基于可穿戴技術(shù)監(jiān)控的女性低氧與常氧運(yùn)動(dòng)減肥對(duì)比研究

鮑子怡 顧蕓 戴劍松 許思齊 張美麗 畢文進(jìn)

(南京體育學(xué)院 江蘇南京 210014)

肥胖已成為全球公共衛(wèi)生關(guān)注的問題。2016年，中國(guó)32.3%的成年人超重，許多國(guó)家都具有類似的高患病率［1］。肥胖的核心原因在于能量攝入及消耗的不平衡，肥胖與過早死亡和其他慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加密切相關(guān)，如血脂異常、高血壓、癌癥等［2］。額外負(fù)重也會(huì)產(chǎn)生關(guān)節(jié)負(fù)荷過重，最終導(dǎo)致肌肉骨骼疾病，嚴(yán)重影響著人們的生活質(zhì)量。大眾減肥需求增加，市場(chǎng)上涌現(xiàn)出了大量減肥方法，如減肥藥、束腰、甩脂機(jī)等，但這些方法不具備充足的理論依據(jù)，無法從根本上達(dá)到減肥效果，甚至可能對(duì)身體具有一定的危害。有氧運(yùn)動(dòng)結(jié)合能量限制已被證明是一種非常有效的方法，以減輕體重，防止肌肉損失。在運(yùn)動(dòng)減肥領(lǐng)域中，低氧運(yùn)動(dòng)減肥是近10年來的一項(xiàng)新興減肥理念。有研究發(fā)現(xiàn)，在同樣飲食的前提下，受試者在2300m 高原暴露3 周，體重平均減少2.1kg［3］。趙述強(qiáng)等人的實(shí)驗(yàn)證明，8周不同環(huán)境的有氧鍛煉均可降低肥胖大學(xué)生的體重、體脂以及提高肌肉質(zhì)量［4］。由此，該項(xiàng)目開展為期8周的女性低氧與常氧中低強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)減肥對(duì)比研究。希望通過該項(xiàng)目引起大眾對(duì)于低氧減肥與正確減肥的關(guān)注，為低氧運(yùn)動(dòng)在減肥領(lǐng)域的發(fā)展提供一定的參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

在南京體育學(xué)院信息交流賬號(hào)發(fā)送招募文案、健康講座等形式進(jìn)行受試者的招募。運(yùn)用SASJMP軟件進(jìn)行受試者隨機(jī)分組，分為常氧組與低氧組（常氧組1名受試者因自身原因推出該項(xiàng)目）。最終，參加該實(shí)驗(yàn)常氧組8人，低氧組10人，兩組受試者均不了解分組情況。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）南京體育學(xué)院女大學(xué)生；（2）BMI≥22kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）有心臟病史；（2）患有影響運(yùn)動(dòng)的疾病或不配合者。在實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)受試者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及注意事項(xiàng)的介紹，所有受試者均自愿參加該實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)得到了南京體育學(xué)院人體實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)開始前后，每位受試者進(jìn)行身體成分測(cè)量以及佩戴意大利K5心肺功能儀測(cè)量最大攝氧量，同時(shí)佩戴佳明光學(xué)式心率帶與荷蘭potomon肌氧測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量最大心率與過程中的肌氧變化情況。另外，為每位受試者佩戴華為4 Pro運(yùn)動(dòng)手環(huán)，記錄受試者實(shí)驗(yàn)過程中每日睡眠、步數(shù)等日?；顒?dòng)信息、每次運(yùn)動(dòng)中平均速度、平均心率、最大心率、運(yùn)動(dòng)前后血氧飽和度等運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)分成常氧組與低氧組，進(jìn)行為期8周，每周3～4 次的中低強(qiáng)度持續(xù)運(yùn)動(dòng)（跑臺(tái)）。第一周運(yùn)動(dòng)總時(shí)長(zhǎng)為90min，第二周、第三周為120min，第四周為130min，第五周、第六周為140min，第七周、第八周為150min。每次運(yùn)動(dòng)前進(jìn)行5min 的熱身運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后進(jìn)行拉伸放松。運(yùn)動(dòng)過程中必須佩戴華為4 Pro 運(yùn)動(dòng)手環(huán)來記錄運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)心率，確保運(yùn)動(dòng)時(shí)心率在目標(biāo)的心率范圍內(nèi)（最大心率的65%～78%）。每次運(yùn)動(dòng)完成后項(xiàng)目成員將根據(jù)RPE來記錄受試者的勞累程度。低氧組受試者在南京體育學(xué)院體能中心低氧房進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，常氧組受試者可在田徑場(chǎng)或體能中心進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。由于該項(xiàng)目是運(yùn)動(dòng)干預(yù)實(shí)驗(yàn)，有極小可能在受試者身體不適情況下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生頭暈、疲勞、肌肉酸痛等現(xiàn)象，項(xiàng)目成員將通過可穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控受試者的身體情況，一旦超出正常范圍或受試者有不適癥狀，立即暫停實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室低氧房具備AED 等急救設(shè)備，以備出現(xiàn)意外情況。

2 結(jié)果

該實(shí)驗(yàn)常氧組8 人，低氧組10 人。實(shí)驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)，如體成分、心肺耐力、運(yùn)動(dòng)及生活行為、肌氧等數(shù)據(jù)均使用JMP Pro 15進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 體成分

由表1、表2 可知，實(shí)驗(yàn)后，低氧組肌肉量、基礎(chǔ)代謝均大于常氧組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。常氧組實(shí)驗(yàn)后，體重輕微增加；低氧組實(shí)驗(yàn)后，體重輕微下降，但均無顯著性差異，可能與試驗(yàn)周期相對(duì)較短以及樣本量較小有關(guān)。提示低氧相比常氧訓(xùn)練，具有更佳的減肥效果。

表1 兩組受試者身體成分實(shí)驗(yàn)前后比較

表2 兩組受試者身體成分前后變化率比較

2.2 心肺耐力

由表3、表4 可知，常氧組和低氧組實(shí)驗(yàn)后跑步時(shí)間均大于實(shí)驗(yàn)前，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。常氧組和低氧組實(shí)驗(yàn)后最大心率均大于實(shí)驗(yàn)前，而低氧組實(shí)驗(yàn)前后差異顯著（P＜0.05）?？傻贸鰧?shí)驗(yàn)后受試者達(dá)到最大攝氧量的耗時(shí)有所增加，改善了運(yùn)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性，其中低氧組效果更為明顯。

表3 兩組受試者最大攝氧量自身前后對(duì)照

表4 兩組受試者最大攝氧量實(shí)驗(yàn)前后變化率比較

2.3 運(yùn)動(dòng)及生活行為

由表5可知，低氧組實(shí)驗(yàn)過程中，總步數(shù)以及非運(yùn)動(dòng)日、運(yùn)動(dòng)日的平均步數(shù)均超于常氧組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）?？傻贸?，低氧組受試者運(yùn)動(dòng)量總體高于常氧組。

表5 兩組受試者非運(yùn)動(dòng)日、運(yùn)動(dòng)日總步數(shù)及平均步數(shù)比較（步）

由表6 可知，低氧組運(yùn)動(dòng)前后血氧飽和度均小于常氧組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。低氧組每次運(yùn)動(dòng)熱身時(shí)間小于常氧組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。在低氧環(huán)境下，受試者的血氧飽和度有所下降。常氧組受試者運(yùn)動(dòng)時(shí)平均速度較快，由于在海拔2800m（氧含量14.8%）情況下，低氧組處于相對(duì)缺氧狀態(tài)，承受運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的能力降低，因此跑步速度相比常氧組有所下降，心率有所上升，說明低氧對(duì)受試者產(chǎn)生一定的生理負(fù)荷的刺激。

表6 兩組受試者運(yùn)動(dòng)各指標(biāo)比較

2.4 肌氧

由表7可知，常氧組實(shí)驗(yàn)后第5、第6、第7分鐘肌氧飽和度低于實(shí)驗(yàn)前，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。在最大攝氧量第二級(jí)時(shí)，受試者的肌氧飽和度下降更明顯，說明中高負(fù)荷時(shí)氧利用率提高；低強(qiáng)度時(shí)，耗氧較少，趨勢(shì)相似。運(yùn)動(dòng)后耗氧增加，肌肉氧氣利用能力得到提高，表明實(shí)驗(yàn)后受試者氧利用率得到提高。

表7 兩組受試者的每分鐘肌氧比較

3 討論

隨著肥胖率的增高，人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)減肥是目前大眾運(yùn)動(dòng)健身的熱點(diǎn)，既能健康減肥又能強(qiáng)身健體。但對(duì)于大眾來說選擇運(yùn)動(dòng)減肥主要存在兩個(gè)問題：一是找不到正確且適合自己的運(yùn)動(dòng)方式和強(qiáng)度；二是短期內(nèi)很難達(dá)到預(yù)想的減肥效果，難以堅(jiān)持。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，低氧和運(yùn)動(dòng)的結(jié)合能達(dá)到更好的減肥效果。該實(shí)驗(yàn)試圖探討常氧和低氧環(huán)境下跑步對(duì)于女性減肥效果的影響。

3.1 低氧與常氧運(yùn)動(dòng)對(duì)體成分的影響

低氧組體重雖無顯著性差異，但呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，可能與該實(shí)驗(yàn)樣本量小、時(shí)間周期短有關(guān)。Park 等人分別在海拔高度2000m和3000m的環(huán)境下，進(jìn)行為期6周，每周5d，每天跑臺(tái)與功率自行車訓(xùn)練各30min，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為75%HRmax 的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)海拔2000m 的低氧環(huán)境對(duì)體重及體脂率的下降有較好的效果［5］。該實(shí)驗(yàn)可能由于海拔高度不同，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不明顯。Netzer等人進(jìn)行了為期8周，每周3次，每次90min的有氧運(yùn)動(dòng)研究，發(fā)現(xiàn)低氧組體重下降程度明顯高于常氧組［6］。此研究證明了低氧環(huán)境更有利于脂肪進(jìn)行氧化分解。其機(jī)制可能是通過刺激GLUT-4 轉(zhuǎn)運(yùn)的信號(hào)通路優(yōu)化底物利用率和提高線粒體氧化能力，從而提高了代謝與能量消耗［7］。

3.2 低氧與常氧運(yùn)動(dòng)對(duì)心肺耐力的影響

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，2個(gè)月低氧環(huán)境運(yùn)動(dòng)對(duì)受試者最大攝氧量無明顯影響。Czuba 對(duì)7 名滑雪運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行低氧訓(xùn)練，訓(xùn)練后最大攝氧量小幅提升，與對(duì)照組沒有顯著差異［8］。位小龍等人對(duì)15 篇文章進(jìn)行Meta 分析后，得出相似結(jié)論，低氧組與常氧組最大攝氧量無明顯差異［9］。而池邵威的Meta分析則顯示高原訓(xùn)練對(duì)速度與耐力項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員的最大攝氧量有顯著提高作用［10］，與該實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致。這可能與實(shí)驗(yàn)對(duì)象或?qū)嶒?yàn)方案的不同有關(guān)。

低氧組與常氧組達(dá)到最大攝氧量的耗時(shí)均有所延長(zhǎng)，低氧環(huán)境下效果更好，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，此結(jié)果證明低氧環(huán)境能更好地改善受試者運(yùn)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性，有氧能力也有所提高。李俊濤等的實(shí)驗(yàn)顯示，低氧訓(xùn)練后運(yùn)動(dòng)員心臟儲(chǔ)備能力有提高的趨勢(shì)［11］。Gore 等指出，低氧環(huán)境暴露2周的運(yùn)動(dòng)員有氧能力得到提高［12］。有研究指出，低氧環(huán)境進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以提高受試者的有氧能力及耐力［9］。何連源等人對(duì)籃球運(yùn)動(dòng)員在低氧與常氧環(huán)境進(jìn)行反復(fù)沖刺訓(xùn)練，結(jié)果證明均可提高籃球運(yùn)動(dòng)員的速度與耐力，且低氧組好于常氧組［13］。王舜等人對(duì)足球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行為期4 周，每周5 次，每次60min，強(qiáng)度為65%～75%的VO2max 的低氧訓(xùn)練，與前人的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，得出短期的低氧暴露就可提高運(yùn)動(dòng)員在一定范圍內(nèi)有氧耐力的結(jié)論［14］。人工模擬低氧環(huán)境進(jìn)行訓(xùn)練，低氧可以對(duì)人體產(chǎn)生特殊的刺激，并且運(yùn)動(dòng)可以加深人體缺氧程度，人體進(jìn)行適應(yīng)產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，激發(fā)潛能，從而提高人體有氧耐力。有專家認(rèn)為，低氧訓(xùn)練通過血液運(yùn)氧能力與心肺功能的加強(qiáng)、改善骨骼肌中相關(guān)氧化酶活性等方法提高有氧運(yùn)動(dòng)能力［4］。

3.3 低氧與常氧運(yùn)動(dòng)對(duì)生活行為的影響

最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，低氧組受試者體重有下降趨勢(shì)，但常氧組有所上升，其原因可能為該實(shí)驗(yàn)沒有監(jiān)控受試者的日常飲食。青年女性飲食不規(guī)律，常吃夜宵、外賣，且喜好甜品等高熱量食物［15］。汪闖等人認(rèn)為，單獨(dú)的有氧運(yùn)動(dòng)，無飲食控制，對(duì)減重效果一般，聯(lián)合減肥比單一的減肥方法效果更好［16］。Gao 等人的研究中，觀察到肥胖年輕女性在4周的飲食限制下，常氧和模擬缺氧的高容量有氧訓(xùn)練后體重顯著下降。其中，體重減輕的主要原因是體內(nèi)脂肪減少［17］。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)低氧組非運(yùn)動(dòng)日的總步數(shù)及平均步數(shù)多于常氧組，這說明低氧組日常生活中運(yùn)動(dòng)量大。有極大可能是因?yàn)榈脱鯗p肥較為新穎，給予低氧組受試者積極的心理暗示，從而改變低氧組受試者日常生活行為。

此外，低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)受試者的睡眠產(chǎn)生影響，運(yùn)動(dòng)日低氧組受試者平均睡眠總時(shí)長(zhǎng)小于常氧組，且構(gòu)成統(tǒng)計(jì)學(xué)差異?？赡芤?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求兩組進(jìn)行等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，由于低氧組處于缺氧環(huán)境，承受運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的能力降低，恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)也比常氧組長(zhǎng)，導(dǎo)致低氧組受試者過于疲憊，影響受試者睡眠情況。但秦宇飛等人對(duì)賽艇運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行的間歇性低氧訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)，證明低氧可以改善睡眠治療［18］。與該實(shí)驗(yàn)結(jié)論不符，可能與實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不同相關(guān)。

常氧組運(yùn)動(dòng)日平均步數(shù)遠(yuǎn)小于低氧組，且常氧組較低氧組每次運(yùn)動(dòng)熱身時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)、燃脂時(shí)長(zhǎng)較短，運(yùn)動(dòng)效果與低氧組相比較差。由于低氧組在實(shí)驗(yàn)室低氧房進(jìn)行，運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行監(jiān)督，而常氧組在田徑場(chǎng)，無項(xiàng)目成員監(jiān)督，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)效果不佳。

3.4 低氧與常氧運(yùn)動(dòng)對(duì)肌氧的影響

有學(xué)者將肌氧的相關(guān)指標(biāo)，如氧合血紅蛋白HbO2、還原血紅蛋白HHb、總血紅蛋白量THb和其他運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的生理指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析得出，無氧閾、血乳酸、心率、氣體代謝率等一些強(qiáng)度指標(biāo)與肌氧均存在密切相關(guān)性，因此認(rèn)為肌氧能作為反映低氧環(huán)境下肌肉疲勞程度與運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度的指標(biāo)［19］，且能夠?qū)崟r(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中肌肉的狀態(tài)進(jìn)行無創(chuàng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)控和評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員低氧訓(xùn)練過程中的訓(xùn)練負(fù)荷強(qiáng)度［20］。

運(yùn)動(dòng)需要更多能量維持，氧氣消耗增加，導(dǎo)致局部肌肉組織缺氧，肌氧飽和度下降，與安靜狀態(tài)相比形成一個(gè)相對(duì)有效下降值。不同人從安靜狀態(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，肌氧飽和度下降幅度不一樣，同一個(gè)體不同狀態(tài)下進(jìn)行相同負(fù)荷強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)相似現(xiàn)象。局部組織缺氧程度取決于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等因素，下降幅度越高，表明組織耗氧越多。因此，相對(duì)有效下降值反映運(yùn)動(dòng)過程中組織動(dòng)員和利用氧氣情況，可評(píng)定人體運(yùn)動(dòng)過程中肌肉氧化代謝能力。完成相同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度時(shí)，相對(duì)有效下降值越大，表明機(jī)體動(dòng)員和利用氧氣的能力越強(qiáng)，有氧代謝能力越好，以確保局部組織能在更低的水平維持氧供應(yīng)和氧消耗的平衡。相反，相對(duì)有效下降值越小，說明組織消耗氧氣越少，機(jī)體代謝能力越差。該實(shí)驗(yàn)受試者進(jìn)行8 周跑步訓(xùn)練后，在測(cè)最大攝氧量第二級(jí)時(shí)，相比于訓(xùn)練前受試者肌氧飽和度下降明顯，說明中高負(fù)荷時(shí)氧利用率提高；低強(qiáng)度時(shí)，耗氧較少，趨勢(shì)相似。運(yùn)動(dòng)后耗氧增加，肌肉氧氣利用能力得到提高，表明實(shí)驗(yàn)后受試者氧利用率提高。綜上分析，肌氧飽和度相對(duì)有效下降值可以反映機(jī)體動(dòng)員和利用氧氣能力，評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)中肌肉組織氧化代謝能力，利用這一信息可以作為增加訓(xùn)練強(qiáng)度、減小疲勞和改進(jìn)訓(xùn)練效果的一個(gè)評(píng)定依據(jù)。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)后，常氧組和低氧組最大攝氧量的改善效果不明顯，但受試者達(dá)到最大攝氧量的耗時(shí)都有所增加，且與常氧組相比，低氧組增加更為顯著。這說明該運(yùn)動(dòng)方案提高受試者運(yùn)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性，一定程度上改善了受試者的有氧耐力，且低氧環(huán)境下效果更好。在低氧環(huán)境下，受試者體重、體脂率、BMI 及脂肪量都有下降趨勢(shì)，肌肉量、基礎(chǔ)代謝都有上升趨勢(shì)。低氧運(yùn)動(dòng)具有潛在的更好的減肥效果，但減肥受許多因素影響。單純減肥運(yùn)動(dòng)需要適當(dāng)?shù)娘嬍晨刂苹蜉^長(zhǎng)周期等多種條件配合才會(huì)得到更好的效果。

低氧組受試者非運(yùn)動(dòng)日運(yùn)動(dòng)步數(shù)明顯高于常氧組，說明低氧刺激使受試者產(chǎn)生更加積極的心理效應(yīng)，促進(jìn)了其生活行為的改善。低氧組和常氧組運(yùn)動(dòng)過程中肌肉氧利用率都有所提高，其運(yùn)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性得到提高，達(dá)到最大攝氧量的耗時(shí)也因此延長(zhǎng)。可穿戴技術(shù)用于減肥，具有確保運(yùn)動(dòng)安全以及提高使用者運(yùn)動(dòng)自覺性的作用，具有廣闊的運(yùn)用前景。

5 結(jié)語

8 周實(shí)驗(yàn)后，低氧組和常氧組心肺功能均有所提高，達(dá)到最大攝氧量的耗時(shí)顯著增加，說明受試者運(yùn)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性提高，心肺功能得到改善，低氧相比常氧并無顯著優(yōu)勢(shì)，但低氧在減肥效果及體成分的改善方面擁有較大的優(yōu)勢(shì)。此外，低氧刺激能對(duì)受試者產(chǎn)生更為積極的心理效應(yīng)，有助于其生活行為的改善，表現(xiàn)為非運(yùn)動(dòng)日低氧組的運(yùn)動(dòng)步數(shù)明顯高于常氧組。從實(shí)驗(yàn)前后記錄的肌氧數(shù)據(jù)來看，兩組受試者肌肉的氧利用率均提高，從而使運(yùn)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性提高。該實(shí)驗(yàn)采用可穿戴設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是一種較為新穎的方式，可穿戴設(shè)備應(yīng)用于大眾減肥，可以較好地監(jiān)測(cè)受試者的訓(xùn)練狀態(tài)，配合該運(yùn)動(dòng)方案，實(shí)現(xiàn)更好的減肥效果。