健康青年男性兩種力量負荷抗阻訓練能量消耗的推算

李沖 史曙生

南京師范大學體育科學學院（南京210023）

如何科學監(jiān)控與指導(dǎo)大眾健身是社會關(guān)注的熱門課題。能量消耗是了解人體體力活動水平與運動效果的重要指標，運用科學的方法測量人體運動能耗對于評定運動效果與指導(dǎo)人們科學健身具有重要意義[1-3]?？棺栌柧毘１环Q作力量訓練，通常指身體運動克服阻力以達到肌肉增長與力量增加的過程[4]，它已逐漸發(fā)展成為人們?nèi)粘＿\動健身的主要方式之一。由于測量抗阻訓練能量消耗的儀器價格較為昂貴，且多局限于實驗室進行，大眾健身效果即時評價的發(fā)展受到制約。目前，國內(nèi)對抗阻訓練能量消耗的量化研究并沒有足夠重視，關(guān)于抗阻訓練能耗量化評價標準方面的研究還不多見，因此，有必要對其進一步深入研究。本研究采用氣體代謝的直接測量法測定機體的能量消耗，研究兩種常見力量負荷抗阻訓練能量消耗，并建立普通健康青年男性兩種力量負荷抗阻訓練的能量消耗方程，為指導(dǎo)健康青年男性通過抗阻訓練實現(xiàn)目標活動量提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 實驗對象

選取36名普通健康青年男性為被試，被試者平均年齡為22.73 ± 1.03歲，基本情況見表1。嚴格按照測試方案采取不分組形式統(tǒng)一對36 名普通健康青年男性分別進行兩種力量負荷抗阻訓練測試，測試期間接受常規(guī)的身體機能監(jiān)控并且維持正常生活作息。

表1 受試者基本情況

1.2 實驗方案

本實驗總時間為3 個月，采取不分組形式統(tǒng)一對36名普通健康青年男性分別進行兩種力量負荷抗阻訓練測試，測試前對36 名被試進行編號，依次安排測試順序，兩種不同負荷的測試間隔時間為2天，所有被試每周測試2次。單一動作抗阻訓練測試時間為期5周，分別測試36名普通健康青年男性低力量負荷（25 RM）和中等力量負荷（12 RM）抗阻訓練能量消耗。組合動作抗阻訓練測試時間為期10周，分別測試36名普通健康青年男性3 種組合低力量負荷（25 RM）和中等力量負荷（12 RM）抗阻訓練能量消耗。

測試開始前，收集所有被試的1次測試數(shù)據(jù)，利用力量訓練反推法分別找到每名被試者抗阻訓練動作的低力量負荷（25 RM）和中等力量負荷（12 RM）的練習重量。測試濕度為50% ± 10%、溫度為22.0 ± 0.7℃，時間均安排在被試者餐后1.5 h～2 h進行。測試前安排受試者進行針對性的熱身與拉伸活動，測試開始前被試者佩戴心肺功能測試儀器后先靜坐5 min 再開始測試，測試時注意提醒受試者控制訓練動作節(jié)奏，測試人員準確記錄組間休息時間。嚴格控制每次測試時的一致性，且受試者在所有實驗結(jié)束之前保持其日常的飲食規(guī)律與作息時間。

（1）單一動作抗阻訓練能耗測試方案：選取最常練習的七個單一動作，分別為：啞鈴深蹲、杠鈴臥推、俯身劃船、杠鈴頸后屈臂、啞鈴彎舉、坐姿啞鈴?fù)婆e、啞鈴仰臥起坐[5]。低力量負荷組采用25 RM重量，要求每個動作完成5組，每組25次，每次完成動作時間為2～3秒，組間休息約1 min，；中等力量負荷組采用12 RM 重量，要求每個動作完成3 組，每組12 次，每次完成動作時間為3-4 秒，組間休息約2 min，被試者跟隨節(jié)拍器節(jié)奏練習，每次測試一個單一動作[6]。

（2）組合動作抗阻訓練能耗測試方案：選取最常練習的組合方式，以手臂（拉力器正握下拉、坐姿杠鈴屈臂伸）、胸部（杠鈴臥推、器械夾胸、坐姿平推）、腹部（啞鈴卷腹、啞鈴仰臥起坐）為組合進行測試。低力量負荷組采用25 RM 重量，每個動作完成5組，每組25次，每次完成動作時間為2～3秒，組間休息約1 min，每個部位練習后休息2 min；中等力量負荷組度采用12 RM重量，每個動作完成3 組，每組12 次，每次完成動作時間為3～4秒完成，組間休息約2 min，每個部位練習后休息3 min。

圖1 Cosmed K4b2便攜式心肺功能測試儀佩戴及測試

1.3 測量儀器及指標

采用意大利制Cosmed K4b2便攜式心肺功能測試儀測量被試者每分鐘能量消耗、心率、代謝當量、通氣量、耗氧量、呼吸商等指標[7]。采用韓國InBody720體成分分析儀測量被試者去脂體重和體脂百分比。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 回歸方程

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS2 2.0 軟件進行處理，結(jié)果均表示為平均數(shù)± 標準差± s）的形式，各項測試數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗。通過方差分析對單一動作抗阻訓練代謝狀況進行比較，采用線性相關(guān)分析分別以兩種力量負荷抗阻訓練測得的每分能量消耗為因變量，對應(yīng)的身高、體重、BMI、體脂百分比、心率為自變量，研究各自變量與因變量之間的相關(guān)關(guān)系。剔除無關(guān)變量，采用逐步選擇方式進行自變量篩選，最后采用多重線性回歸得到能耗回歸方程，通過對回歸方程的方差分析對能耗方程進行檢驗，驗證能耗方程是否具有統(tǒng)計學意義。

1.4.2 方程驗證

能耗回歸方程建立后，隨機抽取6名與本次實驗被試對象情況基本一致的受試者，并按照實驗運動方案完成同樣測試，收集測量數(shù)據(jù)得到其能量消耗，將6名隨機抽取者的身體指標代入能耗推算公式得到能耗預(yù)測值，比較預(yù)測值與實測值差別，驗證能耗模型的預(yù)測性能。

2 結(jié)果

2.1 抗阻訓練代謝狀況分析

2.1.1 單一動作抗阻訓練代謝狀況分析

表2顯示，中等力量負荷不同單一動作中，啞鈴深蹲的能量消耗最高（P＜0.01）。運動代謝當量方面，啞鈴深蹲的代謝當量為6.8 METs，其余動作抗阻訓練代謝當量均在3～6 METs 之間。由表3 可以看出，低力量負荷（25 RM）不同單一動作抗阻訓練中同樣是啞鈴深蹲的能量消耗最高（P＜0.01），所有動作抗阻訓練代謝當量均在3～6 METs之間。

表2 中等力量負荷（12 RM）單一動作能量消耗及代謝當量

表3 低力量負荷（25RM）單一動作能量消耗及代謝當量

2.1.2 組合動作抗阻訓練代謝狀況的分析

低力量負荷組合動作抗阻訓練能量消耗為6.63± 0.58 kcal/min，代謝當量為5.72 ± 0.57 METs。中等力量負荷組合動作抗阻訓練能量消耗為7.72 ±0.47 kcal/min，代謝當量為6.60 ± 0.57 METs。

2.2 不同力量負荷抗阻訓練能耗方程公式的建立

2.2.1 中等力量負荷組合動作抗阻訓練能耗方程公式的建立

表4 顯示，體重、BMI、體脂百分比、心率在中等力量負荷組合動作抗阻訓練中與能量消耗存在相關(guān)關(guān)系（r=0.671，P＜0.05；r=0.451，P＜0.05；r=－0.406，P＜0.05；r=0.538，P＜0.05），身高與能耗無相關(guān)關(guān)系（P＞0.05），據(jù)表4結(jié)果，可建立能耗回歸公式。

表5 顯示，4 個模型的決定系數(shù)依次遞增，模型最終含有2個變量：體重和心率。R2決定系數(shù)達到0.815，具有高度相關(guān)，說明模型可以建立，能夠解釋的部分占模型的81.5% 。所以，將體重、心率和每分鐘耗能建立的模型是合理的，經(jīng)逐步回歸可以確定能耗推算公式最終的方程為：每分鐘能耗EEm（25 RM）（kcal/min）=－2.553+0.005 體重+0.074 心率。通過回歸方程的方差分析對能耗方程進行檢驗，F(xiàn)=175.578，P＜0.05，可知回歸方程是顯著的，能耗方程具有統(tǒng)計學意義。

表4 中等力量負荷（12 RM）組合動作線性相關(guān)分析結(jié)果

表5 逐步回歸模型自變量情況

表6 偏回歸系數(shù)的t檢驗

圖2顯示，實驗數(shù)據(jù)的殘差滿足正態(tài)分布。

圖2 直方圖

圖3顯示，實驗數(shù)據(jù)幾乎呈直線分布，可以認定數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

2.2.2 中等力量（12 RM）負荷組合動作抗阻訓練能耗方程驗證

能耗回歸方程建立后，隨機抽取6 名與本次實驗被試對象情況基本一致的受試者，并按照實驗運動方案完成同樣測試，收集測量數(shù)據(jù)得到其能量消耗，將6名隨機抽取者的身體指標代入能耗推算公式得到能耗預(yù)測值。通過比較預(yù)測值與實測值，對能耗推算公式進行效度和精確性檢驗，公式推算值的標準誤差SEE=0.48、總體誤差E=1.35、平均偏差Diff=0.02、相關(guān)系數(shù)r=0.87，可知能耗推算公式預(yù)測性能的精確度較高。

圖3 回歸標準化殘差的標準P-P 圖

2.2.3 低力量負荷組合動作抗阻訓練能耗方程公式的建立

表7 顯示，體重、BMI、體脂百分比、心率在低力量負荷組合動作抗阻訓練中與能量消耗存在相關(guān)關(guān)系（r=0.716，P＜0.05；r=0.443，P＜0.05；r=－0.408，P＜0.05；r=0.732，P＜0.05），身高與能耗無相關(guān)關(guān)系（P＞0.05），依據(jù)表6結(jié)果，可建立能耗回歸公式。

表7 低力量負荷（25 RM）組合動作線性相關(guān)分析結(jié)果

表8 顯示，4 個模型的決定系數(shù)依次遞增，模型最終含有2個變量：體重和心率。R2決定系數(shù)達到0.827，具有高度相關(guān)，說明模型可以建立，能夠解釋的部分占模型的82.7% 。所以，將體重、心率和每分鐘耗能建立的模型是合理的，經(jīng)逐步回歸可以確定能耗推算公式最終的方程為：每分鐘能耗EEm（25 RM）（kcal/min）=－5.983+0.031體重+0.084心率。通過回歸方程的方差分析對能耗方程進行檢驗，F(xiàn)=190.275，P＜0.05，可知回歸方程是顯著的，能耗方程具有統(tǒng)計學意義。

表9 偏回歸系數(shù)的t檢驗

圖4顯示，數(shù)據(jù)的殘差滿足正態(tài)分布。

圖4 直方圖

圖5顯示，實驗數(shù)據(jù)幾乎呈直線分布，可以認定數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

2.2.4 低力量負荷組合動作抗阻訓練能耗方程驗證

能耗回歸方程建立后，隨機抽取6 名與本次實驗被試對象情況基本一致的受試者，并按照實驗運動方案完成同樣測試，收集測量數(shù)據(jù)得到其能量消耗，將6名隨機抽取者的身體指標代入能耗推算公式得到能耗預(yù)測值。通過比較預(yù)測值與實測值，對能耗推算公式進行效度和精確性檢驗，公式推算值的標準誤差SEE=0.36、總體誤差E=1.21、平均偏差Diff=0.45、相關(guān)系數(shù)r=0.94，可知能耗推算公式預(yù)測性能的精確度較高。

圖5 回歸標準化殘差的標準P-P 圖

3 討論

3.1 抗阻訓練能量消耗的特征

本研究選取7種日常最常訓練的身體不同部位單一動作抗阻訓練進行測試，結(jié)果表明，兩種力量負荷下單一動作抗阻訓練中啞鈴深蹲的能量消耗均是最高，根據(jù)被試者訓練時口頭描述，進行啞鈴深蹲訓練時疲勞感最大。此結(jié)果與國外相關(guān)研究結(jié)果基本一致，Ross 等[8]研究認為，身體不同部位負重時，腿部負重能量消耗最高。同時，在對被試者進行抗阻訓練測試時，我們發(fā)現(xiàn)啞鈴深蹲時被試者動作幅度最大，且被試者的主觀感覺值最高，美國的Royer、Martin[9-10]的研究也表明，通過對受試者身體不同部位進行負重，測試受試者步行狀態(tài)下的能量消耗水平，發(fā)現(xiàn)在同種速度下步行，腿部負重能量消耗值相對較高。上述研究都測量了人體在腿部和其他部位負重情況下的能量消耗，均證明了在人體腿部的負重會相較明顯的改變?nèi)梭w運動的能量消耗。從人體全身肌肉的重量來看，下肢肌肉約占人體總重的50%，上肢大多數(shù)是小肌肉群，上肢肌肉重量約占人體總重的30%[11]。John[12]認為，人體運動時上肢肌肉工作的時間、收縮頻率、收縮次數(shù)均顯著高于下肢，但下肢肌肉單次收縮的幅度遠大于上肢肌肉，人體下肢肌肉收縮的幅度大約是上肢肌肉收縮幅度的兩到三倍。因此，多數(shù)學者認為，人體在做主動性抗阻力力量運動時，上肢運動能耗要低于下肢活運動能耗。綜上所述，人體各部位抗阻訓練中以下肢腿部動作抗阻訓練絕對負荷較大，肌肉做功較多，因此，其能量消耗最高。

同時研究還發(fā)現(xiàn)，無論是低力量負荷單一動作還是中等力量負荷抗阻訓練，所有動作抗阻訓練的代謝當量均可達到由美國運動醫(yī)學學會推薦的日常鍛煉3～6 METs中等強度體力活動水平，其中，中等力量負荷啞鈴深蹲運動的代謝當量甚至達到了大強度體力活動水平，此外，中等力量負荷組合動作抗阻訓練也達到了大強度體力活動水平。目前，國內(nèi)外大量研究已經(jīng)證明，長期堅持運動可以顯著提高人體基礎(chǔ)代謝水平，系統(tǒng)抗阻力量訓練可增加肌肉量，從而提高人體靜息代謝率[13]。國外有研究發(fā)現(xiàn)，人體抗阻訓練后的24 小時恢復(fù)期內(nèi)，基礎(chǔ)代謝率會顯著增加，此段時間內(nèi)人體會消耗更多的能量以達到機體恢復(fù)，該階段主要以人體內(nèi)脂肪供能為主，可有效促進脂肪分解，同時達到增加瘦體重的目的，從而有效改善身體成分[14]。此外，近年來隨著對抗阻力量訓練研究的不斷深入，國外一些研究認為抗阻訓練的減肥效果要優(yōu)于有氧運動[15]。

3.2 公式建立與驗證分析

本研究根據(jù)前人對機體能量消耗影響因素的研究，采用多重線性回歸，通過對多項指標的篩選，由最初的身高、體重、BMI、體脂百分比、心率5個指標，經(jīng)過逐步回歸的代入與篩選，最后選入體重和心率兩個指標建立抗阻訓練能耗公式。

首先，身高、體重、BMI作為人體的身體形態(tài)指標，在運動能量消耗的相關(guān)研究中最為常用。人體體重對機體能量消耗有較大影響，在正常體態(tài)人群中，身高對機體能量消耗的影響多通過體重體現(xiàn)[16]。BMI 作為與身高、體重相關(guān)的派生性指標，其能夠反映人體體重與身高關(guān)系及與身體成分的關(guān)系[17]。心率是反映人體運動狀態(tài)的重要指標之一，因此，運動時對心率的監(jiān)測對于指導(dǎo)人們?nèi)粘＝∩磉\動有著重要作用，心率對于機體的內(nèi)外環(huán)境刺激有很強的敏感性，能夠真實反映機體的生理機能狀況，運動過程中，除極限強度或較小強度的運動，人的心率與運動強度呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系[18]。被試者在低力量負荷與中等力量負荷兩種力量負荷下進行抗阻訓練，選取體重與心率兩項指標為自變量，每分鐘能耗（kcal/min）為因變量，分別得到公式：每分鐘能耗EEm（25 RM）（kcal/min）=－2.553+0.005體重+0.074 心率；每分鐘能耗EEm（12 RM）（kcal/min）=－5.983+0.031體重+0.084心率。通過回歸方程的方差分析對兩種力量負荷抗阻訓練能耗方程進行檢驗，發(fā)現(xiàn)兩個方程顯著性都為0.000，能耗方程具有統(tǒng)計學意義。此外，實驗中因被試者人群基本身體情況相對一致，測試中對測試環(huán)境和實驗條件的控制較為嚴格，因此，得到的測試數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，能較好地反映出運動中機體的生理規(guī)律，從而保證了推測方法的真實與可信，能耗推測公式準確性較強。

3.3 抗阻訓練能量消耗評價與代謝當量劃分

代謝當量是指運動時的代謝率和安靜時代謝率的比值[19]，是評價運動中體力活動能耗水平的重要指標之一。根據(jù)Pate[20]提出的標準，運動中小于3 METs屬于低強度體力活動，3～6 METs 屬于中等強度體力活動，大強度體力活動則大于6 METs。國外對于抗阻訓練能量消耗的細化、量化研究比較系統(tǒng)深入，國內(nèi)在此方面的研究還相對薄弱。Phillips 與Ziuraitis[21]根據(jù)美國運動醫(yī)學學會制定的適合普通青年人和老年人的抗阻訓練，分別對12名普通健康大學生和10名健康老年人進行能量消耗測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大學生和老年人的運動代謝當量分別為4 METs和3 METs，均達到了ACSM推薦的3 METs-6 METs 的中等強度體力活動水平。此外，Bloomer[22]在對比研究有氧運動和抗阻訓練能量消耗時，采用相同的訓練時間和相對強度，對比分析兩種運動的具體能耗情況，結(jié)果表明，運動時雖然抗阻訓能量消耗低于有氧運動，但抗阻訓練的代謝當量達到為6 METs，屬于中等強度體力活動，達到了美國運動醫(yī)學學會推薦的體力活動強度水平。Vezina[23]對4 種日?？棺杈毩暎╬ush-ups，pull-ups，curl-ups，lunges）的能量消耗進行測量時，將測試數(shù)據(jù)結(jié)果換算成代謝當量，得出四種抗阻練習的代謝當量分別為：3.31 METs，3.14 METs，3.11 METs 和4.05 METs，代謝當量均在美國運動醫(yī)學學會所推薦的身體活動中等強度范圍之內(nèi)。

本研究結(jié)果顯示，低力量和中等力量負荷單一動作抗阻訓練運動代謝當量分別為3.66～6.98 METs 與4.01～6.80 METs，兩種力量負荷組合動作抗阻訓練運動代謝當量分別為5.56～6.24 METs 和6.53～7.23 METs?？傮w上看，多數(shù)單一動作抗阻訓練代謝當量在3～6 METs之間，屬于中等強度水平體力活動，個別單一動作因絕對負荷（負重）大，如腿部動作啞鈴深蹲的代謝當量甚至高于6 METs，因此，屬于大強度水平體力活動；低力量負荷組合動作抗阻訓練代謝當量大約在3～6 METs之間，屬于中等強度水平體力活動；而中等力量負荷組合動作的代謝當量均高于6 METs，屬于大強度水平體力活動。本研究的結(jié)果與國外相關(guān)研究結(jié)果基本一致，同時，也發(fā)現(xiàn)一些單一動作和組合抗阻訓練能耗與國外研究結(jié)果還是有一定的區(qū)別，其原因可能與人種、體質(zhì)狀況等因素有一定關(guān)系，因此，對于中國人體質(zhì)來說，參照結(jié)合本研究實驗結(jié)果在制定健身運動處方時會更加準確、有針對性。同時，從體力活動水平層面分析，抗阻訓練可被視為適合中國普通健康青年男性日常健身鍛煉的體力活動，是一種值得推廣的日常鍛煉運動項目。

Barbara等[24]通過收集來自美國多項高水平研究中的日常體力活動能量消耗和強度的數(shù)據(jù)，對其進行系統(tǒng)科學的統(tǒng)一編碼，專門制定了《體力活動概要》中的人體日常體力活動代碼，代碼中包含了大量生活中具體的體力活動項目以及對應(yīng)能量消耗或強度（MET）的數(shù)據(jù)庫，其在美國大眾運動健身指導(dǎo)與運動處方制定領(lǐng)域已經(jīng)得到了社會各界的廣泛運用?？棺栌柧氉鳛橐环N集力量性、獨立性，且具備合理適宜的運動強度的體力活動形式，與人們?nèi)粘Ｉ钪械脑S多體力活動水平較為相近。本研究結(jié)合Barbara E等《體力活動概要》中的日常體力活動編碼，并結(jié)合Darren[25]等制定的體力活動推薦量表，根據(jù)本次研究的抗阻訓練能量代謝水平和強度的結(jié)果，把不同力量負荷及不同動作抗阻訓練和其它體力活動劃分為同類強度水平的運動，以便更好地指導(dǎo)中國普通健康青年男性及不同健身人群進行系統(tǒng)、科學、有針對性的抗阻健身鍛煉。詳見表10：

表10 與抗阻訓練運動強度相當?shù)捏w力活動項目

4 總結(jié)

低力量負荷（25 RM）抗阻訓練屬于中等強度水平體力活動，中等力量負荷（12 RM）啞鈴深蹲與中等力量負荷組合動作抗阻訓練屬于大強度體力活動。

兩種力量負荷抗阻訓練每分鐘能耗（kcal/min）與體重、心率的回歸方程分別為每分鐘能耗EEm（25 RM）（kcal/min）=－2.553+0.005 體重+0.074 心率；每分鐘能耗EEm（12 RM）（kcal/min）= －5.983+0.031體重+0.084 心率。得出的抗阻訓練能耗推算公式可較為準確地推算出兩種力量負荷抗組訓練的能量消耗。