運(yùn)動(dòng)密度對(duì)青少年運(yùn)動(dòng)能耗與體質(zhì)健康的影響

蔡瑞金, 季 瀏, 尹 杰, 楊曉玲, 薛小安

(1.華東師范大學(xué) 體育與健康學(xué)院,上海 200241;2.華東師范大學(xué)“青少年健康評(píng)價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200241;3.上海市虹口區(qū)第六中心小學(xué) 教導(dǎo)處,上海 200083;4.重慶交通大學(xué) 體育部,重慶 400074;5.上海市延安中學(xué) 體育教研組,上海 200336)

學(xué)校是學(xué)生通過(guò)體育活動(dòng)促進(jìn)健康的重要環(huán)境[1]。學(xué)校體育是學(xué)生學(xué)校教育階段體力、智力與人格平衡發(fā)展不可或缺的因素[2-3]。增進(jìn)學(xué)生體質(zhì)健康水平是學(xué)校體育教育的根本任務(wù),運(yùn)動(dòng)密度是檢驗(yàn)這一根本任務(wù)完成與否的重要標(biāo)準(zhǔn),也是衡量體育課質(zhì)量和體育鍛煉科學(xué)化程度的重要指標(biāo)[4]。運(yùn)動(dòng)密度指一堂體育課中學(xué)生做練習(xí)的時(shí)間與上課總時(shí)間的比例[5],既包括準(zhǔn)備與結(jié)束部分的“一般運(yùn)動(dòng)密度”,又包括基本部分的“練習(xí)密度”。合理增大體育課的運(yùn)動(dòng)密度,抓住青少年體育鍛煉習(xí)慣形成的關(guān)鍵期[6],不僅有利于青少年掌握運(yùn)動(dòng)技術(shù)、發(fā)展意志品質(zhì)、提高體質(zhì)健康水平,而且對(duì)于應(yīng)對(duì)久坐行為[7-9]、身體活動(dòng)不足[7-8]帶來(lái)的青少年肥胖問(wèn)題[9]、心血管疾病早發(fā)問(wèn)題[10-11]等全球化健康危機(jī)和建立青少年體力活動(dòng)評(píng)估的金標(biāo)準(zhǔn)[12]具有現(xiàn)實(shí)意義。

增大體育課運(yùn)動(dòng)密度的措施始終未有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。從中華人民共和國(guó)成立初張家毅等[13]提出增大體育課的運(yùn)動(dòng)密度,到改革開(kāi)放以來(lái)體育教育工作者的不斷探索[14],運(yùn)動(dòng)密度始終停留在55%以下[15],特別是基本部分運(yùn)動(dòng)密度比較低(25%±5%)[16]。Teodor[2]提出60%～65%的運(yùn)動(dòng)密度是比較合理的假設(shè)。Ilyasova等[17-18]分別通過(guò)75%、25%技能練習(xí)和體能練習(xí)在小學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)研究表明,高運(yùn)動(dòng)密度是優(yōu)化體育教學(xué)方法的主要手段。趙立[19]在總結(jié)第6屆全國(guó)中小學(xué)優(yōu)秀體育教學(xué)觀摩活動(dòng)時(shí)指出,增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)問(wèn)題應(yīng)用“生物學(xué)”手段解決,需要進(jìn)一步關(guān)注體育教學(xué)中的運(yùn)動(dòng)密度“丟失”問(wèn)題,回歸體育學(xué)科屬性。季瀏[20]在《中國(guó)健康體育課程模式的思考與構(gòu)建》一文中提出一節(jié)體育課的運(yùn)動(dòng)密度應(yīng)在75%左右,所采用的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)使學(xué)生運(yùn)動(dòng)中心率達(dá)140～160次/min。體育教育課程正在從傳統(tǒng)的“以技能為中心”的模式向“以倡導(dǎo)從中等到劇烈體育活動(dòng)的健康為中心”的模式轉(zhuǎn)變[21],運(yùn)動(dòng)密度達(dá)到75%的國(guó)內(nèi)報(bào)道不多[22],更鮮有相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。諶曉安等[23]曾對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷量高低對(duì)額外運(yùn)動(dòng)效益和身體健康的作用提出相關(guān)觀點(diǎn),但究竟體育課堂中實(shí)施多大的運(yùn)動(dòng)密度可以引起運(yùn)動(dòng)能耗與體質(zhì)健康效益的劑量關(guān)系,目前研究相對(duì)匱乏。

本文在以往研究的基礎(chǔ)上,在控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的前提下,對(duì)體育課低、中、高3種不同運(yùn)動(dòng)密度進(jìn)行調(diào)控,探究不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)青少年運(yùn)動(dòng)能耗及體質(zhì)健康的影響。提出以下3點(diǎn)假設(shè):①不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)青少年產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)能耗不同;②不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)青少年體質(zhì)健康影響不同;③不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)青少年體質(zhì)健康影響存在性別差異。

1 研究對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象選取上海市虹口區(qū)第六中心小學(xué)五年級(jí)4個(gè)班共146名學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,其中男生79人,女生67人,平均年齡(10.19±0.39)歲。采用隨機(jī)分組法將4個(gè)平行班分為3個(gè)實(shí)驗(yàn)班和1個(gè)對(duì)照班(表1)。

表1 研究對(duì)象一般情況

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由于被試是整班抽取的,因此,本實(shí)驗(yàn)屬“準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究”[24]。MPA能耗在小學(xué)及高中階段無(wú)性別差異[25],故運(yùn)動(dòng)能耗研究中將性別設(shè)為控制因素,避免可能由于性別與實(shí)驗(yàn)處理產(chǎn)生交互作用而混淆了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采取4×3×5三因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中,實(shí)驗(yàn)處理(4個(gè)水平:36%～54%,55%～74%,75%及以上,常規(guī)運(yùn)動(dòng)密度)為被試間變量,測(cè)量時(shí)段(3個(gè)水平:1～8課次為時(shí)段1,9～16課次為時(shí)段2,17～24課次為時(shí)段3)和運(yùn)動(dòng)能耗(5個(gè)水平:KCALS,MET,%MVPA,MVPA,STEPS)為被試內(nèi)變量,測(cè)量時(shí)段和運(yùn)動(dòng)能耗屬2個(gè)重復(fù)測(cè)量因素的組合設(shè)計(jì)。體質(zhì)健康研究關(guān)注進(jìn)步幅度的差異及其與性別的交互作用,采取4×2雙因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),分別為實(shí)驗(yàn)處理因素(4個(gè)水平的運(yùn)動(dòng)密度)和性別因素(2個(gè)水平:男、女)。

實(shí)驗(yàn)班根據(jù)Astrand心率計(jì)算公式“HRmax=216.6-0.84×年齡”[26]計(jì)算出10～11歲青少年中等以上運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度60%靶心率(60%THR)在148～165b/m(安靜心率60～100b/m),達(dá)到最大心率的71.52%～79.29%。具體干預(yù)措施按照結(jié)構(gòu)化運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)和多樣化體能練習(xí)[20]的原則制定,同時(shí)兼顧青少年運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目趣味性、科學(xué)性、知識(shí)性和實(shí)用性[27]的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班均按照上海市小學(xué)“體育與健身”學(xué)科要求的內(nèi)容上課:運(yùn)動(dòng)技能包括A1操舞類、A2支撐與懸垂類、A3球類、A4跳躍類、A5滾翻類等5項(xiàng)內(nèi)容;體能包括B1走跑類、B2投擲類、B3攀爬類、B4跳踢類、B5游戲創(chuàng)設(shè)類5種練習(xí)內(nèi)容(表2)。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備如表3所示。每周3次課均使用1種技能與2種以上體能組合練習(xí),實(shí)驗(yàn)1～3班練習(xí)組數(shù)和每項(xiàng)練習(xí)后休息間隔時(shí)間不同(表4),教師安排2組以上體能練習(xí)時(shí)使用分組循環(huán)輪換練習(xí)法,確保運(yùn)動(dòng)密度在控制范圍內(nèi)。

表2 實(shí)驗(yàn)干預(yù)內(nèi)容

表3 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

1.3實(shí)驗(yàn)程序?qū)嶒?yàn)干預(yù)時(shí)間為2017年10月9日—12月1日,每周3次,共干預(yù)8周。采用Polar Team OH1遙測(cè)心率儀監(jiān)控運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度穩(wěn)定在60%THR、用加速度計(jì)Actigraph wGT3X-BT監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)中的能耗(KCALS、MET、%MVPA、MVPA、STEPS),盡量避免由于被試間差異引起的測(cè)量誤差。每次體育課前從不同組別中選取5名實(shí)驗(yàn)對(duì)象(3男2女)分別佩戴Polar Team OH1和Actigraph wGT3X-BT加速度計(jì),要求各實(shí)驗(yàn)班實(shí)驗(yàn)對(duì)象盡量保持性別、運(yùn)動(dòng)技能水平和體能水平上具有相似性。每次施測(cè)前將被試身高、體質(zhì)量、年齡、性別等個(gè)人信息分別提前錄入Polar Team OH1軟件系統(tǒng)和Actigraph wGT3X-BT人體運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)儀ActiLife軟件系統(tǒng),測(cè)試后按Freedson計(jì)算方程[28]導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)能耗數(shù)據(jù),共收集24次課運(yùn)動(dòng)能耗的記錄。實(shí)驗(yàn)第1和第8周分別完成身高、體質(zhì)量、肺活量、50 m×8往返跑、50 m跑、坐位體前屈、1 min仰臥起坐和1 min跳繩體質(zhì)健康測(cè)試指標(biāo)的前后測(cè),最后收集146名小學(xué)生的有效數(shù)據(jù)。

表4 實(shí)驗(yàn)干預(yù)方案

1.4統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)正態(tài)分布(K-S檢驗(yàn))和方差齊性檢驗(yàn)后,對(duì)運(yùn)動(dòng)能耗采用一般線性模型的重復(fù)測(cè)量方差分析。模型判斷先看球形檢驗(yàn)(Mauchely’s Test of Sphericity)的結(jié)果,其原假設(shè)與重復(fù)測(cè)量的數(shù)據(jù)無(wú)關(guān),故當(dāng)P<0.05時(shí)無(wú)須采用Greenhouse-Geisser法矯正自由度和P值;采用Test of Within-Subjects Contrasts無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05) 檢驗(yàn)結(jié)果判斷變化趨勢(shì)[29-30];對(duì)體質(zhì)健康數(shù)據(jù)變化采用雙因素方差分析模型,結(jié)果無(wú)交互作用則進(jìn)一步簡(jiǎn)化模型只分析主效應(yīng);結(jié)果無(wú)交互作用則分析主效應(yīng),有交互作用則分析單獨(dú)效應(yīng)。Post hoc主效應(yīng)均值比較和交互效應(yīng)的簡(jiǎn)單效應(yīng)Emmeans比較均采用Bonferroni 法[31],計(jì)量資料以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(X±SD)表示,顯著性差異定為P<0.05、非常顯著性差異定為P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)運(yùn)動(dòng)能耗影響的結(jié)果Polar Team OH1遙測(cè)心率儀監(jiān)控3個(gè)實(shí)驗(yàn)班運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度穩(wěn)定在60%THR,符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。用加速度計(jì)Actigraph wGT3X-BT監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)中的能耗一般常用消耗熱量表示,但對(duì)于ACSM推薦的中大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度(MET 3～6)、時(shí)間(MVPA時(shí)間)和運(yùn)動(dòng)步數(shù)(STEPS),以及體育課堂中建議的%MVPA都是需要關(guān)注的因素,故與消耗熱量轉(zhuǎn)換成Z分?jǐn)?shù)后(因各指標(biāo)單位不同)一并納入一般線性模型分析。對(duì)3個(gè)實(shí)驗(yàn)班和1個(gè)對(duì)照班學(xué)生運(yùn)動(dòng)能耗進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)(表5),對(duì)3個(gè)時(shí)段運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析,結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

表5 不同時(shí)段KCAL、MET、%MVPA、MVPA和STEPS描述性統(tǒng)計(jì)及組別單獨(dú)效應(yīng)

注:g為組別,e為運(yùn)動(dòng)能耗,t為時(shí)段,重復(fù)測(cè)量分析結(jié)果。t主效應(yīng)P=0.372,e主效應(yīng)P=0.606,g主效應(yīng)P=0.000;t×g交互效應(yīng)P=0.580,t×s交互效應(yīng)P=0.367,t×e交互效應(yīng)P=0.943,e×s交互效應(yīng)P=0.623,e×g交互效應(yīng)P=0.000。e×g單獨(dú)效應(yīng)分析,各e本來(lái)單位不同單獨(dú)效應(yīng)不作分析,就組別單獨(dú)效應(yīng)分析。e各水平與對(duì)照班比較,*為P<0.05,**為P<0.01,與實(shí)驗(yàn)1班較,為P<0.05,為P<0.01,與實(shí)驗(yàn)2班比較,為P<0.05,為P<0.01,與實(shí)驗(yàn)3班比較,?為P<0.05,??為P<0.01,性別之間比較,為P<0.05,為P<0.01,圖3、圖4同此

圖1顯示,不同組別代表的不同運(yùn)動(dòng)密度在各時(shí)段測(cè)得的運(yùn)動(dòng)能耗無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),相同運(yùn)動(dòng)密度的運(yùn)動(dòng)能耗不隨時(shí)間變化而變化,運(yùn)動(dòng)能耗隨運(yùn)動(dòng)密度的增大在低、中運(yùn)動(dòng)密度出現(xiàn)拐點(diǎn),整體上符合線性趨勢(shì)(P>0.05);時(shí)段與組別交互作用無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),不同組別之間運(yùn)動(dòng)能耗隨時(shí)段變化的趨勢(shì)相同,實(shí)驗(yàn)2班與實(shí)驗(yàn)1班在1、3時(shí)段出現(xiàn)的交互作用不明顯,該現(xiàn)象由隨機(jī)實(shí)驗(yàn)誤差引起。組別主效應(yīng)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),說(shuō)明不考慮時(shí)間變化,運(yùn)動(dòng)密度是影響運(yùn)動(dòng)能耗的主要因素。

圖2顯示,運(yùn)動(dòng)能耗與組別交互作用有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),因此,分析組別與時(shí)段各自的主效應(yīng)有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義已無(wú)實(shí)用價(jià)值。單獨(dú)效應(yīng)t比較顯示(表5),在KCAL、MVPA、STEPS 3個(gè)水平上對(duì)照班<實(shí)驗(yàn)1班<實(shí)驗(yàn)2班<實(shí)驗(yàn)3班,對(duì)照班與實(shí)驗(yàn)1班差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,MVPA水平上P<0.01)、與實(shí)驗(yàn)2、3班均具有非常顯著性差異(P<0.01);在STEPS水平上實(shí)驗(yàn)3班與實(shí)驗(yàn)1班具有非常顯著性差異(P<0.01)、與實(shí)驗(yàn)2班的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),其余各組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。在MET、%MVPA水平上出現(xiàn)對(duì)照班<實(shí)驗(yàn)2班<實(shí)驗(yàn)1班<實(shí)驗(yàn)3班的現(xiàn)象,對(duì)照班與3個(gè)實(shí)驗(yàn)班均具有非常顯著性差異(P<0.01),實(shí)驗(yàn)2班與實(shí)驗(yàn)3班具有非常顯著性差異(P<0.01);實(shí)驗(yàn)1班與實(shí)驗(yàn)3班在MET水平上差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)、在%MVPA水平上具有非常顯著性差異(P<0.01),實(shí)驗(yàn)1班與實(shí)驗(yàn)2班差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。研究結(jié)果支持假設(shè)1。

圖1 不同時(shí)段運(yùn)動(dòng)能耗Figure 1 The energy consumption at different periods

圖2 不同組別運(yùn)動(dòng)能耗Figure 2 The energy consumption of groups

2.2不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)體質(zhì)健康影響的結(jié)果依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),以“組別”和“性別”為實(shí)驗(yàn)處理因子,對(duì)4個(gè)班級(jí)小學(xué)生體質(zhì)健康測(cè)試指標(biāo)進(jìn)步幅度(進(jìn)步幅度=后測(cè)-前測(cè))進(jìn)行4×2多因素方差分析。結(jié)果顯示,BMI變化不存在“性別”主效應(yīng),存在“組別”主效應(yīng)[P<0.01,圖3(a)],實(shí)驗(yàn)3班(7 g/m2)與實(shí)驗(yàn)1班 (149 g/m2)具有顯著性差異(P<0.05),實(shí)驗(yàn)2班 (-77 g/m2)與實(shí)驗(yàn)1班、與對(duì)照班 (95 g/m2)都具有非常顯著性差異(P<0.01),其他兩兩比較不具有顯著性差異(P>0.05)。

總體上,往返跑進(jìn)步幅度[P<0.05,圖3(b)]、50 m跑進(jìn)步幅度[P<0.01,圖3(c)]和坐位體前屈進(jìn)步幅度[P<0.05,圖4(a)]存在“組別”主效應(yīng),實(shí)驗(yàn)3班>實(shí)驗(yàn)2班>實(shí)驗(yàn)1班>對(duì)照班,實(shí)驗(yàn)干預(yù)因素在這3個(gè)指標(biāo)上取得較為一致的結(jié)果,低、中、高運(yùn)動(dòng)密度基本呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)密度越大其進(jìn)步幅度越大的趨勢(shì),高運(yùn)動(dòng)密度取得最佳效果。3個(gè)項(xiàng)目上實(shí)驗(yàn)3班(-8.194 s,-0.411 s,1.844 cm)與對(duì)照班(-0.321 s,0.043 s,0.664 cm)均具有非常顯著性差異(P<0.01),50 m跑進(jìn)步幅度實(shí)驗(yàn)3班與實(shí)驗(yàn)1班(-0.084 s)、實(shí)驗(yàn)2班(-0.044 s)具有非常顯著性差異(P<0.01),坐位體前屈進(jìn)步幅度實(shí)驗(yàn)3班與實(shí)驗(yàn)1班(0.900 cm)具有顯著性差異(P<0.05),其他兩兩比較不具有顯著性差異(P>0.05)。研究結(jié)果支持假設(shè)2。

圖3 不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)BMI、往返跑和50 m跑進(jìn)步幅度的影響

Figure 3 The variation diagram of progress rate in BMI ,shuttle run and 50 m dash

肺活量進(jìn)步幅度[P<0.01,圖4(b)]、跳繩進(jìn)步幅度[P<0.01,圖4(c)]存在“組別×性別”交互效應(yīng) 。肺活量性別單獨(dú)效應(yīng):男生隨著運(yùn)動(dòng)密度增大而增大的趨勢(shì),實(shí)驗(yàn)3班進(jìn)步幅度(350.05 mL)最大[圖4(b)],實(shí)驗(yàn)3班與對(duì)照班(41.89 mL)、實(shí)驗(yàn)1班(57.16 mL)具有非常顯著性差異(P<0.01),與實(shí)驗(yàn)2班(143.10 mL)具有顯著性差異(P<0.05);女生不同班級(jí)兩兩比較均不具有顯著性差異(P>0.05)。跳繩性別單獨(dú)效應(yīng)同樣顯示:實(shí)驗(yàn)3班男生 (8.95個(gè))進(jìn)步幅度最大,實(shí)驗(yàn)3班與實(shí)驗(yàn)1班(7.79個(gè))無(wú)顯著性差異(P>0.05)、與實(shí)驗(yàn)2班(3.90個(gè))有顯著性差異(P<0.05)、與對(duì)照班(1.20個(gè))有非常顯著性差異(P<0.01);女生實(shí)驗(yàn)2班(8.18個(gè))進(jìn)步幅度最大,實(shí)驗(yàn)2班與實(shí)驗(yàn)1班(3.06個(gè))具有顯著性差異(P<0.05)、與實(shí)驗(yàn)3班(6.25個(gè))不具有顯著性差異(P>0.05)、與對(duì)照班(0.18個(gè))具有非常顯著性差異(P<0.01)。說(shuō)明高運(yùn)動(dòng)密度是影響男生肺活量和跳繩進(jìn)步幅度的主要因素,中運(yùn)動(dòng)密度是影響女生跳繩進(jìn)步幅度的主要因素。

班級(jí)單獨(dú)效應(yīng):肺活量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)3班男(350.05 mL)女(78.50 mL)變化出現(xiàn)非常顯著性差異(P<0.01),跳繩項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)1班男(7.79個(gè))女(3.06個(gè))變化出現(xiàn)顯著性差異(P<0.05),其他班級(jí)男女變化均不存在顯著性差異,肺活量和跳繩進(jìn)步幅度存在性別差異。研究結(jié)果支持假設(shè)3。

仰臥起坐進(jìn)步幅度不存在“組別×性別”的交互效應(yīng)(P>0.05),不存在“組別”主效應(yīng)(P>0.05)和“性別”主效應(yīng)(P>0.05),說(shuō)明以仰臥起坐為測(cè)試指標(biāo)的腹部力量耐力變化暫未出現(xiàn)受運(yùn)動(dòng)密度或性別影響的變化趨勢(shì)。

3 討論

3.1不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)運(yùn)動(dòng)能耗的影響學(xué)校體育課中運(yùn)動(dòng)密度、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是不可分割的整體,三者是影響體育教學(xué)質(zhì)量的主要因素[4,13]。體育課是青少年健康促進(jìn)的主要措施和有效實(shí)施路徑。60%心率儲(chǔ)備(HRR)對(duì)應(yīng)的60%THR是ACSM推薦中大強(qiáng)度的臨界點(diǎn)[26],該強(qiáng)度下運(yùn)動(dòng)密度對(duì)運(yùn)動(dòng)能耗和體質(zhì)健康影響價(jià)值閾的研究是解決中國(guó)學(xué)生身心健康問(wèn)題的關(guān)鍵之一[20]。體力活動(dòng)、能量消耗與健康促進(jìn)研究成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1,32-33],但其多采用全天或相關(guān)運(yùn)動(dòng)方式佩戴能耗儀,從而使體育課失去監(jiān)測(cè)效度。

圖4 不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)坐位體前屈、肺活量和跳繩的影響

Figure 4 The variation diagram of progress rate in the sit and reach,lung capacity and rope skipping

本文通過(guò)運(yùn)動(dòng)能耗與組別交互作用的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,KCAL、MVPA、STEPS 3個(gè)水平運(yùn)動(dòng)能耗呈現(xiàn)隨運(yùn)動(dòng)密度增大而增大的趨勢(shì)。根據(jù)能量消耗公式[34]和Ndahimana等[35]研究表明,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和活動(dòng)頻率是運(yùn)動(dòng)能耗的3大影響因素。本實(shí)驗(yàn)中3個(gè)實(shí)驗(yàn)班運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度(60%THR)相同,運(yùn)動(dòng)時(shí)間取決于運(yùn)動(dòng)密度設(shè)計(jì),依次遞增5 min,所以監(jiān)測(cè)到的KCAL、MVPA和STEPS依次增大,36%～54%的運(yùn)動(dòng)密度是引起3個(gè)水平消耗差異的最小閾值,但較大STEPS顯著性差異需要75%以上運(yùn)動(dòng)密度才能實(shí)現(xiàn)。本文實(shí)驗(yàn)1～3班兩兩比較能量消耗無(wú)顯著性差異,可能與運(yùn)動(dòng)表征情景下出現(xiàn)的神經(jīng)高效現(xiàn)象[36]有關(guān)。MET、%MVPA兩水平運(yùn)動(dòng)能耗雖在低、中運(yùn)動(dòng)密度出現(xiàn)略有下降的拐點(diǎn),無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(MET均值相差0.04,%MVPA均值相差0.26)可能與實(shí)驗(yàn)設(shè)置的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有關(guān),36%～54%的運(yùn)動(dòng)密度是引起MET、%MVPA水平消耗差異的最小閾值,但較大MET、%MVPA顯著性差異需要75%以上的運(yùn)動(dòng)密度才能實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相比在被試內(nèi)變量(5水平)上的單獨(dú)效應(yīng)均達(dá)到顯著性差異,說(shuō)明干預(yù)因素效果明顯,不同運(yùn)動(dòng)密度干預(yù)顯著優(yōu)于對(duì)照班。實(shí)驗(yàn)3班與實(shí)驗(yàn)2班、實(shí)驗(yàn)1班相比在被試內(nèi)變量(除KCAL和MVPA外)3個(gè)水平上的單獨(dú)效應(yīng)均達(dá)到顯著性差異,說(shuō)明高運(yùn)動(dòng)密度干預(yù)因素顯著優(yōu)于中、低運(yùn)動(dòng)密度。實(shí)驗(yàn)1班與實(shí)驗(yàn)2班相比在被試內(nèi)變量(5個(gè)水平)上的單獨(dú)效應(yīng)均未達(dá)到顯著性差異,說(shuō)明低、中運(yùn)動(dòng)密度干預(yù)效果差別不明顯。

3.2不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)體質(zhì)健康的影響本文結(jié)果顯示,55%～74%的運(yùn)動(dòng)密度是引起B(yǎng)MI下降的最小閾值;實(shí)驗(yàn)2班與實(shí)驗(yàn)3班BMI差異不具有顯著性差異表明,60%THR運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、55%～74%與75%以上的運(yùn)動(dòng)密度對(duì)BMI的維持或降低具有同樣的劑量效應(yīng)。圖3顯著性檢驗(yàn)表明,75%以上的運(yùn)動(dòng)密度是引起往返跑、50 m跑、坐位體前屈顯著性進(jìn)步的最小閾值。肺活量項(xiàng)目性別單獨(dú)效應(yīng)說(shuō)明,引起男生肺活量顯著性變化的最小閾值(60%THR強(qiáng)度下)是75%的運(yùn)動(dòng)密度;實(shí)驗(yàn)2班女生取得了最好的效果,但與其他班級(jí)并不存在顯著性差異,暫未觀察到哪種運(yùn)動(dòng)密度可以引起女生肺活量的顯著變化;班級(jí)單獨(dú)效應(yīng)進(jìn)一步說(shuō)明女生在運(yùn)動(dòng)密度(60%THR強(qiáng)度下)超過(guò)75%時(shí)肺活量未呈現(xiàn)升高趨勢(shì),與男生差異變大,55%～74%的運(yùn)動(dòng)密度可能是女生發(fā)展肺活量項(xiàng)目的價(jià)值閾。跳繩項(xiàng)目性別單獨(dú)效應(yīng)說(shuō)明36%～54%的低運(yùn)動(dòng)密度是顯著性提高男生跳繩能力的最小閾值,55%～74%的中等運(yùn)動(dòng)密度不適宜發(fā)展男生跳繩能力,75%以上運(yùn)動(dòng)密度時(shí)才會(huì)取得更顯著的效果。相反,女生在實(shí)驗(yàn)2班取得最好效果,說(shuō)明55%～74%的中運(yùn)動(dòng)密度適宜發(fā)展女生跳繩能力,班級(jí)單獨(dú)效應(yīng)也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

3.3本文與國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)干預(yù)結(jié)果的比較本文結(jié)果支持了Freedson用MET分類運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)能量消耗,評(píng)估輕度、中度和劇烈活動(dòng)效果[37],將中等強(qiáng)度的閾值界定在3～6METs[26,38-39]的理論;并與Ainsworth[33]根據(jù)MET值推薦身體活動(dòng)作為能量消耗的指標(biāo)保持一致。本文得出60%THR心率區(qū)間為148～165b/m,與3METs對(duì)應(yīng)的HR%最佳臨界點(diǎn)為55%對(duì)應(yīng)正常心率區(qū)間為93～155b/m的研究結(jié)果不太一致[40]。究其因,體力活動(dòng)難以精確測(cè)量,加之受試者正值青春發(fā)育期,靜息心率個(gè)體間差異較大,故與本文由理論推導(dǎo)的控制負(fù)荷強(qiáng)度差異較大,也可能與本文受試者的年齡差異有關(guān)。本文結(jié)果與Steele[41]用MVPA活動(dòng)總時(shí)間(min)遏制10歲兒童肥胖的研究結(jié)果一致,即長(zhǎng)時(shí)間的MVPA累積與BMI下降呈強(qiáng)相關(guān)。本文結(jié)果支持武海潭等[42]關(guān)于50%以上累積MVPA顯著改善心肺耐力的研究結(jié)果。我國(guó)青少年僅靠體育課MVPA累積與每天60 min MVPA推薦活動(dòng)時(shí)間相距甚遠(yuǎn)[43][實(shí)驗(yàn)3班平均為(19.28±3.10) min]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)青少年每日步數(shù)的研究較多,美國(guó)兒童青少年平均每日步數(shù)為(1 1981±3 410)步[44]。Pillay等[45]研究表明,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度似乎是衡量步數(shù)的重要因素。Tudor-Locke等[46-47]以中等強(qiáng)度最少100步/min推測(cè),進(jìn)行30 min中等強(qiáng)度活動(dòng)時(shí)最小推薦量為3 000步。本文聚焦35 min體育課獲得75%以上運(yùn)動(dòng)密度的步數(shù)為(1 544±337)步的結(jié)果,具體推薦步數(shù)有待于后續(xù)研究。

“超量恢復(fù)”學(xué)說(shuō)和“運(yùn)動(dòng)適應(yīng)”理論是解釋人體運(yùn)動(dòng)能力變化的經(jīng)典理論[48],實(shí)踐中運(yùn)用超量恢復(fù)規(guī)律的關(guān)鍵是合理安排休息間歇[49]。75%以上運(yùn)動(dòng)密度達(dá)到了引起運(yùn)動(dòng)能力提高的最小運(yùn)動(dòng)負(fù)荷閾值,從圖1實(shí)驗(yàn)3班3個(gè)時(shí)段的運(yùn)動(dòng)能耗依次降低的趨勢(shì)可知,同樣負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)身體機(jī)能節(jié)省化,并在隨后的運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)適應(yīng)。本文結(jié)果與Sollerhed等[50]的研究結(jié)果一致,盡早在兒童青少年時(shí)期開(kāi)展每天大于40 min的學(xué)校體育運(yùn)動(dòng),特別是有氧運(yùn)動(dòng)可以對(duì)BMI提升有良好的預(yù)防作用;支持了Rowan等[51]提出的引起心肺耐力變化需達(dá)到65%～80%VO2max運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、并能有效防止氧化應(yīng)激反應(yīng)[52]的研究結(jié)果,這可能與中等強(qiáng)度的持續(xù)性訓(xùn)練引起線粒體含量增加有關(guān)[53];支持了“事先不告知練習(xí)者練習(xí)次數(shù)[54]和較短休息時(shí)間的訓(xùn)練[55]可以提高最快速度的能力”的研究結(jié)果,并與“柔韌性提高可以增加力的作用范圍和時(shí)間、導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)速度的增加”[56]的研究結(jié)果一致;支持了“跳繩是中等到高強(qiáng)度身體活動(dòng)的有效干預(yù)措施”[57]的研究結(jié)果,在控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的前提下,加大跳繩運(yùn)動(dòng)密度練習(xí),有利于縮短搖繩與起跳反應(yīng)時(shí),從而打破動(dòng)作速度與準(zhǔn)確性成反比的菲茨定律[58],使跳繩動(dòng)作速度快、準(zhǔn)確率高;與Faigenbaum等[21]提出的8周MVPA體適能和技能練習(xí)未能顯著提高仰臥起坐能力的研究結(jié)果一致。50%～90%1RM的負(fù)荷范圍被認(rèn)為是發(fā)展力量的有效刺激[59],為保證10～11歲青少年骨骼和心肺功能健康發(fā)展,本實(shí)驗(yàn)未設(shè)置相應(yīng)強(qiáng)度的刺激,因此,腹部核心力量在4個(gè)班級(jí)間均未取得顯著改善。

4 結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

(1) 運(yùn)動(dòng)密度是影響運(yùn)動(dòng)能耗和體質(zhì)健康顯著性改變的主要因素。就小學(xué)35 min的體育課而言,60%THR運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、36%～74%運(yùn)動(dòng)密度的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)能耗相對(duì)穩(wěn)定,但不能引起體質(zhì)健康相關(guān)指標(biāo)(男生跳繩除外)數(shù)據(jù)的顯著性提高,該組合是維持身體基本運(yùn)動(dòng)能力的最小閾值。60%THR運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、55%～74%的運(yùn)動(dòng)密度是引起B(yǎng)MI下降的最小閾值,55%～74%與75%以上的運(yùn)動(dòng)密度對(duì)BMI的維持或降低具有同樣的劑量效應(yīng)。60%THR運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、75%以上運(yùn)動(dòng)密度使機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能耗(STEPS、MET、%MVPA 3個(gè)水平)和往返跑、50 m跑、坐位體前屈、肺活量(男生)、跳繩(男生)等項(xiàng)目能力顯著性提高,該運(yùn)動(dòng)負(fù)荷是實(shí)現(xiàn)健康促進(jìn)效應(yīng)和提高運(yùn)動(dòng)能力的價(jià)值閾。

(2) 55%～74%運(yùn)動(dòng)密度對(duì)青少年體質(zhì)健康影響存在性別差異。60%THR運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、36%～54%運(yùn)動(dòng)密度的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷是顯著性提高男生跳繩能力的最小閾值,75%以上運(yùn)動(dòng)密度干預(yù)會(huì)取得更顯著的效果。60%THR運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、55%～74%運(yùn)動(dòng)密度的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷適宜發(fā)展女生跳繩能力,但不適宜男生;是否適宜發(fā)展女生肺活量有待進(jìn)一步研究,提示在教學(xué)中應(yīng)注意根據(jù)練習(xí)項(xiàng)目和性別區(qū)別安排練習(xí)密度。

(3) 60%THR運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是否有利于發(fā)展力量耐力有待進(jìn)一步探討。本實(shí)驗(yàn)干預(yù)內(nèi)容源于《體育與健身》課程內(nèi)容,然而課堂干預(yù)措施并無(wú)專門(mén)的力量耐力項(xiàng)目發(fā)展腰腹力量[26]。因此,60%THR運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、不同運(yùn)動(dòng)密度對(duì)青少年仰臥起坐成績(jī)的改善無(wú)顯著性影響,但并不能得出該運(yùn)動(dòng)負(fù)荷不適宜發(fā)展10～11歲青少年腰腹力量的結(jié)論。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步探討運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和練習(xí)次數(shù)之間的交互作用對(duì)體質(zhì)健康的影響。

4.2建議有效銜接國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)“中國(guó)健康體育課程模式”倡導(dǎo)的“每節(jié)課的運(yùn)動(dòng)密度應(yīng)在75%左右,運(yùn)動(dòng)心率達(dá)140～160 b/m”的目標(biāo)[20],為制訂青少年健康促進(jìn)計(jì)劃[60]提供參考。