南方中青年體力活動(dòng)能量消耗研究

余丹 曾果1李鳴 毛德倩2黃承鈺樸建華2郭宏霞 程改平 彭敏

[1]四川大學(xué)華西公共衛生學(xué)院,成都  610041

摘要：目的研究中國南方中青年常見(jiàn)體力活動(dòng)的能量消耗。方法通過(guò)問(wèn)卷調查和體格檢查篩選出輕體力活動(dòng)健康中青年64名，采用k4b2便攜式心肺功能測定儀測量其基礎代謝和七項體力活動(dòng)（慢走、快走、慢跑、騎自行車(chē)、上下樓梯和看電視）的耗氧量（VO2）和二氧化碳生成量（VCO2），用微量凱式定氮法測量24小時(shí)尿氮，利用Weir公式計算其能量消耗量。結果各項體力活動(dòng)平均能量消耗量（kJ×h-1×kg-1）分別為：慢走14.77±2.47，快走22.18±3.68，慢跑41.34±7.32，騎自行車(chē)18.41±3.89，上樓梯26.11±4.18，下樓梯13.68±2.89，看電視5.06±1.09；男性各項體力活動(dòng)能量消耗量均高于女性，差異有統計學(xué)意義（P<0.05）。結論體力活動(dòng)能量消耗差異較大，看電視為低強度體力活動(dòng)，騎自行車(chē)、上下樓、慢走及快走為中強度體力活動(dòng)，慢跑為高強度體力活動(dòng)。

關(guān)鍵詞：  體力活動(dòng)  能量消耗  中青年

中圖分類(lèi)號：            文獻標識碼：A

Energy expenditure at physical activities of young and middle-aged adults in southern China

YU Dan, ZENG Guo, LI Ming, MAO Deqian ,HUANG Chenyu，PIAO Jianhua，GUO Hongxia，CHENG Gaiping，PENG Min

West China School of Public Health, Sichuan University, Chengdu  610041, China

Abstract：ObjectiveTo investigate the energy expenditure at physical activities of young and middle-aged adults in southern China.Methods64 healthy young and middle-aged adults living on light physical activity intensity were recruited by questionnaire and physical examination. A Cosmed k4b2portable metabolic unit was used to measure the oxygen consumption (VO2) and carbon dioxide production (VCO2) at a status of basic metabolism and during seven physical activities, including slow walking, brisk walking, walking upstairs, walking downstairs, watching TV, jogging and bicycling. The urinary nitrogen excreted in 24 hours was detected by a standard Kjeldahl method. Energy expenditure at physical activities was calculated by Weir equation.ResultsTheenergy expenditure (kJ×h-1×kg-1) at physical activities were 14.77±2.47 for slow walking, 22.18±3.68 for brisk walking, 41.34±7.32 for jogging, 18.41±3.89 for bicycling, 26.11±4.18 for walking upstairs, 13.68±2.89 for walking downstairs and 5.06±1.09 for watching TV. The energy expenditure of males at physical activities was higher than those of females (P<0.05).ConclusionThere is a significant difference among energy expenditures at different physical activities; watching TV is a physical activity in light intensity; slow walking, brisk walking, walking upstairs, walking downstairs and bicycling are physical activities in moderate intensity, and jogging is a vigorous physical activity.

Key words: physical activity, energy expenditure, young and the middle-aged

體力活動(dòng)的能量消耗是構成人體總能量消耗的重要部分，因其變化大，對調節機體能量代謝和維持能量平衡至關(guān)重要。許多研究表明，規律、充足的體力活動(dòng)對健康有益，與肥胖、糖尿病等多種慢性疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)［1］。目前我國居民體力活動(dòng)水平呈逐年下降趨勢，各種慢性病發(fā)病率不斷增加，提示能量失衡問(wèn)題突出，因此開(kāi)展我國居民能量消耗的研究十分必要。本課題采用國際先進(jìn)的k4b2便攜式心肺功能測定儀，對中國南方中青年男女常見(jiàn)體力活動(dòng)的能量消耗進(jìn)行研究，以獲得我國南方中青年人能量代謝的重要數據，為進(jìn)一步制定中國成人膳食能量需要量標準和營(yíng)養相關(guān)慢性病的預防提供科學(xué)依據。

1對象與方法

1.1對象

于2009年3～4月在四川大學(xué)師生中通過(guò)問(wèn)卷調查和體格檢查篩選健康受試者64人，男女各半。納入標準：在南方生活兩年以上，從事輕體力活動(dòng)，年齡20～45歲，BMI值19～25，無(wú)急慢性疾病，女性月經(jīng)周期規律。排除標準：失眠、易緊張，生化指標異常（血常規、肝腎功能、空腹血糖、甲狀腺功能），6個(gè)月內體重變化超過(guò)5%，現患消化系統疾病（如便秘）和代謝疾病，睡眠打鼾。受試者均簽署《知情同意書(shū)》。

1.2方法

1.2.1體格測量   受試者清晨空腹著(zhù)內衣測量身高、體重。身高采用固定身高尺（Lameris Utrecht, The Netherlands）測量，精確到0.1cm；體重采用數字式體重秤（HW100KGL, Japan）測量，精確到0.01kg，測量器具均經(jīng)標準校正合格使用。用身高、體重計算體表面積和體質(zhì)指數。

1.2.2體力活動(dòng)能量消耗測量及計算   采用k4b2便攜式心肺功能測定儀（Cosmed, k4b2, Italy）測量受試者慢走、快走、慢跑、騎自行車(chē)、上樓梯、下樓梯及看電視的耗氧量（VO2）和二氧化碳生成量(VCO2)。每次測量前進(jìn)行k4b2測定儀氣體校正，測試環(huán)境溫度為25℃～27℃，濕度為55%～58%。

受試者隨機分組，每組3人，分男女組分別測試。受試者于實(shí)驗期間照常作息，測試前24h內統一就餐，嚴禁任何劇烈活動(dòng)、吸煙、飲酒及飲用含有咖啡因的飲料。受試者穿舒適服裝和運動(dòng)鞋，測試前由專(zhuān)門(mén)人員培訓動(dòng)作要領(lǐng)，測試在進(jìn)餐2小時(shí)后開(kāi)始，每項活動(dòng)結束后休息至心率恢復正常再進(jìn)行下一個(gè)項目測試。運動(dòng)速度由電子節拍器控制，測試條件和活動(dòng)規范與要求見(jiàn)表1。

采用Weir公式［2］計算各項體力活動(dòng)能量消耗，其中耗氧量（VO2）、二氧化碳生成量由k4b2檢測，尿氮值(UN)通過(guò)收集受試者24h尿液，用微量凱式定氮法檢測［3］。

Weir公式：PAEE（kcal/d）=1.44′（3.941′VO2+1.106′VCO2）-2.17′UN

慢走、快走、慢跑、看電視均取能量消耗值平穩后4分鐘的數據用于分析；騎自行車(chē)取能量消耗值平穩后3分鐘的數據用于分析；上下樓梯取上下樓全程的數據用于分析。

表1 體力活動(dòng)規范與要求

Table1 Criterion and requirement of physical activity

1.2.3基礎代謝能量消耗測量受試者前晚統一進(jìn)餐后入住檢測室，清晨受試者從睡眠狀態(tài)中被叫醒，處于完全空腹（晚餐后12小時(shí)以上）、安靜、清醒而舒適的狀態(tài)。測試過(guò)程中不能活動(dòng)四肢、說(shuō)話(huà)和搖頭，室溫保持在20℃～25℃之間，采用k4b2測試基礎代謝能量消耗，方法同體力活動(dòng)，測試10分鐘。

1.2.4體力活動(dòng)強度分級將每項體力活動(dòng)能量消耗量除以基礎代謝能量消耗量得到其代謝當量（MET值）以表示其體力活動(dòng)強度。根據美國疾控中心和運動(dòng)醫學(xué)會(huì )1995年推薦標準［4］：能量消耗小于3個(gè)代謝當量為低強度體力活動(dòng)，能量消耗3～6個(gè)代謝當量為中等強度體力活動(dòng)，能量消耗大于6個(gè)代謝當量為高強度體力活動(dòng)，對所測體力活動(dòng)進(jìn)行強度分級。

1.2.5質(zhì)量控制嚴格篩選受試者，控制現場(chǎng)測試環(huán)境，精確校正儀器，規范各項體力活動(dòng)動(dòng)作，統一測試流程和操作。

1.2.7數據處理及統計分析用 Microsoft Excel 2003建立數據庫，用SPSS 11.5軟件進(jìn)行統計分析。全部數據均為定量資料，且符合正態(tài)分布，采用均數和標準差描述各指標分布，用成組設計兩樣本均數t檢驗比較性別組間差異，檢驗水準α=0.05。

2結果

2.1基本情況

64名受試者的基本情況見(jiàn)表2。

表2  受試者基本情況()

Table 2  Physical characteristics for subjects

	男（n=32）	女（n=32）	合計（n=64）
年齡（y）	24.6±3.2	24.1±3.7	24.3±3.5
身高（m）	171.5±6.4	159.9±5.3	165.7±8.2
體重(kg)	61.93±6.45	51.46±5.43	56.69±7.93
體質(zhì)指數（kg/m2）	21.0±1.5	20.1±1.4	20.6±1.5
體表面積（m2）	1.7±0.1	1.5±0.1	1.6±0.1
基礎心率（bmp）	59.2±5.6	64.8±5.7	62.0±6.3
尿氮（g/d）	9.47±3.04	7.64±3.00	8.55±3.14
基礎代謝（kJ×h-1×kg-1）	4.69±0.79	4.18±0.63	4.44±0.75

2.2體力活動(dòng)耗氧量和二氧化碳生成量

由K4b2測到的耗氧量(VO2)和二氧化碳生成量(VCO2)見(jiàn)表3。

表3   體力活動(dòng)耗氧量和二氧化碳生成量

Table 3  The oxygen consumption(VO2) and carbon dioxide production(VCO2) of physical activities

ml/min

2.3體力活動(dòng)能量消耗量

表4  體力活動(dòng)能量消耗量

Table 4  Energy expenditure of physical activities（kJ×h-1×kg-1）

項目	男（n=32）		女（n=32）		合計（n=64）
		范圍			范圍			范圍
慢走	15.73±2.38	11.67～21.21		13.81±2.22	9.62～20.08		14.77±2.47	9.62～21.21
快走	22.63±3.51	17.91～33.68		21.71±3.89	12.85～30.04		22.18±3.68	12.84～33.68
慢跑	45.35±6.44	28.87～57.70		37.36±5.90	23.64～48.53		41.34±7.32	23.64～57.70
騎自行車(chē)	19.83±4.06	12.05～28.41		16.99±3.18	10.63～25.56		18.41±3.89	10.63～28.41
上樓梯	27.78±3.72	20.79～37.49		24.43±3.93	15.48～35.40		26.11±4.18	15.48～37.49
下樓梯	15.19±2.01	10.79～19.71		12.18±2.85	6.99～20.25		13.68±2.89	6.99～20.25
看電視	5.56±1.05	3.77～8.33		4.56±0.84	2.34～6.61		5.06±1.09	2.34～8.33

比較體力活動(dòng)能量消耗的性別差異，結果顯示各項體力活動(dòng)能量消耗量男性均明顯大于女性，且差異均有統計學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表4。其中慢走t=3.283,P=0.002；快走t=5.021,P=0.000；慢跑t=8.862,P=0.000；騎自行車(chē)t=5.993,P=0.000；上樓梯t=5.994,P=0.000；下樓梯t=7.679,P=0.000；看電視t=6.645,P=0.000。

2.4體力活動(dòng)MET值

表5  體力活動(dòng)MET值

Table 5  MET of physical activity

項目	男（n=32）	女（n=32）	合計（n=64）
慢走	3.44±0.75	3.35±0.60	3.39±0.67
快走	4.95±1.03	5.26±1.02	5.10±1.03
慢跑（1）	9.95±2.08	9.03±1.40	9.49±1.82
騎自行車(chē)	4.39±1.44	4.13±0.85	4.26±1.18
上樓梯	6.04±0.94	5.95±1.20	6.00±1.07
下樓梯	3.34±0.71	2.97±0.79	3.15±0.77
看電視（1）	1.20±0.22	1.10±0.18	1.15±0.21

注：（1）P<0.05

比較體力活動(dòng)MET值性別差異，結果顯示男女慢跑、看電視MET值不同，差異有統計學(xué)意義，男性大于女性（P<0.05）。其他項目男女MET值差異沒(méi)有統計學(xué)意義。其中慢走t=0.483,P=0.631；快走t=1.230,P=0.223；慢跑t=2.068,P=0.043；騎自行車(chē)t=0.891,P=0.376；上樓梯t=0.588,P=0.559；下樓梯t=1.766,P=0.082；看電視t=2.078,P=0.042。

根據代謝當量分級標準，看電視屬于低強度體力活動(dòng)；騎自行車(chē)，上樓、下樓，慢走，快走屬于中強度體力活動(dòng)；慢跑屬于高強度體力活動(dòng)。

2.5體力活動(dòng)能量消耗變化規律

圖1和圖2顯示各項體力活動(dòng)能量消耗量隨時(shí)間變化的情況。慢走、快走、慢跑、騎自行車(chē)的能量消耗變化趨勢較一致，在運動(dòng)開(kāi)始后1分鐘內均呈上升趨勢，1.5分鐘后趨于平穩。看電視的能量消耗在0.5分鐘內基本穩定，變化很小。上樓梯能量消耗在開(kāi)始第1分鐘內呈上升趨勢，1分鐘后曲線(xiàn)逐漸趨于水平；下樓梯能量消耗，在開(kāi)始8秒內呈上升趨勢，之后曲線(xiàn)趨平，能量消耗基本穩定。

圖1 慢走快走慢跑騎自行車(chē)看電視的能量消耗變化

Figure 1 Change of the energy expenditure during slow walk, brisk walk,jogging, bicycling, watch TV

圖2 上、下樓的能量消耗變化

Figure 2  Change of the energy expenditure during upstair and downstair walk

3討論

3.1  k4b2測定儀在體力活動(dòng)能量代謝中的應用

成年人的能量消耗主要用于基礎代謝、食物動(dòng)力熱效應和體力活動(dòng)，其中體力活動(dòng)的能量消耗可變性較大，對機體能量平衡的調節具有重要影響。體力活動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)連續的過(guò)程，這導致對體力活動(dòng)能量消耗的測量難度加大。常見(jiàn)的測量方法有直接側熱法、雙標水法，心率法及加速度計法等，但這些方法均有其不足之處，直接測熱法操作復雜，雙標水法價(jià)格昂貴，心率法和加速度計法準確性較低［5-6］。

本研究所采用的k4b2便攜式心肺功能測定儀，是近年來(lái)應用于能量代謝研究領(lǐng)域中的新技術(shù)，具有輕便易攜帶、可遙控、測量范圍廣、測量結果準確等優(yōu)點(diǎn)，在國外已廣泛用于體力活動(dòng)能量消耗的研究。由于該儀器可用于室內、室外各種體力活動(dòng)能量消耗的測定，能夠快速、準確、連續地收集動(dòng)態(tài)數據，從而真實(shí)反映人體運動(dòng)時(shí)的實(shí)際能量消耗情況［7-8］。

本研究發(fā)現，由于不同體力活動(dòng)強度差異較大，且受試者也存在個(gè)體差異，因此在應用k4b2測定儀測量體力活動(dòng)能量消耗時(shí)，必須考慮到受試者的承受能力和數據的穩定性，建議每項活動(dòng)測量時(shí)間最好在3～7分鐘，以保證測試結果的準確性。

另外在使用k4b2測量過(guò)程中還應特別注意：在保證面罩不漏氣的前提下讓受試者調節面罩至舒適位置并適應；注意控制受試者每個(gè)測試活動(dòng)的速度，最好提前培訓適應；每次測量時(shí)間不宜過(guò)長(cháng)，以免出現疲勞從而影響測試結果。

3.2常見(jiàn)體力活動(dòng)能量消耗水平及特點(diǎn)

大量研究已證實(shí)了體力活動(dòng)對健康促進(jìn)的積極作用。本研究結果顯示，看電視為低強度體力活動(dòng)，慢走、快走、騎自行車(chē)及上下樓為中強度體力活動(dòng)，慢跑為高強度體力活動(dòng)。國際肥胖研究學(xué)會(huì )（IASO）提出，每天進(jìn)行30分鐘中等強度體力活動(dòng)對預防心血管疾病、糖尿病等多種慢性病具有積極意義［9］。2002年中國居民營(yíng)養與健康調查結果表明，我國居民參加鍛煉的比例為14.1%，經(jīng)常鍛煉和偶爾鍛煉的比例5.9%和8.3%，絕大多數人不進(jìn)行鍛煉；而我國居民看電視的比例為92.1%，平均每天看電視的時(shí)間為2.1小時(shí)，每天看電視時(shí)間超過(guò)3小時(shí)的比例超過(guò)半數。由此可見(jiàn)目前我國居民體力活動(dòng)缺乏的問(wèn)題十分突出，這也成為慢性病發(fā)病率逐年增長(cháng)的原因之一。

步行、跑步、騎自行車(chē)和上下樓是我國居民學(xué)習生活中主要的交通方式和常見(jiàn)的鍛煉方式，也是積極有效的中等強度的體力活動(dòng)項目，應在人群中大力提倡和推廣。按照IASO提出的每天30分鐘中等強度體力活動(dòng)最低標準（3個(gè)代謝當量），一個(gè)60千克體重的男性，每天體力活動(dòng)至少應消耗376.56kJ能量，慢走、快走、慢跑、騎自行車(chē)、上、下樓梯30分鐘所消耗能量分別為：471.9、678.9、1360.5、594.9、833.4和455.7kJ。因此日常生活中提倡多進(jìn)行快走、慢跑、騎自行車(chē)運動(dòng)，減少看電視時(shí)間，以爬樓梯代替乘電梯，以步行或騎車(chē)代替坐車(chē)，以保持機體能量平衡，有益于身體健康。

人體體力活動(dòng)能量消耗量受許多因素影響，包括受試者自身因素（身高、體重、基礎代謝等）、測試方法及條件、運動(dòng)速度、活動(dòng)場(chǎng)地等，從而限制了各研究結果之間的比較。目前國外有關(guān)體力活動(dòng)能量消耗的研究相對較多，而國內相關(guān)研究報道甚少，迄今僅限于孫銳等進(jìn)行了［10］關(guān)于中國北方青年女性看電視的能量消耗研究，其結果與本研究結果接近。

本次研究只涉及到7種常見(jiàn)體力活動(dòng)能量消耗，受試者僅限于南方輕體力活動(dòng)成年人，屬開(kāi)創(chuàng )性的探索研究，為今后擴大人群類(lèi)型、增加不同類(lèi)型體力活動(dòng)測試項目奠定基礎，為建立中國人體力活動(dòng)能量消耗數據庫提供依據。

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