太極拳運動對男大學生氣體代謝影響的研究

丁仁濤，張紅學

(鄭州大學 體育學院，河南 鄭州 450044)

太極拳運動以有氧氧化供能為主，它綜合性地繼承和發展了明代在民間和軍隊中流行的各家拳法，結合了古代“導引術”和“吐納術”，又吸取了古典哲學陰陽學說和中醫基本理論的經絡學說，使其成為一種內外俱練的拳術和集“練腦，練身、練氣”于一體的健康之法［1，2］。有研究表明，經常參加太極拳運動能夠提高老年人的肺活量、每搏輸出量、最大攝氧量、射血分數、心肌收縮力、平衡能力，還能夠提高老年人的運動機能、免疫能力和神經系統的調節作用等等［3－7］。然而，太極拳運動對青年人氣體代謝影響方面的研究幾乎沒有。本研究采用較先進的研究手段和工具，研究太極拳運動對男大學生氣體代謝的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選擇10 名鄭州大學體育學院、河南大學民族傳統體育系學生作為實驗組，平均訓練年限為12.2±3.5，運動級別為:兩名武英級運動員(運動健將)、四名一級武士(一級運動員)、四名二級武士(二級運動員);十名河南大學非體育專業的太極拳愛好者作為對照組，平均練習年限為3.4±1.2。所有受試者一月內沒有參加過大負荷訓練或比賽，無明顯體重減輕，飲食正常，無急、慢性疾病。具體情況見表1。

表1 研究對象基本情況一覽表

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料

根據研究目的，在中國知網上檢索并收集大量有關“太極拳”、“心肺功能”、“氣體代謝”等方面的文獻資料120 余篇，掌握有關太極拳研究的前沿動態與研究趨勢。

1.2.2 實驗測試

測試日期為2012 年4 月12 日－5 月15 日，測試時間為上午9:30 －11:30，受試者于飯后2 小時到實驗室，首先填寫基本情況調查表，包括年齡、每周運動情況、訓練或運動年限等;然后，測試身高、體重等基本指標。基本指標測試完成后，請受試者靜坐休息，幫其選擇相應的呼吸面罩。氣體代謝測試儀器使用德國CORTEX MetaMax3B 運動心肺功能遙測儀，測試前儀器預熱20 分鐘，然后進行周圍氣體的校正。受試者靜坐休息30 分鐘后給其佩戴遙測儀和心率胸帶進行測試。測試內容包括運動前靜坐15 分鐘、運動中5 分鐘、運動后靜坐恢復15 分鐘運動心肺功能指標。運動中測試時，要求受試者伴隨5 分鐘的楊氏二十四式太極拳音樂節拍運動。

實驗室為空調房間，溫度20 ℃～25 ℃，濕度30%～50%，1 個標準大氣壓。測試場地為木質地板。測試指標包括:身高、體重、潮氣量、呼吸頻率、每分通氣量、攝氧量、CO2 呼出量、呼吸商、相對攝氧量、心率、氧脈搏、代謝當量等。

1.2.3 數理統計

首先把使用CORTEX MetaMax3B 采集到的數據以XML 格式導出，采用Excel 等軟件對數據進行初步整理。然后，借助PASW Statistics 對數據進行統計分析，不同時間段各指標變化的分析采用重復測量方差分析，當分組因素與重測因素［8］有交互作用時，進行單獨效應分析，單獨效應分析的方法采用獨立樣本t檢驗。顯著性水平取0.05，非常顯著性水平取0.01。

2 研究結果

2.1 肺通氣

潮氣量、呼吸頻率和每分通氣量主效應高度顯著。可以認為，太極拳運動對肺通氣有顯著的影響，主要表現在運動過程中肺通氣顯著增高，運動后10 分鐘開始快速下降。只有每分通氣量存在交互作用，結合單獨效應分析，可知運動中實驗組每分通氣量高于對照組。實驗組和對照組不同時段呼吸頻率變化一致。運動后潮氣量平均降低了約32%(190 ml)(見圖1)。

2.2 肺換氣

攝氧量、CO2 呼出量、呼吸商、相對攝氧量主效應高度顯著。其中，攝氧量、呼吸商、相對攝氧量交互作用顯著，且變化趨勢一致，均是運動時明顯增高，實驗組比對照組分別增高了22.1%，26.7%，24.5%，運動后快速恢復到運動前狀態。呼吸商在運動中基本沒有變化，運動后快速上升，實驗組上升明顯大于對照組，這應該是由于實驗組運動后糖的恢復較快，消耗的能量物質中，糖的比例增加的原因(見圖2)。

2.3 心率、氧脈搏

心率、氧脈搏的主效應和交互作用均顯著。兩者都表現為運動時明顯升高，運動后快速恢復的特征。運動前安靜時，實驗組心率明顯低于對照組，比對照組低8.4%;運動中，兩組受試者心率快速上升，均達到100 次/min 左右;運動后實驗組心率恢復較快，10 分鐘后明顯低于對照組。運動中，實驗組氧脈搏明顯高于對照組(比對照組高16.3%)，運動后氧脈搏快速恢復到運動前水平(見圖3)。

2.4 能量代謝

運動前安靜時代謝當量為1.5 左右，運動中實驗組提高了3.3 倍，而對照組提高了2.7 倍，實驗組提高量明顯大于對照組，運動后兩組受試者代謝當量快速 恢復到運動前水平(見圖4)。

圖3 不同運動時段心肺功能指標變化圖

圖4 不同運動時段代謝當量變化圖

2.5 肺通氣、肺換氣、能量代謝間的相關性

本研究中0.4≤r≤0.6 存在相關關系，0.6 ＜r≤0.7 一般相關，0.7 ＜r≤0.85 較高相關，r ＞0.85 高度相關。全部受試者不同運動時段各指標相關系數見表2。

由表2、表3、表4 可知，無論運動前、運動中、運動后，每分通氣量與攝氧量、CO2 呼出量、相對攝氧量、氧脈搏、代謝當量具有相關性;相對攝氧量與每分通氣量、攝氧量、CO2 呼出量、代謝當量、氧脈搏具有較高相關性;代謝當量與每分通氣量、攝氧量、CO2 呼出量、相對攝氧量具有較高相關性。

呼吸頻率和呼吸商的相關系數只有在運動中成正相關關系(r=0.488);相對攝氧量與潮氣量的相關系數在安靜時(r=0.713)大于運動中(r=0.593)和運動后(r=0.554);心率只有在運動時，與攝氧量、CO2呼出量、呼吸商存在正相關關系，相關系數分別為0.446、0.469、0.582。

表2 運動前各指標相關系數一覽表

表3 運動中各指標相關系數一覽表

表4 運動后各指標相關系數一覽表

3 分析與討論

3.1 太極拳運動對心肺功能的影響分析

宋憲強、閆民、王智慧、王荔等［10－12］分別在其研究中發現:二十四式太極拳運動能使女大學生的心肺功能得以良好改善，表現于心肺功能指標中肺活量、最大吸氧量、心率、心搏出量、心輸出量、血壓(收縮壓、舒張壓)、血管順應性、外周阻力各項生理指標都具有顯著性變化;八段錦練習能使非體育專業大學生的心肺功能得到良好的改善，具體表現在心肺功能指標中肺活量指標明顯上升，安靜心率、練習中心率、練習后即刻心率指標明顯下降，均具有顯著性差異等。本研究有類似發現，長期的太極拳運動可以降低實驗組安靜時心率，這是由于長期有氧運動使控制心臟活動的迷走神經作用加強，交感神經的作用減弱［13］，提高了心臟每搏輸出量。呼吸商是機體二氧化碳排出量與攝氧量的比值，是運動時機體利用何種物質作為能量來源的指標(葡萄糖氧化供能時RQ 為1，脂肪約為0.71，蛋白質約為0.8)。運動后實驗組呼吸商增加更加明顯，平均為0.891，表明長期太極拳運動還可以促進運動后糖的恢復，改善能量消耗。

太極拳運動時實驗組的每分通氣量、攝氧量、相對攝氧量、氧脈搏、心率等指標增加的幅度更大，結合現場測試的錄像綜合分析，有兩點原因:1)實驗組打太極拳時采用的架勢較低，而對照組由于下肢肌肉力量不足，無法長時間進行低架勢太極拳運動;2)影響能量代謝的主要因素包括肌肉活動、情緒影響、食物特殊動力作用和環境溫度等。而高水平運動員練拳重“意念”，用意念來指導每一個動作。動作過程中內部與外形的虛實開合、旋轉變換，務求上下相隨、內外合一、意到勁到、意動形隨，意念自始至終貫穿在整個套路之中。任何一個細微的變化也不容絲毫斷意，真正做到以意行氣、以氣運身、周身無微不至，高水平運動員在運動過程中走架、姿勢正確，用意得法，氣息隨外部動作的開合、轉換而運轉。因此，在其運動過程中精神高度集中，也是其能耗量大的原因之一［14，15］。當然，這也體現了實驗組具有較高的心肺功能和有氧運動能力。氧脈搏是指心臟每次搏動輸出的血量所攝取的氧容量，即每分攝氧量除以每分心率，是評估心臟輸送O2 至外周組織的效率的最佳指標，其數值越高，說明心肺功能越好［12］。運動心肺功能取決于運動心肺偶聯的每一個環節，即肺通氣、肺換氣、心血管功能以及所參與的肌肉等。本研究中，太極拳運動時，實驗組具有較高的潮氣量、每分通氣量、攝氧量、相對攝氧量、氧脈搏等，體現了實驗組具有較高的運動心肺功能。

3.2 太極拳運動對能量代謝的影響分析

太極拳運動中，實驗組呼吸商為0.794±0.048，對照組為0.768±0.064，可以認為，太極拳運動是以脂肪為主要供能物質，屬于有氧氧化供能。代謝當量是運動時耗氧量與安靜時耗氧量的比值，可用于評價運動時的相對能量代謝水平。本研究中，太極拳運動時，實驗組代謝當量為5.02±0.85 梅脫，對照組為4.04±0.79 梅脫，也就是說實驗組能量代謝比對照組高約25%。Pate RR 等提出根據能量代謝大小對體力活動強度進行劃分的模式，小于3MET 為低強度運動，3 ～6MET 為中等強度運動，大于6MET 為高強度運動［16］。許中華在《太極拳練習能量消耗的測量與評價》中研究發現，楊氏二十四式太極拳中，20 ～39 歲組的男性太極拳受試者，能量代謝為4.22±0.32MET，40 ～59 歲太極拳受試者能量代謝為4.08±0.35MET，60 歲以上組能量代謝為3.9±0.4MET［17］。可見，本研究結果與前人研究較為接近，再次證實了太極拳運動為中等強度運動。

另外，實驗組和對照組，在安靜時每分通氣量、攝氧量、相對攝氧量、CO2 呼出量、氧脈搏、代謝當量等指標無顯著性差異，然而，在運動中，實驗組明顯高于對照組。說明，運動中的指標大小更能體現太極拳對男大學生心肺機能、能量代謝等方面的積極影響。

3.3 不同運動時段太極拳運動中各指標相關性分析

運動前和運動后，呼吸頻率與呼吸商不存在相關關系，而運動中，兩者成正相關關系(r=0.488)。這說明，太極拳運動中，隨著呼吸頻率的增加，CO2呼出量比攝氧量增加更加明顯。安靜時，相對攝氧量與潮氣量存在正相關關系(r=0.713)，說明潮氣量越大，相對攝氧量越大。然而，運動時和運動后，相對攝氧量與潮氣量的相關關系減弱。也就是說，運動過程中和運動后的恢復期，身體對氧的利用率有所減弱。運動前的安靜狀態和運動后的恢復期，攝氧量、CO2呼出量、呼吸商與心率大小無關，但是在運動過程中，與心率成正相關關系，隨著心率的增大，攝氧量、CO2呼出量、呼吸商也隨之變大。有氧健身運動中，用心率控制運動強度最為普遍，心率與運動強度的正相關關系已經廣泛被認可。本研究中，太極拳運動時，心率越大，也就是運動強度越大，攝氧量、CO2呼出量、呼吸商也越大。運動前安靜時，潮氣量大小于氧脈搏無關。太極拳運動過程中，潮氣量越大氧脈搏就越大(r=0.718)。通過對實驗組、對照組潮氣量與氧脈搏相關關系的進一步分析，實驗組r=0.760，對照組r=0.569。可見，太極拳運動過程中，隨著潮氣量的增加，實驗組氧脈搏增加更加明顯，表現出的心肺功能也更強。

4 結論

4.1 長期太極拳運動可以促進運動后糖的恢復，改善能量消耗結構;還可以使控制心臟活動的迷走神經作用加強，交感神經的作用減弱，從而降低安靜時心率，提高心室每搏輸出量。

4.2 實驗組和對照組，在安靜時每分通氣量、攝氧量、相對攝氧量、CO2呼出量、氧脈搏、代謝當量等指標無顯著性差異，然而，在運動中，實驗組明顯高于對照組。說明，運動中的指標大小更能體現長期練習太極拳對男大學生心肺機能、能量代謝等方面的積極影響。

4.3 太極拳運動中，隨著呼吸頻率的增加，CO2呼出量相對于攝氧量增加更加明顯。

4.4 太極拳運動過程中和運動后的恢復期，身體對氧的利用率有所減弱。

4.5 安靜狀態時，心率與攝氧量、CO2呼出量、呼吸商大小無關，運動過程中，心率與攝氧量、CO2呼出量、呼吸商存在正相關關系，相關系數分別為0.446、0.469、0.582。

4.6 太極拳運動中，實驗組潮氣量與氧脈搏正相關關系較對照組強，表現出的心肺功能也更強。

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