12～14歲正常和肥胖男性青少年運動能耗的比較研究

朱琳 陳佩杰 莊潔 袁梅 王強

1 上海體育學院運動科學學院（上海 200438） 2 廣州體育學院運動與健康系

兒童青少年不是成年人的簡單縮影，相同運動劑量可能產生不同的運動效應。且兒童青少年靜息能量消耗和活動代謝當量（MET）與成人不同［1］。其安靜或運動中的每公斤能量消耗比成人大。因此，不能簡單地將成年人活動綱要中的運動強度標準［2］應用于兒童青少年。近年來，各國學者開始關注青少年靜息能量消耗和各種運動項目能量消耗的研究。肥胖青少年是否存在能量代謝方面的缺陷?相同劑量的運動（定量負荷運動）對正常和肥胖青少年的“效應”是否相同?這些研究對了解生長發育階段青少年的運動能耗，指導制定青少年運動處方具有實際應用價值。本實驗測試了12～14歲正常和肥胖青少年進行廣播體操和不同速度跑臺運動時的耗氧量以及靜息氧耗率，分析不同對象進行運動時的MET值，比較其運動強度，為有針對性制訂青少年運動健身方案提供參考。

1 對象和方法

1.1 對象

選取12～14歲男性單純性肥胖和正常青少年各15人，1歲為一個年齡段，每個年齡段各5人，共30人。要求生長發育正常，近期無疾病或發燒等不良健康情況。判斷被試對象是否肥胖的標準［3］為：12歲、13歲、14歲青少年BMI分別 < 21.0、< 21.9、< 22.6被認為正常；12歲、13歲、14歲青少年BMI分別≥24.7、≥25.7和≥26.4則被認為肥胖。肥胖青少年分別從2010年巔峰暑期減重夏令營和體博士暑期減重夏令營中招集，其測試均在夏令營期間完成；正常青少年從上海蘭生復旦中學招集，其測試均在學生在校期間完成。本研究所有測試均得到了上海特美健康管理咨詢公司體博士營養與體重管理中心、上海巔峰體育管理有限公司和上海蘭生復旦中學的許可和配合。

1.2 測試方案

首先采集身高、體重等信息，篩選出需要的測試對象。然后令被試均佩戴Cosmed K4b2和POLAR胸帶表進行測試。測試分兩部分，第一部分是靜息能量消耗（RMR）和廣播體操（第三套全國中學生廣播體操舞動青春（4分27秒））能量消耗的測試。第二部分是實驗室跑臺測試。每項測試結束后即刻請被試報告自覺疲勞感覺。靜息能量消耗測試在餐后2小時以上進行，跑臺運動要求在餐后1小時以上進行。只要滿足上述時間條件均可進行測試，同一個人兩部分測試在兩天內完成。

1.3 實驗方法

1.3.1 基本信息的采集

采用日本COMBI WELLNESS公司的COMBI綜合體質評估系統中的身高體重儀，令被試光腳，穿輕便衣褲完成身高、體重測量。身高、體重分別精確到0.01 m和0.1 kg，通過公式計算體質指數（BMI）=體重/身高2。被試基本信息的采集要求在正式測試前一天完成。

1.3.2 Cosmed K4b2便攜式氣體代謝分析儀

根據間接測熱法所設計的間接能量測定儀是測定機體能量消耗的“金標準”［4］，Cosmed K4b2（Cosmed，Rome，Italy）是一種便攜式氣體代謝分析儀，它利用間接測熱原理，通過分析每一口氣中氧和二氧化碳的含量，計算單位時間能量消耗，現已證實其可有效測量各種運動強度下的攝氧量［5］。測試時，嚴格按照操作手冊進行，通過隨機配備的數據分析處理系統，采集原始指標VO2（ml/min）和相對 VO2（ml/min/kg）。

1.3.3 第一部分測試

飯后禁食2小時以上，在25～27℃室溫下，令被試佩戴Cosmed K4b2安靜平臥測試30min。隨后被試起床，跟隨廣播體操音樂完成廣播體操運動測試。

1.3.4 第二部分測試

餐后1小時以上，令被試在跑臺上進行3、4、5、6、7、8 km/h的遞增走或跑運動（3、4、5、6 km/h為走，7、8 km/h為跑），每級速度運動5分鐘，中間無間斷。被試如感無法堅持可隨時中斷實驗。

1.3.5 自覺疲勞分級（rating of perceived exertion，RPE）

采用Borg 15級（6～20）RPE評級表的主觀評價方法［6］，在廣播體操運動后即刻和每級走跑運動結束即下一個速度開始加速前，由實驗者手舉RPE量表，請被試用手指出當時疲勞感覺對應的數值，由實驗人員記錄下相應的數值。

1.4 統計學分析

為了評估能量消耗，靜息能量消耗選取第16～25分鐘數據分析，第1～15分鐘作為被試放松和調整測試儀器Cosmed K4b2的平衡期；廣播體操選擇整個運動過程數據分析；跑臺運動能量消耗選取每級運動第4～5分鐘數據分析，第1～3分鐘作為平衡期。各運動項目代謝當量（MET）=運動能量消耗 /靜息能量消耗［5，7］。運動強度分級［7］標準為靜息能量消耗為1MET，小強度活動為1.5≤MET <3，中等強度活動為3≤MET < 6，大強度活動為6≤MET < 9，MET≥9為劇烈運動。

分別將肥胖和正常青少年在廣播操和走跑測試中所得的RPE與MET進行Pearson相關分析；不同年齡組間差異性檢驗采用單因素方差分析，正常和肥胖青少年組間分析采用t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。所有數據均用±s表示，數據統計分析均用EXCEL 2007和SPSS 16.0完成。

2 結果

2.1 測試對象基本情況

測試對象平均年齡為13.5±0.9歲，肥胖和正常組12、13歲和14歲各年齡組青少年在身高、體重、BMI幾項指標上均不存在顯著性差異，經方差分析，P > 0.05；只在年齡上存在顯著性差異，P < 0.001。因此，肥胖組和正常組青少年均可以將三個年齡組合并在一起進行分析。經t檢驗，肥胖組和正常組青少年在身高（P < 0.05）、體重（P < 0.001）、BMI（P < 0.001）幾項指標上均存在顯著性差異；在年齡上不存在顯著性差異，P > 0.05。見表1。

2.2 肥胖和正常青少年靜息狀態和運動時的耗氧量和MET分析

從表2可知，肥胖青少年靜息和運動時的耗氧量均高于正常青少年，經檢驗，在4 km/h（P < 0.05）、5 km/h（P < 0.01）、6 km/h（P < 0.01）、7 km/h（P< 0.05）、8 km/h（P < 0.05）等速度的運動中均存在顯著性差異。排除體重影響，則出現相反情況，正常青少年靜息和運動時的耗氧量均高于肥胖青少年，經檢驗，兩組在靜息（P < 0.01）、廣播操（P < 0.001）、3 km/h（P < 0.001）、4 km/h（P < 0.01）、7 km/h（P< 0.01）等速度的運動中均存在顯著性差異，而在5 km/h、6 km/h、8 km/h速度的運動中差異無統計學意義（P > 0.05）。

2.3 肥胖和正常青少年MET與RPE分析

表1 被試基本信息描述

表2 肥胖和正常青少年靜息狀態和運動時的耗氧量、MET和RPE（n = 15）

本研究以安靜時機體能量消耗表示1MET。從表2可知，肥胖和正常青少年1MET分別為3.88 ml/min/kg和5.45 ml/min/kg；進行相同運動時，正常青少年MET值均低于肥胖青少年，經t檢驗，兩者在 5 km/h（P<0.05）、6 km/h（P<0.05）兩級跑臺運動中存在顯著性差異。對于肥胖青少年，廣播體操和3 km/h、4 km/h、5 km/h運動屬于中等強度體力活動；6 km/h、7 km/h、8 km/h為大強度運動。但對于正常青少年，廣播體操、4 km/h、5 km/h和6 km/h運動屬于中等強度體力活動，3 km/h運動屬于小強度體力活動，7 km/h、8 km/h運動才屬于大強度運動。

不同青少年在從事相同運動時，自覺疲勞感覺也有差異（見表2）。從事相同運動時，肥胖青少年MET高于正常青少年，同時RPE值也高于正常青少年，除廣播體操（P > 0.05）外，3 km/h（P < 0.01）、4 km/h（P < 0.01）、5 km/h（P < 0.001）、6 km/h（P< 0.001）、7 km/h（P < 0.001）、8 km/h（P < 0.05）均存在顯著性差異。

相關分析發現，肥胖青少年運動時MET和RPE相關系數為0.963（P < 0.001），正常青少年相關系數為0.986（P < 0.001），均呈高度相關。

3 討論

3.1 青少年靜息能量消耗的變化

本研究發現，肥胖青少年安靜狀態下能量總消耗高于正常青少年，但單位體重的安靜能量消耗卻低于正常青少年。張彩霞等研究發現［8］，肥胖組兒童休息能量消耗、基礎代謝的能量消耗（均以kJ/h表示）高于非肥胖兒童（P < 0.05）；排除體重影響后休息能量消耗、基礎代謝的能量消耗（均以kJ/kg/h表示）低于非肥胖兒童（P < 0.05），國外學者［9，10］也有類似報道，這與本文結果基本一致。

代謝當量（MET）是以安靜、坐位時的能量消耗為基礎，反映活動時相對能量代謝水平的指標，常以3.5 ml/min/kg表示1MET。本研究發現，無論是肥胖還是正常青少年，其1MET均高于3.5 ml/min/kg推薦值。因此，對青少年不能簡單應用靜息能量消耗量推薦值計算，最佳方法是針對靜息能量消耗實測值計算，或建立適用于青少年的靜息能量消耗的推算方程。

3.2 青少年運動能量消耗的變化

本實驗中不同對象進行的均為定量負荷運動（即運動劑量相同）。對于青少年，3 km/h速度屬于慢走，4 km/h、5km/h屬于輕松步行，6 km/h屬于快走，而7 km/h、8 km/h屬于跑。本實驗結果顯示，肥胖青少年進行廣播操和3～8 km/h這6種速度的走跑運動的耗氧量均高于正常青少年，排除體重影響后，正常青少年運動的耗氧量均高于肥胖青少年。這說明在進行相同劑量運動時，肥胖組青少年總能量消耗比正常青少年高，但單位體重下所消耗的能量則低于正常組。這與國外學者[11]用Douglas法對9.3±1.1歲正常和肥胖兒童進行的實驗室不同跑速跑臺研究結果一致，即相同速度運動中，肥胖組兒童能量消耗顯著高于正常組兒童（P < 0.01）。肥胖兒童相同運動時能量消耗高于非肥胖兒童，這為運動減肥提供了有力的理論依據。

MET以安靜時機體的能量消耗（耗氧量）為基礎，它可以比較不同運動方式的強度，可以用于評價機體運動時的相對能量代謝水平［12］。為排除靜息能量消耗的影響，便于比較不同運動的強度，本實驗實測了靜息能量消耗以計算各項運動的MET。此次研究中，廣播體操屬于中等強度體力活動，這與崔玉鵬［13］的研究結果一致。本研究還發現，無論正常青少年還是肥胖青少年，4 km/h、5 km/h速度的走運動均屬于中等強度體力活動；7 km/h、8 km/h的跑運動屬于大強度運動；而3 km/h慢走和6 km/h快走運動對于肥胖青少年分別屬于中等和大強度運動；對正常青少年則屬于小強度和中等強度運動。上述結果表明，相同劑量運動對肥胖和正常青少年產生了不同效應。相同負荷運動對正常青少年屬中等強度，而對肥胖青少年則可能屬于大強度運動。因此，指導兒童青少年健身，建議采用針對青少年群體具體實測RMR所得到的具體運動的MET，其更接近兒童青少年真實的能量消耗。這對今后制定青少年體力活動綱要，特別是制定肥胖青少年身體運動方案具有指導作用。

3.3 青少年的健身運動

由于自身負重增加，肥胖青少年往往體力水平下降，身體素質和心肺機能水平較差，運動即感疲勞。本實驗實際測試中，肥胖青少年中有部分人未能堅持5分鐘的7 km/h速度的跑臺運動，絕大多數人不能堅持8 km/h跑運動，而正常青少年僅1人未完成8 km/h跑運動。這說明肥胖青少年從事相同運動時的自我疲勞感較強。進一步分析發現，肥胖青少年進行相同量運動時，RPE值高于正常青少年，除廣播體操外，其余均存在顯著性差異。肥胖和正常青少年自覺疲勞感覺和MET呈高度相關。許多學者研究發現，RPE與HR、VO2、肺通氣量和乳酸水平呈線性相關（相關系數達到0.80～0.90）［14-16］，而這些指標均可以從一定角度反映被試的運動強度。RPE是主觀的，但反映的卻是客觀的生理機能變化。上述研究證明，若無客觀指標監控運動強度時，采用RPE反映青少年運動強度可行。故在實際鍛煉中，青少年可根據RPE調控自身運動強度。

致謝：在實驗過程中，得到了上海特美健康管理咨詢公司體博士營養與體重管理中心、上海巔峰體育管理有限公司，上海蘭生復旦中學王劍峰老師以及上海體育學院陳文鶴教授的支持和幫助，在此一并感謝！

［1］Harrell JS，Mcmurray RG，Cmurray CD，et al. Energy costs of physical activities in children and adolescents.Med Sci Sports Exerc，2005，37：329-336.

［2］Ainsworth BE，Haskell WL，White MC，et al. Compendium of physical activities： an update of activity codes and MET intensities. Med Sci Sports Exerc，2000，32：498-504.

［3］中國肥胖問題工作組. 中國學齡兒童青少年超重、肥胖篩查體重指數值分類標準.中華流行病學雜志，2004，25（2）：97-102.

［4］馮巖梅，孟慶華. 靜息能量消耗測定在慢性肝病中的應用. 中國臨床營養雜志，2007，15（ 2）：107-110.

［5］Trost SG，Way R，Okely AD. Predictive validity of three ActiGraph energy expenditure equations for children. Med Sci Sports Exerc，2006，38（2）： 380–387.

［6］Borg GA. Psychophysical bases of perceived exertion.Med Sci Sports Exerc，1982，14（5）：377-381.

［7］Arvidsson D，Slinde F，Larsson S，et al. Energy cost of physical activities in children：Validation of SenseWear Armband. Med Sci Sports Exerc，2007，39（11）：2076-2084.

［8］張彩霞，蔣卓勤. 單純性肥胖兒童能量代謝的研究.營養學報，2003，25（4）：357-361.

［9］Bandini LG，Schoeller DA，Dietz WH. Energy expenditure in obese and nonobese adolescents. Pediatr Res，1990，27：198-203.

［10］Maffeis C，Zaffanello M，Pinelli L，et a1. Total energy expenditure and patterns of activity in 8-10 year-old obese and nonobese children. J Pediatr Gastroenterol Nutr，1996，23：256-261.

［11］Maffels C，Schutz Y，Schena F，et al. Energy expenditure during walking and running in obese and nonobese prepubertal children. J Pediatr，1993，123 ：193-199.

［12］全國體育院校教材委員會審定. 運動生理學. 北京：人民體育出版社，2003. 160.

［13］崔玉鵬，耿培新，馬鴻濤. 第三套全國中小學生系列廣播體操運動負荷評價. 中國運動醫學雜志，2009，28（6）：625-630.

［14］Kim HJ，Higashimori T，Park SY，et al. Differential effects of interleukin-6 and -10 on skeletal muscle and liver insulin action in vivo. Diabetes，2004，53（4）：1060-1067.

［15］Monzillo LU，Hamdy O，Horton ES，et al. Effect of life style modification on adipokine levels in obese subjects with insulin resistance. Obes Res，2003，11（9）：1048-1054.

［16］Rotter V，Nagaev I，Smith U. Interleukin-6 induces insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes and is，like IL-8 and TNF-alpha over-expressed in human fat cells from insulin-resistant subjects. J Biol Chem，2003，278（46）：45777-45784.