超重成年女性相同速度梯度健步走与慢跑能量消耗的比较

张培珍，岳书芳，洪 平



超重成年女性相同速度梯度健步走与慢跑能量消耗的比较

张培珍1，岳书芳2，洪 平3

探讨超重人群在相同速度梯度下进行健步走和慢跑运动时的能量消耗特征和生理学特点，为指导超重人群控制体重时合理地选择运动强度和运动方式提供参考依据。以超重成年女性和正常体重女性为研究对象，采用改良Bruce跑台测试方案测定其最大摄氧量，采用便携式Cortex气体代谢仪测定其静息能量消耗及场地健步走和慢跑时的能量消耗，场地健步走的速度从低到高依次为4.0 km/h、4.5 km/h、5.0 km/h、5.5 km/h、6.0 km/h、6.5 km/h、7.0 km/h，场地慢跑的速度包括6.0 km/h、7.0 km/h、8.0 km/h，每级速度运动6 min，每级速度的能量消耗减去静息能量消耗，即为每级速度健步走或慢跑运动时的净能量消耗。研究发现，当健步走速度≥5.5 km/h和慢跑速度≥7.0 km/h时，相同速度梯度下超重女性的能量消耗、净能量消耗和HR都显著高于正常体重女性(P<0.05，P<0.01)；当速度为6.0 km/h时，超重女性健步走时的能量消耗和净能量消耗显著低于慢跑(P<0.05，P<0.01)，而当速度为7.0 km/h时，超重女性健步走时的能量消耗、净能量消耗、HR和RPE都显著高于慢跑(P<0.05，P<0.01)。该结果揭示，BMI水平的差异会导致一定速度下健步走和慢跑能量消耗和生理学指标的差异；相同速度的健步走和慢跑运动对运动能量消耗的影响不同，当运动速度达到和超过7.0 km/h以后，与慢跑相比健步走消耗的能量更多，此速度下进行健步走运动将更有利于超重个体控制体重。

能量消耗；超重女性；健步走；慢跑

在全球范围内，慢性病(chronic diseases)导致的死亡不断增加。近年来，心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)一直列居全球死因的第1位，超重和肥胖是CVD的重要危险因素。超重和肥胖所带来的健康危害要远远大于体重过低[25]。目前，全世界超重和肥胖者的数目已经超过了21亿，约是1980年的2.5倍[19]；超过19亿成年人超重，其中6亿多为肥胖，成年人的超重率为39%，肥胖率为13%[25]。超重和肥胖人群的快速增长不仅限于发达国家，在许多发展中国家也存在同样的问题，但二者之间又存在明显的性别差异：在发达国家，男性超重和肥胖者要多于女性，而在发展中国家，超重和肥胖在女性中较男性更为普遍[25]。我国近10年来超重和肥胖率一直呈上升趋势，根据中国慢性病及其危险因素监测报告，我国目前成年人的超重率(含肥胖)为42.6%，肥胖率为12.0%[1]，超过世界平均水平；相关数据显示，我国目前有4.4亿成年人处于超重或肥胖状态[3]。体力活动不足导致的能量摄入与消耗之间的不平衡是超重和肥胖发生的主要原因之一[26]。成年人的能量消耗包括基础代谢、体力活动和食物热效应3个方面，其中，体力活动是人体能量消耗的主要因素，也是调控能量平衡的重要部分[4]。因此，增加体力活动的能量消耗是超重和肥胖人群控制体重的关键。

健步走和慢跑是超重人群控制体重的常见运动方式，但目前开展的有关我国人群运动能量消耗的研究，主要进行的是限定的几个速度的步行(3～4 km/h和6 km/h)或慢跑(8 km/h)能量消耗的测试与研究[2,5,7,10,11]，鲜见关于相同速度下健步走与慢跑能量消耗的比较研究；而且，上述研究都是以体重正常者为研究对象，尚缺乏对超重人群健步走和慢跑能量消耗的研究，目前也没有可以指导超重人群选择健步走和慢跑运动速度的能量消耗标准。因此，本研究通过测定超重成年女性不同速度梯度下的场地健步走和慢跑的能量消耗，并进行相同速度梯度下健步走与慢跑能量消耗及生理学指标的比较，从而为指导超重人群控制体重时合理地选择运动强度和运动方式提供参考依据，进而使超重人群通过采用适宜速度的健步走或慢跑有效控制体重，降低CVD的发病风险[15]，预防和减少CVD等慢性病的发生。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

首先通过健康与体力活动调查问卷了解研究对象的基本情况，对问卷调查符合要求的研究对象，进行进一步的筛选检查，检查内容包括身高、体重，安静状态心电图、心率(HR)和血压，血常规、血糖、肝肾功能和甲状腺功能等。通过上述筛选检查，获得符合条件的成年女性作为研究对象。所有研究对象均签署了知情同意书。

研究对象的纳入条件如下：年龄在20～30岁之间的女性，身体健康，无急慢性疾病或限制身体活动的疾病，无吸烟习惯，没有服用影响机体代谢的药物；体重稳定；月经规律，无节食减肥行为；平时进行中低强度的体力活动，没有参加过系统的走、跑运动训练。

研究对象根据体重指数(body mass index，BMI)分为正常体重组(18.5 kg/m2≤BMI≤23.9 kg/m2)和超重组(24.0 kg/m2≤BMI≤27.9 kg/m2)。研究之初招募到65名成年女性，经过筛选后获得40名符合要求的研究对象，研究开展过程中，有15名女性中途退出，研究期末剩余25名研究对象，基本情况如表1所示。

1.2 研究方法

1.2.1 问卷调查

健康与体力活动问卷调查的内容包括既往患病情况，日常饮食、行为和生活习惯，体重、月经情况，并采用国际体力活动问卷(International physical activity questionnaire，IPAQ)短问卷了解和评估研究对象的体力活动水平，通过问卷调查了解研究对象的基本情况并进行初步筛选。

1.2.2 基本形态测量

按照国民体质监测的测试要求，采用电子体重计和电子身高计(北京鑫东华腾)于清晨空腹测量研究对象的体重和身高，体重精确到0.1 kg，身高精确到0.1 cm。根据测量结果计算BMI：BMI=体重(kg)/身高(m)2。

1.2.3 静息能量消耗的测量

表1 本研究受试者的基本情况

测试在室温20～25℃的安静室内进行，研究对象在测试前1天禁止参加剧烈运动，禁止饮酒或喝咖啡(包括含咖啡因的饮料)，夜间睡眠充足，测试时避开月经期。

1.2.4 最大摄氧量的测量

1.2.5 场地健步走能量消耗的测量

健步走能量消耗测量在北京市某高校的场馆内长15 m、宽5 m(周长为40 m)的长方形场地上进行，测试时室内温度在20～25℃之间。场地的周边每5 m间隔放置1个彩色标志桶，并分别在运动开始和运动结束的位置进行标记。测试时研究对象佩戴便携式Cortex气体代谢仪和心率遥测仪，沿着场地标志物外侧缘在领走员的带领下进行匀速健步走运动(领走员采用电子节拍器控制步行速度节奏)，音频每响1次，研究对象刚好走到1个标志物处。健步走的速度由低至高分别为4.0 km/h、4.5 km/h、5.0 km/h、5.5 km/h、6.0 km/h、6.5 km/h、7.0 km/h，共7个速度级别。每级速度运动6 min，运动结束后询问研究对象的RPE并记录。研究对象在每级健步走结束后坐位休息至HR恢复到安静水平再开始下一级速度的测试。测试结束后，取每级速度最后2 min的稳定数据，分析不同速度健步走运动的能量消耗；用每级速度的能量消耗减去静息能量消耗，获得每级速度健步走运动的净能量消耗。

研究对象在测试前1天禁止参加剧烈运动，禁止喝咖啡(包括含咖啡因的饮料)或饮酒，测试时间避开月经期。研究对象测试时身着运动服和运动鞋，在餐后3 h进行健步走能量消耗测量，以排除食物热效应的影响。

1.2.6 场地慢跑能量消耗的测量

慢跑能量消耗测量的场地布置与测试条件同健步走能量消耗测量。慢跑的速度由低至高分别为6.0 km/h、7.0 km/h、8.0 km/h，共3个速度级别。研究对象佩戴便携式Cortex气体代谢仪和心率遥测仪，在领跑员的带领下沿着场地标志物外侧缘进行匀速慢跑运动。每级运动结束后坐位休息至HR恢复到安静水平再开始下一级速度的测试。

1.3 数据统计分析

采用Excel 2007整理数据，采用SPSS 17.0对数据进行统计分析，经正态分布检验和方差齐性检验后，各指标的组内比较采用配对t检验，两组间比较采用独立样本t检验，以P<0.05表示具有统计学意义，以P<0.01表示具有非常显著性意义。

2 研究结果

2.1 不同BMI女性的静息能量消耗和最大摄氧量

一阵悠扬的音乐响起，一场战斗结束了，遍地的碎片、尸体、触目惊心的大片大片的血迹、哭泣的声音和冰冷的眼神，冲击着我脆弱的神经。

表2 不同BMI女性的静息和静息能量消耗比较

表3 不同BMI女性的比较

2.2 相同速度梯度下不同BMI女性健步走和慢跑能量消耗的比较

图1 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑时的示意图

2.2.2 相同速度梯度下不同BMI女性健步走和慢跑能量消耗的比较

如图2所示，相同速度下超重组健步走的能量消耗高于正常体重组，当速度在5.5～6.5 km/h之间时，超重组健步走的能量消耗非常显著性高于正常体重组(P<0.01)，当速度为7.0 km/h时，超重组健步走的能量消耗显著高于正常体重组(P<0.05)。相同速度下超重组慢跑的能量消耗高于正常体重组，且速度在7.0 km/h及以上时，超重组慢跑的能量消耗显著高于正常体重组(P<0.05，P<0.01)。

图2 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑时的能量消耗示意图

如图3所示，相同速度下进行健步走运动，当速度在5.5 km/h及以上时，超重组健步走的净能量消耗非常显著性高于正常体重组(P<0.01)。相同速度下，超重组慢跑的净能量消耗高于正常体重组，当速度为7.0 km/h时，超重组慢跑的净能量消耗显著高于正常体重组(P<0.05)，当速度为8.0 km/h时，超重组慢跑的净能量消耗非常显著性高于正常体重组(P<0.01)。

相同速度梯度下，当速度为6.0 km/h时，超重组和正常体重组慢跑的净能量消耗显著高于健步走的净能量消耗(P<0.05，P<0.01)；当速度为7.0 km/h时，超重组和正常体重组健步走的净能量消耗显著高于慢跑的净能量消耗(P<0.05，P<0.01)。

2.3 相同速度梯度下不同BMI女性健步走和慢跑时HR的比较

如图4所示，当健步走速度为6.5 km/h时，超重组健步走时的HR显著高于正常体重组(P<0.05)；当健步走速度为7.0 km/h时，超重组健步走时的HR非常显著性高于正常体重组(P<0.01)；其余速度下，超重组和正常体重组健步走时的HR无显著差异(P>0.05)。超重组慢跑时的HR高于正常体重组，但只有在速度为7.0 km/h时，其差异才具有统计学显著性意义(P<0.05)，其余速度下差异不具有显著性(P>0.05)。当速度为7.0 km/h时，超重组和正常体重组健步走时的HR显著高于慢跑时(P<0.05，P<0.01)。

图3 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑时的净能量消耗示意图

图4 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑时的HR示意图

2.4 相同速度梯度下不同BMI女性健步走和慢跑时RPE的比较

如图5所示，相同速度下，超重组和正常体重组健步走和慢跑时的RPE无明显差异(P>0.05)。相同速度梯度下，正常体重组健步走时的RPE显著高于慢跑时(P<0.05)。超重组健步走时的RPE高于慢跑时，当速度为7.0 km/h时，超重组健步走时的RPE非常显著性高于慢跑时(P<0.01)。

图5 不同BMI女性相同速度梯度下健步走和慢跑时的RPE示意图

3 分析与讨论

健步走和慢跑是大众健身时最常见的锻炼方式，准确掌握不同BMI水平的成年人不同速度健步走和慢跑时的能量消耗对于锻炼方式和速度的选择及运动处方的制定具有非常重要的作用。本研究比较了超重女性和正常体重女性在相同速度梯度下进行健步走和慢跑运动时的生理学指标和能量消耗，进而为超重人群的体重控制与管理提供实验依据，指导超重人群的科学运动健身。

本研究发现，当健步走与慢跑达到一定的速度以后，相同速度下超重女性进行两种方式运动的生理学指标和能量消耗都高于正常体重女性。即当健步走速度≥5.5 km/h时，相同速度梯度下超重女性的能量消耗和净能量消耗都明显高于正常体重女性；当健步走速度≥6.5 km/h时，相同速度梯度下超重女性的HR、能量消耗、净能量消耗都明显高于正常体重女性；当慢跑的速度为7.0 km/h时，相同速度梯度下超重女性的能量消耗、净能量消耗和HR都明显高于正常体重女性。

Royer等[21]研究了步行运动时下肢重量和惯性力距对能量消耗的影响，发现下肢重量和惯性力距独立影响步行的能量消耗，在保持相同惯性力距的情况下，随着下肢重量的增加，步行运动时的能量消耗增加(P<0.01)。Peyrot等[20]研究了肥胖青少年减体重前后步行运动时的生物力学参数和能量消耗的变化，结果发现，男性和女性肥胖青少年在减体重之后，相同速度步行时的净能量消耗显著减少(P<0.05)，该研究认为，减体重后，下肢肌肉用于提高和加速移动身体重心以及支撑体重的做功减少，上述变化导致了进行相同速度步行时能量消耗的降低。Griffin等[16]的研究从另一个侧面证实了这一点，正常体重成年人腰部负重步行时(负重量分别为体重的10%、20%、30%)能量消耗的增加与下肢肌肉做功增多有关。因而，本研究中超重女性健步走和慢跑的能量消耗高于正常体重女性，可能还与超重女性较大的下肢重量有关，健步走和慢跑运动的摆动阶段，机体需要消耗更多的能量来摆动较重的下肢，增加了运动的能量消耗。本研究采用双能X线吸收仪测量的结果显示，与正常体重女性相比，超重女性的下肢重量也明显较大，上述结果揭示，超重女性不但体重较大，而且下肢重量也高于正常体重女性，由此导致进行相同速度梯度下的健步走和慢跑运动时，超过一定速度后超重者比正常体重者要消耗更多的能量。

此外，在速度相对较低时，超重女性与正常体重女性健步走和慢跑的能量消耗并无明显差异，这可能是由于在较低速度下运动时，超重者的步频比较接近其舒适步频，因而出现了能耗最小化现象，已有研究证实，个体处于舒适步频时，步行的能量消耗最低，如果改变舒适步频，则运动时的能量消耗就会增加[9]。

本研究的另一个重要发现是，进行相同速度的健步走和慢跑运动时，超过一定速度以后，与慢跑相比，健步走消耗的能量更多。当速度为6.0 km/h时，健步走的能量消耗低于慢跑；而当速度为7.0 km/h时，健步走的能量消耗要高于慢跑。即相同速度梯度下，当运动速度为6.0 km/h时，超重女性和正常体重女性慢跑的能量消耗、净能量消耗较健步走分别高16.3%、19.7%、25.4%和31.1%(P<0.05，P<0.01)；当速度为7.0 km/h时，超重女性和正常体重女性健步走的能量消耗、净能量消耗明显高于慢跑(P<0.05，P<0.01)，升高幅度分别为9.7%、10.4%、15.7%和17.7%。

相同速度梯度下，健步走与慢跑的能量消耗存在差异，一方面是由于健步走与慢跑的运动机制不同，导致进行相同速度的健步走和慢跑运动时，能量消耗也不同。健步走运动过程中，双足不会同时离开地面，至少有一侧下肢负重支撑身体，并且存在双侧下肢同时负重支撑身体的阶段；而在慢跑运动中，双侧下肢同时负重支撑阶段消失，出现了双足同时离地的腾空阶段，双足腾空阶段结束进入单侧下肢支撑阶段时，支撑腿要承受超过自身体重的重量，而在从单侧下肢支撑阶段过渡到双足离地的腾空阶段时，支撑腿要用力蹬地以实现跳跃，从而产生双足离地的腾空状态[6,8]，二者都使支撑腿的肌肉做功增加，因此一定速度下，慢跑的能量消耗大于健步走。Sasaki等研究了跑步机上同一速度(7.0 km/h)下的步行和慢跑的动力学差异，发现步行和跑步两种运动时有一块肌肉的功能性活动存在差异，主要表现为与步行运动相比，跑步运动时比目鱼肌对下肢向前推进的贡献减少，而对下肢负重支撑身体的贡献增多，而在步行运动时，比目鱼肌在下肢向前推进过程中发挥重要作用；同时，步行和跑步运动中，比目鱼肌在下肢负重支撑和向前推进过程中的生物力学机制(例如，机械功率的分布)也不同，步行运动中，比目鱼肌将机械能从腿部转移至躯干，而在跑步运动中，它将机械能同时传递给腿部和躯干[23]。由此造成了慢跑与健步走运动时能量消耗的差异。Li等研究了跑步机上相同运动速度(8.0 km/h)并且是相同步频的情况下，步行与跑步两种运动模式的差异，发现步行和跑步运动中，从支撑阶段过渡到摆动阶段时，足趾离地的瞬间，大小腿和踝的角速度和下肢相对于身体运动的方向不同，在步行运动中摆动腿相对于身体向前移动，而在跑步运动中摆动腿相对于身体向后移动[17]。从而导致超过一定速度后健步走的能量消耗大于慢跑。

另一方面，当速度为7.0 km/h及以上时，健步走的能量消耗超过慢跑，可能是由于慢跑时由骨骼肌的弹性反冲为运动提供部分能量，导致机械效率增加，减少了运动时的能量消耗；相对于慢跑而言，步行时骨骼肌的弹性反冲发挥的作用很小[14]，因而超过一定速度以后，健步走的能量消耗明显高于慢跑的能量消耗。

此外，当速度为7.0 km/h时，健步走时的HR和RPE都明显高于慢跑，也从另一个侧面证实了在该速度下健步走时身体的应激反应较大。当健步走速度从6.0 km/h增加为7.0 km/h时，净能量消耗增加了76.4%。因此，超重个体走得更快可以有效地增加能量消耗。

科学的运动是控制体重的有效手段，通过运动增加机体的能量消耗，进而实现体重控制。健步走和慢跑是超重人群控制体重的很好的运动方式[18]，但目前仍缺乏指导超重人群选择健步走和慢跑运动速度的能量消耗标准，超重者并不知道在一定速度下是健步走或是慢跑消耗的能量更多。本研究结果揭示，当速度在7.0 km/h以下时，慢跑较健步走消耗更多的能量，而速度在7.0 km/h及以上时，健步走较慢跑消耗的能量更多。因此，当速度≥7.0 km/h时，在超重个体身体机能可以承受的情况下，采用健步走的运动方式可以消耗更多的能量，进而有助于较好地控制体重。所以，在为超重个体制定运动处方时，运动方式的选择上也应考虑到这一点，慢跑不是获得最大能量消耗的单一选择，在一定速度时，健步走消耗的能量可以与慢跑相同，甚至超过慢跑。

4 结论

综上所述，BMI水平的差异会导致一定速度下健步走和慢跑能量消耗和生理学指标的差异。当健步走速度≥5.5 km/h时，与正常体重女性相比，相同速度梯度下超重女性消耗的能量明显增高；当慢跑速度≥7.0 km/h时，相同速度梯度下超重女性较正常体重女性慢跑消耗的能量也明显增加。而且，本研究还发现，当运动速度≥7.0 km/h时，相同速度梯度下超重女性进行健步走运动消耗的能量较慢跑更多，且健步走运动时的HR和RPE也较慢跑时高，即此速度下进行健步走运动更有利于超重个体控制体重。这提示，相同速度的健步走和慢跑运动，对运动能量消耗的影响不同，在为超重个体制定运动处方时，运动方式的选择上应综合考虑这一因素，从而有效控制体重。

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Energy Expenditure Comparison of Overweight Adult Women at the Same Speed Gradient of Walking and Jogging

ZHANG Pei-zhen1,YUE Shu-fang2,HONG Ping3

This paper probes into characteristics of energy consumption and physiology of overweight adult women at the same speed gradient of walking and jogging.The subjects were overweight and normal weight adult women.Their maximal oxygen uptake was measured by a maximal treadmill exercise test using a modified Bruce protocol.The resting energy expenditure and the energy expenditure of overground walking and jogging were measured by Cortex portable gas metabolism system.The overground walking speed from low to high were 4.0km/h,4.5km/h,5.0km/h,5.5km/h,6.0km/h,6.5km/h and 7.0km/h.The overground jogging speed were 6.0km/h,7.0km/h and 8.0km/h.The duration of each speed was 6 minutes.Net energy expenditure of each speed was calculated as energy expenditure minus resting energy expenditure.The result showed that when the walking speed over 5.5km/h (including 5.5km/h) and jogging speed over 7.0km/h (including 7.0km/h),the energy expenditure,net energy expenditure and heart rate of overweight women were significantly higher than normal weight women (P<0.05，P<0.01).When walking speed was 6.0km/h,energy expenditure and net energy expenditure of overweight women were significantly lower than jogging at the speed of 6.0km/h (P<0.05，P<0.01).However,when walking speed was 7.0km/h,energy expenditure,net energy expenditure,heart rate and RPE of overweight women were significantly higher than jogging at the speed of 7.0km/h(P<0.05，P<0.01).These results demonstrate that the differences of BMI will result in differentiations of energy consumption and physiological indexes of women when walking and jogging at a certain speed.When speed reach and exceed 7.0km/h,walking will consume more energy than jogging.As far as the weight control of overweight people is concerned,the effect of walking at this speed is better than that of jogging.

energyexpenditure;overweightwomen;walking;jogging

1000-677X(2016)08-0042-08

10.16469/j.css.201608003

2015-09-29；

2016-07-25

国家科技基础性工作重点项目(2013FY114700)；国家体育总局重点研究领域课题(2014B012)；中央高校基本科研业务费专项资金资助课题(2015YB006)。

张培珍(1974-)，女，山西原平人，副教授，博士，主要研究方向为运动与心血管健康、运动健身与运动处方、运动营养，Tel：(010)62989581，E-mail:zhpzh17@hotmail.com；岳书芳(1985-)，女，山东济宁人，实习研究员，硕士，主要研究方向为全民健身与体育竞赛管理；洪平(1973-)，男，湖北黄石人，研究员，博士，主要研究方向为运动健身理论和方法研究、优秀运动员训练监控研究，Tel：(010)87182562。

1.北京体育大学 运动医学教研室，北京 100084；2.苏州市体育局，江苏 苏州 215006；3.国家体育总局体育科学研究所，北京 100061 1.Beijing Sport University,Beijing 100084,China;2.Suzhou Municipal Bureau of Sports,Suzhou 215006,China;3.China Institute of Sport Science,Beijing 100061,China.

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