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我国女大学生参与大众健美操健身活动的实验研究:以华南师范大学为例

2018-11-30陈婷婷

首都体育学院学报 2018年6期
关键词:能量消耗转体当量

陈婷婷

摘 要:大眾健美操是我国高校体育课和体育活动的重要组成部分,为我国女大学生进行大众健美操1~6级的选择性参与提供理论参考。方法:运用实验法和数理统计法,以28名我国女大学生为实验对象,对其参与大众健美操1~6级的健身活动中的VO2、HR、每级能耗和代谢当量进行测量和计算。结论:1)大众健美操1~6级动作速度逐渐加快,每级活动时间不一,转体动作数量、转体度数、基本步法、上肢动作、力度动作数量逐级增加。2)我国女大学生进行大众健美操的练习时,随大众健美操1~6级等级的逐步递增,平均HR在(126~155)次·min-1,处于有氧HR范围之内。大众健美操的高级阶段的HRs-max超过160次·min-1,最高达170次·min-1。3)我国女大学生在参与大众健美操1~6级时的VO2与大众健美操等级密切相关,大众健美操等级越高,耗氧量越高。每小时能量消耗逐级上升,在(1.78~2.14)MJ·h-1。大众健美操1~6级的METs在7.5~11.0之间,呈递增趋势。4)大众健美操入门和初级的METs相近,为中等水平,大众健美操中、高级的METs为中上水平。建议:1)本研究中的大众健美操1~6级的HR、VO2、METs数据及健身锻炼时间和次数更适合应用于青年女性人群。2)初学者适宜选择参与大众健美操的1~2级,熟练后,可以大众健美操的3~4级为主进行健身锻炼。

关键词:中国;大众健美操;女大学生;心率(HR);代谢当量;健身;摄氧量;健身功效

中图分类号:G 808.17 学科代码:040303 文献标识码:A

Abstract:Objectives: Mass aerobics is an important part of physical education and sports activities in colleges and universities, which provides theoretical reference for female college students in China to participate selectively in mass aerobics Level 1-6. Methods: The VO2, HR, energy consumption and metabolic equivalent of 28 female universities were measured and calculated by experimental method and mathematical statistics. Conclusions: 1) The speed of the 1-6 levels of mass aerobics is gradually increasing, and the time of each stage is different. The number of rotation movements, rotation degrees, basic footwork, upper limb movements and strength movements are increasing step by step. 2) The average HR of female college students in our country is (126-155) b/min, which is within the range of aerobic HR, with the gradual increase of grade 1-6 of aerobics. The HRs-max of the advanced stage of mass aerobics is over 160 b/min, up to 170 b/min. 3) VO2 of female college students participating in level 1-6 of mass aerobics is closely related to the level of mass aerobics. The higher the level of mass aerobics, the higher the oxygen consumption. The energy consumption per hour increased step by step at (1.78~2.14) MJ·h-1. Mass aerobics class 1-6 METs is increasing between 7.5 -11.0. 4) HR of female college students in our country is in the aerobic range; the entry level of popular aerobics is similar to that of primary ones, which is at the middle level, while the middle and advanced ones are at the upper level. Suggestions: 1) The data of HR, VO2, METs and the time and frequency of fitness exercises in this study are more suitable for young women. 2) Beginners should choose to participate in public aerobics Level 1-2, and can take part in public aerobics Level 3-4 for the main body-building exercise after they become skillful.

Keywords:china; mass aerobics; female college students; heart rate (HR); metabolic equivalent; fitness; oxygen intake; fitness efficiency

大众健美操是一种新兴的运动项目,是我国高校体育课和体育活动的重要组成部分[1]。一项体育运动项目是否具备健身功效与许多因素有关,主要体现在有氧HR控制、能量消耗总量、代谢当量值大小3个方面 [2-10];因此,大众健美操的健身功效基本上是围绕其中的一项或多项展开论证。目前,国内有关大众健美操健身功效的研究主要集中在运动过程中心率的变化,通过心率的变化来反映健身功效[11-14]。其次,部分研究主要集中在身体形态方面[15-17],研究者提出长期进行大众健美操健身锻炼,可以起到塑形的作用,保持良好的体型。在身体形态的基础上[18-19],少量的研究又提出了大众健美操可以显著改善人体体成分,对皮下脂肪,尤其是上臂后部、肩部周围、肩胛部位、腰腹部脂肪的堆积具有一定程度的改善作用。对大众健美操运动时摄氧量、代谢当量、能量消耗方面的研究还有待深入。国际上,该研究领域成果较为丰富,主要包括几个方向:1)健美操对人体机能的影响,主要体现在对血脂[20-21]、心功能[22-23]、情绪[24-25]等方面。2)对能量消耗的精确计算[26]、能量消耗等级评估[27]。3)对代谢当量的研究,主要集中在运动处方中METs的运用[2-3]、体力活动等级评价[4-6]、通气无氧阈与Mets的关联[28]等。梅脱(METs),即“能量代谢当量”,每kg体质量1 min活动消耗3.5 mL氧气为1梅脱(METs)[29]。METs值由VO2计算而来,因此,可用METs来代替VO2,同时,在计算某体育运动项目所消耗的能量时,需要对从事的这项体育运动项目所消耗的氧进行测量,再计算其能量消耗量[29]。目前,有研究者对很多体育运动项目进行了代谢当量的相关研究,并制定了参考标准[2-6,7-10]。第3套大众健美操1~6级的代谢当量的相关研究主要集中在进行大众健美操1~6级时人的心率的监控,并提出心率在有氧心率范围内[12-14],但对于每级VO2、能量消耗、代谢当量等的研究较少。因此,本研究对大众健美操1~6级进行了VO2的全程测量,在VO2值的基础上进行大众健美操每级能耗和代谢当量的测量和计算。大众健美操是我国相关管理部门编制推广的具有健身功能的运动项目,其1~6级的编排依据动作速度、动作时间、上下肢动作、旋转动作等编制,适合于不同身体机能水平、不同年龄阶段的中青年女性人群[12-14]。基于此,本研究从心肺功能的角度对女大学生进行大众健美操1~6级时的心率、摄氧量、能量消耗及代谢当量进行实验测量和分析,为进行大众健美操1~6级的选择性参与提供理论参考。

1 研究方法

1.1 实验法

1.1.1 实验对象

选取华南师范大学体育科学学院体育教育健美操项目专项班女大学生17名和该校健美操俱乐部女学员11名,分别分为1△组和2?荦组,见表1。1△组年龄为(20.3±2.01)岁,身高为(162.7±5.24) cm,体质量为(55.5±4.52) kg。2?荦组年龄为(20.6±2.23)岁、身高为(159.8±4.37) cm、体质量为(53.6±6.25) kg。测试前,告知与测试有关的各项情况,2组中所有人员均为自愿参加所有测试,并且所有实验对象的心肺功能、肌肉、关节等均无异常。

1.1.2 实验过程

1)测试仪器与软件。①心肺功能遥测仪:METAMAX II便携式心肺功能遥测仪CORTEX(德国产),4套。测试方式:Breath-by-Breath(L/W/H)。O2传感器(化学):范围为0~35%O2,反应时间精确到≤100 ms,精确度为0.1%。CO2传感器(NDIR):范围为0~13 %,反应时间为≤100 ms、精确度为0.1%。②心率遥测仪:POLAR团队系统TEAM2(芬兰产),主机座1台,心率传感器10条(150 m无障碍接受信息),Team 2个人电脑中文软件1套。视频处理软件(国产)。

2)测试指标及方法。

①大众健美操运动动作指标[12-14]:動作速度(拍/10秒)、动作时间(min、s)、基本步法(个)、上肢动作(个)、转体动作(个)、转体度数(°)、高力度动作(个)、低力度动作(个)、无力度动作(个)。测试方法:采用视频软件对9项大众健美操运动动作进行处理,分别计算1~6级动作的时间、速度。通过放慢1~2倍视频速度,统计基本步法、上肢动作、转体动作。通过放慢3~4倍视频速度,统计转体度数。依据动作使用力量大小,诊断及统计高、低、无力度动作。

②心率(HR)指标:HRs-max(运动中最大心率)的测试方法:HRs-max:POLAR系统TEAM2软件以5 s为一取值单位进行数据转换,统一采用Excel数据方式。统计28名实验对象HRmax,再用Spss15.0进行均值和标准差统计。HRs-x±s(运动平均心率),测试方法:统计转换好的每个实验对象的1~6级平均心率Excel数据,在此基础上,再统计28名实验对象平均心率。HRs-max/HRmax(运动最大心率占人体最大心率百分比/%);HRs-x±s /HRmax(运动平均心率占人体最大心率百分比/%)。

③代谢当量相关指标[30]115-131:VO2(摄氧量/(L·min-1)),测试方法:大众健美操1~6级测试,每级测试,实验对象把METAMAX II便携式心肺功能遥测仪CORTEX呼吸计系于腰间,使用前须校准,每小时测量一次温度和湿度,且需要把任何变化都输入呼吸计。因大众健美操具有较多的跳跃和旋转动作,要求级数越高,呼吸计固定就越要牢固。呼吸计收集运动中的实验对象的VO2,在测试中每隔15s记录1次数据。VO2/W(千克体质量摄氧量/(mL·kg-1·min-1))。E1(每级能耗/kJ),测试方法:[耗能= VO2(ml/min)×5 kJ(O2/L)×T(min)] [30]115-131。E2(每小时能耗/kJ·h-1)、E/W(每小时千克能耗/(kJ·kg-1·h-1))。METs(梅脱),测试方法:[代谢当量= VO2 (mL·kg-1·min-1)/3.5(mL·kg-1·min-1)] [30]115-131。

3)测试流程。①测试内容为第3套全国大众健美操1~6级。②测试分为6个阶段进行,每个阶段对应大众健美操1~6级中的一级。每2个阶段之间间隔休息1 d。③测试安排:将2组的实验对象共计28名分成7小组,每小组4名,每次测试1组,每个阶段共测7次。④测试时间:数据收集时间在(03:30—05:00),依1~6级时间而定,包括测试前调试,测试后拆卸及佩戴,前后共需20 min。7组共需140 min。⑤实验过程控制:测试前进行心肺功能仪和心率传感软件调试。测试时,测试对象戴上便携式心肺功能仪,穿戴好心率传感器,进行2~3 min的适应,在确定可以收集数据信号后,测试对象安静休息2~3 min,再次确定信号无误,测试开始。测试过程中,随时观察心率收集软件信号的变化。⑥测试录像分析:对大众健美操1~6级分别进行录像摄制,选择每个阶段7组中动作表现最好的一组进行录像分析,用于确定大众健美操运动动作各项指标数据。⑦数据收集:每个阶段结束后,当天导出所有数据并做备份。

1.2数理统计法

应用Excel 2007和SPSS15.0对所有原始数据进行统计处理,测试指标数值采用(均值±标准差)表示。将心率和代谢当量相关指标进行组间比较(将大众健美操的2~6级均与1级相比),显著水平设为P<0.05,P<0.01,P<0.001。

2 大众健美操1~6级的动作特征

大众健美操1~6级动作速度逐渐加快,每10 s的节拍数由1级的20拍提高到6级的26拍。每级时间不一,1、2级时间为4 min 30 s,3、4级提高到5 min,5、6级下降,分别为4 min、3 min 30 s。转体动作数量和转体度数呈逐级增加特征,尤其是转体度数的递增,由1级的540°提高到7 065°。基本步法、上肢动作、力度动作的数量从3级开始逐步递增,力度动作中的高力度从4级开始,数量明显增加。这些指标均反映出大众健美操1~6级动作从易到难,速度渐快,节奏、强度、力度递增等特征。见表2。

3 大众健美操1~6级健身功效指标分析

3.1 大众健美操1~6级的心率(HR)特征

大众健美操1~6级心率的4项指标为:HRs-max、HRs-x±s、HRs-max /HRmax、HRs-x±s /HRmax。随大众健美操1~6级等级的逐步递增,4项指标也逐步递增,具有一致性的变化特征。其中:HRs-x±s /HRmax指标能反映出大众健美操1~6级的运动强度,1级为(126.6±11.7)次·min-1,为最低;6级为(154.6±9.04)次·min-1,为最高。大众健美操1~6级均处于有氧心率范围之内。个体HRs-max由1级的(145.4±12.7)次·min-1逐步递增到6级的(172.5±9.24)次·min-1,其中4、5、6级超过160次·min-1,尤其是6级,超过了170次·min-1。可见,5级和6级对参与大众健美操健身锻炼的人在身体机能方面的要求较高。与1级相比,2级和3级各项HR指标在一定程度上递增,但无统计差异,P>0.05。从4级开始,HR指标开始出现显著差异,P<0.05,5级和6级差异进一步增大,P<0.01、P<0.001,见表3。

3.2 大众健美操1~6级的代谢当量特征

大众健美操1~6级的绝对耗氧量和相对耗氧量与其等级密切相关,等级越高,耗氧量越高。能量消耗指标E1(每级能量消耗)呈逐步上升,在第4级最高,到5级、6级逐渐下降,这与每级运动时间不同有关。E2(每小时能量消耗)和E/W(相对能耗)随等级的增加,能耗逐级上升,E2由1级的(1.78±0.20) MJ·h-1递增到6级的(2.15±0.19) MJ·h-1。各级代谢当量Mets(梅脱)在7.5~9.0之间,呈现递增趋势。表4显示,与1级相比,E1在3级有显著差异,3级P<0.05;其他指标在前3级无显著差异,E1在5级和6级无显著差异,而其他指标在5级和6级均存在差异。说明大众健美操的3级和4级与1级相比在能量消耗方面存在较大差异,而2级、5级和6级在能量消耗方面与1级相比未见显著差异。

4 结果分析

4.1 大众健美操1~6级的心率分析

有氧HR主要指人体活动过程中平均HR处于有氧代谢范围,主要以脂肪和糖有氧供能,尤其是脂肪供能为主,同时参照人体活动过程中的HR max及平均HR占个体HR max的百分比。大众健美操1~6级平均HR为(126~155)次·min-1,平均HR占个体最大HR百分比为63%~77%。这与ACSM[31]106提出的标准非常吻合,ACSM[31]106提出改善人体心血管系统功能的锻炼心率低限参考标准为65%HR max(最低限度为55%HRmax)。与ACSM标准相比,大众健美操1~6级平均HR均在55%HR max之上,除1级为63.3%外,其他等级均处于65%HR max以上,其中4级、5级、6级均在70%HR max以上。这表明,大众健美操1~6级适合大部分中青年女性。本研究认为,HR在一定范围内升高可显著提高每分钟心输出量(CO)[15],同时HR的适当提高,也间接地反映了心肌收缩加快,促使每搏输出量(SV)增加,SV和HR在一定范围内同步提高,共同促进CO提高[22-23],有利于心脏高效搏出血液,从而加速血液对氧气的全身快速运输。当HR过高,反而会缩短单心动周期,直接影响心肌收缩和舒张的时间,尤其是舒张期的显著缩短,回心血量减少,SV减少,导致CO下降。在本研究中,女大学生在进行大众健美操1~6级的健身锻炼时,平均HR均在有氧心率范围内,能有效地提高心肺机能,符合健身锻炼的负荷需求。

4.2 大众健美操1~6级的能量消耗分析

在评价一项体育运动项目是否具有健身功效时,应计算出总的耗能量。美国相关研究机构提出了健身锻炼能量消耗的标准,认为一次体育运动锻炼消耗的能量应达到(1.26~2.09) MJ,并且要求每周体育运动锻炼3次[31]106。但该机构同时还提出,如果每周体育运动锻炼的次数增加,1次体育运动锻炼消耗的能量可适当降低。本研究认为,大众健美操1~6级消耗能量分别为(133.34±15.28) 、(138.6±17.5) 、(158.2±16.7) 、(165.0±16.9) (135.7±18.2) 、(125.6±18.5) kJ,参考ACSM标准[31]106,以每次消耗1.26 MJ,女大学生每次参与大众健美操1~6级锻炼的次数依次为9.5套、9套、8套、7.5套、9.5套、10套。如果在每周锻炼3次的基础上增加1次,女大学生参与大众健美操1~6级锻炼次数则依次为7.1套、6.8套、6套、5.7套、6.9套、7.5套。鉴于大众健美操4级时间最长,动作速度、力度动作及转体度数较多,其每次完成需要消耗最多能量,达到了(165.0±16.9) kJ,而大众健美操6级虽然METs最高,但时间最短,只有3 min 30 s,比大众健美操4级少了1 min 30 s,这是导致同樣消耗1.26 MJ,大众健美操6级需要跳10套,而大众健美操4级只需跳7.5套的原因。如果以每小时消耗能量进行评价,大众健美操1~6级每小时总耗能分别为(1.78±0.20)、(1.85±0.22) 、(1.90±0.21) 、(2.00±0.23) 、(2.04±0.18) 、(2.15±0.19) MJ,参考ACSM标准[31],以每次消耗1.26 MJ为标准,大众健美操1~6级每次锻炼时间依次为42 min 27 s、40 min 49 s、39 min 44 s、38 min 3 s、37 min 2 s、35 min 9 s。如果在每周锻炼3次的基础上增加1次,大众健美操1~6级每次锻炼时间则依次为31 min 50 s、30 min 37 s、29 min 48 s、28 min 32 s、27 min 46 s、26 min 22 s。大众健美操的6级需要时间最短,1级需要时间最长,这与每级的代谢当量有关。由于大众健美操6级强度大,耗氧量多,单位时间耗能最大,因此,大众健美操6级所需时间最短。

4.3 大众健美操1~6级代谢当量分析

本研究发现,VO2、每小时耗能、代谢当量3项指标在大众健美操1级与2级、3级未见显著差异,P>0.05。从4级开始与1级逐渐呈现出显著差异。本研究认为,大众健美操的1级属于入门级别、2级和3级属于初级,在这2个级别的成套动作中,动作速度节拍偏少,中高力度动作较少,转体度数及基本步法数量相对较少。易于初学者入门,并较快掌握基本步法,上下肢衔接配合,适当掌握少部分转体动作,为中级和高级的学习奠定基础。有研究显示,体育运动锻炼对机体的刺激需要达到一定强度才能引起机体明显的反应,尤其是具有代表性的心肺功能产生显著变化,其VO2、耗能及代谢当量等指标才能出现显著上升。金丽等[9-10]在研究八段锦、第九套广播体操时也发现类似现象。陈艳[13]、李凤梅[14]等对大众健美操1~4级进行了运动强度分析,发现1~3级强度最小,且无显著差异。这与本研究的结果一致。

结合大众健美操1~6级动作特征分析可见,从4级开始,动作速度明显提高,基本步法数量、转体次数、转体度数、高力度动作和中等力度动作数量均迅速增加,且4级的动作完成需要时间为5 min,可见,4级在强调难度的同时,还保持了较长的动作持续活动时间;因此,大众健美操的4级在VO2、能耗和代谢当量方面出现显著变化。大众健美操的5级和4级的差异主要体现在,大众健美操5級的活动时间减少了1 min,但基本步法和上肢动作数量增加了,在转体个数相近的情况下,转体的度数由3 285°提高到4 950°,高力度动作数量由10个提高到19个;因此,在时间减少的情况下,其他动作数量仍然增加。大众健美操6级的动作速度加快,动作时间缩短,步法、上肢动作、力度动作等均增加,尤其是转体度数由4 950°再次提高到7 065°,显著提高了运动负荷强度,代谢当量接近9 METs。参考Pate[5]研究的代谢当量分级标准,大众健美操6级9 METs相当于每小时以8.4 km的速度跑步,与Bassett[6]研究的上楼梯活动强度8.6 METs接近。研究[29]显示,以每小时20.8 km的速度骑自行车的代谢当量为9.0,这与本研究中大众健美操6级的METs相近。本研究发现,大众健美操4级和5级的代谢当量分别为(8.42±1.77)和(8.67±1.64),与6级(8.98±1.42)相比,METs值有所降低,但差异不大。可见,大众健美操从4级开始代谢当量处于中上水平,从动作特征看,主要体现在动作速度、力度、难度、转体方面;从人体机能变化看,主要体现在耗氧量、能量消耗方面。

5 结论与建议

5.1 结论

1)大众健美操1~6级动作速度逐渐加快,每级活动时间不一,转体动作数量、转体度数、基本步法、上肢动作、力度动作数量呈逐级增加趋势,体现出动作难度从易到难,动作速度渐快,动作节奏、强度、力度递增等特征。

2)女大学生进行大众健美操的练习时,随大众健美操1~6级等级的逐步递增,平均HR在(126~155)次·min-1,处于有氧HR范围之内。大众健美操的高级阶段的HRs-max超过160次·min-1,最高达170次·min-1。表明大众健美操5级和6级对参与健身锻炼的女大学生具有较高的身体机能要求。

3)女大学生在参与大众健美操1~6级时的VO2与大众健美操等级密切相关,大众健美操等级越高,耗氧量越高。每小时能量消耗逐级上升,在(1.78~2.14)MJ·h-1。大众健美操1~6级的METs在7.5~11.0,呈递增趋势。

4)参考ACSM的健身指南,女大学生HR在有氧范围;大众健美操入门和初级的METs相近,为中等水平,大众健美操中、高级的METs为中上水平;以每周锻炼3次,每次消耗300kcal为标准,女大学生参与大众健美操1~6级时每次锻炼次数依次为9.5套、9套、8套、7.5套、9.5套、10套;或参与大众健美操1~6级时每次锻炼时间依次为42 min27 s、40 min 49 s、39 min 44 s、38 min 3 s、37 min 2 s、35 min 9 s。

5.2 建议

1)本研究中的实验对象为我国的女大学生,且这些女大学生都具有健美操学习基础。因此,本研究中的大众健美操1~6级的HR、VO2、METs数据及健身锻炼时间和次数更适合应用于青年女性人群。对于其她年龄段女性而言,可作为参考,但具体的健身锻炼指南还有待于进一步研究。

2)由于大众健美操的6级活动强度较大,活动时间需要达到35min,且6级动作难度大,转体衔接多,动作速度快;因此,初学者适宜选择参与大众健美操的1~2级,熟练后,可以大众健美操的3~4级为主进行健身锻炼。健身锻炼时可增加每周的锻炼次数,降低每次锻炼的时间。

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