敖成康 葉子陽 束灝 游智為 合肥工業(yè)大學(xué)微電子學(xué)院

大學(xué)生群體中許多人都存在久坐和缺少鍛煉的現(xiàn)象，使得部分大學(xué)生身體素質(zhì)下降，這對(duì)個(gè)人的身體健康影響很大。近年來高血壓總患病率呈增加趨勢(shì)，且越來越年輕化，平時(shí)血壓正常、運(yùn)動(dòng)血壓過高的年輕人具有容易發(fā)展為高血壓病的臨床特性[1]。國外相關(guān)研究表明，定期鍛煉有助于降低膽固醇水平，控制體重，增強(qiáng)下肢力量等好處[2]。與傳統(tǒng)的鍛煉方式如跑步相比，登樓梯運(yùn)動(dòng)屬于混合性立體運(yùn)動(dòng)，既有水平運(yùn)動(dòng)又有垂直運(yùn)動(dòng)[3]。受到天氣，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的限制，適合大學(xué)生戶外鍛煉的天數(shù)減少了許多。登樓梯運(yùn)動(dòng)對(duì)場(chǎng)地要求不高，動(dòng)作簡單，技術(shù)要求不高，不需要特殊的器械設(shè)備或衣物可以在宿舍樓等地鍛煉。有研究表明，鍛煉者每次進(jìn)行總共5 趟的上下12層樓練習(xí)，每周鍛煉四次，可以達(dá)到較好的鍛煉效果[2]。登樓梯運(yùn)動(dòng)有助于增加血氧量和肺活量，達(dá)到較好的鍛煉效果。本實(shí)驗(yàn)通過研究男性大學(xué)生登樓梯前后血壓、心率和血氧飽和度的數(shù)據(jù)變化，得到登樓梯對(duì)身體體征的影響。

一、研究對(duì)象和方法

（一）研究對(duì)象

共有32 人參與登樓梯測(cè)試，均為合肥工業(yè)大學(xué)在校男性大學(xué)生，身體健康，平均年齡為20歲，平均身高為175cm，平均體重為66kg。

（二）研究方法

1.使用器材

力康脈搏血氧飽和度儀（型號(hào)：Prince-100NW），可以檢測(cè)血氧飽和度，心率。魚躍電子血壓計(jì)（型號(hào)：YE670A）可以檢測(cè)舒張壓、收縮壓和心率。團(tuán)隊(duì)自制脈搏心率測(cè)量裝置，由STM32F103C8T6 單片機(jī)為核心處理器，MAX30102 心率模塊作為探測(cè)器，可以檢測(cè)血氧飽和度，心率的數(shù)值，并在外接的OLED 顯示器上顯示數(shù)值。

2.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：學(xué)生宿舍樓，六層，10個(gè)樓梯段，兩段樓梯間有7.8m2的平地，共有臺(tái)階110級(jí)，每個(gè)臺(tái)階高約15cm，登樓梯的垂直高度為16.5米。

實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：在對(duì)研究對(duì)象測(cè)試之前，告知他們測(cè)試程序：在整個(gè)登樓梯過程，受試者應(yīng)當(dāng)按規(guī)定動(dòng)作從一樓小跑到六樓，不能在途中停下來或借助扶梯[2]。

測(cè)試過程：在受試者測(cè)試前，測(cè)量運(yùn)動(dòng)前的身體基礎(chǔ)指標(biāo)，即安靜時(shí)的血壓，心率，血氧飽和度。測(cè)試過程中，受試者以自己正常登樓梯速度從一樓登樓至六樓，并在到達(dá)六樓時(shí)立刻測(cè)量他的血壓，心率和血氧飽和度。測(cè)量之后，讓受試者靜坐，并在5分鐘和10分鐘時(shí)再次測(cè)量他的血壓，心率和血氧飽和度，并記錄數(shù)據(jù)。在測(cè)量各項(xiàng)指數(shù)時(shí)，受試者均保持正坐，均在左手指尖初測(cè)量脈搏血氧飽和度，在右臂測(cè)量血壓。

（三）數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)需要處理的數(shù)據(jù)為：血壓、心率和血氧飽和度。將受試者運(yùn)動(dòng)前后血壓、心率及血氧飽和度的指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化相比較。

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)通過Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；用軟件MATLAB 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)正態(tài)分布以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示。假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果 P ≤0.05 認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一）基本情況

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，去除不符合條件的數(shù)據(jù)，最終符合實(shí)驗(yàn)條件的數(shù)據(jù)有28 組。研究對(duì)象平均年齡為（20.21±0.57）歲，平均身高為（175.36±4.46）cm，體重為（65.91±10.72）kg。

（二）運(yùn)動(dòng)前后的血壓，心率，血氧飽和度變化

如表1、圖1、圖2、圖3、圖4 所示。

分析受試者在登樓梯運(yùn)動(dòng)前、登樓梯結(jié)束時(shí)刻、登樓梯后5min、10min的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：血氧飽和度在運(yùn)動(dòng)前后均無顯著差異，可見登樓梯運(yùn)動(dòng)對(duì)受試者的血氧情況影響較小。在運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻，測(cè)量得到的心率、收縮壓和舒張壓均有顯著增加，登樓梯對(duì)受試者的血壓和心率影響較大。運(yùn)動(dòng)5min時(shí)，收縮壓和心率一直處于下降狀態(tài)，但仍高于運(yùn)動(dòng)前；舒張壓降至運(yùn)動(dòng)前安靜狀態(tài)。在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后10min 測(cè)量得到的數(shù)據(jù)顯示：心率、收縮壓和舒張壓基本恢復(fù)到正常水平，但心率略高于運(yùn)動(dòng)前水平狀態(tài)，收縮壓和舒張壓略低于運(yùn)動(dòng)前水平狀態(tài)。在運(yùn)動(dòng)后5分鐘內(nèi)，血壓和心率均大幅下降。5 至10分鐘內(nèi)，血壓下降緩慢，心率基本不變。

表1 受測(cè)試者登樓梯運(yùn)動(dòng)前后的血壓，心率及血氧飽和度的變化（n=28，（x±s）Tab.1 Changes in blood pressure，heart rate and oxygen saturation before and after the subjects went up the stairs（n=28，（x± s）

圖1 運(yùn)動(dòng)后收縮壓變化圖像Fig.1 Images of systolic pressure changes after exercise

圖2 運(yùn)動(dòng)后舒張壓變化圖像Fig.2 Images of diastolic pressure changes after exercise

圖3 運(yùn)動(dòng)后心率變化圖像Fig.3 Images of heart rate changes after exercise

圖4 運(yùn)動(dòng)后血氧飽和度變化圖像Fig.4 Images of blood oxygen changes after exercise

（三）產(chǎn)生變化的相關(guān)因素分析

在運(yùn)動(dòng)過程中，研究對(duì)象需要克服自身重力登樓，消耗熱量，呼吸速率增加，心率增快，心輸出量增加，血壓也隨之升高。所以在登樓梯之后，所有受試者都有不同程度的心率，血壓的升高。本實(shí)驗(yàn)研究中登樓梯運(yùn)動(dòng)后即刻的收縮壓和舒張壓增幅分別為21.71mmHg 和2.97mmHg，心率增幅為32.07bmp。所有的受試者運(yùn)動(dòng)后血壓值均在正常范圍內(nèi)，未超出正常值范圍的現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)后5分鐘內(nèi)是心率血壓恢復(fù)最快的時(shí)候，在10min 時(shí)體征水平基本恢復(fù)運(yùn)動(dòng)前水平。

三、結(jié)論與建議

（一）結(jié)論

本文給出了：男大學(xué)生爬樓對(duì)血壓心率的影響較大，對(duì)血氧飽和度的影響較小。通過對(duì)數(shù)據(jù)分析，處理運(yùn)動(dòng)后測(cè)量的3次值，完成運(yùn)動(dòng)后的0min、5min、10min 測(cè)量的狀態(tài)，都除以靜態(tài)測(cè)量的值，則靜態(tài)值為1，對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)后0，5，10的狀態(tài)都表示為分?jǐn)?shù)形式，消除個(gè)體間誤差，尋找普遍規(guī)律。這時(shí)通過作差及相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)從0分鐘變化到5分鐘心率狀態(tài)的差值，和0分鐘的心率狀態(tài)的線性相關(guān)性最強(qiáng)，為-0.9246?？梢哉J(rèn)為在運(yùn)動(dòng)后0分鐘到5分鐘這段時(shí)間心率基本恢復(fù)平靜值。

（二）建議

有研究表明，登樓梯可以作為一種運(yùn)動(dòng)鍛煉方式，利用樓梯進(jìn)行上下樓的鍛煉可以達(dá)到鍛煉健身的效果[2]。有研究顯示上樓梯運(yùn)動(dòng)中每小時(shí)每公斤體質(zhì)量消耗的能量為 10 ～ 18 kCal。跑步（16 km/h）時(shí)每小時(shí)每公斤消耗的能量為 13kCal。登樓梯運(yùn)動(dòng)與跑步消耗能量相當(dāng)[3]。

大學(xué)生應(yīng)該積極參與運(yùn)動(dòng)，通過多種方式經(jīng)行鍛煉。登樓梯運(yùn)動(dòng)可以作為一項(xiàng)鍛煉下肢力量的運(yùn)動(dòng)方式，并且有助于大學(xué)生人群預(yù)防高血壓。眾多研究表明，有規(guī)律的有氧運(yùn)動(dòng)可以有效的預(yù)防和防治高血壓，不僅對(duì)高血 壓患者，而且對(duì)正常血壓者也是如此[4]。有研究表明，對(duì)青年學(xué)生來說，保持良好的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣，每周3~7 次運(yùn)動(dòng)，每次30min 以上的中等強(qiáng)度體育運(yùn)動(dòng)可以有效控制和預(yù)防早期高血壓發(fā)病率。運(yùn)動(dòng)還可穩(wěn)定和緩解緊張、焦慮、激動(dòng)等情緒，有利于血壓穩(wěn)定[4]。同時(shí)，BMI 指數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)后身體體征影響也很大。大學(xué)生BMI的升高會(huì)引起血壓水平升高，體重過高的同學(xué)應(yīng)當(dāng)通過定期鍛煉將BMI 指數(shù)控制在標(biāo)準(zhǔn)水平內(nèi)，可以有利于調(diào)整運(yùn)動(dòng)血壓和心率變化[5]。