男大學生登樓梯對血壓、心率和血氧的影響

敖成康 葉子陽 束灝 游智為 合肥工業大學微電子學院

大學生群體中許多人都存在久坐和缺少鍛煉的現象，使得部分大學生身體素質下降，這對個人的身體健康影響很大。近年來高血壓總患病率呈增加趨勢，且越來越年輕化，平時血壓正常、運動血壓過高的年輕人具有容易發展為高血壓病的臨床特性[1]。國外相關研究表明，定期鍛煉有助于降低膽固醇水平，控制體重，增強下肢力量等好處[2]。與傳統的鍛煉方式如跑步相比，登樓梯運動屬于混合性立體運動，既有水平運動又有垂直運動[3]。受到天氣，運動場地的限制，適合大學生戶外鍛煉的天數減少了許多。登樓梯運動對場地要求不高，動作簡單，技術要求不高，不需要特殊的器械設備或衣物可以在宿舍樓等地鍛煉。有研究表明，鍛煉者每次進行總共5 趟的上下12層樓練習，每周鍛煉四次，可以達到較好的鍛煉效果[2]。登樓梯運動有助于增加血氧量和肺活量，達到較好的鍛煉效果。本實驗通過研究男性大學生登樓梯前后血壓、心率和血氧飽和度的數據變化，得到登樓梯對身體體征的影響。

一、研究對象和方法

（一）研究對象

共有32 人參與登樓梯測試，均為合肥工業大學在校男性大學生，身體健康，平均年齡為20歲，平均身高為175cm，平均體重為66kg。

（二）研究方法

1.使用器材

力康脈搏血氧飽和度儀（型號：Prince-100NW），可以檢測血氧飽和度，心率。魚躍電子血壓計（型號：YE670A）可以檢測舒張壓、收縮壓和心率。團隊自制脈搏心率測量裝置，由STM32F103C8T6 單片機為核心處理器，MAX30102 心率模塊作為探測器，可以檢測血氧飽和度，心率的數值，并在外接的OLED 顯示器上顯示數值。

2.現場測試

實驗地點：學生宿舍樓，六層，10個樓梯段，兩段樓梯間有7.8m2的平地，共有臺階110級，每個臺階高約15cm，登樓梯的垂直高度為16.5米。

實驗前準備：在對研究對象測試之前，告知他們測試程序：在整個登樓梯過程，受試者應當按規定動作從一樓小跑到六樓，不能在途中停下來或借助扶梯[2]。

測試過程：在受試者測試前，測量運動前的身體基礎指標，即安靜時的血壓，心率，血氧飽和度。測試過程中，受試者以自己正常登樓梯速度從一樓登樓至六樓，并在到達六樓時立刻測量他的血壓，心率和血氧飽和度。測量之后，讓受試者靜坐，并在5分鐘和10分鐘時再次測量他的血壓，心率和血氧飽和度，并記錄數據。在測量各項指數時，受試者均保持正坐，均在左手指尖初測量脈搏血氧飽和度，在右臂測量血壓。

（三）數據分析

實驗需要處理的數據為：血壓、心率和血氧飽和度。將受試者運動前后血壓、心率及血氧飽和度的指標動態變化相比較。

實驗測得的數據通過Excel 2019 進行數據整理；用軟件MATLAB 進行數據分析。數據正態分布以均數±標準差（x±s）表示。假設檢驗結果 P ≤0.05 認為差異有統計學意義。

二、實驗結果

（一）基本情況

經過實驗數據分析，去除不符合條件的數據，最終符合實驗條件的數據有28 組。研究對象平均年齡為（20.21±0.57）歲，平均身高為（175.36±4.46）cm，體重為（65.91±10.72）kg。

（二）運動前后的血壓，心率，血氧飽和度變化

如表1、圖1、圖2、圖3、圖4 所示。

分析受試者在登樓梯運動前、登樓梯結束時刻、登樓梯后5min、10min的數據，實驗數據顯示：血氧飽和度在運動前后均無顯著差異，可見登樓梯運動對受試者的血氧情況影響較小。在運動結束時刻，測量得到的心率、收縮壓和舒張壓均有顯著增加，登樓梯對受試者的血壓和心率影響較大。運動5min時，收縮壓和心率一直處于下降狀態，但仍高于運動前；舒張壓降至運動前安靜狀態。在運動結束后10min 測量得到的數據顯示：心率、收縮壓和舒張壓基本恢復到正常水平，但心率略高于運動前水平狀態，收縮壓和舒張壓略低于運動前水平狀態。在運動后5分鐘內，血壓和心率均大幅下降。5 至10分鐘內，血壓下降緩慢，心率基本不變。

表1 受測試者登樓梯運動前后的血壓，心率及血氧飽和度的變化（n=28，（x±s）Tab.1 Changes in blood pressure，heart rate and oxygen saturation before and after the subjects went up the stairs（n=28，（x± s）

圖1 運動后收縮壓變化圖像Fig.1 Images of systolic pressure changes after exercise

圖2 運動后舒張壓變化圖像Fig.2 Images of diastolic pressure changes after exercise

圖3 運動后心率變化圖像Fig.3 Images of heart rate changes after exercise

圖4 運動后血氧飽和度變化圖像Fig.4 Images of blood oxygen changes after exercise

（三）產生變化的相關因素分析

在運動過程中，研究對象需要克服自身重力登樓，消耗熱量，呼吸速率增加，心率增快，心輸出量增加，血壓也隨之升高。所以在登樓梯之后，所有受試者都有不同程度的心率，血壓的升高。本實驗研究中登樓梯運動后即刻的收縮壓和舒張壓增幅分別為21.71mmHg 和2.97mmHg，心率增幅為32.07bmp。所有的受試者運動后血壓值均在正常范圍內，未超出正常值范圍的現象。運動后5分鐘內是心率血壓恢復最快的時候，在10min 時體征水平基本恢復運動前水平。

三、結論與建議

（一）結論

本文給出了：男大學生爬樓對血壓心率的影響較大，對血氧飽和度的影響較小。通過對數據分析，處理運動后測量的3次值，完成運動后的0min、5min、10min 測量的狀態，都除以靜態測量的值，則靜態值為1，對應運動后0，5，10的狀態都表示為分數形式，消除個體間誤差，尋找普遍規律。這時通過作差及相關性分析，發現從0分鐘變化到5分鐘心率狀態的差值，和0分鐘的心率狀態的線性相關性最強，為-0.9246?？梢哉J為在運動后0分鐘到5分鐘這段時間心率基本恢復平靜值。

（二）建議

有研究表明，登樓梯可以作為一種運動鍛煉方式，利用樓梯進行上下樓的鍛煉可以達到鍛煉健身的效果[2]。有研究顯示上樓梯運動中每小時每公斤體質量消耗的能量為 10 ～ 18 kCal。跑步（16 km/h）時每小時每公斤消耗的能量為 13kCal。登樓梯運動與跑步消耗能量相當[3]。

大學生應該積極參與運動，通過多種方式經行鍛煉。登樓梯運動可以作為一項鍛煉下肢力量的運動方式，并且有助于大學生人群預防高血壓。眾多研究表明，有規律的有氧運動可以有效的預防和防治高血壓，不僅對高血 壓患者，而且對正常血壓者也是如此[4]。有研究表明，對青年學生來說，保持良好的運動習慣，每周3~7 次運動，每次30min 以上的中等強度體育運動可以有效控制和預防早期高血壓發病率。運動還可穩定和緩解緊張、焦慮、激動等情緒，有利于血壓穩定[4]。同時，BMI 指數對運動后身體體征影響也很大。大學生BMI的升高會引起血壓水平升高，體重過高的同學應當通過定期鍛煉將BMI 指數控制在標準水平內，可以有利于調整運動血壓和心率變化[5]。