基于可穿戴技術監控的女性低氧與常氧運動減肥對比研究

鮑子怡 顧蕓 戴劍松 許思齊 張美麗 畢文進

(南京體育學院 江蘇南京 210014)

肥胖已成為全球公共衛生關注的問題。2016年，中國32.3%的成年人超重，許多國家都具有類似的高患病率［1］。肥胖的核心原因在于能量攝入及消耗的不平衡，肥胖與過早死亡和其他慢性疾病的風險增加密切相關，如血脂異常、高血壓、癌癥等［2］。額外負重也會產生關節負荷過重，最終導致肌肉骨骼疾病，嚴重影響著人們的生活質量。大眾減肥需求增加，市場上涌現出了大量減肥方法，如減肥藥、束腰、甩脂機等，但這些方法不具備充足的理論依據，無法從根本上達到減肥效果，甚至可能對身體具有一定的危害。有氧運動結合能量限制已被證明是一種非常有效的方法，以減輕體重，防止肌肉損失。在運動減肥領域中，低氧運動減肥是近10年來的一項新興減肥理念。有研究發現，在同樣飲食的前提下，受試者在2300m 高原暴露3 周，體重平均減少2.1kg［3］。趙述強等人的實驗證明，8周不同環境的有氧鍛煉均可降低肥胖大學生的體重、體脂以及提高肌肉質量［4］。由此，該項目開展為期8周的女性低氧與常氧中低強度的運動減肥對比研究。希望通過該項目引起大眾對于低氧減肥與正確減肥的關注，為低氧運動在減肥領域的發展提供一定的參考依據。

1 實驗對象與方法

1.1 實驗對象

在南京體育學院信息交流賬號發送招募文案、健康講座等形式進行受試者的招募。運用SASJMP軟件進行受試者隨機分組，分為常氧組與低氧組（常氧組1名受試者因自身原因推出該項目）。最終，參加該實驗常氧組8人，低氧組10人，兩組受試者均不了解分組情況。納入標準：（1）南京體育學院女大學生；（2）BMI≥22kg/m2。排除標準：（1）有心臟病史；（2）患有影響運動的疾病或不配合者。在實驗開始前對受試者進行實驗內容及注意事項的介紹，所有受試者均自愿參加該實驗。該實驗得到了南京體育學院人體實驗倫理委員會的批準。

1.2 實驗方法

在實驗開始前后，每位受試者進行身體成分測量以及佩戴意大利K5心肺功能儀測量最大攝氧量，同時佩戴佳明光學式心率帶與荷蘭potomon肌氧測試系統測量最大心率與過程中的肌氧變化情況。另外，為每位受試者佩戴華為4 Pro運動手環，記錄受試者實驗過程中每日睡眠、步數等日常活動信息、每次運動中平均速度、平均心率、最大心率、運動前后血氧飽和度等運動數據。

實驗分成常氧組與低氧組，進行為期8周，每周3～4 次的中低強度持續運動（跑臺）。第一周運動總時長為90min，第二周、第三周為120min，第四周為130min，第五周、第六周為140min，第七周、第八周為150min。每次運動前進行5min 的熱身運動，運動結束后進行拉伸放松。運動過程中必須佩戴華為4 Pro 運動手環來記錄運動數據，監測心率，確保運動時心率在目標的心率范圍內（最大心率的65%～78%）。每次運動完成后項目成員將根據RPE來記錄受試者的勞累程度。低氧組受試者在南京體育學院體能中心低氧房進行運動，常氧組受試者可在田徑場或體能中心進行運動。由于該項目是運動干預實驗，有極小可能在受試者身體不適情況下運動，產生頭暈、疲勞、肌肉酸痛等現象，項目成員將通過可穿戴設備實時監控受試者的身體情況，一旦超出正常范圍或受試者有不適癥狀，立即暫停實驗。實驗室低氧房具備AED 等急救設備，以備出現意外情況。

2 結果

該實驗常氧組8 人，低氧組10 人。實驗中所有數據，如體成分、心肺耐力、運動及生活行為、肌氧等數據均使用JMP Pro 15進行統計分析。

2.1 體成分

由表1、表2 可知，實驗后，低氧組肌肉量、基礎代謝均大于常氧組，差異具有統計學意義（P＜0.05）。常氧組實驗后，體重輕微增加；低氧組實驗后，體重輕微下降，但均無顯著性差異，可能與試驗周期相對較短以及樣本量較小有關。提示低氧相比常氧訓練，具有更佳的減肥效果。

表1 兩組受試者身體成分實驗前后比較

表2 兩組受試者身體成分前后變化率比較

2.2 心肺耐力

由表3、表4 可知，常氧組和低氧組實驗后跑步時間均大于實驗前，差異具有統計學意義（P＜0.05）。常氧組和低氧組實驗后最大心率均大于實驗前，而低氧組實驗前后差異顯著（P＜0.05）。可得出實驗后受試者達到最大攝氧量的耗時有所增加，改善了運動的經濟性，其中低氧組效果更為明顯。

表3 兩組受試者最大攝氧量自身前后對照

表4 兩組受試者最大攝氧量實驗前后變化率比較

2.3 運動及生活行為

由表5可知，低氧組實驗過程中，總步數以及非運動日、運動日的平均步數均超于常氧組，差異具有統計學意義（P＜0.05）。可得出，低氧組受試者運動量總體高于常氧組。

表5 兩組受試者非運動日、運動日總步數及平均步數比較（步）

由表6 可知，低氧組運動前后血氧飽和度均小于常氧組，差異有統計學意義（P＜0.05）。低氧組每次運動熱身時間小于常氧組，差異有統計學意義（P＜0.05）。在低氧環境下，受試者的血氧飽和度有所下降。常氧組受試者運動時平均速度較快，由于在海拔2800m（氧含量14.8%）情況下，低氧組處于相對缺氧狀態，承受運動負荷的能力降低，因此跑步速度相比常氧組有所下降，心率有所上升，說明低氧對受試者產生一定的生理負荷的刺激。

表6 兩組受試者運動各指標比較

2.4 肌氧

由表7可知，常氧組實驗后第5、第6、第7分鐘肌氧飽和度低于實驗前，差異有統計學意義（P＜0.05）。在最大攝氧量第二級時，受試者的肌氧飽和度下降更明顯，說明中高負荷時氧利用率提高；低強度時，耗氧較少，趨勢相似。運動后耗氧增加，肌肉氧氣利用能力得到提高，表明實驗后受試者氧利用率得到提高。

表7 兩組受試者的每分鐘肌氧比較

3 討論

隨著肥胖率的增高，人們健康意識的增強，運動減肥是目前大眾運動健身的熱點，既能健康減肥又能強身健體。但對于大眾來說選擇運動減肥主要存在兩個問題：一是找不到正確且適合自己的運動方式和強度；二是短期內很難達到預想的減肥效果，難以堅持。相關研究發現，低氧和運動的結合能達到更好的減肥效果。該實驗試圖探討常氧和低氧環境下跑步對于女性減肥效果的影響。

3.1 低氧與常氧運動對體成分的影響

低氧組體重雖無顯著性差異，但呈現出下降趨勢，可能與該實驗樣本量小、時間周期短有關。Park 等人分別在海拔高度2000m和3000m的環境下，進行為期6周，每周5d，每天跑臺與功率自行車訓練各30min，運動強度為75%HRmax 的實驗，發現海拔2000m 的低氧環境對體重及體脂率的下降有較好的效果［5］。該實驗可能由于海拔高度不同，導致實驗效果不明顯。Netzer等人進行了為期8周，每周3次，每次90min的有氧運動研究，發現低氧組體重下降程度明顯高于常氧組［6］。此研究證明了低氧環境更有利于脂肪進行氧化分解。其機制可能是通過刺激GLUT-4 轉運的信號通路優化底物利用率和提高線粒體氧化能力，從而提高了代謝與能量消耗［7］。

3.2 低氧與常氧運動對心肺耐力的影響

由實驗數據可得，2個月低氧環境運動對受試者最大攝氧量無明顯影響。Czuba 對7 名滑雪運動員進行低氧訓練，訓練后最大攝氧量小幅提升，與對照組沒有顯著差異［8］。位小龍等人對15 篇文章進行Meta 分析后，得出相似結論，低氧組與常氧組最大攝氧量無明顯差異［9］。而池邵威的Meta分析則顯示高原訓練對速度與耐力項目運動員的最大攝氧量有顯著提高作用［10］，與該實驗結果不一致。這可能與實驗對象或實驗方案的不同有關。

低氧組與常氧組達到最大攝氧量的耗時均有所延長，低氧環境下效果更好，且具有統計學意義，此結果證明低氧環境能更好地改善受試者運動的經濟性，有氧能力也有所提高。李俊濤等的實驗顯示，低氧訓練后運動員心臟儲備能力有提高的趨勢［11］。Gore 等指出，低氧環境暴露2周的運動員有氧能力得到提高［12］。有研究指出，低氧環境進行運動訓練可以提高受試者的有氧能力及耐力［9］。何連源等人對籃球運動員在低氧與常氧環境進行反復沖刺訓練，結果證明均可提高籃球運動員的速度與耐力，且低氧組好于常氧組［13］。王舜等人對足球運動員進行為期4 周，每周5 次，每次60min，強度為65%～75%的VO2max 的低氧訓練，與前人的實驗進行比較，得出短期的低氧暴露就可提高運動員在一定范圍內有氧耐力的結論［14］。人工模擬低氧環境進行訓練，低氧可以對人體產生特殊的刺激，并且運動可以加深人體缺氧程度，人體進行適應產生一系列生理反應，激發潛能，從而提高人體有氧耐力。有專家認為，低氧訓練通過血液運氧能力與心肺功能的加強、改善骨骼肌中相關氧化酶活性等方法提高有氧運動能力［4］。

3.3 低氧與常氧運動對生活行為的影響

最終實驗數據顯示，低氧組受試者體重有下降趨勢，但常氧組有所上升，其原因可能為該實驗沒有監控受試者的日常飲食。青年女性飲食不規律，常吃夜宵、外賣，且喜好甜品等高熱量食物［15］。汪闖等人認為，單獨的有氧運動，無飲食控制，對減重效果一般，聯合減肥比單一的減肥方法效果更好［16］。Gao 等人的研究中，觀察到肥胖年輕女性在4周的飲食限制下，常氧和模擬缺氧的高容量有氧訓練后體重顯著下降。其中，體重減輕的主要原因是體內脂肪減少［17］。

數據統計發現低氧組非運動日的總步數及平均步數多于常氧組，這說明低氧組日常生活中運動量大。有極大可能是因為低氧減肥較為新穎，給予低氧組受試者積極的心理暗示，從而改變低氧組受試者日常生活行為。

此外，低氧運動對受試者的睡眠產生影響，運動日低氧組受試者平均睡眠總時長小于常氧組，且構成統計學差異。可能因為實驗要求兩組進行等強度運動，由于低氧組處于缺氧環境，承受運動負荷的能力降低，恢復時長也比常氧組長，導致低氧組受試者過于疲憊，影響受試者睡眠情況。但秦宇飛等人對賽艇運動員進行的間歇性低氧訓練的實驗，證明低氧可以改善睡眠治療［18］。與該實驗結論不符，可能與實驗方案設計不同相關。

常氧組運動日平均步數遠小于低氧組，且常氧組較低氧組每次運動熱身時長較長、燃脂時長較短，運動效果與低氧組相比較差。由于低氧組在實驗室低氧房進行，運動過程中進行監督，而常氧組在田徑場，無項目成員監督，導致運動效果不佳。

3.4 低氧與常氧運動對肌氧的影響

有學者將肌氧的相關指標，如氧合血紅蛋白HbO2、還原血紅蛋白HHb、總血紅蛋白量THb和其他運動強度的生理指標進行對比分析得出，無氧閾、血乳酸、心率、氣體代謝率等一些強度指標與肌氧均存在密切相關性，因此認為肌氧能作為反映低氧環境下肌肉疲勞程度與運動負荷強度的指標［19］，且能夠實時對運動過程中肌肉的狀態進行無創監測，監控和評價運動員低氧訓練過程中的訓練負荷強度［20］。

運動需要更多能量維持，氧氣消耗增加，導致局部肌肉組織缺氧，肌氧飽和度下降，與安靜狀態相比形成一個相對有效下降值。不同人從安靜狀態到運動狀態，肌氧飽和度下降幅度不一樣，同一個體不同狀態下進行相同負荷強度運動也會出現相似現象。局部組織缺氧程度取決于運動強度等因素，下降幅度越高，表明組織耗氧越多。因此，相對有效下降值反映運動過程中組織動員和利用氧氣情況，可評定人體運動過程中肌肉氧化代謝能力。完成相同運動負荷強度時，相對有效下降值越大，表明機體動員和利用氧氣的能力越強，有氧代謝能力越好，以確保局部組織能在更低的水平維持氧供應和氧消耗的平衡。相反，相對有效下降值越小，說明組織消耗氧氣越少，機體代謝能力越差。該實驗受試者進行8 周跑步訓練后，在測最大攝氧量第二級時，相比于訓練前受試者肌氧飽和度下降明顯，說明中高負荷時氧利用率提高；低強度時，耗氧較少，趨勢相似。運動后耗氧增加，肌肉氧氣利用能力得到提高，表明實驗后受試者氧利用率提高。綜上分析，肌氧飽和度相對有效下降值可以反映機體動員和利用氧氣能力，評價運動中肌肉組織氧化代謝能力，利用這一信息可以作為增加訓練強度、減小疲勞和改進訓練效果的一個評定依據。

4 結論

實驗后，常氧組和低氧組最大攝氧量的改善效果不明顯，但受試者達到最大攝氧量的耗時都有所增加，且與常氧組相比，低氧組增加更為顯著。這說明該運動方案提高受試者運動經濟性，一定程度上改善了受試者的有氧耐力，且低氧環境下效果更好。在低氧環境下，受試者體重、體脂率、BMI 及脂肪量都有下降趨勢，肌肉量、基礎代謝都有上升趨勢。低氧運動具有潛在的更好的減肥效果，但減肥受許多因素影響。單純減肥運動需要適當的飲食控制或較長周期等多種條件配合才會得到更好的效果。

低氧組受試者非運動日運動步數明顯高于常氧組，說明低氧刺激使受試者產生更加積極的心理效應，促進了其生活行為的改善。低氧組和常氧組運動過程中肌肉氧利用率都有所提高，其運動經濟性得到提高，達到最大攝氧量的耗時也因此延長。可穿戴技術用于減肥，具有確保運動安全以及提高使用者運動自覺性的作用，具有廣闊的運用前景。

5 結語

8 周實驗后，低氧組和常氧組心肺功能均有所提高，達到最大攝氧量的耗時顯著增加，說明受試者運動經濟性提高，心肺功能得到改善，低氧相比常氧并無顯著優勢，但低氧在減肥效果及體成分的改善方面擁有較大的優勢。此外，低氧刺激能對受試者產生更為積極的心理效應，有助于其生活行為的改善，表現為非運動日低氧組的運動步數明顯高于常氧組。從實驗前后記錄的肌氧數據來看，兩組受試者肌肉的氧利用率均提高，從而使運動經濟性提高。該實驗采用可穿戴設備進行監測，是一種較為新穎的方式，可穿戴設備應用于大眾減肥，可以較好地監測受試者的訓練狀態，配合該運動方案，實現更好的減肥效果。