海拔3700m高原适宜负重量与坡度的关系
作者：尹昭云 昝俊平 孙兴斌 马智 南文考 王贺新
单位：(军事医学科学院卫生学环境医学研究所，天津 300050)
关键词：高原；心率；能量代谢；负重
航天医学与医学工程/990318摘要： 目的 探讨高原步行时不同坡度条件下的适宜负重。 方法 在海拔3700m高原，选移居半年以上的青年学生12人进行跑台步行实验。每人参加不同坡度与不同负重的组合实验。根据VE、HR和E随负重增加而出现非线性增加(拐点)所对应的负重量，通过回归方法进行综合分析和确定适宜负重。 结果 坡度为0°、5°、10°时，适宜负重分别为20.5、13.8和7.1kg，坡度为15°时，几乎不宜负重。 结论 在海拔3700m高原，坡度每增加5°，适宜负重减少约7kg。
中图分类号：R594.3 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)03-0223-03
, 百拇医药
The Relationship Between Optimum Carriage
Load and Slope at High Altitude of 3700m.
YIN Zhao-yun
Institute of Hygiene and Environment Science,Academy of Military Science,Tianjin,300050
ZAN Jun-bing,SUN Xing-bin,MA Zhi,NAN Wen-kao,WANG He-xin.Space Medicine & Medical Engineering,1999,12(3):223～225
Abstract: Objective To observe the relationship between optimum carriage load and slope at high altitude. Methods Optimum carriage load was investigated in twelve healthy young men at an altitude of 3700 m.The subjects marched on a treadmill for 10 min at walking speed of 4.0 km/h with different slops(0°,5°,10°,15)and carriage loads(0,7,14,21 and 28% body weight).Ventilation (VE)，heart rate (HR) and energy expenditure (E) during marching were measured.The optimum carriage load was estimated by finding the break point of the systematic increase in VE,HR and E. Result Optimum carriage load at walking slope of 0°,5°,10°and 15° were 20.5,13.8,7.0 and 0.4 kg,respectively. Conclusion The relationship between the reduction in optimum carriage load and slope has bee estimated to be on the order of about 7 kg for every slope of 5° at high altitude of 3700 m.
, 百拇医药
Key words：plateau;heart rate;energy metabolism;carriage load
平原人进驻高原后劳动能力明显下降，超过海拔1500m，每升高1000m最大耗氧量下降约10%，影响作业人员在高原上的步行速度与步行时的负重。适宜负重可使负重者在一定时间里保持连续步行作业的能力，并不发生过度疲劳和高原病。因此，研究高原步行时的适宜负重有重要意义。在60年代印军曾进行了高原单兵适宜负重的研究[1～3]，70年代美苏两军也开展了高原士兵能量消耗预测工作[4]。我们曾报道了青年人在不同海拔高度不同步行速度条件下的适宜负重以及三者之间的量变关系。本实验在上述工作基础上探讨了高原步行适宜负重与坡度的关系，为高原作业人员合理负重提供科学依据。
方 法
实验对象 本实验在新疆三十里营房(海拔3700m)进行。受试者为12名移居半年以上的健康男性青年，年龄18～22岁，身高160～178cm，平均体重58.0kg。受试者在跑台上进行步行实验，速度为4.0km/h，坡度与负重见表1。按交叉设计，每名受试者参加不同负重与不同坡度组合试验，每次试验行军10min，两次试验间隔时间大于20h。
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表1 海拔3700m高原步行坡度与负重
Table 1 Slope and carriage load at Altitude of 3700m 坡度(°)
(slope)
负重(体重%)
(carriage load,% of body weight)
0
0
7
14
21
28
, 百拇医药
5
0
7
14
21
28
10
0
7
14
21
28
15
0
, 百拇医药
7
14
21
28
观察指标与方法 观察指标为肺通气量(VE)、心率(HR)和能量消耗率(E)。用多氏袋收集呼出气体，用气体流量计测量VE；用氧和二氧化碳分析仪(CYES-Ⅱ，上海)分析呼出气氧和二氧化碳含量，依公式计算E；用血氧饱和度仪(BIDCH3042，美国)记录HR。
试验程序 受试者静坐10min，测量安静VE、HR和E。在跑台上进行模拟步行至第10min时重复测量上述指标。
确定适宜负重的根据 首先找出在不同坡度上进行模拟步行时，受试者VE、HR和E随负重增加而出现非线性增加(拐点，与前一测量值比差别显著)所对应的负重。在此基础上，对三项指标所估计的适宜负重进行回归分析和综合评价，确定在海拔3700m高原，步行速度为4.0km/h，不同坡度条件下的适宜负重。
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结 果
VE、HR和E的改变 现将步行速度为4.0 km/h，坡度为5°，不同负重条件下VE、HR和E的变化绘图于1。可见，VE、HR和E随负重 增加而增加，当负重增加到某一量时，该三项指标均呈非线性增加，形成转折点(与前一测量值比，P<0.05或P<0.01)，简称拐点。三项指标的拐点所对应的负重均为体重的21.0%，相当于13.2 kg[58 kg(体重)×21.0%+1 kg(着装)]。坡度为0°、10°和15°时，VE、HR和E的变化趋势同于图1，不再一一绘出。在海拔3700m高原，步行速度为4.0 km/h，坡度为0°、5°、10°和15°条件下，VE、HR和E的拐点值列于表2。
表2 不同坡度条件下VE、HR和E的拐点值
Table 2 Break point of systematic increase in VE,HR and energy expenditure at different slopes 坡度(°)
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(slope)
拐点值(break point)(kg)
VE
HR
E
0
21.3
17.2
>25.0
5
13.2
13.2
13.2
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10
5.1
5.1
9.2
15
1.0
1.0
1.0
不同坡度条件下适宜负重的确定，从表2可以看出，不同指标所估计的适宜负重是不同的，而仅以单一指标确定适宜负重又是不全面的。为此，采用回归方法对4个坡度和12个拐点值进行综合分析，建立适宜负重与坡度之间的关系。设负重为Y(kg)，坡度为X(°)，经计算得Y=20.543-1.345X,r=-0.96616。由式1可得不同坡度条件下的适宜负重，见表3。
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图1 海拔3700 m、5°坡度和4.0 km/h速度步行时VE、HR和E随负重量增加出现非线性增加的“拐点值”
*P<0.05，与前一测量值比
Fig.1 Break point of systematic increase in VE，HR and E at slope of 5°,walking speed of 4.0 km/h and altitude of 3700 m
*P<0.05，as compared with the previous value
表3 不同坡度条件下适宜负重
Table 3 Optimum carriage load at different slopes 坡度(slope)(°)
, 百拇医药
适宜负重(optimum carriage load)(kg)
0
20.5
5
13.8
10
7.1
15
0.4
讨 论 在确定高原步行时适宜负重的方法上，本工作参考了国外有关文献和我军平原单兵适宜负重的研究方法[6]。首先，在评价指标上，能量代谢率是衡量人体劳动强度的主要指标。劳动强度在很大程度上取决于心功能，而心率是反映心功能的主要指标。其次，在评价方法上，在递增负荷运动中，VE、HR和E随负重增加而增加，当负重增加到某一量时，则出现非线性增加，形成拐点，这表明劳动能力和工作效率开始下降。因此，一般把拐点所对应的负重看作适宜负重。为更好地确定适宜负重，本研究选择了三项指标，并通过回归分析对不同坡度条件下三项指标的拐点值进行了综合评价。
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在预试中，设计7个负重量，即徒手(体重0%)、7、14、21、28、35和42%体重。在预试中发现，当负重量为体重的35%以上时，受试者已出现力竭现象。为安全起见，在正式实验中，选择了体重的28%以下负重。本实验证明，用这5个负重，从VE、HR和E的变化来看，都能看到拐点值。
负重、步行速度和路面坡度三因素密切相关，尤其是坡度对负重的影响更大。从本实验看出，在海拔3700 m高原步行速度为4.0 km/h时，坡度每增加5°，适宜负重减少约7.0 kg，下降32.7%。在坡度为15°时，几乎不宜负重。Ramaswamy[1]在海拔2270 m高原上对3名受试者进行了坡度、负重与行军速度的试验，结果表明，在速度为4.4 km/h和无坡度情况下，适宜负重为20.0 kg。本研究表明，在海拔3700m高原、速度为4.0 km/h和坡度为0°(无坡度)时，适宜负重为20.0 kg。这个负重接近于在平原步行速度为5.0km/h时的适宜负重[6]。当适宜负重同样是20.0 kg左右，在海拔3700 m高原上速度比平原的速度约减慢1.0km/h，减少20.0%。看来，高原对步行速度和负重有明显的影响，这主要是由于高原缺氧所致。
, 百拇医药
本文通过跑台试验提出在海拔3700m高原、步行速度为4.0km/h，不同坡度条件下的适宜负重，它对于确定合理负重有重要意义。
参考文献
[1] Ramaswamy SS,Due GL,Raizada VK et al.Study of load carriage at high altitude.I Relative effects of the magnitude of the load carriage and the steepness of the terrain on the optimal spee of march[J].Proc Natl Inst Sci India,1964,30(5):567～575
[2] Nag PK,Sen RN,Ray S.optimal rate of work for mountaineers[J].J Appl Physiol,1978,44:952～955
, 百拇医药
[3] Nayar HS.Human working capacity and load carriage at varying altitudes[M].In:Human adaptability to environment and physical fitness,edited by MS.Malhotra.New Delhi,India:Deffence Inst.Physiol.Allied Sci,1996：325～344
[4] Cymcrman A,Pandolf KB,Young AJ et al.Energy expenditute during load carriage at high altitude[J].J Appl Physiol,1981,51(1):14～18
[5] 尹昭云，昝俊平，孙兴斌等.青年人在高原适宜负重的实验研究[J].航天医学与医学工程，1994，7(3)：202～208
[6] 中华人民共和国军用标准GJB-113-86.单兵适宜符荷量标准[S]，1986
收稿日期：1998-08-31, 百拇医药
单位：(军事医学科学院卫生学环境医学研究所，天津 300050)
关键词：高原；心率；能量代谢；负重
航天医学与医学工程/990318摘要： 目的 探讨高原步行时不同坡度条件下的适宜负重。 方法 在海拔3700m高原，选移居半年以上的青年学生12人进行跑台步行实验。每人参加不同坡度与不同负重的组合实验。根据VE、HR和E随负重增加而出现非线性增加(拐点)所对应的负重量，通过回归方法进行综合分析和确定适宜负重。 结果 坡度为0°、5°、10°时，适宜负重分别为20.5、13.8和7.1kg，坡度为15°时，几乎不宜负重。 结论 在海拔3700m高原，坡度每增加5°，适宜负重减少约7kg。
中图分类号：R594.3 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)03-0223-03
, 百拇医药
The Relationship Between Optimum Carriage
Load and Slope at High Altitude of 3700m.
YIN Zhao-yun
Institute of Hygiene and Environment Science,Academy of Military Science,Tianjin,300050
ZAN Jun-bing,SUN Xing-bin,MA Zhi,NAN Wen-kao,WANG He-xin.Space Medicine & Medical Engineering,1999,12(3):223～225
Abstract: Objective To observe the relationship between optimum carriage load and slope at high altitude. Methods Optimum carriage load was investigated in twelve healthy young men at an altitude of 3700 m.The subjects marched on a treadmill for 10 min at walking speed of 4.0 km/h with different slops(0°,5°,10°,15)and carriage loads(0,7,14,21 and 28% body weight).Ventilation (VE)，heart rate (HR) and energy expenditure (E) during marching were measured.The optimum carriage load was estimated by finding the break point of the systematic increase in VE,HR and E. Result Optimum carriage load at walking slope of 0°,5°,10°and 15° were 20.5,13.8,7.0 and 0.4 kg,respectively. Conclusion The relationship between the reduction in optimum carriage load and slope has bee estimated to be on the order of about 7 kg for every slope of 5° at high altitude of 3700 m.
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Key words：plateau;heart rate;energy metabolism;carriage load
平原人进驻高原后劳动能力明显下降，超过海拔1500m，每升高1000m最大耗氧量下降约10%，影响作业人员在高原上的步行速度与步行时的负重。适宜负重可使负重者在一定时间里保持连续步行作业的能力，并不发生过度疲劳和高原病。因此，研究高原步行时的适宜负重有重要意义。在60年代印军曾进行了高原单兵适宜负重的研究[1～3]，70年代美苏两军也开展了高原士兵能量消耗预测工作[4]。我们曾报道了青年人在不同海拔高度不同步行速度条件下的适宜负重以及三者之间的量变关系。本实验在上述工作基础上探讨了高原步行适宜负重与坡度的关系，为高原作业人员合理负重提供科学依据。
方 法
实验对象 本实验在新疆三十里营房(海拔3700m)进行。受试者为12名移居半年以上的健康男性青年，年龄18～22岁，身高160～178cm，平均体重58.0kg。受试者在跑台上进行步行实验，速度为4.0km/h，坡度与负重见表1。按交叉设计，每名受试者参加不同负重与不同坡度组合试验，每次试验行军10min，两次试验间隔时间大于20h。
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表1 海拔3700m高原步行坡度与负重
Table 1 Slope and carriage load at Altitude of 3700m 坡度(°)
(slope)
负重(体重%)
(carriage load,% of body weight)
0
0
7
14
21
28
, 百拇医药
5
0
7
14
21
28
10
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7
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, 百拇医药
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观察指标与方法 观察指标为肺通气量(VE)、心率(HR)和能量消耗率(E)。用多氏袋收集呼出气体，用气体流量计测量VE；用氧和二氧化碳分析仪(CYES-Ⅱ，上海)分析呼出气氧和二氧化碳含量，依公式计算E；用血氧饱和度仪(BIDCH3042，美国)记录HR。
试验程序 受试者静坐10min，测量安静VE、HR和E。在跑台上进行模拟步行至第10min时重复测量上述指标。
确定适宜负重的根据 首先找出在不同坡度上进行模拟步行时，受试者VE、HR和E随负重增加而出现非线性增加(拐点，与前一测量值比差别显著)所对应的负重。在此基础上，对三项指标所估计的适宜负重进行回归分析和综合评价，确定在海拔3700m高原，步行速度为4.0km/h，不同坡度条件下的适宜负重。
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结 果
VE、HR和E的改变 现将步行速度为4.0 km/h，坡度为5°，不同负重条件下VE、HR和E的变化绘图于1。可见，VE、HR和E随负重 增加而增加，当负重增加到某一量时，该三项指标均呈非线性增加，形成转折点(与前一测量值比，P<0.05或P<0.01)，简称拐点。三项指标的拐点所对应的负重均为体重的21.0%，相当于13.2 kg[58 kg(体重)×21.0%+1 kg(着装)]。坡度为0°、10°和15°时，VE、HR和E的变化趋势同于图1，不再一一绘出。在海拔3700m高原，步行速度为4.0 km/h，坡度为0°、5°、10°和15°条件下，VE、HR和E的拐点值列于表2。
表2 不同坡度条件下VE、HR和E的拐点值
Table 2 Break point of systematic increase in VE,HR and energy expenditure at different slopes 坡度(°)
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(slope)
拐点值(break point)(kg)
VE
HR
E
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不同坡度条件下适宜负重的确定，从表2可以看出，不同指标所估计的适宜负重是不同的，而仅以单一指标确定适宜负重又是不全面的。为此，采用回归方法对4个坡度和12个拐点值进行综合分析，建立适宜负重与坡度之间的关系。设负重为Y(kg)，坡度为X(°)，经计算得Y=20.543-1.345X,r=-0.96616。由式1可得不同坡度条件下的适宜负重，见表3。
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图1 海拔3700 m、5°坡度和4.0 km/h速度步行时VE、HR和E随负重量增加出现非线性增加的“拐点值”
*P<0.05，与前一测量值比
Fig.1 Break point of systematic increase in VE，HR and E at slope of 5°,walking speed of 4.0 km/h and altitude of 3700 m
*P<0.05，as compared with the previous value
表3 不同坡度条件下适宜负重
Table 3 Optimum carriage load at different slopes 坡度(slope)(°)
, 百拇医药
适宜负重(optimum carriage load)(kg)
0
20.5
5
13.8
10
7.1
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0.4
讨 论 在确定高原步行时适宜负重的方法上，本工作参考了国外有关文献和我军平原单兵适宜负重的研究方法[6]。首先，在评价指标上，能量代谢率是衡量人体劳动强度的主要指标。劳动强度在很大程度上取决于心功能，而心率是反映心功能的主要指标。其次，在评价方法上，在递增负荷运动中，VE、HR和E随负重增加而增加，当负重增加到某一量时，则出现非线性增加，形成拐点，这表明劳动能力和工作效率开始下降。因此，一般把拐点所对应的负重看作适宜负重。为更好地确定适宜负重，本研究选择了三项指标，并通过回归分析对不同坡度条件下三项指标的拐点值进行了综合评价。
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在预试中，设计7个负重量，即徒手(体重0%)、7、14、21、28、35和42%体重。在预试中发现，当负重量为体重的35%以上时，受试者已出现力竭现象。为安全起见，在正式实验中，选择了体重的28%以下负重。本实验证明，用这5个负重，从VE、HR和E的变化来看，都能看到拐点值。
负重、步行速度和路面坡度三因素密切相关，尤其是坡度对负重的影响更大。从本实验看出，在海拔3700 m高原步行速度为4.0 km/h时，坡度每增加5°，适宜负重减少约7.0 kg，下降32.7%。在坡度为15°时，几乎不宜负重。Ramaswamy[1]在海拔2270 m高原上对3名受试者进行了坡度、负重与行军速度的试验，结果表明，在速度为4.4 km/h和无坡度情况下，适宜负重为20.0 kg。本研究表明，在海拔3700m高原、速度为4.0 km/h和坡度为0°(无坡度)时，适宜负重为20.0 kg。这个负重接近于在平原步行速度为5.0km/h时的适宜负重[6]。当适宜负重同样是20.0 kg左右，在海拔3700 m高原上速度比平原的速度约减慢1.0km/h，减少20.0%。看来，高原对步行速度和负重有明显的影响，这主要是由于高原缺氧所致。
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本文通过跑台试验提出在海拔3700m高原、步行速度为4.0km/h，不同坡度条件下的适宜负重，它对于确定合理负重有重要意义。
参考文献
[1] Ramaswamy SS,Due GL,Raizada VK et al.Study of load carriage at high altitude.I Relative effects of the magnitude of the load carriage and the steepness of the terrain on the optimal spee of march[J].Proc Natl Inst Sci India,1964,30(5):567～575
[2] Nag PK,Sen RN,Ray S.optimal rate of work for mountaineers[J].J Appl Physiol,1978,44:952～955
, 百拇医药
[3] Nayar HS.Human working capacity and load carriage at varying altitudes[M].In:Human adaptability to environment and physical fitness,edited by MS.Malhotra.New Delhi,India:Deffence Inst.Physiol.Allied Sci,1996：325～344
[4] Cymcrman A,Pandolf KB,Young AJ et al.Energy expenditute during load carriage at high altitude[J].J Appl Physiol,1981,51(1):14～18
[5] 尹昭云，昝俊平，孙兴斌等.青年人在高原适宜负重的实验研究[J].航天医学与医学工程，1994，7(3)：202～208
[6] 中华人民共和国军用标准GJB-113-86.单兵适宜符荷量标准[S]，1986
收稿日期：1998-08-31, 百拇医药