体力活动测量方法研究进展



2008 年 11 月
体育与科学
Journal of Sport s and Science
Nov. 2008 Vol . 29   . 6 ( Total No . 1
  75) No
第 29 卷   6 期 ( 总第 175 期)   第
体力活动测量方法研究进展
汤   1 , 王香生2 , 盛   1 强 蕾 1 TAN G Qiang , WAN G Xiangsheng2 , S H EN G Lei1
A Revie w of Physical Activity Measurements
摘要 : 体力活动水平与健康之间存在着剂量反应 ,如何准确测量体力活动水平是研究人员关心 的问题 。本文综述了体力活动研究的几种主要方法 : 行为观察法 ,双标水法 , 间接热量测量法 , 心率法 ,运动传感器法 ,问卷法 。双标水法被认为是人体能量消耗测量的金标准 , 间接热量测量 法也经常被用来校正其他测量方法 ,但这两种方法很难在大规模人群中应用 。运动传感器和问 卷法是在大规模人群中应用比较多的两种方法 。 关键词 : 体力活动 ; 测量 ; 综述 中图分类号 : G8
  04. 49    文献标识码 :A    文章编号 :1004 - 4590 (20
  08) 06 - 0079 - 08
Abstract : The do se - response relationship between p hysical activity level and healt h has been p roven , so t he measurement s of p hysical activity are concerned by researcher. This paper re2 viewed t he main met hods of Physical activity assessment : behavioural observatio n , doubly la2 app rop riate for large - scale st udies. Motio n sensors and questio nnaires have t he advantage t hat Key words : p hysical activity ; measurement ; review co uld been applied in large pop ulatio n. belled water , indirect calorimet ry , heart rate , motion sensors , questionnaires. The do ubly la2 belled water is t he gold standard of human energy expendit ure assessment , and t he indirect calo2 rimet ry should be used as criterion measurement fo r validatio n. But t hese two met hods may not
   随着科技发展 , 工业生产和生活设施自动化程度逐渐提 高 ,人们的体力活动 ( Physical Activity , PA ) 呈现明显的减少趋 势 。2004 年英国 [1 ] 发表报告称英国国民有三分之二的成年男 性及四分之三的女性缺乏运动 ,同时有近四分之一的成年人群 达到肥胖 。体力活动缺乏 ( Physical Inactivity) 带来的危害是显 而易见的 。1992 年 [6 ] 美国心脏协会 ( American Heart Associa2 tio n) 发表报告 ,将体力活动缺乏列为心脏病第四大可改变危险 因子 。W HO [2 ] 于 2002 年的报告把体力活动缺乏列为导致发 达国家人口死亡的十大原因之一 ,每年大概有一百九十万人死 亡于体力活动缺乏有关 。流行病学研究 [ 3 ] , [ 4 ] 发现体力活动缺 乏是冠状动脉粥样硬化的早期诱因之一 。而经常性的体力活 动可以为健康带来诸多的好处 ,可以使成年人的早期死亡率下 降 20 - 30 \\\\\% ,可以使冠心病 、 型糖尿病 、 Ⅱ 中风等慢性疾病发病 率下降 50 \\\\\%[ 1 ] 。对于儿童而言 ,体力活动可以促进他们的生长 发育 ,保持能量代谢的平衡 , 促进心理健康 [1 ] 。适量的体力活 动对于老年人同样重要 ,体力活动可以减少老年人慢性病的发 病率 ,可以减缓肌肉力量的衰退 , 保持平衡能力 , 保持骨健康 ,
3 收稿日期 :2008 - 09 - 24
3
保持心理健康 ,这些对提高老年人的生活质量很重要 [1 ] 。

  1  体力活动的概念
体力活动的概念很广 ,并且易与其它概念混淆 。已经被普
遍接受的是 Caspersen CJ 等人 [5 ] 的定义 “任何由骨骼肌收缩 : 引起的导致能量消耗的身体运动” 。日常生活的体力活动可以 分为工作 ,家务 ,交通 , 体育运动 , 娱乐活动等 。这里应该指出 的是锻炼 ( Exercise) 的概念不同于体力活动 ,前者从属于后者 。
Caspersen CJ 等将锻炼定义为 “有最终和阶段目标的 , 有计划
pendit ure , EE) 。由体力活动的定义可以看出 ,有体力活动就有
作者单位 :
  1. 江苏省体育科学研究所 , 南京 210014 ;
  2. 香港中文大学 ,体育运动科学系 。
的 ,有组织的 , 重复的 , 以保持和/ 或提高体适能 ( Physical Fit2
ness) 为目的的体力活动” 。
能量消耗 ,体力活动的多少与能量消耗成正比关系 。人体每天 的能量消耗 ( Total energy expendit ure , TEE) 由这几部分组成 :
与体力活动相关的一个重要概念是能量消耗 ( Energy Ex2
·7 9 ·
体育与科学                            6 期 第
基础代谢 (Basical metabolic rate , BMR) , 与体力活动相关的能 量 消 耗 ( Physical Activity - associated energy expendit ure , A EE) ,膳食相关能量消耗 (Diet - induced energy expendit ure ,
D EE) [9 ] 。BMR 是最主要的部分 , 占到 60 - 70 \\\\\% 。影响 BMR
的主要因素是年龄 、 性别 、 身体成分等 。A EE 占到 20 - 30 \\\\\% , 虽然要远低于 BMR ,但 A EE 受到体力活动多少的直接影响 ,是 机体能量消耗变化最大的部分 , 也是最重要的可调节部分 [9 ] 。 A EE 在 TEE 中所占的比例反映出体力活动的多少 。

  2  体力活动与健康的剂量反应关系
体力活动可以促进健康已经成为共识 , 为了促进健康最少 需要的体力活动量成为研究人员关心的问题 。Lee 等 [69 ] 综述 了 44 篇有关体力活动与健康关系的研究认为 , 有充足的证据 证明体力活动的量或者体适能 ( Physical fit ness) 水平与各种原 因的死亡率呈反比的剂量反应关系 。体力活动的剂量一般定 义为体力活动的量 ,包括体力活动的强度 、 频率和持续时间 [69 ] 。 [69 ] Lee 等 认为这种剂量反应关系呈某种平滑曲线关系 ,而不是 L 型曲线关系 ,不存在某个阈值点 。换句话说 ,即使是体力活动 量轻微的增加都可以带来相应的健康益处 , 而不是一定要达到 某个较高的水平才能得到益处 , Kushi 等人 [70 ] 的研究也证明了 这一点 。并且这种剂量反应关系在男性和女性 ,年轻人和老人 人群中都存在 [ 69 ] 。对大众的公共健康来说 ,使大众从体力活动 缺乏状态向中低强度体力活动状态转变可以使患病率和死亡 率大幅度的下降 ,有报告 [1 ] 称每周 500 - 1000 大卡的体力活动 能量消耗可以使死亡率下降 20 - 30 \\\\\% 。 体力活动与健康之间存在着明确的剂量反应关系 ,因此在 进行体力活动干预 、 不同类型体力活动与健康因素的剂量反应 等研究时精确的测量体力活动很必要 。
方法 [39 ] 。观察者要记录观察对象的行为信息 ,活动类型 ,频率 , 活动时间 。根据这些信息 , 对照各种活动的能量消耗量表 , 可 以计算出观察对象在一段时间内的能量消耗 [39 ] 。 行为观察法的最大好处在于可以记录观察对象活动时的 背景信息 ,这对于以改变久坐习惯为目的的认知 - 行为研究是 非常重要的 [ 9 ] 。另外行为观察法也可用于其它的研究方法不 能适用的儿童人群 [39 ] 。不过 , 观察对象在知道自己被观察时 , 有可能会改变通常的行为习惯 [39 ] 。经过训练的观察者可以比 较精确的记录观察对象的行为信息 ,测量结果也有比较高的精 度 [ 39 ] ,Bailey 等 [54 ] 用间接热量测量方法在实验室里验证 30 种 活动 ( 步行 、 、 、 坐 站 骑自行车 、 跑步等 ) 观察方法 ,两者测试结果 的相关系数为
  0. 95 。但这需要观察者一对一地观察对象 , 且 在观察时间比较长时精度会出现下降 , 因此这种方法只能应用 于短时间小样本研究 。这种研究相当费时 ,而且研究费用比较 高。
  3. 2   W ( Do ubly Labelled Water) 法 DL 将 DL W 方法应用与人体能量消耗测试最早由 Schoeller
DA 等人倡导 [ 10 ] , [12 ] 。 W 的原理很简单 。受试者摄入一定数 DL 2 18 量已知浓度的 H 和 O 两种同位素标记的双标水 ( 2 H 2 18 O) 。

  3  体力活动的测量与评价
体力活动是一个比较复杂的概念 , 评价的指标比较多 , 通 常包括频率 ( Frequency) 、 持续时间 (Duratio n) 、 强度 ( Intensit y) 等 。频率是指 “在指定的时间内体力活动的次数”持续时间指 , “一次体力活动的时间” 强度是指 , “参加体力活动的生理努力 程度” [ 5 ] 。 试图精确的测量体力活动是一件很困难的事情 。理想的 测量方法应该具有这些特点 ,准确 、 客观 、 简便易行 、 低成本 、 无 干扰 、 易于被接受 、 可以记录体力活动的细节 、 可以在人群中大 规模的应用 [8 ] 。但目前还没有一种理想的方法可以进行精确 的测量 。常用的测量方法有以下几种 : 行为观察法 , 双标水法 (Doubly - labeled Water , DL W) , 间 接热 量 测 定 法 , 心 率测 试 法 ,运动传感器法和问卷法 。 目前对于体力活动状态的评价最为重要的是测量体力活 动的能量消耗 。直接测试的方法是让受试者处于一个完全隔 热的房间内 , 精确测量和记录他们产生的热量 ( 包括蒸发 , 辐 射 ,对流和传导) [ 18 ] 。直接的能量消耗测量是最为精确的方法 , 但是这种方法只限在实验室中进行 ,在体力活动研究中很难进 行 ,因此体力活动能量消耗测量都采用多是间接方法 [9 ] 。

  3. 1   行为观察法
双标水进入人体后均匀的分布与体内 , 参与体内的代谢过程 。 经过一段时间的代谢 , 2 H 以 2 H 2 O 形式从体内消除 , 18 O 以 H 2 18 O 和 C 18 O 2 两种形式消除 。在一段时间后 ( 5 - 14 天 ) 根据 2 H 和18 O 两种同位素消除率的差异 ,可以计算出这一段时间内 体内 CO2 的生成率 ,进而可以计算出能量消耗 [ 10 ] 。 DL W 的方法的好处有几个方面
  1) 测试精度高 ,DL W 的测 试结果与热量测试结果的误差在 3 \\\\\% - 8 \\\\\%之间 [ 10 ] ,[ 11 ] ,Black A E[ 14 ] 综述了 25 篇有关 DL W 的研究发现 , 个体重复测试的误 差低于 8 \\\\\% 。DL W 的测试的效度已经通过热 量测试房 在成 人 [ 10 ] , [11 ] , [ 12 ] 和婴儿 [ 13 ] 中得到验证 。但是目前还没有在儿童人 群验证的报导 ,可能是因为长时间在热量房中测试很难得到儿 童及其父母的同意 。
  2) DL W 测试没有痛苦 , 取样方便 , 对受试 者的日常生活没有干扰 , 测试的结果更加接近与其真实情况 。
  3) 测试结果可以反映比较长时间 ( 1 - 3 周 ) 内的能量消耗情 况 [ 10 ] , [12 ] 。
  4) DL W 测试方法适用于多种人群 ,如早产儿 ,病人 , 儿童 ,肥胖人群 ,孕妇 , 哺乳期妇女 , 老人等几乎所有年龄的人 群 [ 15 ] 。 精确度高 ,适用人群广等特点使得 DL W 成为人体能量消 耗测试的金标准 [9 ] ,但是此方法的一些不足之处限制了它的使 用 :
  1) 双标水价格昂贵 , 分析设备价格也很高 , 因此 DL W 不适 合于在大规模人群中使用 [9 ] 。2 ) DL W 可以测试一段时间内总 的能量消耗 ,但是不能反应出 A EE ,BMR 和 D EE 的比例 [16 ] ,如 果将 DL W 和间接热量测试相结合可能会更加理想 。3 ) DL W 的测试至少要三天以上 , 测试结果只能得到 TEE , 却不能分析 能量消耗的时间模式 [ 11 ] 。
  4) DL W 在实验室和场地测试中都可 以使用 ,但有研究指出 , 在场地测试中其准确度会有一定的下 [15 降 ,大约是 5 \\\\\% 。 ] 。
  3. 3   间接热量测试法 ( Indirect Calo rimet ry) 间接热量测试法是通过气体代谢分析 ( 在密闭空间内或者 带呼吸面罩) 测量受试者的摄氧量 ( VO2 ) , 进而计算能量消耗 的方法 [17 ] 。 间接热量测试方法被认为是精度比较高的测试方法 [18 ] 。 通常情况下间接热量测试法用于评定其它测试方法的效度和 可靠性 ,如心率测试法 , 计步器法 , 加速度计法和主观方法等 。
行为观察法是较早使用的体力活动测量方法之一 [9 ] 。早 期的观察法用于观察工人的工作效率和疲劳 , 用于研究其它方 法不适用的学龄前儿童和学童 ,用于评价其它的体力活动测量
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第6期
传统的气体分析装置都比较大 , 测试只能在实验室内进行 。近 年来随着技术的发展 , 出现了不少携带型的气体代谢测试仪 , 如 Metamax 和 Co smed K4 b2 [19 ] 。这 些 便 携设 备 优 点 在于 轻 便 ,可以准确的分析安静和运动状态下每次呼吸的气体交换情 况 ,计算出能量消耗 , 这些设备在安静和运动状态下测试的效 度和可靠性已经得到验证 [ 20 ] ,[ 21 ] 。但是在不同环境下运动中效 度的测试还没有进行 [19 ] 。便携设备价格比较高 ,另外持续工作 时间也比较短 ,一般不超过 5 小时 , 这都限制了其在日常生活 体力活动测试中的应用 。目前便携设备主要用于小规模 、 短时 间运动状态下的气体代谢测试研究 。
  3. 4   心率 ( Heart Rate , HR) 测试法 心率是一个简单的测试指标 。现在的心率记录设备多数 是由一个监测传输胸带和一个接受器组成 [ 23 ] , 体积很小 , 受试 者在佩戴后不会有不适感 ,也不会影响受试者的活动 。这些设 备可以记录每 15 秒至一分钟的心率 , 可以记录几个小时 ,甚至 几天时间 ,通过将数据传入计算机后 , 就可以对体
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