節拍步行與音樂步行對老年前期女性的影響：一項為期36周的隨機對照試驗

汪 毅，謝敏豪

老年前期被定義為年齡在50～64 歲的發展階段（Oh et al.， 2020）。中華人民共和國國家衛生健康委員會（2022）測算指出2035 年左右，60 歲及以上老年人口將突破4 億，在總人口中的占比將超過30%。在這一趨勢下，我國老年前期人群健康問題已成為公共健康問題（劉玉， 2021；汪毅 等， 2019）。缺乏體育鍛煉是導致過早死亡的主要危險因素之一（Kohl et al.， 2012），可導致老年前期人群嚴重的健康相關問題，而提高體力活動水平可以降低患心血管疾病和過早死亡的風險（Owen et al.， 2009；Pronk， 2011），每天身體活動水平增加1 個代謝當量（metabolic equivalent，MET）可以降低冠心病風險15%（Kodama et al.， 2009）。同時，體育鍛煉參與水平是衡量一個國家社會體育發展的重要指標，老年前期人群的運動效應亟需受到重視（董傳升 等， 2018；張東 等，2022）。

步行是最簡單易行的鍛煉方式，成年人每天步行10 000 步有利于保持身體健康（Duncan et al.， 2014）。世界衛生組織（World Health Organization，WHO）建議，成年人每周應進行150～300 min 中等強度體育鍛煉或至少75～150 min 高強度體育鍛煉（Bull et al.， 2020），但對理想運動的頻率、強度、時間和類型仍無定論（尹麗琴 等，2022；Bai et al.， 2021）。針對41～60 歲的健康成年人，每天步行2 000～9 000 步，步頻110～130 步/min，可啟發式產生3～6 MET 的“最適運動”（Tudor-Locke et al.， 2011）。研究認為，120～130 步/min 的步行節奏適用于所有年齡段和性別的人群，且舒適易行（MacDougall et al.， 2005；Styns et al.， 2007； Tudor-Locke et al.， 2011），同時符合美國運動醫 學會（American College of Sports Medicine，ACSM）的運動測試和處方指南推薦的運動強度，即50%～60% 最大攝氧量（maximum oxygen consumption，O2max）（Pescatello et al.， 2014）。

通常有節奏的步行（或快走）步頻＞120 步/min，是適合心血管系統的鍛煉模式（Pillay et al.， 2014）。一項系統性回顧分析研究表明，節拍步行可以改善成年人的心肺健康、肌肉力量和身體成分（Bai et al.， 2021）。音樂步行是指音樂節奏與步行節奏相匹配，鎖定在特定的時期關系（音樂-運動耦合）中并產生規則的運動模式（Smoll et al.，1982）。研究發現，運動時聽音樂能夠對身心產生積極效果（Terry et al.， 2020），同時能提高耐力表現（Karageorghis et al.， 2012；Terry et al.， 2012）。此外，快節奏的音樂可以刺激運動中呼吸與心率同步（Ⅴan Dyck et al.， 2021），分散疲勞和不適，有助于適應更高的運動強度（Terry et al.，2012）。然而，目前針對久坐少動老年前期女性身體活動的研究較為缺乏，特別是鮮見關于音樂與身體活動相互作用的研究。有研究發現，女性相比男性對聽覺-運動耦合更為敏感（Priest et al.， 2004； Waterhouse et al.， 2010）。規律的體育鍛煉會影響老年前期人群的身體素質、健康、身體活動行為和生活質量（Wang et al.， 2022）。運動可通過促進心肌細胞外泌體內吞，抑制心肌細胞凋亡，從而改善老年前期人群的心梗心功能（吳方南 等， 2020）。因此，保持健康的運動行為及了解老年前期人群運動干預后遺效應的影響也至關重要。

綜上所述，本研究旨在調查24 周步行計劃對久坐的老年前期女性的健康效益，同時比較4 種不同的步行節奏干預對心肺耐力、身體成分、步長、血壓等身體健康參數影響的差異。據此提出研究假設：各組步行運動會導致生理參數的顯著改善，節拍步行和音樂步行能產生更持久的健康效益。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

采用便利抽樣方法，從北京某社區招募久坐少動的健康老年前期（55～64 歲）女性。納入標準包括：每天步行＜2 000 步（Tudor-Locke et al.， 2011），且過去3 個月沒有規律的運動習慣；無運動時聽音樂的習慣，無前庭及聽覺障礙病史，經耳鼻喉科醫師確認聽力無異常；無吸煙史，無貧血或其他心血管疾病；未參加過類似實驗研究或運動干預。經篩選，本研究共納入168 名受試者，使用計算機軟件隨機分為4 組：正常步行組、節拍步行組、音樂步行組和對照組，每組42 人。所有受試者在預評估和實驗前簽署知情同意書。分別在完成24 周訓練計劃和停訓12 周實驗結束時給予實物獎勵，鼓勵其堅持完成實驗。本實驗已通過北京體育大學運動科學實驗倫理委員會審查（審批號：2014037）。

最終共78 名受試者完成了運動干預（24 周）和停訓觀察（12 周）的全程實驗（圖1），其中正常步行組36 人、節拍步行組15 人、音樂步行組15 人、對照組12 人。受試者中途流失或停止干預的原因有：疾病（22 人）、搬家（16 人）、無法適應干預時間表（23 人）以及感到乏味（29 人）。實驗干預組之間在年齡、身高、體質量、瘦體重、BMI 和基線時自我報告的身體活動水平無顯著差異（P＞0.05；表1）。

圖1 受試者招募和篩選流程圖Figure 1. Flow Chart of Subjects Recruitment and Screening

表1 受試者人口統計學信息Table 1 Demographic Information of Subjects M±SD

1.2 實驗準備

身體活動水平通過每周任務MET×參與時間來衡量，單位為MET-min/wk（Styns et al.， 2007），采用國際體力活動問卷（international physical activity questionnaire， IPAQ）測量其身體活動水平，同時通過佩戴wGT3X-BT 加速度計（ActiGraph，美國），驗證IPAQ 中每個報告事件的持續時間。要求所有受試者參加關于該實驗安排的簡報會，指導受試者使用食物頻率問卷（food frequency questionnaire，FFQ）（Waterhouse et al.， 2010）記錄營養攝入情況。

1.3 實驗設計與干預措施

除對照組外，其他組別均需進行4 天/周，1 h/d 的戶外步行運動，運動干預總時長為5 760 min（即每周240 min）。這與ACSM 運動處方指南推薦的一致（Pescatello et al.，2014），也符合久坐人群每天進行不少于60 min 中等至劇烈強度的身體活動的建議（林家仕 等， 2019）。目標強度相當于50%～60%O2max（最大心率的64%～76%）（Styns et al.， 2007）。干預期間，每個組別安排2 名教練一前一后伴行（標定每組的低和高步行速度）指導。另外，安排實驗人員在旁觀察、鼓勵并指導受試者匹配相應的步行速度、節拍和音樂。

運動干預方案：預先確定在受試者居住社區附近的步行路線。運動干預從18∶00 開始，包括20 min 的熱身活動，步頻為120～130 步/min（MacDougall et al.， 2005；Tudor-Locke et al.， 2011），根據步行條件進行調整。出于安全考慮，當運動心率超過76%×（220-受試者年齡）時，可穿戴式心率監測器會發出提示音。正常步行組以約120 步/min的步頻自由步行。節拍步行組根據125 步/min 的節拍進行步行運動，該節拍通過Dr Beat DB 90 節拍器進行計數（Boss，日本），并由Malone M-8622 揚聲器（Malone，美國）播放，音量為55 dB。音樂步行組跟隨音樂節奏進行步行運動，音樂播放音量為55 dB；音樂播放列表由16 首（表2）被認為可為行走帶來更多樂趣并提高運動動機的樂曲組成（Wang et al.， 2022），樂曲節拍為120～128 bpm（腳步最適節奏）（Londeree et al.， 1976；Priest et al.， 2004）。對照組不分配任何鍛煉計劃，并要求保持正常的體育活動和飲食行為。

表2 音樂的播放列表和相關節奏Table 2 Music Playlist and Related Rhythms

24 周的運動干預后，安排12 周的停訓期，期間要求受試者恢復至實驗前的生活方式。每周通過電話提醒受試者不改變身體活動和飲食行為。

2) 算法效率提升。采用線性簡化狀態方程、對量測方程降維處理。與IMM2-EKF相比，時間增加了35%；與IMM3-EKF相比，時間減少了21%；與IMM2-CKF相比，時間減少了53%。

1.4 測量和評估

在基線（T0）、干預12 周（T12）、干預24 周（T24）以及停訓12 周（R12）4 個時間點進行測量和評估。在每個測量時間點，邀請受試者一對一完成FFQ 和IPAQ 問卷調查、心肺適能測試、步態分析和血液測試。提前告知受試者在測量和評估前48 h 內不得服用任何藥物、飲酒和進行劇烈的身體活動。

心肺適能測試采用Bruce 方案，通過分級跑臺進行遞增負荷測試（Janata et al.， 2012），使用Metalyzer-Ⅲ氣體代謝測量設備（Coretx，德國）評估30 s 間隔的O2max、最大有氧速度（maximum aerobic speed，max），以及峰值心率和血壓。進行心肺運動試驗（cardiopulmonary exercise testing，CPET）時，通過氣體交換系統描計出的通氣曲線上通常表示為2 個拐點：通氣閾值（the ventilatory threshold ，ⅤO2AT）和呼吸補償點（the respiratory compensation point ，ⅤO2RCP）。當達到50%～60%O2max或接近O2max時，要求受試者使用Borg 量表指示感知勞累率（Styns et al.， 2007）。50%～60%O2max被認為是中等體力活動強度，適用于沒有長期體育鍛煉習慣的受試者。

靜息心率和血壓分別由Polar 5 Pulse 可穿戴式胸帶監測器（Polar，芬蘭）和SunTec Tango＋電子血壓計（SunTec，美國）進行測量。在測量前，受試者需要靜坐10 min，然后以仰臥姿勢平躺5 min。

心功能測量指標使用GE Ⅴivid 7 超聲儀器（Diagnostx，美國）進行測量。在仰臥位姿態下，要求受試者以60圈/min的速度蹬Angio Imaging 967930動力臥式運動自行車（Lode，荷蘭）監測心功能，并在50%O2max負荷狀態下測量心輸出量（cardiac output，CO）、每搏輸出量（stroke volume，SⅤ）和射血分數（ejection fraction，EF）。

進行血液樣本采集前，要求受試者在前一天的20∶00后開始禁食，第2 天早晨7∶00—8∶00 點進行靜脈穿刺抽取5 mL 血樣，用于甘油三酯（triglyceride，TG）、糖化血紅蛋白（glycated hemoglobin，HbA1c）、高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein-cholesterol，HDL-C）、低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein-cholesterol，LDL-C）、空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）等代謝指標的測量和評估。

步態分析在20 m 的實驗室壓力步道上進行，通過6 個連續的Zebris medical 壓力板（Weitnau，德國）進行測量。壓力板的采樣頻率為100 Hz，分辨率為每cm2分布1 個傳感器。在實驗過程中，受試者以個人速度步行，取3 個連續步長數據的平均值進行分析。

1.5 數據統計分析

采用R 統計軟件包（Ⅴienna，澳大利亞）進行統計分析，以P＜0.05 為顯著性水平。各組變量數據正態性分布采用Kolmogorov-Smirnov 檢驗，采用Cook’s distance 檢 驗是否存在顯著異常值。采用單因素方差分析檢驗受試者的基線（T0）特征，以確定組間差異。如果違背方差齊性的假設，則采用Alexander-Govern 進行調整。

采用4×4 雙因素方差分析混合設計評估步行組別和干預時間的主效應。采用Mauchly 的球形檢驗，必要時采用Greenhouse-Geisser 進行調整。如果存在統計學上顯著的雙向交互作用，則進一步進行簡單效應分析。

2 結果

2.1 人體測量特征與步長特征

體質量（P＜0.001）、脂肪率（P＜0.001）、腰圍（P=0.011）、步長（P＜0.001）在組別和時間之間存在顯著的交互作用（圖2，表3）。音樂步行組在T12時脂肪率顯著下降（P=0.03），在T24（P=0.007）和R12（P=0.003）時脂肪率下降非常顯著。節拍步行組體質量（P＜0.001）顯著下降，盡管在停訓期R12時有“反彈”現象（P＜0.001），但仍顯著低于基線水平（P＜0.001）。此外，運動干預均有效增大了受試者的步長，正常步行組甚至在停訓后（R12）維持較大的步長。

圖2 實驗干預組和對照組在T0、T12、T24和R12時的心肺適能和健康水平Figure 2. Cardiorespiratory Fitness and Health Levels of the Experimental Intervention Groups and Control Group at T0， T12， T24 and R12

表3 實驗干預組和對照組在T0、T12、T24和R12時的人體測量特征、身體活動水平和營養攝入數據Table 3 Anthropometric Characteristics， Physical Activity Levels， and Nutrient Intake Data of the Experimental Intervention Groups and Control Group at T0， T12， T24 and R12 M±SD

2.2 身體活動水平與營養攝入水平

身體活動水平和營養攝入水平在組別和時間之間無顯著交互作用（P＞0.05；表3）。此外，各組別及各時間的主效應均不顯著（P＞0.05）。各步行組均未引起身體活動水平和營養攝入水平的顯著變化。

2.3 血壓與血液成分

收縮壓（P=0.036）、舒張壓（P=0.036）、HDL-C（P＜0.001）、LDL-C（P＜0.001）和糖化血紅蛋白（P=0.001）在組別和時間之間均存在顯著的交互作用（圖2，表4）。正常步行組停訓后舒張壓依然顯著低于其他時間（P＜0.05）。盡管節拍步行組在運動干預期間HDL-C 水平顯著提高，但在停訓后顯著回落（P=0.03）。音樂步行組和正常步行組在R12時HDL-C 水平最高（P＜0.05）。各實驗干預組LDL-C 均顯著降低（P＜0.05），但均在停訓期時顯著回升（P＜0.05）。

表4 實驗干預組和對照組在T0、T12、T24和R12時的血壓、血液成分和心肺適能數據Table 4 Blood Pressure， Blood Composition and Cardiovascular Fitness Data of the Experimental Intervention Groups and Control Group at T0， T12， T24 and R12

續表4

2.4 心肺適能

3 分析與討論

本研究探討了不同的步行運動對老年前期女性心肺適能和心血管代謝生物標志物的影響，并進行了停訓12 周的后續監測，以評估受試者恢復久坐行為時的后遺效果。研究結果表明，整個研究期間身體活動水平和飲食營養攝入水平無顯著變化，混雜因素得到了控制。所有步行干預對老年前期女性的體質量、脂肪率、步長、血壓、生物標志物和心肺適能均有一定積極作用。步長能夠體現人體的行走功能（Edworthy et al.， 2006；Bruce et al.， 1973），隨著年齡增加步長逐漸縮短（Murphy et al.，2002）。而所有步行組在訓練后（即T24時）步長顯著大于對照組。步長增加指向下肢肌肉力量和平衡能力的改善（汪毅， 2016；Tully et al.， 2005）。

體質量、脂肪率、腰圍和血脂成分是心肺疾病的預警指標（高思垚 等，2021； Wong et al.， 2015）。本研究中，步行組上述指標的改善趨勢表明步行干預提升了老年前期女性總體健康狀況。同時，3 個步行組O2max和ⅤO2AT 均顯著改善，表明每周4 天，每天1 h，步頻為120～130 步/min的步行鍛煉可以提高久坐人群的有氧能力，提高運動水平。通常，久坐老年人的ⅤO2AT 僅為50%～60%O2max，且因年齡、性別、運動方式不同而不同（Wong et al.， 2020）。停訓12 周后，各步行組ⅤO2AT 回落，表明50%～60%O2max強度的步行運動可以調控久坐少動老年前期女性的ⅤO2AT。作為有氧運動與無氧運動的臨界點，ⅤO2AT 與心功能分級密切相關，ⅤO2AT 降低會導致人體運動時長時間處于超出有氧代謝為主的狀態，造成大量乳酸堆積、氫離子增加所導致的電解質紊亂以及身體恢復周期加長和運動能力下降，同時也會因為心臟長時間超負荷工作誘發心肌受損，且心肌損傷是不逆轉的，進而引發循環系統障礙，嚴重者甚至出現猝死等。因此，規律的步行鍛煉，維持較高的ⅤO2AT 水平以及在進行身體活動時控制超過ⅤO2AT 的時間非常重要。同時，各運動干預組均可改善久坐少動老年前期女性的ⅤO2RCP，表明其無氧效率也獲得了提升。另外，在運動干預方案結束時（T24）相對CO 和相對SⅤ較高，表明運動干預改善了老年前期女性的心功能。綜上，心功能的改善可以提高有氧和無氧效率。

盡管停訓期LDL-C 出現“反彈”現象，但各實驗干預組HDL-C 均提高且LDL-C 均降低。值得注意的是，血液成分改變需要更長時間的運動來誘導適應。有研究認為，這種改善表明控制步速的步行運動的健康效益優于促進肌肉彈性的快節拍步行運動（Crisafulli et al.， 2005；Huxley et al.， 2010）。

本研究中引入了節拍步行和音樂同步步行，聽覺音拍和音樂會影響中樞神經系統之間的凝聚力，分散對身體疲勞的注意力并增加體育鍛煉期間的肌肉力量輸出（Bacon et al.， 2012；Karageorghis et al.， 2008）。音樂在許多方面對運動具有積極影響，如改變情緒狀態（Edworthy et al.，2006；Shaulov et al.，2009）、改善動機（Casuso et al.，2014）、改善喚醒水平（Lim et al.，2014）、緩解壓力（S?rk?m? et al.，2008）、產生力量感（Hsu et al.，2018）、誘發有節奏的運動（Atkinson et al.，2004），以及延長耐力運動時間并提高運動強度（Casuso et al.，2014；Maddigan et al.，2019）等。然而本研究中，音樂步行組未表現出與節拍步行相似的益處。這可能是由于只有當音樂與運動之間存在特定的耦合時，即運動速度和音樂速度之間的周期性差異在一定范圍內，音樂對運動的積極影響才最為有效（Karageorghis et al.，2009）。本研究選取的音樂節奏（120～128 bpm）接近最適合心血管系統的鍛煉模式（＞120 步/min）（Pillay et al.， 2014），但由于音樂節奏相對較快，要實現運動節奏耦合音樂中的節奏變化（如快步、慢步、滑步和躍步等），需要受試者注意力高度集中（Lim et al.，2014）。音樂節奏和運動節奏的契合會產生特定的運動模式，即夾帶效應（entrainment）（Karageorghis et al.，2009）。夾帶效應能在有意識指導或自發條件下發生，通過增加神經肌肉協調性或代謝效率來降低運動的代謝成本（Thaut et al.，2003）。與自發條件夾帶（音樂步行）相比，有意識指導的教學夾帶（節拍步行）更容易發生（Leow et al.， 2018），并能夠提高喚醒水平（Lim et al.， 2014），誘導更大的運動強度（Terry et al.， 2012），實現更穩定的運動模式（Mendonca et al.， 2014）。此外，有意識指導的教學夾帶節奏與運動節奏之間的速度差異為±10%（Moumdjian et al.， 2019），而自發夾帶節奏與運動節奏的速度差異 為±2%（Moumdjian et al.， 2019）或±3%（Ⅴan Dyck et al.， 2015）。因此，有意識指導的教學夾帶（節拍步行）可能適應范圍更廣，產生更穩定的健康效益。同時，節奏為120 bpm 的音樂最有可能誘發夾帶節奏（Leman， 2013；MacDougall et al.， 2005；Styns et al.， 2007）。因此，推測本研究中老年前期女性在音樂節奏較快時，較難在自發條件下把握音樂曲中的動作節奏的變化，削弱了音樂對運動的積極影響；而節拍步行組根據清晰的節拍，在有意識的夾帶指引下，可以固定的步行速度和步長進行運動，動作幅度更容易與節拍節奏契合（節拍和運動節奏之間的速度差異為±10%），動作效率更高。開發能夠減少與衰老相關疾病發生的運動干預措施已成為當務之急（董云峰 等， 2021），音樂同步行走的運動會模式可以增加感官享受，促進久坐人群的參與。

值得注意的是，本研究調查了運動干預后12 周時干預效果的保留效應，所有受試者均恢復久坐狀態，發現停訓12 周后只有HDL-C 和O2max得以維持。此外，只有正常步行組能夠保持步長，而其他步行干預組則不能。這可能與節拍步行和音樂步行組中前期訓練（呈現節拍/音樂）和后期評估（不呈現節拍/音樂）的任務差異有關，盡管受試者可以“依賴”節拍/音樂反饋走得更快或更遠，但停訓后運動干預組體質量和脂肪率恢復到運動干預前水平，原因可能是這些變量對運動干預相對敏感。提示，久坐的老年前期女性應形成和保持規律的鍛煉習慣。

4 結論與展望

不同的步行鍛煉計劃可以改善久坐的老年前期女性的健康狀況。值得注意的是，所有步行條件均改善了HDL-C、LDL-C、O2max、ⅤO2AT、ⅤO2RCP 水平和步長，且HDL-C 和O2max的訓練效果保留效應較好。在訓練期間，采用節拍步行/音樂同步行走可能比正常步行帶來更多的額外健康益處。

本研究為探索性的音樂同步運動的縱向研究，未來研究可考慮利用并行任務范式評估聽覺-運動耦合過程對運動強度和認知/注意力的影響，以進一步闡明音樂/節拍與運動生理反應之間的潛在作用機制。但研究存在以下局限：1）本研究僅對久坐少動的老年前期女性進行了測試，可繼續進行劑量-效應實驗，以探究研究結果在不同群體中的可推廣性。2）不同生理參數可能具有不同的響應時間，可通過佩戴可穿戴式生物傳感器裝置，延長對受試者的生理監測，準確捕捉到響應時間。3）受試者退出率高，可能導致研究結果偏倚。對久坐行為的運動干預需要制定合理的監督計劃與激勵措施，加強同伴支持，確保運動干預方案的順利實施，提升受試者堅持完成實驗的信心。