軍人負(fù)重25 kg不同速度行軍1 km時(shí)能量消耗的變化*

馬繼政， 李 巍， 韋海燕， 田 東， 王華宇， 胡 斐， 王曉磊

(解放軍理工大學(xué)， 軍人體能訓(xùn)練與機(jī)能評(píng)定實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 211101)

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軍人負(fù)重25 kg不同速度行軍1 km時(shí)能量消耗的變化*

馬繼政△， 李 巍， 韋海燕， 田 東， 王華宇， 胡 斐， 王曉磊

(解放軍理工大學(xué)， 軍人體能訓(xùn)練與機(jī)能評(píng)定實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 211101)

目的：評(píng)定負(fù)重25 kg狀態(tài)下1 km距離不同跑速能量代謝的變化特點(diǎn)。方法：健康男性受試者10名，采用運(yùn)動(dòng)心肺功能測試儀分別檢測受試者在1 km距離負(fù)重25 kg狀態(tài)下的靜息、慢走(0.08±0.10)km/min、快走(0.12±0.01)km/min、全力跑(0.22±0.01)km/min和無負(fù)重全力跑(0.28±0.02)km/min時(shí)的能量代謝，并分別在運(yùn)動(dòng)后即刻檢測血乳酸的濃度。結(jié)果：負(fù)重25 kg狀態(tài)下隨著速度增加，心率(HR)、呼吸商(RQ)、相對(duì)攝氧量(VO2/min·kg)、能量消耗(Kcal/min·kg)和能量代謝當(dāng)量(METS)均明顯增加(P<0.01)。Person相關(guān)分析顯示速度和Kcal/min·kg成正相關(guān)(r=0.90，P<0.01)。血乳酸濃度同樣呈增加的趨勢。但與無負(fù)重全力跑相比，上述指標(biāo)無顯著變化，但1 km運(yùn)動(dòng)成績顯著下降(P<0.01)，下降了21%。結(jié)論：負(fù)重25 kg可顯著影響以有氧和無氧混合為主軍事任務(wù)移動(dòng)能力，應(yīng)采取特定訓(xùn)練方案提高移動(dòng)能力。

負(fù)重行進(jìn)；能量消耗；血乳酸；代謝當(dāng)量

load carriage; energetic cost; blood lactic acid; metablic equivalent

負(fù)重行進(jìn)是軍事任務(wù)必備的一種身體能力。當(dāng)運(yùn)輸車輛受限時(shí)，背部負(fù)重?cái)y行是一種最方便和最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式[1]。從歷史上看，對(duì)于單兵而言，其中一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是，需要負(fù)重進(jìn)行作戰(zhàn)。從作戰(zhàn)方面的研究資料看，最近，Nindl等人[2]研究表明在美國歷次戰(zhàn)爭中(內(nèi)戰(zhàn)、1戰(zhàn)、 2戰(zhàn)、越戰(zhàn)、沙漠盾牌、沙漠風(fēng)暴到伊拉克自由/持久自由)，單兵負(fù)重量的呈線性增加。主要原因是為了提高單兵的作戰(zhàn)能力和生存率，武器和通訊系統(tǒng)的功能不斷提高、以及防彈背心使用，現(xiàn)代士兵的實(shí)際負(fù)重量已經(jīng)超過55 kg。Dean[3]評(píng)估了在阿富汗沙漠和山區(qū)作戰(zhàn)的一只美國輕步兵旅負(fù)重情況。在2003年收集到了2個(gè)月持續(xù)、不斷作戰(zhàn)數(shù)據(jù)。研究結(jié)果顯示單兵的實(shí)際負(fù)重顯著超過美軍條令規(guī)定的重量：(1)戰(zhàn)斗負(fù)重(28.7 kgvs21.8 kg)；(2)接敵負(fù)重行軍(45.9 kgvs32.8 kg)；(3)緊急負(fù)重行軍(60 kgvs54.5 kg)。單兵實(shí)際負(fù)重分別占體重的35%、57%和78%。過量負(fù)重可產(chǎn)生的不良后果，包括移動(dòng)能力下降、疲勞加重、脊柱損傷和退行性病變、腿、足、背和肩部肌群的僵硬度和酸痛度增加。外部的負(fù)重對(duì)機(jī)體的生理的需求增加，前期研究表明負(fù)重對(duì)有氧、無氧和力量相關(guān)軍事任務(wù)產(chǎn)生負(fù)性的影響[4-8]。但目前，對(duì)于負(fù)重對(duì)有氧和無氧混合為主身體能力方面產(chǎn)生的影響并不清楚，此外普通士兵負(fù)重量一般為22～25 kg。因此，本研究評(píng)定負(fù)重25 kg狀態(tài)下1 km距離不同跑速能量代謝的變化特點(diǎn)，為后繼的負(fù)重行進(jìn)能力訓(xùn)練提供依據(jù)和訓(xùn)練策略。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象為10名軍校在讀學(xué)員，平均訓(xùn)練年限2年(每周訓(xùn)練次數(shù)不少于4次)。平均年齡(21.30±1.64)歲；身高(1.75±0.03)m；體重(67.00±4.47)kg。體指數(shù)(BMI)21.78±0.98。排除標(biāo)準(zhǔn)為BMI<18.5或BMI>24.0。

受試者在測試前進(jìn)行常規(guī)體檢，無心血管疾病和服用其它的藥物。在測試期間，統(tǒng)一飲食。

1.2 運(yùn)動(dòng)方案

受試人員負(fù)重25 kg，進(jìn)行1 km測試，速度分別為慢走、快走和全力跑。并進(jìn)行無負(fù)重1 km全力跑。兩次測試間隔為24～72 h，測試時(shí)間為下午4∶30～6∶00。

1.3 能量代謝測試和指標(biāo)

1.3.1 靜息能耗的測試 受試者于飯后2～4 h到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試，溫度20°C～25°C，濕度40%～50%。氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。測試采用間接法，使用COSMED K42運(yùn)動(dòng)心肺功能測試儀(意大利)和心率帶進(jìn)行測量，測試前進(jìn)行儀器校準(zhǔn)，并進(jìn)行預(yù)熱。受測人員靜坐30 min后，進(jìn)行15 min測試，取中間10 min數(shù)據(jù)作為靜息能量消耗，測試時(shí)間同上。

1.3.2 運(yùn)動(dòng)能耗的測試 受試者進(jìn)行常規(guī)的準(zhǔn)備活動(dòng)練習(xí)(5 min耐力跑和5 min徒手操練習(xí))后，分別完成上述1 km測試，并使用秒表記錄運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。測試在標(biāo)準(zhǔn)田徑場進(jìn)行，溫度20°C～25°C。

1.3.3 測量的指標(biāo)測試 指標(biāo)如下：(1)運(yùn)動(dòng)速度：千米/分鐘(km/min)。(2)心肺功能指標(biāo)：心率(heart rate，HR)、呼吸商(respiratory quotient，RQ：VCO2/VO2)和相對(duì)的攝氧量(VO2/min/kg)；(3)能量消耗：千卡/分鐘·千克(Kcal/min·kg)；(4)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度：能量代謝當(dāng)量(metabolism equivalents，METS)。

1.4 血乳酸的測試

測量采用EKF Diagnostic(德國)乳酸測試儀器和配套乳酸試劑條測量血乳酸，分別測量靜息和相應(yīng)1 km測試后(即刻)的血乳酸含量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 負(fù)重25 kg不同速度心肺功能指標(biāo)、能量消耗和能量代謝當(dāng)量(運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度)變化

結(jié)果表明負(fù)重25 kg狀態(tài)下，隨著速度增加，HR、RQ、VO2/min·kg、Kcal/min·kg和METS均增加，表明身體整體機(jī)能隨著速度增加，生理需求增加。與靜息狀態(tài)相比，負(fù)重25 kg狀態(tài)下，慢走、快走和全力跑HR顯著增加(P<0.01)，四組間HR也存在顯著差異(P<0.01)；但是，與靜息狀態(tài)下相比，負(fù)重慢走RQ無顯著變化，但是負(fù)重快走和負(fù)重全力跑，RQ顯著增加(P<0.01)，四組間存在顯著的差異(P<0.01)，表明隨著強(qiáng)度增加糖的無氧供能逐漸增加。另外，與靜息狀態(tài)相比，負(fù)重狀態(tài)下，慢走、快走和全力跑VO2/kg顯著增加(P<0.01)，四組間VO2/kg也存在顯著差異(P<0.01)；此外，能量消耗和METS也表現(xiàn)出同樣的趨勢。Person相關(guān)分析顯示速度和Kcal/min/kg成正相關(guān)(r=0.90，P<0.01，表1)?；貧w分析結(jié)果顯示每分鐘每千克體重的耗能量(Kcal/min·kg)= 1.46×速度(km/min)- 0.03。

2.2 無負(fù)重全力跑和負(fù)重25 kg全力跑心肺功能指標(biāo)變化、能量消耗和能量代謝當(dāng)量的變化

與無負(fù)重全力跑相比，負(fù)重狀態(tài)下全力跑HR、RQ、VO2/min·kg、Kcal/min·kg和METS無顯著變化，但1 km平均運(yùn)動(dòng)成績顯著下降(P<0.01，表1)，下降21%，表明負(fù)重狀態(tài)下，快速移動(dòng)能力顯著下降。

2.3 靜息狀狀態(tài)、25 kg負(fù)重狀態(tài)下不同速度和無負(fù)重全力跑血乳酸的變化

靜息狀態(tài)下、負(fù)重慢走、負(fù)重快走和負(fù)重全力跑以及無負(fù)重全力跑乳酸濃度分別為(1.72±2.13)mmol/L、(4.72±3.64)mmol/L、(7.69±3.91)mmol/L、(13.52±4.76)mmol/L和(13.25±4.12)mmol/L。血乳酸濃度隨著速度的增加，呈明顯增加趨勢(P<0.01)。表明糖的無氧供能增加。但與無負(fù)重全力跑相比血乳酸濃度無顯著差異，表明糖的無氧供能能力可能達(dá)到上限。

Speed(km/min)HR(beats/min)RQ(VCO2/VO2)VO2/min/kg(ml/min·kg)Metaboliccost(Kcal/min·kg)METSRestSlowwalkBriskwalkRunningNo?loadrun?ning 00．08±0．100．12±0．010．22±0．01##0．28±0．02△57．83±10．59107．00±10．16??147．11±17．46??171．88±6．29??##171．90±12．960．74±0．110．73±0．070．93±0．04??0．95±0．11??##1．02±0．102．50±0．574．65±10．42??39．96±7．41??58．10±5．88??##56．58±2．260．01±0．000．04±0．01??0．19±0．03??0．29±0．02??##0．29±0．020．71±0．162．22±0．57??11．67±2．00??16．96±1．07??##16．11±6．36

HR： Heart rate； RQ： Respiratory quotient； VO2/min·kg: Oxygenuptake /minute·kilogram； METS： Metabolism equivalents

**P<0.01vsrest;##P<0.01vsslow walk and brisk walk group;△P<0.01vsrunning group

3 討論

負(fù)重行進(jìn)能力是單兵必備的一種身體能力，也是成功完成各種軍事任務(wù)的基本需求能力之一，并時(shí)常需要在極端的環(huán)境下進(jìn)行，行進(jìn)的距離根據(jù)任務(wù)不同而存在不同。一般情況下，對(duì)單兵負(fù)重能力的要求通常在14～46 kg[4]。本研究結(jié)果顯示在相同距離(有氧和無氧混合為主)同等負(fù)重的情況下，隨著速度增加，HR、RQ、VO2/min·kg、Kcal/min·kg、Kcal和METS增加。血乳酸隨著跑速的增加呈遞增趨勢，表明無氧供能增加。但與無負(fù)重全力跑相比，這些指標(biāo)無顯著差異，但速度顯著下降，對(duì)無氧和有氧混合為主身體活動(dòng)的移動(dòng)能力產(chǎn)生影響。

前期的研究業(yè)已表明不同距離(有氧、無氧)負(fù)重行進(jìn)和負(fù)重完成不同力量為主的軍事任務(wù)對(duì)機(jī)體的生理需求增加，并導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力下降[5-8]。Quesada等人[5]研究表明不同負(fù)荷(體重的0、30%和50%)狀態(tài)下，HR、VO2與負(fù)重量呈線性關(guān)系。Beekley等人[6]評(píng)定30 min持續(xù)運(yùn)動(dòng)，相同速率(6 km/h)、不同負(fù)荷(分別是瘦體重的30%、50%和70%)狀態(tài)下，HR、RQ、VO2、主觀疲勞感覺量表(RPE)和通氣量(VE)的變化，研究結(jié)果表明隨著負(fù)重量的增加，HR、VO2、RPE和VE顯著增加。此外，一項(xiàng)研究表明穿戴防彈衣(～14.5 kg)在跑臺(tái)上行走30 min，HR、VO2、RPE顯著增加，慢走能量消耗為42 kcal/h，中等強(qiáng)度為126 kcal/h[7]。在完成各種身體活動(dòng)時(shí)，負(fù)重時(shí)運(yùn)動(dòng)成績下降。研究表明穿戴防彈衣男性士兵引體向上的成績下降61%，女性士兵曲臂懸垂成績下降63%，男性和女性士兵攀登樓梯的運(yùn)動(dòng)能力下降16%[7]。作者推測在持續(xù)作戰(zhàn)時(shí)即使穿戴防彈衣可潛在增加的機(jī)體的疲勞，降低身體活動(dòng)的能力[7]。另外，在完成一些以爆發(fā)性、以無氧氣能力為主軍事任務(wù)時(shí)(負(fù)重21.6kg)，移動(dòng)能力受到限制[8]。本研究結(jié)果提示，在完成有氧和無氧混合為主的各種軍事任務(wù)時(shí)，移動(dòng)能力同樣受到限制。

負(fù)重行進(jìn)是單兵一項(xiàng)基本能力，上述研究清楚表明負(fù)重增加單兵的生理應(yīng)激和降低移動(dòng)能力，可能增加職業(yè)上的危險(xiǎn)[9]。因此，提高負(fù)重的移動(dòng)能力非常重要。但基于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)的第一原則：即訓(xùn)練的特異性的生理適應(yīng)原則(盡管目前對(duì)其確切的分子適應(yīng)機(jī)制并不完全清楚)，負(fù)重行進(jìn)訓(xùn)練應(yīng)在生理生化的適應(yīng)方面、生物力學(xué)方面以及基礎(chǔ)身體訓(xùn)練方面應(yīng)符合負(fù)重行進(jìn)能力的特定要求。前期研究業(yè)已表明負(fù)重行進(jìn)時(shí)身體姿勢力學(xué)和生理發(fā)生改變[10，11]。因此，依據(jù)這一訓(xùn)練策略，可有效的獲得最佳的移動(dòng)能力。

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解放軍理工大學(xué)預(yù)先研究基金；軍隊(duì)級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)培育立項(xiàng)課題

2014-09-26

2015-02-25

G804.2

A

1000-6834(2015)03-275-03

10.13459/j.cnki.cjap.2015.03.022

△【通訊作者】Tel： 13814128757； E-mail： mjz_mjj@163.com