基于可穿戴技术监控的女性低氧与常氧运动减肥对比研究

鲍子怡 顾芸 戴剑松 许思齐 张美丽 毕文进

(南京体育学院 江苏南京 210014)

肥胖已成为全球公共卫生关注的问题。2016年，中国32.3%的成年人超重，许多国家都具有类似的高患病率［1］。肥胖的核心原因在于能量摄入及消耗的不平衡，肥胖与过早死亡和其他慢性疾病的风险增加密切相关，如血脂异常、高血压、癌症等［2］。额外负重也会产生关节负荷过重，最终导致肌肉骨骼疾病，严重影响着人们的生活质量。大众减肥需求增加，市场上涌现出了大量减肥方法，如减肥药、束腰、甩脂机等，但这些方法不具备充足的理论依据，无法从根本上达到减肥效果，甚至可能对身体具有一定的危害。有氧运动结合能量限制已被证明是一种非常有效的方法，以减轻体重，防止肌肉损失。在运动减肥领域中，低氧运动减肥是近10年来的一项新兴减肥理念。有研究发现，在同样饮食的前提下，受试者在2300m 高原暴露3 周，体重平均减少2.1kg［3］。赵述强等人的实验证明，8周不同环境的有氧锻炼均可降低肥胖大学生的体重、体脂以及提高肌肉质量［4］。由此，该项目开展为期8周的女性低氧与常氧中低强度的运动减肥对比研究。希望通过该项目引起大众对于低氧减肥与正确减肥的关注，为低氧运动在减肥领域的发展提供一定的参考依据。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

在南京体育学院信息交流账号发送招募文案、健康讲座等形式进行受试者的招募。运用SASJMP软件进行受试者随机分组，分为常氧组与低氧组（常氧组1名受试者因自身原因推出该项目）。最终，参加该实验常氧组8人，低氧组10人，两组受试者均不了解分组情况。纳入标准：（1）南京体育学院女大学生；（2）BMI≥22kg/m2。排除标准：（1）有心脏病史；（2）患有影响运动的疾病或不配合者。在实验开始前对受试者进行实验内容及注意事项的介绍，所有受试者均自愿参加该实验。该实验得到了南京体育学院人体实验伦理委员会的批准。

1.2 实验方法

在实验开始前后，每位受试者进行身体成分测量以及佩戴意大利K5心肺功能仪测量最大摄氧量，同时佩戴佳明光学式心率带与荷兰potomon肌氧测试系统测量最大心率与过程中的肌氧变化情况。另外，为每位受试者佩戴华为4 Pro运动手环，记录受试者实验过程中每日睡眠、步数等日常活动信息、每次运动中平均速度、平均心率、最大心率、运动前后血氧饱和度等运动数据。

实验分成常氧组与低氧组，进行为期8周，每周3～4 次的中低强度持续运动（跑台）。第一周运动总时长为90min，第二周、第三周为120min，第四周为130min，第五周、第六周为140min，第七周、第八周为150min。每次运动前进行5min 的热身运动，运动结束后进行拉伸放松。运动过程中必须佩戴华为4 Pro 运动手环来记录运动数据，监测心率，确保运动时心率在目标的心率范围内（最大心率的65%～78%）。每次运动完成后项目成员将根据RPE来记录受试者的劳累程度。低氧组受试者在南京体育学院体能中心低氧房进行运动，常氧组受试者可在田径场或体能中心进行运动。由于该项目是运动干预实验，有极小可能在受试者身体不适情况下运动，产生头晕、疲劳、肌肉酸痛等现象，项目成员将通过可穿戴设备实时监控受试者的身体情况，一旦超出正常范围或受试者有不适症状，立即暂停实验。实验室低氧房具备AED 等急救设备，以备出现意外情况。

2 结果

该实验常氧组8 人，低氧组10 人。实验中所有数据，如体成分、心肺耐力、运动及生活行为、肌氧等数据均使用JMP Pro 15进行统计分析。

2.1 体成分

由表1、表2 可知，实验后，低氧组肌肉量、基础代谢均大于常氧组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。常氧组实验后，体重轻微增加；低氧组实验后，体重轻微下降，但均无显著性差异，可能与试验周期相对较短以及样本量较小有关。提示低氧相比常氧训练，具有更佳的减肥效果。

表1 两组受试者身体成分实验前后比较

表2 两组受试者身体成分前后变化率比较

2.2 心肺耐力

由表3、表4 可知，常氧组和低氧组实验后跑步时间均大于实验前，差异具有统计学意义（P＜0.05）。常氧组和低氧组实验后最大心率均大于实验前，而低氧组实验前后差异显著（P＜0.05）。可得出实验后受试者达到最大摄氧量的耗时有所增加，改善了运动的经济性，其中低氧组效果更为明显。

表3 两组受试者最大摄氧量自身前后对照

表4 两组受试者最大摄氧量实验前后变化率比较

2.3 运动及生活行为

由表5可知，低氧组实验过程中，总步数以及非运动日、运动日的平均步数均超于常氧组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。可得出，低氧组受试者运动量总体高于常氧组。

表5 两组受试者非运动日、运动日总步数及平均步数比较（步）

由表6 可知，低氧组运动前后血氧饱和度均小于常氧组，差异有统计学意义（P＜0.05）。低氧组每次运动热身时间小于常氧组，差异有统计学意义（P＜0.05）。在低氧环境下，受试者的血氧饱和度有所下降。常氧组受试者运动时平均速度较快，由于在海拔2800m（氧含量14.8%）情况下，低氧组处于相对缺氧状态，承受运动负荷的能力降低，因此跑步速度相比常氧组有所下降，心率有所上升，说明低氧对受试者产生一定的生理负荷的刺激。

表6 两组受试者运动各指标比较

2.4 肌氧

由表7可知，常氧组实验后第5、第6、第7分钟肌氧饱和度低于实验前，差异有统计学意义（P＜0.05）。在最大摄氧量第二级时，受试者的肌氧饱和度下降更明显，说明中高负荷时氧利用率提高；低强度时，耗氧较少，趋势相似。运动后耗氧增加，肌肉氧气利用能力得到提高，表明实验后受试者氧利用率得到提高。

表7 两组受试者的每分钟肌氧比较

3 讨论

随着肥胖率的增高，人们健康意识的增强，运动减肥是目前大众运动健身的热点，既能健康减肥又能强身健体。但对于大众来说选择运动减肥主要存在两个问题：一是找不到正确且适合自己的运动方式和强度；二是短期内很难达到预想的减肥效果，难以坚持。相关研究发现，低氧和运动的结合能达到更好的减肥效果。该实验试图探讨常氧和低氧环境下跑步对于女性减肥效果的影响。

3.1 低氧与常氧运动对体成分的影响

低氧组体重虽无显著性差异，但呈现出下降趋势，可能与该实验样本量小、时间周期短有关。Park 等人分别在海拔高度2000m和3000m的环境下，进行为期6周，每周5d，每天跑台与功率自行车训练各30min，运动强度为75%HRmax 的实验，发现海拔2000m 的低氧环境对体重及体脂率的下降有较好的效果［5］。该实验可能由于海拔高度不同，导致实验效果不明显。Netzer等人进行了为期8周，每周3次，每次90min的有氧运动研究，发现低氧组体重下降程度明显高于常氧组［6］。此研究证明了低氧环境更有利于脂肪进行氧化分解。其机制可能是通过刺激GLUT-4 转运的信号通路优化底物利用率和提高线粒体氧化能力，从而提高了代谢与能量消耗［7］。

3.2 低氧与常氧运动对心肺耐力的影响

由实验数据可得，2个月低氧环境运动对受试者最大摄氧量无明显影响。Czuba 对7 名滑雪运动员进行低氧训练，训练后最大摄氧量小幅提升，与对照组没有显著差异［8］。位小龙等人对15 篇文章进行Meta 分析后，得出相似结论，低氧组与常氧组最大摄氧量无明显差异［9］。而池邵威的Meta分析则显示高原训练对速度与耐力项目运动员的最大摄氧量有显著提高作用［10］，与该实验结果不一致。这可能与实验对象或实验方案的不同有关。

低氧组与常氧组达到最大摄氧量的耗时均有所延长，低氧环境下效果更好，且具有统计学意义，此结果证明低氧环境能更好地改善受试者运动的经济性，有氧能力也有所提高。李俊涛等的实验显示，低氧训练后运动员心脏储备能力有提高的趋势［11］。Gore 等指出，低氧环境暴露2周的运动员有氧能力得到提高［12］。有研究指出，低氧环境进行运动训练可以提高受试者的有氧能力及耐力［9］。何连源等人对篮球运动员在低氧与常氧环境进行反复冲刺训练，结果证明均可提高篮球运动员的速度与耐力，且低氧组好于常氧组［13］。王舜等人对足球运动员进行为期4 周，每周5 次，每次60min，强度为65%～75%的VO2max 的低氧训练，与前人的实验进行比较，得出短期的低氧暴露就可提高运动员在一定范围内有氧耐力的结论［14］。人工模拟低氧环境进行训练，低氧可以对人体产生特殊的刺激，并且运动可以加深人体缺氧程度，人体进行适应产生一系列生理反应，激发潜能，从而提高人体有氧耐力。有专家认为，低氧训练通过血液运氧能力与心肺功能的加强、改善骨骼肌中相关氧化酶活性等方法提高有氧运动能力［4］。

3.3 低氧与常氧运动对生活行为的影响

最终实验数据显示，低氧组受试者体重有下降趋势，但常氧组有所上升，其原因可能为该实验没有监控受试者的日常饮食。青年女性饮食不规律，常吃夜宵、外卖，且喜好甜品等高热量食物［15］。汪闯等人认为，单独的有氧运动，无饮食控制，对减重效果一般，联合减肥比单一的减肥方法效果更好［16］。Gao 等人的研究中，观察到肥胖年轻女性在4周的饮食限制下，常氧和模拟缺氧的高容量有氧训练后体重显著下降。其中，体重减轻的主要原因是体内脂肪减少［17］。

数据统计发现低氧组非运动日的总步数及平均步数多于常氧组，这说明低氧组日常生活中运动量大。有极大可能是因为低氧减肥较为新颖，给予低氧组受试者积极的心理暗示，从而改变低氧组受试者日常生活行为。

此外，低氧运动对受试者的睡眠产生影响，运动日低氧组受试者平均睡眠总时长小于常氧组，且构成统计学差异。可能因为实验要求两组进行等强度运动，由于低氧组处于缺氧环境，承受运动负荷的能力降低，恢复时长也比常氧组长，导致低氧组受试者过于疲惫，影响受试者睡眠情况。但秦宇飞等人对赛艇运动员进行的间歇性低氧训练的实验，证明低氧可以改善睡眠治疗［18］。与该实验结论不符，可能与实验方案设计不同相关。

常氧组运动日平均步数远小于低氧组，且常氧组较低氧组每次运动热身时长较长、燃脂时长较短，运动效果与低氧组相比较差。由于低氧组在实验室低氧房进行，运动过程中进行监督，而常氧组在田径场，无项目成员监督，导致运动效果不佳。

3.4 低氧与常氧运动对肌氧的影响

有学者将肌氧的相关指标，如氧合血红蛋白HbO2、还原血红蛋白HHb、总血红蛋白量THb和其他运动强度的生理指标进行对比分析得出，无氧阈、血乳酸、心率、气体代谢率等一些强度指标与肌氧均存在密切相关性，因此认为肌氧能作为反映低氧环境下肌肉疲劳程度与运动负荷强度的指标［19］，且能够实时对运动过程中肌肉的状态进行无创监测，监控和评价运动员低氧训练过程中的训练负荷强度［20］。

运动需要更多能量维持，氧气消耗增加，导致局部肌肉组织缺氧，肌氧饱和度下降，与安静状态相比形成一个相对有效下降值。不同人从安静状态到运动状态，肌氧饱和度下降幅度不一样，同一个体不同状态下进行相同负荷强度运动也会出现相似现象。局部组织缺氧程度取决于运动强度等因素，下降幅度越高，表明组织耗氧越多。因此，相对有效下降值反映运动过程中组织动员和利用氧气情况，可评定人体运动过程中肌肉氧化代谢能力。完成相同运动负荷强度时，相对有效下降值越大，表明机体动员和利用氧气的能力越强，有氧代谢能力越好，以确保局部组织能在更低的水平维持氧供应和氧消耗的平衡。相反，相对有效下降值越小，说明组织消耗氧气越少，机体代谢能力越差。该实验受试者进行8 周跑步训练后，在测最大摄氧量第二级时，相比于训练前受试者肌氧饱和度下降明显，说明中高负荷时氧利用率提高；低强度时，耗氧较少，趋势相似。运动后耗氧增加，肌肉氧气利用能力得到提高，表明实验后受试者氧利用率提高。综上分析，肌氧饱和度相对有效下降值可以反映机体动员和利用氧气能力，评价运动中肌肉组织氧化代谢能力，利用这一信息可以作为增加训练强度、减小疲劳和改进训练效果的一个评定依据。

4 结论

实验后，常氧组和低氧组最大摄氧量的改善效果不明显，但受试者达到最大摄氧量的耗时都有所增加，且与常氧组相比，低氧组增加更为显著。这说明该运动方案提高受试者运动经济性，一定程度上改善了受试者的有氧耐力，且低氧环境下效果更好。在低氧环境下，受试者体重、体脂率、BMI 及脂肪量都有下降趋势，肌肉量、基础代谢都有上升趋势。低氧运动具有潜在的更好的减肥效果，但减肥受许多因素影响。单纯减肥运动需要适当的饮食控制或较长周期等多种条件配合才会得到更好的效果。

低氧组受试者非运动日运动步数明显高于常氧组，说明低氧刺激使受试者产生更加积极的心理效应，促进了其生活行为的改善。低氧组和常氧组运动过程中肌肉氧利用率都有所提高，其运动经济性得到提高，达到最大摄氧量的耗时也因此延长。可穿戴技术用于减肥，具有确保运动安全以及提高使用者运动自觉性的作用，具有广阔的运用前景。

5 结语

8 周实验后，低氧组和常氧组心肺功能均有所提高，达到最大摄氧量的耗时显著增加，说明受试者运动经济性提高，心肺功能得到改善，低氧相比常氧并无显著优势，但低氧在减肥效果及体成分的改善方面拥有较大的优势。此外，低氧刺激能对受试者产生更为积极的心理效应，有助于其生活行为的改善，表现为非运动日低氧组的运动步数明显高于常氧组。从实验前后记录的肌氧数据来看，两组受试者肌肉的氧利用率均提高，从而使运动经济性提高。该实验采用可穿戴设备进行监测，是一种较为新颖的方式，可穿戴设备应用于大众减肥，可以较好地监测受试者的训练状态，配合该运动方案，实现更好的减肥效果。