军人负重25 kg不同速度行军1 km时能量消耗的变化*

马继政， 李 巍， 韦海燕， 田 东， 王华宇， 胡 斐， 王晓磊

(解放军理工大学， 军人体能训练与机能评定实验室， 江苏 南京 211101)



军人负重25 kg不同速度行军1 km时能量消耗的变化*

马继政△， 李 巍， 韦海燕， 田 东， 王华宇， 胡 斐， 王晓磊

(解放军理工大学， 军人体能训练与机能评定实验室， 江苏 南京 211101)

目的：评定负重25 kg状态下1 km距离不同跑速能量代谢的变化特点。方法：健康男性受试者10名，采用运动心肺功能测试仪分别检测受试者在1 km距离负重25 kg状态下的静息、慢走(0.08±0.10)km/min、快走(0.12±0.01)km/min、全力跑(0.22±0.01)km/min和无负重全力跑(0.28±0.02)km/min时的能量代谢，并分别在运动后即刻检测血乳酸的浓度。结果：负重25 kg状态下随着速度增加，心率(HR)、呼吸商(RQ)、相对摄氧量(VO2/min·kg)、能量消耗(Kcal/min·kg)和能量代谢当量(METS)均明显增加(P<0.01)。Person相关分析显示速度和Kcal/min·kg成正相关(r=0.90，P<0.01)。血乳酸浓度同样呈增加的趋势。但与无负重全力跑相比，上述指标无显著变化，但1 km运动成绩显著下降(P<0.01)，下降了21%。结论：负重25 kg可显著影响以有氧和无氧混合为主军事任务移动能力，应采取特定训练方案提高移动能力。

负重行进；能量消耗；血乳酸；代谢当量

load carriage; energetic cost; blood lactic acid; metablic equivalent

负重行进是军事任务必备的一种身体能力。当运输车辆受限时，背部负重携行是一种最方便和最经济的运输方式[1]。从历史上看，对于单兵而言，其中一个主要的挑战是，需要负重进行作战。从作战方面的研究资料看，最近，Nindl等人[2]研究表明在美国历次战争中(内战、1战、 2战、越战、沙漠盾牌、沙漠风暴到伊拉克自由/持久自由)，单兵负重量的呈线性增加。主要原因是为了提高单兵的作战能力和生存率，武器和通讯系统的功能不断提高、以及防弹背心使用，现代士兵的实际负重量已经超过55 kg。Dean[3]评估了在阿富汗沙漠和山区作战的一只美国轻步兵旅负重情况。在2003年收集到了2个月持续、不断作战数据。研究结果显示单兵的实际负重显著超过美军条令规定的重量：(1)战斗负重(28.7 kgvs21.8 kg)；(2)接敌负重行军(45.9 kgvs32.8 kg)；(3)紧急负重行军(60 kgvs54.5 kg)。单兵实际负重分别占体重的35%、57%和78%。过量负重可产生的不良后果，包括移动能力下降、疲劳加重、脊柱损伤和退行性病变、腿、足、背和肩部肌群的僵硬度和酸痛度增加。外部的负重对机体的生理的需求增加，前期研究表明负重对有氧、无氧和力量相关军事任务产生负性的影响[4-8]。但目前，对于负重对有氧和无氧混合为主身体能力方面产生的影响并不清楚，此外普通士兵负重量一般为22～25 kg。因此，本研究评定负重25 kg状态下1 km距离不同跑速能量代谢的变化特点，为后继的负重行进能力训练提供依据和训练策略。

1 材料与方法

1.1 研究对象

研究对象为10名军校在读学员，平均训练年限2年(每周训练次数不少于4次)。平均年龄(21.30±1.64)岁；身高(1.75±0.03)m；体重(67.00±4.47)kg。体指数(BMI)21.78±0.98。排除标准为BMI<18.5或BMI>24.0。

受试者在测试前进行常规体检，无心血管疾病和服用其它的药物。在测试期间，统一饮食。

1.2 运动方案

受试人员负重25 kg，进行1 km测试，速度分别为慢走、快走和全力跑。并进行无负重1 km全力跑。两次测试间隔为24～72 h，测试时间为下午4∶30～6∶00。

1.3 能量代谢测试和指标

1.3.1 静息能耗的测试 受试者于饭后2～4 h到实验室进行测试，温度20°C～25°C，湿度40%～50%。气压为1个标准大气压。测试采用间接法，使用COSMED K42运动心肺功能测试仪(意大利)和心率带进行测量，测试前进行仪器校准，并进行预热。受测人员静坐30 min后，进行15 min测试，取中间10 min数据作为静息能量消耗，测试时间同上。

1.3.2 运动能耗的测试 受试者进行常规的准备活动练习(5 min耐力跑和5 min徒手操练习)后，分别完成上述1 km测试，并使用秒表记录运动的时间。测试在标准田径场进行，温度20°C～25°C。

1.3.3 测量的指标测试 指标如下：(1)运动速度：千米/分钟(km/min)。(2)心肺功能指标：心率(heart rate，HR)、呼吸商(respiratory quotient，RQ：VCO2/VO2)和相对的摄氧量(VO2/min/kg)；(3)能量消耗：千卡/分钟·千克(Kcal/min·kg)；(4)运动强度：能量代谢当量(metabolism equivalents，METS)。

1.4 血乳酸的测试

测量采用EKF Diagnostic(德国)乳酸测试仪器和配套乳酸试剂条测量血乳酸，分别测量静息和相应1 km测试后(即刻)的血乳酸含量。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 负重25 kg不同速度心肺功能指标、能量消耗和能量代谢当量(运动强度)变化

结果表明负重25 kg状态下，随着速度增加，HR、RQ、VO2/min·kg、Kcal/min·kg和METS均增加，表明身体整体机能随着速度增加，生理需求增加。与静息状态相比，负重25 kg状态下，慢走、快走和全力跑HR显著增加(P<0.01)，四组间HR也存在显著差异(P<0.01)；但是，与静息状态下相比，负重慢走RQ无显著变化，但是负重快走和负重全力跑，RQ显著增加(P<0.01)，四组间存在显著的差异(P<0.01)，表明随着强度增加糖的无氧供能逐渐增加。另外，与静息状态相比，负重状态下，慢走、快走和全力跑VO2/kg显著增加(P<0.01)，四组间VO2/kg也存在显著差异(P<0.01)；此外，能量消耗和METS也表现出同样的趋势。Person相关分析显示速度和Kcal/min/kg成正相关(r=0.90，P<0.01，表1)。回归分析结果显示每分钟每千克体重的耗能量(Kcal/min·kg)= 1.46×速度(km/min)- 0.03。

2.2 无负重全力跑和负重25 kg全力跑心肺功能指标变化、能量消耗和能量代谢当量的变化

与无负重全力跑相比，负重状态下全力跑HR、RQ、VO2/min·kg、Kcal/min·kg和METS无显著变化，但1 km平均运动成绩显著下降(P<0.01，表1)，下降21%，表明负重状态下，快速移动能力显著下降。

2.3 静息状状态、25 kg负重状态下不同速度和无负重全力跑血乳酸的变化

静息状态下、负重慢走、负重快走和负重全力跑以及无负重全力跑乳酸浓度分别为(1.72±2.13)mmol/L、(4.72±3.64)mmol/L、(7.69±3.91)mmol/L、(13.52±4.76)mmol/L和(13.25±4.12)mmol/L。血乳酸浓度随着速度的增加，呈明显增加趋势(P<0.01)。表明糖的无氧供能增加。但与无负重全力跑相比血乳酸浓度无显著差异，表明糖的无氧供能能力可能达到上限。

Speed(km/min)HR(beats/min)RQ(VCO2/VO2)VO2/min/kg(ml/min·kg)Metaboliccost(Kcal/min·kg)METSRestSlowwalkBriskwalkRunningNo⁃loadrun⁃ning 00．08±0．100．12±0．010．22±0．01##0．28±0．02△57．83±10．59107．00±10．16∗∗147．11±17．46∗∗171．88±6．29∗∗##171．90±12．960．74±0．110．73±0．070．93±0．04∗∗0．95±0．11∗∗##1．02±0．102．50±0．574．65±10．42∗∗39．96±7．41∗∗58．10±5．88∗∗##56．58±2．260．01±0．000．04±0．01∗∗0．19±0．03∗∗0．29±0．02∗∗##0．29±0．020．71±0．162．22±0．57∗∗11．67±2．00∗∗16．96±1．07∗∗##16．11±6．36

HR： Heart rate； RQ： Respiratory quotient； VO2/min·kg: Oxygenuptake /minute·kilogram； METS： Metabolism equivalents

**P<0.01vsrest;##P<0.01vsslow walk and brisk walk group;△P<0.01vsrunning group

3 讨论

负重行进能力是单兵必备的一种身体能力，也是成功完成各种军事任务的基本需求能力之一，并时常需要在极端的环境下进行，行进的距离根据任务不同而存在不同。一般情况下，对单兵负重能力的要求通常在14～46 kg[4]。本研究结果显示在相同距离(有氧和无氧混合为主)同等负重的情况下，随着速度增加，HR、RQ、VO2/min·kg、Kcal/min·kg、Kcal和METS增加。血乳酸随着跑速的增加呈递增趋势，表明无氧供能增加。但与无负重全力跑相比，这些指标无显著差异，但速度显著下降，对无氧和有氧混合为主身体活动的移动能力产生影响。

前期的研究业已表明不同距离(有氧、无氧)负重行进和负重完成不同力量为主的军事任务对机体的生理需求增加，并导致运动能力下降[5-8]。Quesada等人[5]研究表明不同负荷(体重的0、30%和50%)状态下，HR、VO2与负重量呈线性关系。Beekley等人[6]评定30 min持续运动，相同速率(6 km/h)、不同负荷(分别是瘦体重的30%、50%和70%)状态下，HR、RQ、VO2、主观疲劳感觉量表(RPE)和通气量(VE)的变化，研究结果表明随着负重量的增加，HR、VO2、RPE和VE显著增加。此外，一项研究表明穿戴防弹衣(～14.5 kg)在跑台上行走30 min，HR、VO2、RPE显著增加，慢走能量消耗为42 kcal/h，中等强度为126 kcal/h[7]。在完成各种身体活动时，负重时运动成绩下降。研究表明穿戴防弹衣男性士兵引体向上的成绩下降61%，女性士兵曲臂悬垂成绩下降63%，男性和女性士兵攀登楼梯的运动能力下降16%[7]。作者推测在持续作战时即使穿戴防弹衣可潜在增加的机体的疲劳，降低身体活动的能力[7]。另外，在完成一些以爆发性、以无氧气能力为主军事任务时(负重21.6kg)，移动能力受到限制[8]。本研究结果提示，在完成有氧和无氧混合为主的各种军事任务时，移动能力同样受到限制。

负重行进是单兵一项基本能力，上述研究清楚表明负重增加单兵的生理应激和降低移动能力，可能增加职业上的危险[9]。因此，提高负重的移动能力非常重要。但基于运动训练学的第一原则：即训练的特异性的生理适应原则(尽管目前对其确切的分子适应机制并不完全清楚)，负重行进训练应在生理生化的适应方面、生物力学方面以及基础身体训练方面应符合负重行进能力的特定要求。前期研究业已表明负重行进时身体姿势力学和生理发生改变[10，11]。因此，依据这一训练策略，可有效的获得最佳的移动能力。

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解放军理工大学预先研究基金；军队级教学成果奖培育立项课题

2014-09-26

2015-02-25

G804.2

A

1000-6834(2015)03-275-03

10.13459/j.cnki.cjap.2015.03.022

△【通讯作者】Tel： 13814128757； E-mail： mjz_mjj@163.com