不同BMI水平男大學生心肺適能與肺通氣能力的比較研究

童 瑤，汪宇峰，牛銀濤

肥胖是一種脂質代謝失調癥，這種營養障礙性疾病的表現主要為脂肪組織與其他軟組織之間的比例過高、人體中脂肪組織儲量過多，導致患心血管疾病的風險增加，影響整個機體的正常生理功能。近年來肥胖發生率逐漸低齡化，處于青少年時期的大學生群體，肥胖發生率上升速度明顯加快，體質健康水平受到嚴重影響。心肺適能是評價青少年體質健康的重要維度，反映了人體攝取、運輸、利用氧的能力，通常使用最大攝氧量（Maximal oxygen uptake，VO2max）作為主要評價指標［1］。肥胖是造成青少年心肺功能、身體成分、能量代謝水平差異的重要因素，肥胖青少年由于受自身體重的影響，體力水平下降，有氧能力較差，骨骼肌對氧氣的利用率較低，肥胖兒童的功能性運動能力和肺功能也均低于體重正常兒童［2－4］。身體質量指數（Body Mass Index，BMI）常用于衡量人體肥胖程度和營養狀況，長期以來一直被用作對不同程度的肥胖癥進行分類和評估與肥胖癥相關的發病率和死亡率風險的參數，測量和計算方法簡單便捷，且與體脂百分比（Body Fat Rate，BF%）密切相關，是國際上公認評定肥胖的常用指標［5－7］。目前國內對于心肺功能的研究多集中于青少年、兒童，針對男大學生不同BMI水平心肺適能比較的研究較少。本研究選取高校普通男大學生作為研究對象，借助運動心肺測試儀、肺功能檢測儀、人體成分分析儀等儀器評定男大學生的心肺適能、肺通氣能力、身體成分，探究不同BMI水平與男大學生心肺適能和肺通氣能力的相關性，為指導男大學生養成健康的生活方式、身體機能的提高提供理論參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

隨機選取哈爾濱體育學院大二、大三男性大學生38名，均為非體育專業，根據身高、體重計算BMI水平并分類。綜合參考相關文獻后，本研究將18.5 kg／m2≤BMI＜23 kg／m2受試者分為正常組；23 kg／m2≤BMI＜25kg／m2受試者分為超重組；25 kg／m2≤BMI＜30kg／m2受試者分為Ⅰ度肥胖組；BMI≥30kg／m2受試者分為Ⅱ度肥胖組。

1.2 研究方法

1.2.1 運動心肺測試

受試者在進行測試前48小時無劇烈運動，于清晨空腹步行至實驗室。采用ERGOLINE坐式功率自行車（Ergoline 100，Ergoline Gmbh，Lindenstra？e 5，Deutschland）和AEI MAX－II呼吸氣體代謝分析儀（AEI Max－II Metabolic Carts，AEI Technologies Inc）測定遞增負荷運動過程機體氣體代謝指標，包括VO2max、VE、RQ。測試方案：首先按照說明書，將儀器預熱30－60min，向受試者說明測試方法、原理和注意事項，其次，讓受試者進行15min的熱身后開始正式測試，受試者以25W 速度開始，每1min遞增25W，運動頻率為60r／min保持不變，直到出現攝氧量峰值，呼吸商達1.10以上停止測試，整個正式測試用時10min左右，測試過程中時刻關注呼吸面罩的密封性，以確保測試結果的準確。

1.2.2 相關指標測定

1.2.2.1 肺通氣指標檢測

肺通氣能力測試采用便攜式肺功能儀測量受試者VC、FVC、MVV，并計算肺活量體重指數。

1.2.2.2 心率、血壓測量測量心率血壓便攜式全自動臂式黑白電子血壓計測量受試者心率、血壓，測量3次取平均值。

1.2.2.3 身體成分測定

本次實驗采用TEZEWAT6200人體成分分析儀，清晨空腹狀態下進行。檢測程序：受試者脫去外衣、鞋等所有可能影響結果的金屬物品（手表、手機、紐扣等），用電解濕紙巾擦干凈手腳，站在人體成分分析儀的足部電極上，手握電極棒，并保持兩臂外展狀態。主要觀察指標：BMI、腰臀比（Waist－to－Hip Ratio，WHR）、體脂肪率（Body Fat Rate，BF%）、肥胖度、內臟脂肪面積。

1.2.3 數據處理

本研究使用SPSSStstistics21對記錄下的各項指標進行數據分析，并對數據設置的最大和最小值進行了檢驗，以保證錄入數據的準確性。不同BMI水平男大學生各組間均值的比較采用單因素方差分析，經方差齊性檢驗為方差齊，測試結果以均數±標準差（）表示，以雙側P＜0.05為檢驗水準。其中”P＜0.01”表示有極顯著性差異；”P＜0.05”表示有顯著性差異；”P ＞0.05”表示無顯著性差異。

2 研究結果

2.1 BMI篩查結果

BMI測量方法為：體重（kg）／身高（m）2。如表1所示，根據BMI評價方法，本研究的受試者可分為4個等級：正常（18.5 kg／m2≤BMI＜23 kg／m2）、超重（23 kg／m2≤BMI＜25kg／m2）、Ⅰ度肥胖（25 kg／m2≤BMI＜30kg／m2）、Ⅱ度肥胖（BMI≥30kg／m2）。

表1 高校男大學生BMI篩查結果

2.2 不同BMI水平男大學生身體成分比較

表4結果顯示，肥胖會使男大學生身體成分發生明顯改變，與正常組相比，超重組男大學生肌肉量、蛋白質與正常組相比具有顯著性差異（P ＜0.05），BF%水平、內臟脂肪面積、基礎代謝水平與正常組相比均表現出極顯著性差異（P＜0.01）；Ⅰ度肥胖組和Ⅱ度肥胖組男大學生BF%水平、內臟脂肪面積、肌肉量、無機鹽、蛋白質、基礎代謝水平這些指標與正常組相比均表現出極顯著性差異（P＜0.01）。表明以BMI水平劃分肥胖程度是科學、合理的劃分方法。

表4 不同BMI水平男大學生身體成分

2.3 不同BMI水平男大學生心肺適能特征比較

如表2所示，受試者肥胖程度與靜息心率、血壓水平呈正相關，Ⅱ度肥胖組靜息心率顯著高于正常組（P ＜0.05），收縮壓、舒張壓均極顯著高于正常組（P＜0.01）；Ⅰ度肥胖組收縮壓水平與正常組相比表現出極顯著差異性（P ＜0.05）。超重組、Ⅱ度肥胖組男大學生VO2max、VE水平與正常組相比差異性較小，無統計學意義（P ＞0.05），僅Ⅰ度肥胖組表現出顯著性差異（P ＜0.05），但超重組、Ⅰ度肥胖組VO2max相對值均顯著低于正常組（P ＜0.05），Ⅰ度肥胖組VE相對值顯著低于正常組（P＜0.05），而Ⅱ度肥胖組VO2max、VE水平與正常組相比均具有極顯著性差異（P＜0.01）。

表2 不同BMI水平男大學生適能功能特征

2.4 不同BMI水平男大學生肺通氣能力參數比較

如表3所示，Ⅱ度肥胖組男大學生FVC水平顯著高于正常組（P ＜0.05），FVC.1%、MVV水平低于正常組（P ＜0.05），Ⅰ度肥胖組VC水平顯著高于正常組（P ＜0.05）。肥胖程度與VC水平呈正相關，但不同組間肺活量體重指數卻呈現出負相關的趨勢，Ⅰ度肥胖組肺活量體重指數顯著低于正常組（P ＜0.05），Ⅱ度肥胖組肺活量體重指數則極顯著低于正常組（P＜0.01）。

表3 不同BMI水平男大學生肺通氣能力參數

3 討論與分析

3.1 不同BMI水平與肥胖程度的相關性分析

身體質量指數（BMI）用于評價肥胖程度一直存在較多爭議，多數研究認為以體脂率評價肥胖更具有科學性，但體脂率的測量需要專業的儀器設備，不便于在日常生活中應用，而BMI測量、計算方法簡便，常作為研究不同肥胖程度人群身體素質和機能指標的分組標準。高海濤［8］等以BMI水平作為肥胖劃分標準，對比超重和肥胖兒童骨齡差異，結果顯示BMI水平增高會引起同一年齡段兒童發育提前，導致骨齡提前。BMI與體脂率的關聯性強，與代謝性疾病具有相關性，在預測體脂代謝水平方面優于生物電阻抗分析，但受到年齡、性別等因素的影響［9－11］。性別對BMI評定肥胖的影響較大，尤其是對于女大學生肥胖程度的評價差異更為明顯，由于女大學生鍛煉較少，減重多以節食為主，導致身體成分中肌肉量減少而非脂肪，BMI不能區分體重中肌肉和脂肪含量，不能有效的篩選出隱性肥胖者［12，13］。男性與女性在生理上存在較大差異，與女性相比，男性肌肉含量較多而脂肪含量較少。研究表明，以BMI標準劃分肥胖程度，可以預測男性患者的冠狀動脈狹窄，但在女性患者中沒有［14］。本研究結果顯示，男性大學生BMI水平與體脂率、內臟脂肪含量、肌肉量呈顯著正相關，提示以BMI劃分男性大學生肥胖程度具有較高的可行性，這與Nirav［15］等研究結果一致。因此，BMI可作為一種方便實用的篩查手段，用于男性大學生不同身體質量水平的機能評價中。

3.2 不同BMI水平男大學生心肺適能特征比較分析

肥胖會造成BMI水平、心率、血壓升高，是增加心血管疾病患者全因死亡率的主要疾病之一，胰島素抵抗、高血壓和高密度脂蛋白降低以及自主神經功能的降低可能是導致肥胖患者心血管疾病發病率增加的機制［16，17］。肥胖與靜息心率過快有一定的相關性，肥胖的持續時間在決定心臟交感神經活動水平方面起著重要作用，長期肥胖可能導致自主神經活動的總體減少，因此交感神經活動也減少［18］。與此同時，肥胖者隨著年齡的增長，交感神經活動增加，并伴隨副交感神經活動減少，此外，隨著年齡的增長，肥胖者的交感神經和副交感神經活動都相對減少［19］。本研究相關結果表明，受試者BMI水平與靜息心率、血壓呈正相關，高水平BMI人群有著更高的靜息心率和血壓，這與Yadav RL［20］等研究結果相一致，BMI水平超過正常值會影響心臟泵血功能，增加患心血管疾病的風險。我國成人靜息心率的范圍為50～90次／min［21］，本研究結果顯示，Ⅱ度肥胖者心率均超過這一范圍，提示高水平BMI使心室舒張時間縮短，每搏輸出量減少，心臟射血分數降低，外周阻力增大，引起靜息心率過快，血壓升高。

心肺適能是體質健康的重要因素，是指人體的心臟、肺臟、血管、血液等組織的功能，也是機體健康的重要保證［22］。它可以反映機體攝取、轉運和利用氧的能力，并且其與肺部通氣換氣功能、心臟泵功能、血液循環系統運輸氧氣能力以及氧氣被肌肉等外周組織利用的能力相關［23］。心肺適能的評價指標主要包括VO2max、攝氧量動力學、乳酸／換氣閾值、最大攝氧量的速度以及運動經濟性等。VO2max是指人體在進行有大量肌肉參與的劇烈運動時，心肺功能和肌肉利用氧的能力到達人體極限水平時，機體內細胞所能消耗或利用氧的最大值，這是評價個人心肺耐力的最重要的指標［18］。VO2max水平的提升受個體遺傳因素的限制較大，主要表現在最大吸氧量水平上，其遺傳度為93.4%，后天的運動訓練可以改善心臟的泵血功能，增強心肌收縮力量，提高射血分數，并通過改善肌纖維線粒體體積和數量從而提高機體VO2max水平。VE是指每分鐘吸入或呼出氣體的總量，個體差異較大，主要受年齡、性別、運動水平和運動年限的影響［24］。研究發現，學生的BMI水平與心肺適能呈負相關，而以心肺適能作為BMI的肥胖切點有一定的可行性［25，26］。本研究結果顯示，肥胖男大學生VO2max、VE絕對值明顯大于正常男大學生（P ＜0.05），而相對值卻表現出相反的趨勢，隨肥胖程度的加重而下降，與絕對值相比，VO2max相對值除去了體重對機體攝取氧氣的影響，用于不同個體間的比較更客觀。這與Yamazaki H［27］等研究結果相一致，其對比研究發現，超重大學生攝氧量峰值絕對值明顯大于正常大學生，而消除體重因素的影響，相對值卻與肥胖程度呈反相關。相關研究通過對比不同肥胖程度的青少年VO2max發現，肥胖男性少年VO2max絕對值大于正常男性少年，而最大耗氧量相對值明顯低于正常男性少年［28］。結合本研究結果，說明體內脂肪過多是影響肥胖男大學生心肺適能的主要因素，大量脂肪堆積在體內增加了血液供應，加重了心血管系統的負擔，內臟周圍脂肪堆積造成內臟負荷過大，尤其是心臟周圍脂肪堆積使心肌收縮力減弱，每搏輸出量減少，嚴重影響心臟泵血功能，表現出肥胖男大學生普遍有氧耐力較差。

3.3 不同BMI水平男大學生肺通氣能力參數比較分析

肺功能常用于評定心肺耐力和有氧耐力，主要采用VC、FVC、MVV等指標進行肺通氣功能評價。肥胖對肺通氣功能的影響并不局限于極度肥胖的個體，脂肪是一種代謝活躍的組織，用力吸氣時，腹部脂肪團過大可能會阻礙橫膈膜的下降，腹部內臟脂肪變化與肺功能變化呈負相關［29，30］。類似地，與肩胛下皮褶厚度相關的顯著負效應表明，胸壁上厚厚的一層皮下脂肪可能導致胸壁和肺實質之間彈性反沖平衡的改變或胸壁順應性的改變［31］。本研究肺通氣能力測試結果顯示，超重、Ⅰ度肥胖組男大學生肺活量顯著大于正常男大學生，Ⅱ度肥胖男大學生肺活量雖大于正常組，但不具有相關性。為盡可能減少個體差異性，通常采用肺活量除以體重得出肺活量指數來評定個體VC水平，本研究結果顯示，肺活量體重指數與BMI水平呈負相關，具有顯著性差異。考慮到身高因素，肺活量隨著體重的增加而穩步增加到一定程度，然后在最嚴重的超重人群中開始下降。肥胖男大學生MVV水平均低于正常男大學生，Ⅱ度肥胖男大學生FVC明顯高于正常男大學生，但FVC.1%卻顯著低于正常男大學生。Kim SK［32］等研究發現，BMI大于25 kg／m2的個體，與FVC和FEV1%呈負相關，肥胖男性表現出更低的FVC、FVC.1%，這與本研究結果一致。綜合以上論證表明，以BMI水平劃分的超重和肥胖男大學生呼吸機能或肺通氣能力落后于正常男大學生，肥胖是肺功能下降更重要的原因。

4 結論

BMI是國際上常用于評定肥胖程度、機體健康水平的簡易方法，通過劃分不同BMI水平對男性大學生進行肥胖程度分組具有可靠性。比較分析心肺適能各項指標發現，肥胖組男大學生靜息心率、收縮壓、舒張壓顯著高于正常組；VO2max、VE絕對值高于正常組，但相對值均明顯低于正常組。比較肺通氣能力各項指標發現，肥胖組男大學生表現出更低的MVV、FVC、FVC.1%，VC水平隨BMI水平的增加而上升，但并不絕對。當BMI水平增加到Ⅱ度肥胖程度時，VC水平會相應降低，但肥胖組男大學生肺活量體重指數顯著低于正常組，具有明顯的負相關。BMI水平越高者表現出較低心肺適能水平及肺通氣能力，肥胖是影響男大學生心肺功能的重要指標，以BMI值劃分肥胖用以評價心肺適能仍有待進一步多方面研究論證。