人體走跑運動能量消耗計算與運動減肥分析

張冰 趙雯婷

摘要：本文首先對人體走跑運動中能量消耗計算模型簡要概述，然后分析人體走跑運動減肥脂肪消耗問題，最后從控制走跑運動時的心率、控制走跑運動的持續時間、選擇合適的營養補充方式等方面闡述人體走跑運動減肥策略。

關鍵詞：人體走跑運動;能量消耗計算;運動減肥

引言：如今肥胖問題成為社會各界人員普遍需要面對的問題，由于工作和生活壓力很多人員的膳食習慣并不健康，年輕時人們憑借身體強大的代謝能力可以預防肥胖癥，但是一旦步入中年肥胖癥幾率必然逐漸升高。而肥胖癥會引發諸多疾病，醫院中大約有30%左右的患者存在肥胖癥，因此人們想通過運動減肥的方式消耗身體脂肪和能量，以達到控制肥胖癥的目的。

一、人體走跑運動能量消耗模型計算

（一）能量消耗模型構建

本文主要選擇20歲青年大學生、10～15歲青少年學生、30～50歲中年志愿者共100例作為研究對象，總計男性人群55例、女性人群45例，通過氣體代謝測試實驗（研究對象直接在跑步機上以4～8km/h的速度做走跑運行，總共持續5分鐘）獲取研究對象的能量消耗、步頻、心率、呼吸商等信息。實驗結果統計之后需要進行篩選，將其中不合理的異常數據剔除，然后再按照性別對研究對象的能量消耗、步頻、心率、呼吸商等信息進行EXCEL數據分析，最后基于能量消耗、步頻、心率之間的關系選擇最佳步頻，這樣即可得到男女能量消耗模型。根據模型可以計算出走跑運動固定持續時間下的預計能量消耗情況，將跑運動固定持續時間下的真實能量消耗情況與預計能量消耗能量對比即可得到各個時間點下的運動動能量消耗計算誤差，正常來說運動剛開始時誤差最大，運動持續時間越長能量消耗誤差最小。

（二）走跑運動中能量消耗模型

公式（1）中各指標意義如下：E的含義為人體走跑運動中的能量消耗情況如下，單位為kcal;F的含義為步頻，單位為l/min;f（Fti）指的是單位能耗，單位為kcal/min/kg;W的含義為為人體體重，單位為kg;n的含義為人體走跑運動中步頻變化可以分為n個階段;t的含義為步頻持續時間;i的含義為第n段步頻。

但是以上公式沒有考慮到年齡對人體走跑運動中的能量消耗的影響，因此必須在公式（1）中加入修正系數K，這樣才能縮小人體走跑運動中的能量消耗模型的誤差。當研究對象為20歲青年大學生時K值取1.0、當研究對象為10～15歲青少年學生時K值取1.1、當研究對象為30～50歲中年志愿者時K值取0.8。

二、人體走跑運動減肥脂肪消耗問題

（一）人體走跑運動減肥脂肪消耗步頻函數

人體走跑運動減肥脂肪消耗過程中心率和步頻在不斷變化，運動5分鐘后人體的心率才會趨于穩定，總體來說人體的心率會先隨著步頻的穩定而逐漸升高再隨著步頻的穩定而逐漸下降，因此必須先了解心率與步頻的關系才能制定能夠達到脂肪消耗效果的運動減肥方案。

研究對象的步頻和心率數據可以通過數據列[a，b]的形式記錄，然后通過灰色系統建模對研究數據進行擬合即可得到步頻函數的模擬值、相對誤差和平均相對誤差。

（二）人體走跑運動減肥脂肪消耗比率函數

人體走跑運動減肥脂肪消耗比率確定之后必須先選擇最大攝氧量函數和運動攝氧量函數，本文采用文獻中的對應函數。其中最大攝氧量函數如下：

公式（5）中各指標意義如下：f表示人體走跑運動減肥脂肪消耗最大化模型;E、W、V、Vmax意義同上。

（四）人體走跑運動減肥脂肪消耗結果

1.等間距灰色系統計算

當時間單位為15min、脂肪消耗比率為0.358時，人體走跑運動減肥脂肪消耗等間距灰色系統模擬值誤差為0%;當時間單位為15min、脂肪消耗比率為0.425時，人體走跑運動減肥脂肪消耗等間距灰色系統模擬值誤差為2.42%，此時誤差最大。

2.人體走跑運動減肥脂肪消耗非等間距灰色系統計算

當初始時間為0且時間間隔為1min時，脂肪消耗比率為0.459，人體走跑運動減肥脂肪消耗非等間距灰色系統模擬值誤差為1.27%，此時誤差最大。如果運動持續時間為0～240min時、脂肪消耗比率為0.37時誤差為9.01%，此時誤差最大。

3.人體走跑運動減肥脂肪消耗灰色回歸分析模型計算

當最大攝氧量比率為50%、運行持續時間為0～240min時，脂肪消耗比率在0.325～0.880之間，相對誤差在0～7.7之間，20min時誤差最大，此時脂肪消耗比率為0.425。

三、人體走跑運動減肥策略

（一）控制走跑運動時的心率

本文通過對人體走跑運動減肥脂肪消耗模型的構建，發現心率對人體走跑運動時脂肪的消耗具有直接影響，因此心率控制情況對人體走跑運動減肥具有直接影響。因此，人們在走跑過程中應該將心率控制在個人最大心率的60～80%左右，此時人們的脂肪消耗效果才能大大最高，減小效果才能達到最大。為了保證心率的穩定性，人們可以使用給一些智能設備在走跑運動中對心率進行監控，例如心率監控手表，這樣即可提高人體走跑運動的減肥效率。

（二）控制走跑運動的持續時間

本文通過對人體走跑運動減肥脂肪消耗模型的構建和脂肪消耗結果計算，發現當運動時間在0～20min時人體走跑運動的減肥效率逐漸升高，而20min以后人體走跑運動的減肥效率逐漸降低，因此20min～30min是最佳的走跑運動時間。如果人們走跑運動的持續時間達不到20min，則人體走跑運動的減肥效率不夠理想，脂肪根據無法充分消化;如果人們走跑運動的持續時間遠超30min則脂肪消耗效率大大下降，走跑運動的持續時間與脂肪消耗效率不成正比，因此只有控制好走跑運動的持續時間才能達到預期減肥效果。

（三）選擇合適的營養補充方式

人體走跑運動減肥脂肪每天大概在2000～2200kcal左右，但是人體正常每天攝入的能量大概在2500～3000kcal左右，因此正常運動情況下并不能達到減肥效果。如果人們想要通過走跑運動減肥，則必須將每天攝入的熱量控制在1500kcal左右，然后選擇合適的碳水化合物、脂肪、蛋白質進行營養補充，最后才能提高走跑運動中的脂肪燃燒效率，最佳比例為2：1：1。

結論：綜上所述，人體走跑運動減肥脂肪消耗模型計算時脂肪消耗比率為0.459時誤差最大，此時人體走跑運動時間為20min，因此人體走跑運動減肥脂肪消耗最大時必須將走跑運動時間控制在20min左右。

參考文獻：

[1]廖方萍. 加速度計監測高強度復雜運動能量消耗的模型構建與準確性評估[D].四川師范大學，2019.

[2]王美娟. 普通大學生走、跑運動的能量消耗特征研究[D].陜西師范大學，2019.