Actigraph加速度計在體力活動能量消耗測試中的研究進展

祝鵬 林家仕

摘要：目的：對Actigraph在體力活動能量消耗測試中的應用進行梳理總結。方法：運用文獻資料法對國內外Actigraph測量體力活動進行概括研究，找出研究的差異性。結果：國外使用Actigraph測量體力活動已經進行了大量大樣本的研究，并已運用各個階段人群，國內在此領域相對缺乏。結論：在使用Actigraph測量體力活動能量消耗中，歐美國家已進行大量研究，技術相對成熟，歐美國家所使用的能耗方程算法并不完全適用于中國人群。

關鍵詞：加速度計;體力活動;能量消耗

一、體力活動與能量消耗

體力活動是指骨骼肌運動引起能量消耗增加的身體運動[1]。根據世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計報告，因體力活動不足、不健康的生活方式造成的慢性疾病，占世界人口死亡率的63%[2-3]。體力活動缺乏、靜坐少動、吸煙喝酒等一系列的不健康生活方式，使慢性疾病發(fā)生率急劇上升，在中國，慢性病人群數約為3億，占用大量的醫(yī)療資源[4]。由此可見，體力活動對人體的重要性不言而喻，而與體力活動密切聯系的就是能量消耗。從體力活動的定義就可以知道，人體有骨骼肌運動，能量消耗就會增加，從而體力活動越高，能量消耗就會越大。一是人體的能量消耗是由基礎代謝;二是與體力活動相關的能量消耗;三是食物的特殊動力作用。而BMR受到年齡、性別及環(huán)境的影響，且控制其他變量，處于同一狀態(tài)的人，BMR相差不大。AEE是可變化的，并受到體力活動的影響是最大的[5]。由此，可以通過測試AEE來間接確定體力活動。

二、體力活動測試方法

體力活動測試的方法目前主流使用的問卷調查法、雙水標法、加速度傳感器法、心率法、間接熱量測定法等。這些方法各有優(yōu)缺點，同時它們的精確度、實用性和適用人群也不盡相同。

（一）問卷調查法

問卷調查法適用于進行大樣本中調查，該方法比較簡單，且成本較低。體力活動調查目前主要采用的國際體力活動問卷是由世界衛(wèi)生組織制定的[6]，它 分為兩類，一種是長問卷，另一種是短問卷[7]，受試者在填寫問卷過程中需回憶自己過去7天的體力活動情況，但這對于老人和兒童難度太大，需由專人輔助完成?？傮w來說，國際體力活動問卷（IPAQ）操作簡單、較為便捷、耗時較短，常用作調查大樣本量使用的方法。

（二）雙標水法、心率法和間接熱量測定法

在體力活動研究中，氣體代謝分析儀和雙標水法來測量能量消耗被人們稱為“金標準”[8]。雙標水法利用的是同位素標記法，標記后的雙表水在人體的進行新陳代謝。經過人體泌尿系統(tǒng)代謝分解，通過收集2 H2O、H 2 18O 和 C 18O2的變化，通過相關公式從而可以計算出能量消耗的情況[9]。便攜式氣體代謝分析儀（K4b2），它是通過人體呼吸的耗氧量和二氧化碳生成量，利用遙感技術進行監(jiān)測，通過相應的公式計算出能量消耗[10]。心率法則是通過測量單位時間內的心率、呼吸商等指標，通過個體指標計算出能量消耗最回歸分析。前兩種方法進行能量消耗的測試雖然精確，花費大，消耗大量物力財力，耗時長，還受制于人員和場地，只適用于小批量測試，不具備進行大批量體力活動測試。而心率法則適用于中高等體力活動，易受到個體影響，計算結果誤差較大。

（三）加速度傳感器

加速度計利用電子原理，在人體運動時記錄加速度。運動時肌肉做功的大小可以用運動加速度來反映，并由此通過公式計算出能量消耗[11]。它可分為兩類，一種是只能記錄一個軸方向的加速度的單軸加速度計，另一種是多軸加速度計，能記錄運動時水平、垂直、矢狀軸的加速度，其體力活動水平由測量的垂直軸、水平軸、矢狀軸上加速度來反映，其記錄值電信號經過數模轉化所得到的，同時加速度傳感器同時記錄VM和矢量，再通過相應公式計算能耗值，通常來說，VM 值越大，那么該時間段體力活動情況就越劇烈。加速度傳感器是一款操作簡單、便攜戴、結果精確的傳感器，通過其記錄的加速度計數，從而間接推算人體活動情況，反映低、中、高強度體力活動，根據相應公式推算出能量消耗值。加速度傳感器在世界各國已經大量用于大規(guī)模的體力活動調查，計算結果比較客觀、精確，能較好地反映出體力活動中的能量消耗。

三、Actigraph在體力活動中的運用

加速度傳感器在于體力活動，最早是用單軸加速度傳感器進行研究的，在眾多的加速度傳感器中，美國Actigraph公司生產的使用率最高。近年來，Actigraph公司逐漸推廣了GT3X、GT3XG+等多款三軸加速度傳感器，而Actigraph GT3X是目前國外應用最為主流的加速度傳感器之一，研究報道均表明 ActigraphGT3X 在人體運動能量消耗測量中不但具有較高的可靠性，而且具有較高的效度水平。在國內的研究中，趙壯壯等使用ActigraphGT3X、LivepodLP2、Armband三類加速度傳感器，通過不同速度跑臺測定三類加速度傳感器的信度和效度，實驗最后得出三種加速度計都具有較高的測量信度水平，并提出LivepodLP2可以準確測量出人體在慢走、快走和慢跑運動中的能量消耗值，并得出相對Armband 和 ActigraphGT3X 更適合中國人使用，以監(jiān)測人體體力活動和應用于健康管理[12]。而中國人與歐美人體力活動存在一定差異，因而加速度計對測試不同人群、不同年齡以及中國人體力活動數據建立新的以 counts 值為重要參數的能量推算方程，以提高其預測人體運動能量消耗精確度，這體力活動研究具有重要意義。

（一）Actigraph在不同年齡段人群的運用

在不同年齡段人群，由于工作、生活環(huán)境等差異性，在進行體力活動測定時，方法也存在不同，因此在測定體力活動時分年齡段測量，測量結果會更加準確。在國外研究中，C Delisle Nystr?m等用腕戴式ActiGraph wGT3x-BT用于估計5～6歲兒童的活動能量消耗，通過連續(xù)佩戴7天，使用的輸出是每日和清醒過濾矢量幅度的平均值（平均VM總數），最后得出手腕佩戴的ActiGraph wGT3x-BT與身體成分變量相結合，可解釋高達62%的AEE的變化，佩戴腕的ActiGraph更能準確地提供學齡前兒童體力活動[13]。Borghese等用ActiGraph GT3X +和Actical在9～11歲比較自由生活條件下兒童加速度計的體力活動變量，最后得出ActiGraphGT3X +和Actical可用于測量兒童的MVPA，但是體力活動強度的劃分比較依賴于數據處理中切點的選擇，選擇合適的能耗方程更易準確反映能量消耗[14]。全明輝等在研究中對369名兒童青少年佩戴ActiGraph GT3X，連續(xù)7天，用于測定每日的步行活動量[15]。王利軍[16]等學者在研究中發(fā)現，用Actigraph測量能量消耗時，同一能耗算法方程并不是適合所有人群，在對19～29歲人群進行不同時速的跑臺實驗中發(fā)現能耗算法與間接測熱法顯著相關，能耗預測方程FreedsonVM3 Combination（2011）更符合中國年輕人群。而在洪俊睿[17]等學者的研究中，以10～17歲青少年為研究對象，用Actigraph測量每天體力活動能量消耗，年齡越大，中、高強度體力活動越少。在使用Actigraph測試不同人群體力活動時，加速度傳感器對于不同年齡水平的能量消耗記錄信度和效度應該具有一定的差異性，在測量不同年齡人群體力活動水平中信效度問題有待更深入探討，不是采用統(tǒng)一的方法，而是要根據測試對象，選取合適的身體佩戴位置，采樣時間，根據測試者的年齡選取合適的能耗方程計算體力活動，這樣結論才加精確。

（二）Actigraph在運動中的運用

人體在進行運動鍛煉時，并不知道準確的能量消耗，了解人體運動時能量消耗能科學指導鍛煉。加速度傳感器在國外已經大量應用于大樣本人群體力活動能量消耗的測量，而在國內此類的研究并不多見。袁川等[18]在研究中采用Actigraph GT3X對非周期性運動進行能量消耗測試，以K4B2測量值作為校標，在人體五個不同位置部位佩戴Actigraph GT3X，結果發(fā)現基于Actigraph GT3X所建立的能耗預測方程能對網球運動進行有效的運動監(jiān)測。陸樂[19]等在研究中讓20名受試者同時佩戴RT3 加速度傳感器和 Actigraph，以 3.2 km/h、4.8 km/h、6.4 km/h、8.1 km/h、9.7 km/h的速度完成跑步，控制其他因素得出RT3 三軸加速度傳感器測量能耗值均高于實際能耗值，適合于測量步行等中低速度體力活動的能量消耗;Actigraph 單軸加速度傳感器測量能耗值均低于實際能耗值，其較適合于測量跑步等較快速度體力活動的能量消耗。王道[20]等學者利用Actigrahp GT3X加速度計測量成年男、女快走、慢跑運動項目的能量消耗，以便攜式氣體分析儀作為校對標準，同時佩戴Actigrahp GT3X，依次完3.0km/h、4.5km/h、4.5km/h，每個項目完成后，至少間隔5min，并得出在走跑運動中Actigrahp GT3X能耗方程具備較高的準確性。

四、小結

（1）使用Actigraph加速度傳感器測量體力活動能量消耗是在國外已被證實，各種加速度傳感器在效度上具有差異性;（2）使用Actigraph加速度計測試體力能量消耗活動過程中，針對不同人群要選擇合理的能耗方程算法;（3）在測試非周期運動能量消耗中，選擇正確的佩戴位置更能準確反映出運動時的能量消耗。

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