超重成年女性相同速度梯度健步走與慢跑能量消耗的比較

張培珍，岳書芳，洪 平

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超重成年女性相同速度梯度健步走與慢跑能量消耗的比較

張培珍1，岳書芳2，洪 平3

探討超重人群在相同速度梯度下進行健步走和慢跑運動時的能量消耗特征和生理學特點，為指導超重人群控制體重時合理地選擇運動強度和運動方式提供參考依據(jù)。以超重成年女性和正常體重女性為研究對象，采用改良Bruce跑臺測試方案測定其最大攝氧量，采用便攜式Cortex氣體代謝儀測定其靜息能量消耗及場地健步走和慢跑時的能量消耗，場地健步走的速度從低到高依次為4.0 km/h、4.5 km/h、5.0 km/h、5.5 km/h、6.0 km/h、6.5 km/h、7.0 km/h，場地慢跑的速度包括6.0 km/h、7.0 km/h、8.0 km/h，每級速度運動6 min，每級速度的能量消耗減去靜息能量消耗，即為每級速度健步走或慢跑運動時的凈能量消耗。研究發(fā)現(xiàn)，當健步走速度≥5.5 km/h和慢跑速度≥7.0 km/h時，相同速度梯度下超重女性的能量消耗、凈能量消耗和HR都顯著高于正常體重女性(P<0.05，P<0.01)；當速度為6.0 km/h時，超重女性健步走時的能量消耗和凈能量消耗顯著低于慢跑(P<0.05，P<0.01)，而當速度為7.0 km/h時，超重女性健步走時的能量消耗、凈能量消耗、HR和RPE都顯著高于慢跑(P<0.05，P<0.01)。該結果揭示，BMI水平的差異會導致一定速度下健步走和慢跑能量消耗和生理學指標的差異；相同速度的健步走和慢跑運動對運動能量消耗的影響不同，當運動速度達到和超過7.0 km/h以后，與慢跑相比健步走消耗的能量更多，此速度下進行健步走運動將更有利于超重個體控制體重。

能量消耗；超重女性；健步走；慢跑

在全球范圍內，慢性病(chronic diseases)導致的死亡不斷增加。近年來，心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)一直列居全球死因的第1位，超重和肥胖是CVD的重要危險因素。超重和肥胖所帶來的健康危害要遠遠大于體重過低[25]。目前，全世界超重和肥胖者的數(shù)目已經超過了21億，約是1980年的2.5倍[19]；超過19億成年人超重，其中6億多為肥胖，成年人的超重率為39%，肥胖率為13%[25]。超重和肥胖人群的快速增長不僅限于發(fā)達國家，在許多發(fā)展中國家也存在同樣的問題，但二者之間又存在明顯的性別差異：在發(fā)達國家，男性超重和肥胖者要多于女性，而在發(fā)展中國家，超重和肥胖在女性中較男性更為普遍[25]。我國近10年來超重和肥胖率一直呈上升趨勢，根據(jù)中國慢性病及其危險因素監(jiān)測報告，我國目前成年人的超重率(含肥胖)為42.6%，肥胖率為12.0%[1]，超過世界平均水平；相關數(shù)據(jù)顯示，我國目前有4.4億成年人處于超重或肥胖狀態(tài)[3]。體力活動不足導致的能量攝入與消耗之間的不平衡是超重和肥胖發(fā)生的主要原因之一[26]。成年人的能量消耗包括基礎代謝、體力活動和食物熱效應3個方面，其中，體力活動是人體能量消耗的主要因素，也是調控能量平衡的重要部分[4]。因此，增加體力活動的能量消耗是超重和肥胖人群控制體重的關鍵。

健步走和慢跑是超重人群控制體重的常見運動方式，但目前開展的有關我國人群運動能量消耗的研究，主要進行的是限定的幾個速度的步行(3～4 km/h和6 km/h)或慢跑(8 km/h)能量消耗的測試與研究[2,5,7,10,11]，鮮見關于相同速度下健步走與慢跑能量消耗的比較研究；而且，上述研究都是以體重正常者為研究對象，尚缺乏對超重人群健步走和慢跑能量消耗的研究，目前也沒有可以指導超重人群選擇健步走和慢跑運動速度的能量消耗標準。因此，本研究通過測定超重成年女性不同速度梯度下的場地健步走和慢跑的能量消耗，并進行相同速度梯度下健步走與慢跑能量消耗及生理學指標的比較，從而為指導超重人群控制體重時合理地選擇運動強度和運動方式提供參考依據(jù)，進而使超重人群通過采用適宜速度的健步走或慢跑有效控制體重，降低CVD的發(fā)病風險[15]，預防和減少CVD等慢性病的發(fā)生。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

首先通過健康與體力活動調查問卷了解研究對象的基本情況，對問卷調查符合要求的研究對象，進行進一步的篩選檢查，檢查內容包括身高、體重，安靜狀態(tài)心電圖、心率(HR)和血壓，血常規(guī)、血糖、肝腎功能和甲狀腺功能等。通過上述篩選檢查，獲得符合條件的成年女性作為研究對象。所有研究對象均簽署了知情同意書。

研究對象的納入條件如下：年齡在20～30歲之間的女性，身體健康，無急慢性疾病或限制身體活動的疾病，無吸煙習慣，沒有服用影響機體代謝的藥物；體重穩(wěn)定；月經規(guī)律，無節(jié)食減肥行為；平時進行中低強度的體力活動，沒有參加過系統(tǒng)的走、跑運動訓練。

研究對象根據(jù)體重指數(shù)(body mass index，BMI)分為正常體重組(18.5 kg/m2≤BMI≤23.9 kg/m2)和超重組(24.0 kg/m2≤BMI≤27.9 kg/m2)。研究之初招募到65名成年女性，經過篩選后獲得40名符合要求的研究對象，研究開展過程中，有15名女性中途退出，研究期末剩余25名研究對象，基本情況如表1所示。

1.2 研究方法

1.2.1 問卷調查

健康與體力活動問卷調查的內容包括既往患病情況，日常飲食、行為和生活習慣，體重、月經情況，并采用國際體力活動問卷(International physical activity questionnaire，IPAQ)短問卷了解和評估研究對象的體力活動水平，通過問卷調查了解研究對象的基本情況并進行初步篩選。

1.2.2 基本形態(tài)測量

按照國民體質監(jiān)測的測試要求，采用電子體重計和電子身高計(北京鑫東華騰)于清晨空腹測量研究對象的體重和身高，體重精確到0.1 kg，身高精確到0.1 cm。根據(jù)測量結果計算BMI：BMI=體重(kg)/身高(m)2。

1.2.3 靜息能量消耗的測量

表1 本研究受試者的基本情況

測試在室溫20～25℃的安靜室內進行，研究對象在測試前1天禁止參加劇烈運動，禁止飲酒或喝咖啡(包括含咖啡因的飲料)，夜間睡眠充足，測試時避開月經期。

1.2.4 最大攝氧量的測量

1.2.5 場地健步走能量消耗的測量

健步走能量消耗測量在北京市某高校的場館內長15 m、寬5 m(周長為40 m)的長方形場地上進行，測試時室內溫度在20～25℃之間。場地的周邊每5 m間隔放置1個彩色標志桶，并分別在運動開始和運動結束的位置進行標記。測試時研究對象佩戴便攜式Cortex氣體代謝儀和心率遙測儀，沿著場地標志物外側緣在領走員的帶領下進行勻速健步走運動(領走員采用電子節(jié)拍器控制步行速度節(jié)奏)，音頻每響1次，研究對象剛好走到1個標志物處。健步走的速度由低至高分別為4.0 km/h、4.5 km/h、5.0 km/h、5.5 km/h、6.0 km/h、6.5 km/h、7.0 km/h，共7個速度級別。每級速度運動6 min，運動結束后詢問研究對象的RPE并記錄。研究對象在每級健步走結束后坐位休息至HR恢復到安靜水平再開始下一級速度的測試。測試結束后，取每級速度最后2 min的穩(wěn)定數(shù)據(jù)，分析不同速度健步走運動的能量消耗；用每級速度的能量消耗減去靜息能量消耗，獲得每級速度健步走運動的凈能量消耗。

研究對象在測試前1天禁止參加劇烈運動，禁止喝咖啡(包括含咖啡因的飲料)或飲酒，測試時間避開月經期。研究對象測試時身著運動服和運動鞋，在餐后3 h進行健步走能量消耗測量，以排除食物熱效應的影響。

1.2.6 場地慢跑能量消耗的測量

慢跑能量消耗測量的場地布置與測試條件同健步走能量消耗測量。慢跑的速度由低至高分別為6.0 km/h、7.0 km/h、8.0 km/h，共3個速度級別。研究對象佩戴便攜式Cortex氣體代謝儀和心率遙測儀，在領跑員的帶領下沿著場地標志物外側緣進行勻速慢跑運動。每級運動結束后坐位休息至HR恢復到安靜水平再開始下一級速度的測試。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2007整理數(shù)據(jù)，采用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，經正態(tài)分布檢驗和方差齊性檢驗后，各指標的組內比較采用配對t檢驗，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗，以P<0.05表示具有統(tǒng)計學意義，以P<0.01表示具有非常顯著性意義。

2 研究結果

2.1 不同BMI女性的靜息能量消耗和最大攝氧量

一陣悠揚的音樂響起，一場戰(zhàn)斗結束了，遍地的碎片、尸體、觸目驚心的大片大片的血跡、哭泣的聲音和冰冷的眼神，沖擊著我脆弱的神經。

表2 不同BMI女性的靜息和靜息能量消耗比較

表3 不同BMI女性的比較

2.2 相同速度梯度下不同BMI女性健步走和慢跑能量消耗的比較

圖1 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑時的示意圖

2.2.2 相同速度梯度下不同BMI女性健步走和慢跑能量消耗的比較

如圖2所示，相同速度下超重組健步走的能量消耗高于正常體重組，當速度在5.5～6.5 km/h之間時，超重組健步走的能量消耗非常顯著性高于正常體重組(P<0.01)，當速度為7.0 km/h時，超重組健步走的能量消耗顯著高于正常體重組(P<0.05)。相同速度下超重組慢跑的能量消耗高于正常體重組，且速度在7.0 km/h及以上時，超重組慢跑的能量消耗顯著高于正常體重組(P<0.05，P<0.01)。

圖2 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑時的能量消耗示意圖

如圖3所示，相同速度下進行健步走運動，當速度在5.5 km/h及以上時，超重組健步走的凈能量消耗非常顯著性高于正常體重組(P<0.01)。相同速度下，超重組慢跑的凈能量消耗高于正常體重組，當速度為7.0 km/h時，超重組慢跑的凈能量消耗顯著高于正常體重組(P<0.05)，當速度為8.0 km/h時，超重組慢跑的凈能量消耗非常顯著性高于正常體重組(P<0.01)。

相同速度梯度下，當速度為6.0 km/h時，超重組和正常體重組慢跑的凈能量消耗顯著高于健步走的凈能量消耗(P<0.05，P<0.01)；當速度為7.0 km/h時，超重組和正常體重組健步走的凈能量消耗顯著高于慢跑的凈能量消耗(P<0.05，P<0.01)。

2.3 相同速度梯度下不同BMI女性健步走和慢跑時HR的比較

如圖4所示，當健步走速度為6.5 km/h時，超重組健步走時的HR顯著高于正常體重組(P<0.05)；當健步走速度為7.0 km/h時，超重組健步走時的HR非常顯著性高于正常體重組(P<0.01)；其余速度下，超重組和正常體重組健步走時的HR無顯著差異(P>0.05)。超重組慢跑時的HR高于正常體重組，但只有在速度為7.0 km/h時，其差異才具有統(tǒng)計學顯著性意義(P<0.05)，其余速度下差異不具有顯著性(P>0.05)。當速度為7.0 km/h時，超重組和正常體重組健步走時的HR顯著高于慢跑時(P<0.05，P<0.01)。

圖3 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑時的凈能量消耗示意圖

圖4 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑時的HR示意圖

2.4 相同速度梯度下不同BMI女性健步走和慢跑時RPE的比較

如圖5所示，相同速度下，超重組和正常體重組健步走和慢跑時的RPE無明顯差異(P>0.05)。相同速度梯度下，正常體重組健步走時的RPE顯著高于慢跑時(P<0.05)。超重組健步走時的RPE高于慢跑時，當速度為7.0 km/h時，超重組健步走時的RPE非常顯著性高于慢跑時(P<0.01)。

圖5 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑時的RPE示意圖

3 分析與討論

健步走和慢跑是大眾健身時最常見的鍛煉方式，準確掌握不同BMI水平的成年人不同速度健步走和慢跑時的能量消耗對于鍛煉方式和速度的選擇及運動處方的制定具有非常重要的作用。本研究比較了超重女性和正常體重女性在相同速度梯度下進行健步走和慢跑運動時的生理學指標和能量消耗，進而為超重人群的體重控制與管理提供實驗依據(jù)，指導超重人群的科學運動健身。

本研究發(fā)現(xiàn)，當健步走與慢跑達到一定的速度以后，相同速度下超重女性進行兩種方式運動的生理學指標和能量消耗都高于正常體重女性。即當健步走速度≥5.5 km/h時，相同速度梯度下超重女性的能量消耗和凈能量消耗都明顯高于正常體重女性；當健步走速度≥6.5 km/h時，相同速度梯度下超重女性的HR、能量消耗、凈能量消耗都明顯高于正常體重女性；當慢跑的速度為7.0 km/h時，相同速度梯度下超重女性的能量消耗、凈能量消耗和HR都明顯高于正常體重女性。

Royer等[21]研究了步行運動時下肢重量和慣性力距對能量消耗的影響，發(fā)現(xiàn)下肢重量和慣性力距獨立影響步行的能量消耗，在保持相同慣性力距的情況下，隨著下肢重量的增加，步行運動時的能量消耗增加(P<0.01)。Peyrot等[20]研究了肥胖青少年減體重前后步行運動時的生物力學參數(shù)和能量消耗的變化，結果發(fā)現(xiàn)，男性和女性肥胖青少年在減體重之后，相同速度步行時的凈能量消耗顯著減少(P<0.05)，該研究認為，減體重后，下肢肌肉用于提高和加速移動身體重心以及支撐體重的做功減少，上述變化導致了進行相同速度步行時能量消耗的降低。Griffin等[16]的研究從另一個側面證實了這一點，正常體重成年人腰部負重步行時(負重量分別為體重的10%、20%、30%)能量消耗的增加與下肢肌肉做功增多有關。因而，本研究中超重女性健步走和慢跑的能量消耗高于正常體重女性，可能還與超重女性較大的下肢重量有關，健步走和慢跑運動的擺動階段，機體需要消耗更多的能量來擺動較重的下肢，增加了運動的能量消耗。本研究采用雙能X線吸收儀測量的結果顯示，與正常體重女性相比，超重女性的下肢重量也明顯較大，上述結果揭示，超重女性不但體重較大，而且下肢重量也高于正常體重女性，由此導致進行相同速度梯度下的健步走和慢跑運動時，超過一定速度后超重者比正常體重者要消耗更多的能量。

此外，在速度相對較低時，超重女性與正常體重女性健步走和慢跑的能量消耗并無明顯差異，這可能是由于在較低速度下運動時，超重者的步頻比較接近其舒適步頻，因而出現(xiàn)了能耗最小化現(xiàn)象，已有研究證實，個體處于舒適步頻時，步行的能量消耗最低，如果改變舒適步頻，則運動時的能量消耗就會增加[9]。

本研究的另一個重要發(fā)現(xiàn)是，進行相同速度的健步走和慢跑運動時，超過一定速度以后，與慢跑相比，健步走消耗的能量更多。當速度為6.0 km/h時，健步走的能量消耗低于慢跑；而當速度為7.0 km/h時，健步走的能量消耗要高于慢跑。即相同速度梯度下，當運動速度為6.0 km/h時，超重女性和正常體重女性慢跑的能量消耗、凈能量消耗較健步走分別高16.3%、19.7%、25.4%和31.1%(P<0.05，P<0.01)；當速度為7.0 km/h時，超重女性和正常體重女性健步走的能量消耗、凈能量消耗明顯高于慢跑(P<0.05，P<0.01)，升高幅度分別為9.7%、10.4%、15.7%和17.7%。

相同速度梯度下，健步走與慢跑的能量消耗存在差異，一方面是由于健步走與慢跑的運動機制不同，導致進行相同速度的健步走和慢跑運動時，能量消耗也不同。健步走運動過程中，雙足不會同時離開地面，至少有一側下肢負重支撐身體，并且存在雙側下肢同時負重支撐身體的階段；而在慢跑運動中，雙側下肢同時負重支撐階段消失，出現(xiàn)了雙足同時離地的騰空階段，雙足騰空階段結束進入單側下肢支撐階段時，支撐腿要承受超過自身體重的重量，而在從單側下肢支撐階段過渡到雙足離地的騰空階段時，支撐腿要用力蹬地以實現(xiàn)跳躍，從而產生雙足離地的騰空狀態(tài)[6,8]，二者都使支撐腿的肌肉做功增加，因此一定速度下，慢跑的能量消耗大于健步走。Sasaki等研究了跑步機上同一速度(7.0 km/h)下的步行和慢跑的動力學差異，發(fā)現(xiàn)步行和跑步兩種運動時有一塊肌肉的功能性活動存在差異，主要表現(xiàn)為與步行運動相比，跑步運動時比目魚肌對下肢向前推進的貢獻減少，而對下肢負重支撐身體的貢獻增多，而在步行運動時，比目魚肌在下肢向前推進過程中發(fā)揮重要作用；同時，步行和跑步運動中，比目魚肌在下肢負重支撐和向前推進過程中的生物力學機制(例如，機械功率的分布)也不同，步行運動中，比目魚肌將機械能從腿部轉移至軀干，而在跑步運動中，它將機械能同時傳遞給腿部和軀干[23]。由此造成了慢跑與健步走運動時能量消耗的差異。Li等研究了跑步機上相同運動速度(8.0 km/h)并且是相同步頻的情況下，步行與跑步兩種運動模式的差異，發(fā)現(xiàn)步行和跑步運動中，從支撐階段過渡到擺動階段時，足趾離地的瞬間，大小腿和踝的角速度和下肢相對于身體運動的方向不同，在步行運動中擺動腿相對于身體向前移動，而在跑步運動中擺動腿相對于身體向后移動[17]。從而導致超過一定速度后健步走的能量消耗大于慢跑。

另一方面，當速度為7.0 km/h及以上時，健步走的能量消耗超過慢跑，可能是由于慢跑時由骨骼肌的彈性反沖為運動提供部分能量，導致機械效率增加，減少了運動時的能量消耗；相對于慢跑而言，步行時骨骼肌的彈性反沖發(fā)揮的作用很小[14]，因而超過一定速度以后，健步走的能量消耗明顯高于慢跑的能量消耗。

此外，當速度為7.0 km/h時，健步走時的HR和RPE都明顯高于慢跑，也從另一個側面證實了在該速度下健步走時身體的應激反應較大。當健步走速度從6.0 km/h增加為7.0 km/h時，凈能量消耗增加了76.4%。因此，超重個體走得更快可以有效地增加能量消耗。

科學的運動是控制體重的有效手段，通過運動增加機體的能量消耗，進而實現(xiàn)體重控制。健步走和慢跑是超重人群控制體重的很好的運動方式[18]，但目前仍缺乏指導超重人群選擇健步走和慢跑運動速度的能量消耗標準，超重者并不知道在一定速度下是健步走或是慢跑消耗的能量更多。本研究結果揭示，當速度在7.0 km/h以下時，慢跑較健步走消耗更多的能量，而速度在7.0 km/h及以上時，健步走較慢跑消耗的能量更多。因此，當速度≥7.0 km/h時，在超重個體身體機能可以承受的情況下，采用健步走的運動方式可以消耗更多的能量，進而有助于較好地控制體重。所以，在為超重個體制定運動處方時，運動方式的選擇上也應考慮到這一點，慢跑不是獲得最大能量消耗的單一選擇，在一定速度時，健步走消耗的能量可以與慢跑相同，甚至超過慢跑。

4 結論

綜上所述，BMI水平的差異會導致一定速度下健步走和慢跑能量消耗和生理學指標的差異。當健步走速度≥5.5 km/h時，與正常體重女性相比，相同速度梯度下超重女性消耗的能量明顯增高；當慢跑速度≥7.0 km/h時，相同速度梯度下超重女性較正常體重女性慢跑消耗的能量也明顯增加。而且，本研究還發(fā)現(xiàn)，當運動速度≥7.0 km/h時，相同速度梯度下超重女性進行健步走運動消耗的能量較慢跑更多，且健步走運動時的HR和RPE也較慢跑時高，即此速度下進行健步走運動更有利于超重個體控制體重。這提示，相同速度的健步走和慢跑運動，對運動能量消耗的影響不同，在為超重個體制定運動處方時，運動方式的選擇上應綜合考慮這一因素，從而有效控制體重。

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編輯部 2015年8月10日

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Energy Expenditure Comparison of Overweight Adult Women at the Same Speed Gradient of Walking and Jogging

ZHANG Pei-zhen1,YUE Shu-fang2,HONG Ping3

This paper probes into characteristics of energy consumption and physiology of overweight adult women at the same speed gradient of walking and jogging.The subjects were overweight and normal weight adult women.Their maximal oxygen uptake was measured by a maximal treadmill exercise test using a modified Bruce protocol.The resting energy expenditure and the energy expenditure of overground walking and jogging were measured by Cortex portable gas metabolism system.The overground walking speed from low to high were 4.0km/h,4.5km/h,5.0km/h,5.5km/h,6.0km/h,6.5km/h and 7.0km/h.The overground jogging speed were 6.0km/h,7.0km/h and 8.0km/h.The duration of each speed was 6 minutes.Net energy expenditure of each speed was calculated as energy expenditure minus resting energy expenditure.The result showed that when the walking speed over 5.5km/h (including 5.5km/h) and jogging speed over 7.0km/h (including 7.0km/h),the energy expenditure,net energy expenditure and heart rate of overweight women were significantly higher than normal weight women (P<0.05，P<0.01).When walking speed was 6.0km/h,energy expenditure and net energy expenditure of overweight women were significantly lower than jogging at the speed of 6.0km/h (P<0.05，P<0.01).However,when walking speed was 7.0km/h,energy expenditure,net energy expenditure,heart rate and RPE of overweight women were significantly higher than jogging at the speed of 7.0km/h(P<0.05，P<0.01).These results demonstrate that the differences of BMI will result in differentiations of energy consumption and physiological indexes of women when walking and jogging at a certain speed.When speed reach and exceed 7.0km/h,walking will consume more energy than jogging.As far as the weight control of overweight people is concerned,the effect of walking at this speed is better than that of jogging.

energyexpenditure;overweightwomen;walking;jogging

1000-677X(2016)08-0042-08

10.16469/j.css.201608003

2015-09-29；

2016-07-25

國家科技基礎性工作重點項目(2013FY114700)；國家體育總局重點研究領域課題(2014B012)；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助課題(2015YB006)。

張培珍(1974-)，女，山西原平人，副教授，博士，主要研究方向為運動與心血管健康、運動健身與運動處方、運動營養(yǎng)，Tel：(010)62989581，E-mail:zhpzh17@hotmail.com；岳書芳(1985-)，女，山東濟寧人，實習研究員，碩士，主要研究方向為全民健身與體育競賽管理；洪平(1973-)，男，湖北黃石人，研究員，博士，主要研究方向為運動健身理論和方法研究、優(yōu)秀運動員訓練監(jiān)控研究，Tel：(010)87182562。

1.北京體育大學 運動醫(yī)學教研室，北京 100084；2.蘇州市體育局，江蘇 蘇州 215006；3.國家體育總局體育科學研究所，北京 100061 1.Beijing Sport University,Beijing 100084,China;2.Suzhou Municipal Bureau of Sports,Suzhou 215006,China;3.China Institute of Sport Science,Beijing 100061,China.

G804.49

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