青年科学工作者论坛2010年第6期

南方中青年体力活动能量消耗研究

余丹 曾果1李鸣 毛德倩2黄承钰朴建华2郭宏霞 程改平 彭敏

[1]四川大学华西公共卫生学院,成都  610041

摘要：目的研究中国南方中青年常见体力活动的能量消耗。方法通过问卷调查和体格检查筛选出轻体力活动健康中青年64名，采用k4b2便携式心肺功能测定仪测量其基础代谢和七项体力活动（慢走、快走、慢跑、骑自行车、上下楼梯和看电视）的耗氧量（VO2）和二氧化碳生成量（VCO2），用微量凯式定氮法测量24小时尿氮，利用Weir公式计算其能量消耗量。结果各项体力活动平均能量消耗量（kJ×h-1×kg-1）分别为：慢走14.77±2.47，快走22.18±3.68，慢跑41.34±7.32，骑自行车18.41±3.89，上楼梯26.11±4.18，下楼梯13.68±2.89，看电视5.06±1.09；男性各项体力活动能量消耗量均高于女性，差异有统计学意义（P<0.05）。结论体力活动能量消耗差异较大，看电视为低强度体力活动，骑自行车、上下楼、慢走及快走为中强度体力活动，慢跑为高强度体力活动。

关键词：  体力活动  能量消耗  中青年

中图分类号：            文献标识码：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

体力活动的能量消耗是构成人体总能量消耗的重要部分，因其变化大，对调节机体能量代谢和维持能量平衡至关重要。许多研究表明，规律、充足的体力活动对健康有益，与肥胖、糖尿病等多种慢性疾病的发生、发展密切相关［1］。目前我国居民体力活动水平呈逐年下降趋势，各种慢性病发病率不断增加，提示能量失衡问题突出，因此开展我国居民能量消耗的研究十分必要。本课题采用国际先进的k4b2便携式心肺功能测定仪，对中国南方中青年男女常见体力活动的能量消耗进行研究，以获得我国南方中青年人能量代谢的重要数据，为进一步制定中国成人膳食能量需要量标准和营养相关慢性病的预防提供科学依据。

1对象与方法

1.1对象

于2009年3～4月在四川大学师生中通过问卷调查和体格检查筛选健康受试者64人，男女各半。纳入标准：在南方生活两年以上，从事轻体力活动，年龄20～45岁，BMI值19～25，无急慢性疾病，女性月经周期规律。排除标准：失眠、易紧张，生化指标异常（血常规、肝肾功能、空腹血糖、甲状腺功能），6个月内体重变化超过5%，现患消化系统疾病（如便秘）和代谢疾病，睡眠打鼾。受试者均签署《知情同意书》。

1.2方法

1.2.1体格测量   受试者清晨空腹着内衣测量身高、体重。身高采用固定身高尺（Lameris Utrecht, The Netherlands）测量，精确到0.1cm；体重采用数字式体重秤（HW100KGL, Japan）测量，精确到0.01kg，测量器具均经标准校正合格使用。用身高、体重计算体表面积和体质指数。

1.2.2体力活动能量消耗测量及计算   采用k4b2便携式心肺功能测定仪（Cosmed, k4b2, Italy）测量受试者慢走、快走、慢跑、骑自行车、上楼梯、下楼梯及看电视的耗氧量（VO2）和二氧化碳生成量(VCO2)。每次测量前进行k4b2测定仪气体校正，测试环境温度为25℃～27℃，湿度为55%～58%。

受试者随机分组，每组3人，分男女组分别测试。受试者于实验期间照常作息，测试前24h内统一就餐，严禁任何剧烈活动、吸烟、饮酒及饮用含有咖啡因的饮料。受试者穿舒适服装和运动鞋，测试前由专门人员培训动作要领，测试在进餐2小时后开始，每项活动结束后休息至心率恢复正常再进行下一个项目测试。运动速度由电子节拍器控制，测试条件和活动规范与要求见表1。

采用Weir公式［2］计算各项体力活动能量消耗，其中耗氧量（VO2）、二氧化碳生成量由k4b2检测，尿氮值(UN)通过收集受试者24h尿液，用微量凯式定氮法检测［3］。

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

慢走、快走、慢跑、看电视均取能量消耗值平稳后4分钟的数据用于分析；骑自行车取能量消耗值平稳后3分钟的数据用于分析；上下楼梯取上下楼全程的数据用于分析。

表1 体力活动规范与要求

Table1 Criterion and requirement of physical activity

1.2.3基础代谢能量消耗测量受试者前晚统一进餐后入住检测室，清晨受试者从睡眠状态中被叫醒，处于完全空腹（晚餐后12小时以上）、安静、清醒而舒适的状态。测试过程中不能活动四肢、说话和摇头，室温保持在20℃～25℃之间，采用k4b2测试基础代谢能量消耗，方法同体力活动，测试10分钟。

1.2.4体力活动强度分级将每项体力活动能量消耗量除以基础代谢能量消耗量得到其代谢当量（MET值）以表示其体力活动强度。根据美国疾控中心和运动医学会1995年推荐标准［4］：能量消耗小于3个代谢当量为低强度体力活动，能量消耗3～6个代谢当量为中等强度体力活动，能量消耗大于6个代谢当量为高强度体力活动，对所测体力活动进行强度分级。

1.2.5质量控制严格筛选受试者，控制现场测试环境，精确校正仪器，规范各项体力活动动作，统一测试流程和操作。

1.2.7数据处理及统计分析用 Microsoft Excel 2003建立数据库，用SPSS 11.5软件进行统计分析。全部数据均为定量资料，且符合正态分布，采用均数和标准差描述各指标分布，用成组设计两样本均数t检验比较性别组间差异，检验水准α=0.05。

2结果

2.1基本情况

64名受试者的基本情况见表2。

表2  受试者基本情况()

Table 2  Physical characteristics for subjects

	男（n=32）	女（n=32）	合计（n=64）
年龄（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
体重(kg)	61.93±6.45	51.46±5.43	56.69±7.93
体质指数（kg/m2）	21.0±1.5	20.1±1.4	20.6±1.5
体表面积（m2）	1.7±0.1	1.5±0.1	1.6±0.1
基础心率（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
基础代谢（kJ×h-1×kg-1）	4.69±0.79	4.18±0.63	4.44±0.75

2.2体力活动耗氧量和二氧化碳生成量

由K4b2测到的耗氧量(VO2)和二氧化碳生成量(VCO2)见表3。

表3   体力活动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体力活动能量消耗量

表4  体力活动能量消耗量

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

项目	男（n=32）		女（n=32）		合计（n=64）
		范围			范围			范围
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
骑自行车	19.83±4.06	12.05～28.41		16.99±3.18	10.63～25.56		18.41±3.89	10.63～28.41
上楼梯	27.78±3.72	20.79～37.49		24.43±3.93	15.48～35.40		26.11±4.18	15.48～37.49
下楼梯	15.19±2.01	10.79～19.71		12.18±2.85	6.99～20.25		13.68±2.89	6.99～20.25
看电视	5.56±1.05	3.77～8.33		4.56±0.84	2.34～6.61		5.06±1.09	2.34～8.33

比较体力活动能量消耗的性别差异，结果显示各项体力活动能量消耗量男性均明显大于女性，且差异均有统计学意义（P<0.05），见表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；骑自行车t=5.993,P=0.000；上楼梯t=5.994,P=0.000；下楼梯t=7.679,P=0.000；看电视t=6.645,P=0.000。

2.4体力活动MET值

表5  体力活动MET值

Table 5  MET of physical activity

项目	男（n=32）	女（n=32）	合计（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
骑自行车	4.39±1.44	4.13±0.85	4.26±1.18
上楼梯	6.04±0.94	5.95±1.20	6.00±1.07
下楼梯	3.34±0.71	2.97±0.79	3.15±0.77
看电视（1）	1.20±0.22	1.10±0.18	1.15±0.21

注：（1）P<0.05

比较体力活动MET值性别差异，结果显示男女慢跑、看电视MET值不同，差异有统计学意义，男性大于女性（P<0.05）。其他项目男女MET值差异没有统计学意义。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；骑自行车t=0.891,P=0.376；上楼梯t=0.588,P=0.559；下楼梯t=1.766,P=0.082；看电视t=2.078,P=0.042。

根据代谢当量分级标准，看电视属于低强度体力活动；骑自行车，上楼、下楼，慢走，快走属于中强度体力活动；慢跑属于高强度体力活动。

2.5体力活动能量消耗变化规律

图1和图2显示各项体力活动能量消耗量随时间变化的情况。慢走、快走、慢跑、骑自行车的能量消耗变化趋势较一致，在运动开始后1分钟内均呈上升趋势，1.5分钟后趋于平稳。看电视的能量消耗在0.5分钟内基本稳定，变化很小。上楼梯能量消耗在开始第1分钟内呈上升趋势，1分钟后曲线逐渐趋于水平；下楼梯能量消耗，在开始8秒内呈上升趋势，之后曲线趋平，能量消耗基本稳定。

图1 慢走快走慢跑骑自行车看电视的能量消耗变化

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

图2 上、下楼的能量消耗变化

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

3讨论

3.1  k4b2测定仪在体力活动能量代谢中的应用

成年人的能量消耗主要用于基础代谢、食物动力热效应和体力活动，其中体力活动的能量消耗可变性较大，对机体能量平衡的调节具有重要影响。体力活动是一个动态连续的过程，这导致对体力活动能量消耗的测量难度加大。常见的测量方法有直接侧热法、双标水法，心率法及加速度计法等，但这些方法均有其不足之处，直接测热法操作复杂，双标水法价格昂贵，心率法和加速度计法准确性较低［5-6］。

本研究所采用的k4b2便携式心肺功能测定仪，是近年来应用于能量代谢研究领域中的新技术，具有轻便易携带、可遥控、测量范围广、测量结果准确等优点，在国外已广泛用于体力活动能量消耗的研究。由于该仪器可用于室内、室外各种体力活动能量消耗的测定，能够快速、准确、连续地收集动态数据，从而真实反映人体运动时的实际能量消耗情况［7-8］。

本研究发现，由于不同体力活动强度差异较大，且受试者也存在个体差异，因此在应用k4b2测定仪测量体力活动能量消耗时，必须考虑到受试者的承受能力和数据的稳定性，建议每项活动测量时间最好在3∼7分钟，以保证测试结果的准确性。

另外在使用k4b2测量过程中还应特别注意：在保证面罩不漏气的前提下让受试者调节面罩至舒适位置并适应；注意控制受试者每个测试活动的速度，最好提前培训适应；每次测量时间不宜过长，以免出现疲劳从而影响测试结果。

3.2常见体力活动能量消耗水平及特点

大量研究已证实了体力活动对健康促进的积极作用。本研究结果显示，看电视为低强度体力活动，慢走、快走、骑自行车及上下楼为中强度体力活动，慢跑为高强度体力活动。国际肥胖研究学会（IASO）提出，每天进行30分钟中等强度体力活动对预防心血管疾病、糖尿病等多种慢性病具有积极意义［9］。2002年中国居民营养与健康调查结果表明，我国居民参加锻炼的比例为14.1%，经常锻炼和偶尔锻炼的比例5.9%和8.3%，绝大多数人不进行锻炼；而我国居民看电视的比例为92.1%，平均每天看电视的时间为2.1小时，每天看电视时间超过3小时的比例超过半数。由此可见目前我国居民体力活动缺乏的问题十分突出，这也成为慢性病发病率逐年增长的原因之一。

步行、跑步、骑自行车和上下楼是我国居民学习生活中主要的交通方式和常见的锻炼方式，也是积极有效的中等强度的体力活动项目，应在人群中大力提倡和推广。按照IASO提出的每天30分钟中等强度体力活动最低标准（3个代谢当量），一个60千克体重的男性，每天体力活动至少应消耗376.56kJ能量，慢走、快走、慢跑、骑自行车、上、下楼梯30分钟所消耗能量分别为：471.9、678.9、1360.5、594.9、833.4和455.7kJ。因此日常生活中提倡多进行快走、慢跑、骑自行车运动，减少看电视时间，以爬楼梯代替乘电梯，以步行或骑车代替坐车，以保持机体能量平衡，有益于身体健康。

人体体力活动能量消耗量受许多因素影响，包括受试者自身因素（身高、体重、基础代谢等）、测试方法及条件、运动速度、活动场地等，从而限制了各研究结果之间的比较。目前国外有关体力活动能量消耗的研究相对较多，而国内相关研究报道甚少，迄今仅限于孙锐等进行了［10］关于中国北方青年女性看电视的能量消耗研究，其结果与本研究结果接近。

本次研究只涉及到7种常见体力活动能量消耗，受试者仅限于南方轻体力活动成年人，属开创性的探索研究，为今后扩大人群类型、增加不同类型体力活动测试项目奠定基础，为建立中国人体力活动能量消耗数据库提供依据。

参考文献

1           JOHN M J , AMY D O. Physical activity considerations for the treatment and prevention of obesity[J]. Am J Clin Nutr ,2005,82(suppl):226-229.

2           WEIR J B. New methods for calculating metabolic rate with special reference to protein metabolism [J].Nutrition,1990,6:213-221.

3           中华人民共和国卫生部.GB/T 5009.5—2010 食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定[S].北京：中国标准出版社，2010.

4           PATE R R, PRATT M , BLAIR S N,et al. Physical activity and public health:a  recommendation from the Centers for Disease Control and Prevention and the American College of Sports Medicine[J].JAMA,1995,273:402-407.

5           PINNINGTON H C, WONG P, TAY J, et al. The level of accuracy and  agreement in measures of FEO2, FECO2and VEbetween the Cosmed k4b2portable, respiratory gas analysis  system and a metabolic cart[J]. J Sci Med Sport,2001，4(3):324-335.

6           DUFFIELD R, DAWSON B, PINNINGTON H C, et al. Accuracy and reliabillity of a Cosmed k4b2portable gas analysis system[J]. J Sci Med Sport, 2004，(7)1:11-22.

7           HAUSSWIRTH C,BIGARD A X,LE CHEVALIER J M, et al.  The Cosmed K4 telemetry system as an accurate device for oxygen uptake measurements during exercise[J].Int J Sports Med，  1997,18(6):449-453.

8           MCLAUGHLIN J E,KING G A, HOWLEY E T,et al. Validation of the Cosmed k4b2 portable metabolic system[J].Inter J Sports Med，2001,22(4):280-284.

9           SARIS W H,BlAIR S N,VAN BAAK M A，et al.How much physical activity is enough to prevent unhealthy weight gain? Outcome of the IASO 1st Stock Conference and consensus statement[J].Obes Rev, 2003，4(2):101-114.

10       孙锐，朴建华，田园,等.对30名青年女性看电视和看书时能量消耗的研究[J].中国预防医学杂志,2008,(42)3:196-198.

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