非常少，缺乏一定的日常体力活动。研究表明，体力活动不足或久坐不动的生活方式已成为影响人类身心健康的公共卫生和社会问题。因此，通过比较大学生在跑台递增负荷运动能量代谢指标，为大学生参加日常体力活动提供一定的参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

从在校大学生中随机选取30名受试者，其中男、女生各15名。所有受试者的BMI均在正常范围内，未患疾病，且无运动禁忌症等情况，其基本信息见表1。

1.2 研究方法

1.2.1 身高体重测定

采用国产标准的身高和体重测量仪，分别为受试者进行身高和体重的测量;测试时要求受试者光脚，只穿内衣裤，以减少测量的误差，测试完用记录表做好记录。身高和体重分别精确到0.01m和0.1kg，通过公式计算体质指数（Body Mass Index， BMI），BMI=体重/身高2。

1.2.2 便携式气体代谢分析仪

间接测热法被认为是目前测量能量消耗的“金标准”[1]，便携式气体代谢分析仪（Cosmed K4b2，Rome，Italy），以下简称K4b2，利用间接测热法原理，通过分析每一口气中吸入的氧气和呼出的二氧化碳含量，计算单位时间能量消耗情况[2]。测试时，严格按照操作手册来进行，每次实验前，需对K4b2进行校标工作，其中包括室内空气校准、标准气体校准、容量校准和延迟校准。待各项校准全部通过后，再进行正式测试。通过K4b2配备的电脑软件导出所有受试者的测试数据进行分析。

1.2.3 测试方案

要求受试者在餐后禁食2h以上，以减少食物代谢对受试者能量消耗的影响;准备测试前先让受试者安静30min左右，再给受试者佩戴好K4b2，并让受试者先适应佩戴仪器后的呼吸方式。正式测试开始后，让受试者静坐10min，测量其安静状态下的能量消耗量。受试者再依次完成速度分别为3km/h（慢走）、4km/h（轻松步行）、5km/h（正常步行）、6km/h（快走）、7km/h（慢跑）、5km/h+10%坡度（正常上坡走）的跑台递增负荷，每个速度测试时间为5min，2个速度之间至少间歇5min，以便受试者的心率恢复至安静心率左右时再进行下一项活动。

1.2.4 数据处理与分析

静息状态下能量代谢指标选取测试的后5min稳定数据，跑台递增负荷运动则选取受试者每一速度下后3min较稳定的数据;根据研究目的选取相应指标，包括能量消耗（Energy Expenditure，EE）、代谢当量（Metabolic Equivalent of Energy，METs）、摄氧量（VO2）、相对摄氧量（VO2/kg）。根据性别进行分组;性别间差异采用独立样本t检验，不同速度之间的差异采用单因素方差分析，所有数据均用表示，采用Excel 2013和SPSS 20.0完成数据分析。

2  研究结果

2.1 静息状态的能量代谢指标比较

由表2可知，静息状态下不同性别相比较，男生静息能量消耗各指标的值都要高于女生，不同性别之间在静息能耗各指标的差异均具有高度显著性。

2.2 受试者在跑台递增负荷运动中的比较

由表3可知，在跑台递增负荷运动中，在0%坡度的情况下，无论男、女生，各能量代谢指标的值会随着速度的增加而增加。在0%坡度，速度相同的情况下，不同性别之间的受试者进行组内比较，EE和VO2在不同速度中的差异都具有高度显著性;METs和VO2/kg在速度分别为3km/h和4km/h时差异不具有显著性，在其他速度中的差异则均具有高度显著性;在10%坡度，速度为5km/h时，不同性别之间进行组内比较，各指标的差异均具有高度显著性。

采用单因素方差分析相邻2个速度之间的差异，其结果显示（见表3），相邻2个速度之间进行组间比较（3km/h与4km/h、4km/h与5km/h、5km/h与6km/h、6km/h与7km/h），各指标的差异均具有高度显著性;在速度都为5km/h的情况，10%坡度与0%坡度相比较，各指标的差异均具有高度显著性。

3  分析与讨论

能量代谢是指人体各种能源物质分解代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用[3]。能量代谢与能量消耗具有密切关系;人体全天的总能量消耗由静息能量消耗静息能量消耗 （Resting Energy Expenditure，REE）、食物特殊动力消耗（Specific Dynamic Action，SDA）和体力活动能量消耗三部分组成，其中REE是指禁食2h以上，在合适温度下，测试安静平卧或坐位约30min的人体能量消耗，REE占约占全天总能量消耗的60%～70%。目前国际上评估能量消耗最为精确的“金标准”是双标水法和便携式气体代谢分析法，但双标水法的成本较高，需要专业技术人员通过精密质谱仪分析同位素含量，并且整个测试过程至少需要3d以上，耗时时间长，不适合大样本人群研究[4]。研究中应用最多的是气体代谢分析法，其中K4b2是被应用最广泛的仪器之一。本研究使用的仪器K4b2的能量消耗采用的是Weir[5]公式：EE（kcal/min）=3.9×（VO2）+1.1×（VCO2）（VO2為氧气消耗量，VCO2为二氧化碳产生量;单位：ml/min）;代谢当量（METs）[6]=运动耗氧量/静息耗氧量（单位：ml/min/kg）。

国内的刘春辉[7]研究发现：静息状态下，男性的代谢当量与摄氧量均要高于女性;张荣欣[8]等人的研究也表明，静息状态下，男性的能量消耗与摄氧量要高于女性。本研究结果显示，在静息状态下，不同性别大学生的能量消耗、代谢当量、摄氧量与相对摄氧量等指标其中男生的值均要高于女生，这与前者的研究一致。但本研究结果显示，不同性别之间均存在着显著性差异，这可能是由于REE受个体的影响造成的。在跑台递增负荷运动中，不同性别之间的能量消耗和摄氧量都具有显著性差异，男生的能量消耗与摄氧量都要高于女生;Goran MI[9]研究不同性别的能耗时发现在同等步行速度条件下，性别对耗氧量存在一定的影响，男性的耗氧量始终高于女性，主要原因是相同体重组内男性的去脂体重明显高于女性，运动能量消耗与去脂体重呈显著正相关。而代谢当量与相对摄氧量在跑台速度为3km/h与4km/h不同性别之间不具有差异性，而在速度为5km/h、6km/h、7km/h与5km/h+10%坡度具有显著性差异，并且女生运动的代谢当量与相对摄氧量都要高于男生。本研究结果还显示，大学生在跑台递增负荷运动中能量代谢各指标的值都会随着速度的增加而增加，在无坡度的情况下，相邻2个速度（3km/h与4km/h、4km/h与5km/h、5km/h与6km/h、6km/h与7km/h）之间进行组间比较，能量代谢各指标均具有显著性差异;而速度都为5km/h时，10%坡度与0%坡度相比较，能量代谢各指标具有显著性差异，与公衍蕊[10]的研究结果相似。

4  结论与建议

静息状态下，不同性别之间的能量代谢具有一定的差异;大学生在跑台递增负荷运动中，同一速度（5km/h）下，有坡度的能量代謝要高于无坡度的情况，因此，建议大学生群体可以选择正常上坡走（5km/h，10%坡度）的锻炼方式。

参考文献

[1] Rennie K L，Hennings S J，Mitchell J，et al.Estimating energy expenditure by heart-rate monitoring without individual calibration[J].2001，33（6）：939-945.

[2] Howley E T，Franks B D.Health/Fitness Instructor's Handbook[M]//Health/fitness instructor's handbook. Human Kinetics Publishers，1986：377.

[3] 王瑞元，苏全生.运动生理学[M].北京：人民体育出版社，2012.

[4] 朱琳，陈佩杰.能量消耗测量方法及其应用[J].中国运动医学杂志，2011，30（6）：577-582.

[5] Weir J B D V.New methods for calculating metabolic rate with special reference to protein metabolism[J]. Nutrition，1990，6（3）：213.

[6] Trost S G，Way ROkely A D.Predictive validity of three ActiGraph energy expenditure equations for children[J].Medicine and science in sports and exercise，2006， 38（2）：380-387.

[7] 刘春辉.20-30岁人群不同强度走、跑、骑自行车能量消耗研究[D].南京体育学院，2012.

[8] 张荣欣，景洪江，张月红，等.不同体重成年人静息能量消耗分析[J].解放军医学院学报，2011，32（3）：246-249.

[9] Goran M，Sun M.Total energy expenditure and physical activity in prepubertal children： recent advances based on the application of the doubly labeled water[J].American Journal of Clinical Nutrition，1998， 68（4）：944S-949S.

[10]公衍蕊.三种坡度快走过程中摄氧量、心输出量和能量消耗的动态变化及相关性研究[D].山东体育学院， 2015.