雾霾天气下利用登楼梯运动健身的可行性研究*

黄志强，代会莹，沈友青，黄亚飞，孙利红，曹秀玲

(湖北第二师范学院体育学院，湖北武汉 430205)

雾霾天气日渐增多，加上各种其它恶劣天气(暴雨、下雪、沙尘暴、高温)，一年当中可以用来户外健身锻炼的天数急速下降。健身锻炼者为不能按规律进行锻炼开始苦恼，甚至部分锻炼者放弃了长期锻炼的习惯，闭门不出。因此，探寻雾霾天气下，替代户外运动的场所或运动形式成为当务之急。新场所和新的运动形式对需要健身锻炼的人群来说，具有重要的实践意义。国外相关研究认为，定期的登楼运动有助于降低胆固醇水平［1，2，3］、控制体重［4，5，6，7］、增强下肢力量［8］。与其它的传统锻炼方式相比登楼运动具有方便、不受天气变化干扰、无需场地器材等诸多优点。对于那些无暇去运动场，或缺乏运动条件，或不愿到公用场所运动的人来说，登楼运动却不失为一种既省钱又有益健康的健身运动。因此，如能为锻炼者提供一份有关登楼运动能量消耗的参考，这将有助于激发锻炼者更好地去利用楼梯。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

共61人参加上下楼测试，其中33人(男19，女14)参加上楼测试，28人(男13人，女15人)参加下楼测试。所有受试者来自武汉高校大学生，均表示自愿参加整个测试。

1.2 研究方法

1.2.1 实验室测试(GXT试验)［9］

用GXT试验(逐渐递增负荷)确定受试者最高心率(HRmax)和最大摄氧量(VO2max)作为参照。测试前，受试者在跑台上准备活动5～10min，然后佩带校准好的Cortex MetaMax 3B CPX(德国)便携式呼吸计系统(由分析器元件，电池板，面罩及心率遥测仪组成，该装置大约650g，可系于腰间)在跑台上开始GXT试验，采用Breath－by－Breath(L/W/H)法，仪器使用前进行Pressure和Volume校正，然后从Navigator栏中选择Configuration菜单进行设置，点击 Measurement菜单中的CPX Testing，开始测量，整个试验过程的气体收集和分析由呼吸计系统自动完成。达到最大摄氧量的标准:1)筋疲力尽;2)呼吸商＞1.05;3)达到或超过个人最大心率的95%［9］。

1.2.2 现场测试

武汉市小高层楼房(12层)，由22段楼梯共198个阶梯组成，每层(包括两段)18个阶梯，每个阶梯高15cm，垂直总高29.7m，每两段楼梯之间有一面积大约为2m2左右的平地。上下楼梯测试分开进行，测试之前，提供标准动作并告知测试程序，整个测试过程，受试者按规定上或下阶梯，不能在途中停下来或借助扶梯，上或下楼有一位记录者跟随，用于督促受试者按照规定的要求进行，并且记下上楼或下楼的时间。整个过程受试者把MetaMax 3B CPX呼吸计系于腰间，收集运动中摄氧量和心率，使用前须校准，温度和湿度每小时测量一次，在校准结果时，任何的变化都要输入呼吸计系统分析仪。

1.3 统计学检验

所有的数据在SPSS15.0软件包上统计处理。摄氧量和心率与体重和运动持续时间关系运用PMCC检验。显著性水平设为P＜0.05，P＜0.01。

2 结果

2.1 GXT测试结果

表1 受试者实验室(GXT)测试结果

参加实验室测试(GXT)的受试者中，上楼和下楼组男性各项指标无显著差异(P＞0.05)，女性除相对摄氧量差异显著(P＜0.05)，其它指标无显著差异(P＞0.05)。上楼组和下楼组男性在身高、体重、最大摄氧量和相对摄氧量方面均好于女性(P＜0.05)见表1。

2.2 上或下楼心率和摄氧量的变化

表2 受试者现场试验(上或下)测试结果

表2为现场上下楼测试情况，男性上楼的速度明显快于女性，但心率却较低，同样男性的摄氧量及相对摄氧量高于女性，差异显著(P＜0.01)。下楼时，两性之间具有相似的代谢反应(P＞0.05)。上楼男性和女性各项指标显著高于下楼组男性和女性(P＜0.01)。

表3 体重和运动时间与平均摄氧量和心率的关系

2.3 上或下楼能量消耗的变化

表4 上下楼能量消耗和运动强度的计算

能量消耗上楼组25.6kcal(11.4METs);下楼组12.7kcal(6.1METs)，总耗能38.3kcal，每上或下一个阶梯耗能分别为0.129kca和0.064kca，见表4。

3 分析与讨论

3.1 上下楼心率和摄氧量的变化

在现场测试中，上楼运动平均摄氧量和平均心率相当于实验室所测得的85%VO2max和87%HRmax，而下楼运动，由于重力的作用［11］，平均摄氧量和平均心率比较低，只相当于49%VO2max和57%HRmax。美国大学运动医学制定了以53%VO2max和65%HRmax的强度锻炼作为改善心血管系统功能的最低强度［12］。在本实验中，上楼运动平均摄氧量和平均心率均在被推荐的最低强度之上，这有利于心血管系统功能的改善。下楼时的平均摄氧量和平均心率与53%VO2max和65%HRmax标准有一定的差距，但是能够达到该组织所提出的最低限度(最低限度为40%VO2max和 55%HRmax)［12］。因此，利用公用楼梯进行上下楼锻炼可达到改善心肺功能所需的负荷强度。上楼运动，男性和女性摄氧量与体重之间呈正相关关系，表明体重较重的人在上楼运动时比体重较轻的易感到疲劳。相关研究发现［13］，实验室阶梯测试中，体重与摄氧量呈高度正相关，这与本实验结果一致。上楼运动持续的时间与摄氧量、心率之间都呈负相关，说明上楼的频率越快，所引起个体生理上的反应就越强，单位时间的耗氧量增加、心率上升［14］。很显然，上楼比下楼需要消耗更多的能量，这与克服重力有关［11］，上楼运动是克服重力做功，将化学能转变为重力势能和热能，其中以重力势能为主，下楼运动不用再做功产生重力势能。部分以较快频率上楼的受试者需要消耗的能量也相对更多，这与登楼梯频率的增加有关，频率越快，上楼就越困难，尤其是在离开一个阶梯登向另一个阶梯时，肌纤维动员较多，这可能与越快的频率将会导致明显较大的垂直冲击力有关［15，16］。相比之下，下楼运动，体重与摄氧量、运动时间与摄氧量之间仅在女性中呈现显著性相关，在男性中没有相关性，这可能与性别差异有关，有待于今后进一步研究。下楼运动男性和女性体重与心率、运动时间与心率之间没有呈现相关性，由于强度较小，心率的变化不太明显，这与下楼运动不需要克服做功产生重力势能有关。

3.2 上下楼能量的消耗

上下楼运动是一项消耗多余能量的较理想的体育运动，因为人们都很容易找到这样的机会［17］。本研究上或下楼运动总耗氧量相当于11.4Mets和6.1Mets。参照Pate等［18］所推荐的体育活动代谢当量强度分级标准，上或下楼运动被定为激烈强度和中等强度运动，与其它的运动方式相比，下楼运动相当于以每小时5.4km的速度快步行走，上楼运动相当于以每小时10.9km的速度跑步。本实验得出的代谢当量值(Mets)明显高于其他研究公布的数据。Ainsworth［19］等提到上或下楼运动强度相当于 8.0Mets和 3.0Mets，而 Bassett等［20］提出的数据为8.6Mets和2.6Mets。这些差异可能与各实验所采取的登楼频率不同有关。此外，与参与测试对象所属人种、生活环境、年龄或及实验测试工具的不同也密切相关。本研究所计算出上或下12层楼所消耗的能量分别为25.6和12.7千卡，两者总消耗为38.3千卡。为了促进控制体重、减掉脂肪，美国大学运动医学指南建议一场运动应消耗300～500千卡能量，并且要求每周运动三次，如果每周运动的次数增加到四次，那么每次能量的消耗可减少到200千卡［12］。如参照美国大学运动医学锻炼指南要求，根据本实验测试的结果可提供健身锻炼参考:锻炼者每次进行总共5趟的上下12层楼练习［38.3千卡/次(上和下)×5次 =191.5千卡］，或者每次的持续时间为21min［(130s/上+118s/下)×5次 =20min40s］，每周锻炼四次。对于每步能量消耗的计算，由于台阶数、楼层数及高度存在的地区差异性，这种计算结果也是相对的。本研究每上下一个台阶的能量消耗总和为0.193千卡每步(上:0.129千卡，下:0.064千卡)，但并没有把在经过两段楼梯之间大约2m2的水平面所消耗的时间考虑进去，得出的数据比 Bassett［20］、Shephard［21］、Nagle［22］等各自提出的数据0.20、0.237、0.23 千卡/步低。这些差异可从三个方面解释:一，下楼运动频率不同［23］。其中Ainsworth 等［19的研究中没有提到步频问题，Bassett［20］等用了每分钟70步的频率，Shepherd［21］估计为每分钟57～76步。二，上下楼工具差异，本研究所使用的是公共楼梯通道，而其它的研究使用的是自动楼梯或2层的木板凳或自动跑台等。这可能会影响它的效果或改变步子的运动形式。三，每一步垂直距离的差异［23］，这将可以解释它们之间的不同，本实验中小高层楼房每一台阶的垂直距离为15cm，比其他研究中所用的18、20、20.3cm距离都低。

4 结论

4.1 上楼运动VO2和HR相当于实验室所测得85%VO2max和87%HRmax，下楼运动 VO2和 HR相当于49%VO2max和57%HRmax，符合ACSM制定的锻炼健身标准。

4.2 参照Pate标准，下楼相当于5.4km/h快步行走，上楼相当于10.9km/h速度跑步，总消耗38.3kcal。如每天共5次上下12层楼运动，或每次持续21min，可消耗200kcal，每周运动四次，共800kcal，符合ACSM健身指南建议。因此，利用公用楼梯进行上下楼锻炼可达到锻炼健身的效果。

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