健身气功·五禽戏不同遍次的能量消耗特征比较研究

2022-10-14路明月曹维邱俊强衣龙燕杨俊超刘晓蕾郭航

中国运动医学杂志 2022年8期

路明月曹维邱俊强衣龙燕杨俊超刘晓蕾郭航

北京体育大学（北京100084）

在众多健身项目中，健身气功·五禽戏（以下简称“五禽戏”）因其动作简单易学，形态优美，能全方位活动身体，还可以锻炼核心区的肌肉，且对时间、场地、设备等硬性条件设施要求低，尤受大众喜爱，推广普及率较高[1]。五禽戏属于我国传统健身气功功法的一种，包括虎、鹿、熊、猿、鸟等5种动物的动作特征[2]。目前，相关研究内容包括创编理念、动作特征、作用效果等，实验性研究主要集中在健身养生和治疗疾病方面[2-6]。据典籍记载，自五禽戏创编以来，其最初的功效是防病、治病、锻炼关节与肌肉、调理脾胃、促进食欲等[7]，与普通运动存在相当大的区别。研究指出，经常习练五禽戏对心脏病、高血压、动脉硬化等心血管疾病和人体免疫系统疾病等也有一定的预防和治疗效果[8]。然而，有关五禽戏能量消耗方面的研究较少，可能导致无法更加精准地对大众健身人群进行科学的运动指导。

鉴于上述，本研究以不同习练水平和性别的人群为研究对象，通过精准能耗测试获得相关能耗指标，同时计算运动后过量氧耗（excess post-exercise oxygen consumption，EPOC），根据各指标的变化规律，探讨五禽戏的运动强度、能量消耗和底物代谢特征，旨在为大众健身提供科学指导，进一步推动我国传统项目的发展。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本研究受试者为72名18～30岁北京体育大学及山西大同大学的健康人群。通过专家访谈法，访问健身气功和运动生理生化领域的相关专家，对受试者习练水平的划分进行探讨，将受试者按习练水平分为熟练组（n=36，男18，女18；习练时间1～2年，每周3次以上，每次锻炼30分钟）和初学组（n=36，男18，女18；习练时间2 个月～1 年，掌握五禽戏整个动作流程）。所有受试者身体健康，无重大疾病，无运动禁忌症；实验前1周内无剧烈活动，无感冒发热等，没有处在特殊时期（如女性生理期）；测试前2 h内禁食；自愿参与本研究并签署《知情同意书》。本研究通过了北京体育大学伦理审查委员会的批准（编号：2019099H）。

1.2 研究方法

1.2.1 实验方案的选择

本研究测试习练1、2、3 遍五禽戏的能耗指标，分析能耗变化特征。前期研究指出，熟练掌握者进行五禽戏运动的代谢当量为5.12 ± 1.52 METs，心率为121.10 ± 20.12次/分，为中等强度运动[9]。结合对健身气功和运动生理生化领域的相关专家进行访谈以及对经常习练五禽戏的人员调研发现，为达到美国运动医学会（American College of Sports Medicine，ACSM）体力活动指南推荐的体力活动量[10]，通常需要连续习练3遍五禽戏，且之前研究指出，每遍能耗特点存在差异[11]。此外，本研究采用ACSM对20～39岁青年人运动强度定义的标准：20～39 岁青年人2.4～4.7 METs 为低强度，4.8～7.1 METs 为中等强度，7.2～10.1 METs 为较大强度[12]。

1.2.2 能量消耗的测定

本研究采用间接测热法进行测试，使用便携式气体代谢仪（Cortex Meta Max 3B-R2，Germany）和心率监测设备（Polar V800，Finland）记录安静、运动及运动后恢复状态的能量消耗（energy expenditure，EE）相关指标。所有指标均由气体代谢仪配套软件进行自动计算而得出。其中，EPOC（L）= 运动后恢复期的摄氧量—安静状态下的摄氧量[13，14]；脂肪供能比例（%）为脂肪供应能量（kcal）占总消耗能量（kcal）的比例。心率（heart rate，HR）取运动中的平均值。

本研究测试分3 次进行，即习练1 遍五禽戏，连续习练2遍五禽戏，连续习练3遍五禽戏。每次开始前均静息10～15 分钟，结束后均进行15 分钟静息。为避免影响测试，根据预实验结果，连续3遍五禽戏测试与其他遍次测试间至少间隔一天，1遍和连续2遍间至少间隔30分钟。每次测试的具体过程如下：对仪器进行预热和校准后，令受试者佩戴仪器。静息10～15分钟，使摄氧量（oxygen consumption，VO2）、HR、呼吸商（respiration exchange ratio，RER）达到稳定（连续5 分钟内波动不超过5%，相对VO2不高于4.5 ml/kg/min，RER不高于0.9[15，16]），计算时取5分钟稳定数据。之后播放音乐，习练五禽戏（国家体育总局标准版五禽戏，1遍时长13 分钟35 秒），结束后进行15 分钟静息（运动后VO2、HR、RER恢复到静息状态持续5分钟判为EPOC结束，允许每分钟有5%的数值高于静息状态[17]），实时采集整个过程EE的相关指标。测试环境为室内，温湿度控制在20℃～26℃和20%～40%，使用H2005高精密温湿度仪随时记录。严格按照操作手册进行气压校准、标准气体校准、周围环境气体校准以及流量传感器的容量校准，所有步骤均需在校准通过后方可使用。

1.3 数据处理和分析

使用SPSS22.0 软件对数据进行分析处理，所有数据均以平均值± 标准差（±s）表示。使用广义估计方程对重复测量的数据进行分析，比较不同习练水平、不同习练水平下不同性别大学生之间五禽戏运动的METs、HR、EE、EPOC、RER、糖供能量、脂肪供能量、脂肪供能比例；对上述数据进一步进行简单效应分析，比较不同遍次五禽戏运动的运动强度、能量消耗和底物代谢特征。显著性定义为P＜0.05。

2 结果

2.1 受试者基本信息

表1 显示，男女之间身高、体重、体成分具有显著性差异（P＜0.01）。而熟练组与初学组男性，熟练组与初学组女性之间均无显著性差异（P＞0.05）。

表1 受试者基本信息

2.2 五禽戏的运动强度

2.2.1 不同习练水平组五禽戏的运动强度比较

由表2可知，熟练组和初学组的METs无显著性差异（P＞0.05）；熟练组习练1遍、连续2遍HR显著高于初学组（P＜0.05）。不同习练遍次之间，熟练组中，连续2遍的METs显著低于连续3遍（P＜0.05），连续2遍的HR显著低于其他遍次（P＜0.05）；初学组中，连续2 遍的METs 显著低于其他遍次（P＜0.05），HR 变化为：连续2遍＜1遍＜连续3遍（P＜0.05）。

表2 不同习练水平组五禽戏的运动强度比较

（续表2）

2.2.2 不同性别之间五禽戏的运动强度

由表3可知，熟练组中，男女间METs、HR无显著性差异（P＞0.05）；初学组中，男性METs显著高于女性（P＜0.05），男性HR 显著低于女性（除连续3 遍外，P＜0.05）。不同习练遍次之间，熟练组中，女性连续3遍的METs 显著高于连续2 遍（P＜0.05），男性HR 的变化为：连续2遍＜1遍＜连续3遍（P＜0.05）；初学组中，男性连续3 遍METs 显著高于连续2 遍（P＜0.05），女性连续2遍METs、HR显著低于其他遍次（P＜0.05）。

表3 不同性别之间五禽戏的运动强度比较

2.3 五禽戏的能量消耗变化

2.3.1 五禽戏运动后恢复过程中的EPOC

2.3.1.1 不同习练水平组五禽戏的EPOC比较

由表4 可知，熟练组EPOC 显著高于初学组（P＜0.05）。不同习练遍次之间无显著性差异（P＞0.05）。

表4 不同习练水平之间五禽戏的EPOC

2.3.1.2 不同性别之间五禽戏的EPOC比较

由表5 可知，男性EPOC、EPOC 阶段的EE 显著高于女性（P＜0.05）。

表5 不同性别之间五禽戏的EPOC比较

2.3.2 五禽戏运动的能量消耗

2.3.2.1 不同习练水平之间五禽戏的能量消耗

由表6 可知，计算得到连续2、3 遍运动中EE 及总EE每遍的均值（连续2遍的均值为连续2遍的EE/2；连续3遍的均值为连续3遍的EE/3）。

表6 不同习练水平之间五禽戏的EE（kcal）

熟练组运动中EE 及总EE 显著高于初学组（P＜0.05）。不同习练遍次之间，熟练组中，连续3遍运动中EE及总EE显著高于连续2遍（P＜0.05），习练1遍总EE显著高于连续2 遍（P＜0.05）；初学组中，连续2 遍运动中EE及总EE显著低于其他遍次（P＜0.05）。

2.3.2.2 不同性别之间五禽戏的能量消耗

由表7 可知，熟练组中，男性运动中EE 和总EE 显著高于女性（P＜0.05）；初学组中，男性连续3 遍的运动中EE和总EE显著高于女性（P＜0.05）。不同习练遍次之间，熟练组中，男女连续3遍的运动中EE显著高于连续2 遍（P＜0.05），习练1 遍的总EE 显著高于连续2 遍（P＜0.05）；初学组中，男性连续3遍、女性习练1遍的运动中EE和总EE显著高于连续2遍（P＜0.05）。

表7 不同性别之间五禽戏的EE（kcal）

2.4 五禽戏的底物代谢特征

2.4.1 不同习练水平组五禽戏的底物代谢比较

由图1可知，熟练组与初学组相比，各RER和脂肪供能比例无显著性差异（P＞0.05），而熟练组连续3遍的糖供能量和连续2 遍的脂肪供能量显著高于初学组（P＜0.05）。不同习练遍次之间，熟练组中，连续2 遍的RER、糖供能量显著低于连续3 遍（P＜0.05），脂肪供能比例显著高于连续3 遍（P＜0.05）；初学组中，各习练遍次间RER、糖供能量、脂肪供能比例无显著性差异（P＞0.05），连续2遍的脂肪供能量显著低于1遍（P＜0.05）。

图1 不同习练水平组五禽戏的能量底物代谢比较

2.4.2 不同性别之间五禽戏的底物代谢比较

由图2可知，熟练组中，男性习练1遍、连续2遍的糖供能量显著高于女性（P＜0.05），男性脂肪供能量显著高于女性（P＜0.05），男女间RER、脂肪供能比例无显著差异（P＞0.05）。不同习练遍次之间，熟练组中，女性运动RER、糖供能量变化为：连续2 遍＜1 遍＜连续3 遍（P＞0.05），女性连续3遍的脂肪供能量和供能比例显著低于连续2 遍（P＜0.05）；初学组中，各遍次间无显著差异（P＞0.05）。

图2 不同性别之间五禽戏的能量底物代谢比较

3 讨论

3.1 五禽戏的运动强度分析

运动强度是人体肌肉单位时间内所做的功[18]，在体育科学研究和大众健身方面应用广泛。评价运动强度的指标可分为物理负荷强度、生理负荷强度和主观疲劳程度指标[18]，生理负荷强度指标中的METs、HR 等应用较为广泛[18，19]。METs是以人体安静时的能耗为基础，进而评价人体运动时的能耗水平。本研究结果显示，熟练组习练1、2或3遍五禽戏的METs分别为3.18、3.13或3.28，初学组分别为3.12、2.97或3.20，不同习练水平、不同遍次间无显著性差异。熟练组男女之间METs无显著性差异，但女性习练3遍的METs显著高于连续2 遍，初学组男性运动中METs 显著高于女性。本研究结果略低于前人研究[11]，造成这种情况的原因有二：一是由于前人研究并未将受试人群按照不同的习练水平进行划分；二是前人研究参考的是连续习练3遍五禽戏中最大的METs，而由于本研究需要比较不同遍次五禽戏的能量消耗特征，选择的是每遍五禽戏METs的均值进行比较，可能会造成二者之间存在一定的差距。与同类健身气功相比，五禽戏的METs高于八段锦（2.68 METs）[20]，但与太极拳（男2.9 METs，女3.0 METs）[21]相差不大。根据ACSM对20～39岁青年人运动强度的定义（2.4～4.7 METs 为低强度）[12]，本研究中五禽戏属于低强度运动，这与同属于身心运动的国际上认知度较高的瑜伽（2.9 METs）接近[22]。

HR也是反映运动强度的常用指标，本研究中连续习练3 遍时HR 最高（110.1 ± 15.78 次/分），处于有氧运动的最佳心率区间[23]。以往研究显示，安静HR 在119 次/分以下为低强度，120～149 次/分之间为中等强度[18]，五禽戏以HR作为判断依据时同样处于低强度范围内。因此，结合METs 和HR，五禽戏属于低强度运动。此外，熟练组习练1 遍和连续2 遍时HR 高于初学组，这可能是由习练水平决定的，技术水平高的受试者动作规范，用力到位，辅以呼吸和心性的调节，HR变化显著；连续习练3 遍时，运动时间长，体力消耗大，故HR 无显著差异。初学组习练1 遍及连续2 遍时，女性HR 高于男性，这可能是由男、女的生理机能及体格的差异引起的[18，24]，熟练组由于习练水平高，性别差异不显著。此外，我们发现连续习练2遍的METs 最低，HR亦是如此。这可能是由于习练1 遍时身体刚开始运动，连续3 遍时又由于时间延长，导致METs 和HR 增加；而连续2 遍时，身体状态趋于稳定，时间不至于太长，此时METs 和HR 较习练1 遍和连续3 遍习练时更低。

综上所述，五禽戏作为一种低强度、有节奏且简单易学的有氧运动，适合体力活动不足或疾病患者习练，已有研究表明低强度运动同样有益于健康[25]。同时，习练水平越高，效果越好。例如，有研究指出，长期习练五禽戏对人体免疫功能、呼吸机能、激素水平、骨密度及平衡、柔韧、本体感觉、认知功能、心理健康等都有很好的效果，也是很多疾病的辅助治疗手段[2-6]。

3.2 五禽戏的能量消耗特征分析

3.2.1 五禽戏运动的EPOC

EPOC 是指运动结束后一段时间内，机体VO2高于运动前一般状态下VO2的现象[18]。因此，一项运动的EE包括运动中的EE和EPOC。本研究中熟练组EPOC和EE显著高于初学组，男性高于女性，其中，初学组男性连续3 遍时才高于女性，可能由于五禽戏为低强度运动，且初学组习练水平较低，开始时男女差异不明显，随着时间延长，肌肉活动不断增加，男性在体能方面的优势显现出来。值得注意的是，无论是初学组还是熟练组，各习练遍次间EPOC、EE无显著差异。影响EPOC 的因素与影响EE 的因素基本一致，运动强度的影响显著大于运动时间[26]，五禽戏为低强度运动，虽然运动时间延长了，但EPOC并无显著变化。尽管运动时间对EPOC的影响较小，但并不意味着没有影响。我们推测，若使EPOC发生变化，可能需要一个时间/次数阈值（拐点），即连续习练一定时间或次数才能使EPOC发生改变[27]。但在实际应用中，最受欢迎和最常用的是连续习练3 遍、或习练1 遍后休息片刻再习练。因此，EPOC发生改变的阈值可能并无实践应用意义。

3.2.2 五禽戏运动的能量消耗

如上所述，一项运动的总EE 包括运动中的EE 和EPOC。由于五禽戏是一种具有完整套路和固定动作编排、动作形式和运动强度不一的传统类项目，且习练者通常按整套练习，因此本研究主要分析了五禽戏整套运动的EE。本研究中熟练组运动中EE明显高于初学组，熟练组男性高于女性，初学组男女无显著差异，直到运动累积达到3 次时才显示出差异，这可能是由于时间延长，肌肉活动不断增加，男性在体能方面的优势显现出来[28]。熟练组EE 高于初学组主要是由于熟练组训练年限长，动作标准，完成质量高，不仅有形体运动，还有呼吸心性的调节，全身肌肉活动大于初学组；而初学组仅处于完成动作状态，动作不规范、幅度小，全身肌肉活动少[29]。这与刘宪发的研究一致，他发现太极拳业余组EE 低于专业组[21]。多项研究已经证实这一观点，熟练者在完成传统项目过程中，由于动作标准，发力到位，主动调节动作与呼吸配合，会使得能耗增加；而初学者尚未领会其内涵，无法做到动作、呼吸与意念的相互配合，能耗较低[29-31]。我们还发现，男性运动中EE高于女性，尤其是专业组。这与其他研究一致，即在进行相同运动时，男性总EE水平高于女性，这种差异与男性有更大的体重、去脂体重呈正相关，也涉及激素含量等生理方面的差异[32，33]。

此外，运动时人们通常一次连续习练3 遍五禽戏以达到推荐的体力活动量。本研究中习练1遍和连续3遍运动中EE 均值无差异，而连续2 遍的均值却显著低于其他遍次，这与之前METs、HR结果相呼应。造成这种情况的原因可能是习练1遍时身体刚进入运动状态，而连续2遍时，身体状态趋于稳定，因此连续2遍的EE低于习练1遍；而连续3遍时运动时间延长，随习练次数增加，全身肌肉活动增加，EE高于连续2遍。五禽戏总EE 特征与运动中EE 相一致，造成这种情况的原因可能是EPOC太低，无显著差异，不会对总EE造成影响，使得总EE特征与运动中一致。

综上所述，五禽戏的EE 熟练组高于初学组，男性高于女性，并随着习练水平的提高差异更明显。

3.3 五禽戏的底物代谢特征分析

熟练组中男性糖供能量、脂肪供能量均显著高于女性；初学组男性仅糖供能量高于女性。有研究指出，在八段锦运动中，女性的脂肪供能比例高于男性[20]。这是由于激素水平、肌肉含量以及底物的差异导致了男性和女性在底物代谢方面的差异[32]。各组脂肪供能比例无显著差异的原因可能是测试人群数量不足以达到统计学上的差异。研究指出，在进行相同运动时，男性单位体重的能耗大于女性，这可能是由于肌肉含量、激素水平以及代谢状态存在性别差异引起的[34]。运动中男性肾上腺素和去甲肾上腺素显著高于女性，而女性脂肪分解对儿茶酚胺更加敏感，因此，在相同运动方式下运动时，机体的能量消耗和底物代谢存在性别差异[35]。女性的雌激素和黄体酮可增强皮下脂肪动员；而男性肌纤维类型分布更利于糖氧化供能[32]。相同强度下运动，女性的脂肪氧化供能比例大于男性，男性的糖氧化供能比例高于女性。

值得关注的是，熟练组连续2 遍的脂肪供能量和连续3 遍的糖供能量显著高于初学组，且熟练组连续习练2 遍的脂肪供能比例显著高于连续3 遍，其中，女性连续2 遍的脂肪供能比例、脂肪供能量显著高于连续3遍，且熟练组女性连续2遍的RER、糖供能量最低；初学组无显著差异。虞定海[6]研究发现，6 个月的五禽戏运动可以促进中老年女性的脂代谢，但不如干预3个月的效果明显。这是一个长期研究，但与本研究发现一致。五禽戏运动中脂肪和糖代谢能力增强，这与八段锦运动中的底物代谢特征相似[20]。其中，熟练组高于初学组，且熟练组连续习练2 遍时脂肪代谢效率最高。随着运动时间的延长，连续习练3 遍时脂肪供能比例下降，糖供能量增加，女性尤为明显。这说明五禽戏运动能够有效促进脂肪和糖代谢，习练水平越高代谢能力越强。其中，连续2遍时脂肪代谢能力较高，连续3遍时脂肪供能下降，糖供能量增加。