路飛揚 ，戴劍松 ，李松駿

（1.南京體育學院 運動健康科學系，江蘇 南京 210014；2.南京中醫(yī)藥大學 基礎醫(yī)學院，江蘇 南京 210023）

加速度傳感器是比計步器更為復雜的運動傳感器，它能夠測量身體活動時的加速度。加速度傳感器在國際上經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為目前唯一一種應用于大樣本人群體力活動研究的客觀測量方法。Actigraph加速度傳感器是新一代加速度傳感器，它可以感應到0.05-2.0個重力加速度，并且以60s采樣1次的頻率儲存22天的活動計數(shù)。

自行車是一種較為常見的交通工具，越來越多的人喜歡騎自行車出游。目前，國內(nèi)外通常將加速度傳感器用于研究測量步行與跑步這一類型的體力活動，而關(guān)于自行車的研究相對缺乏。同時，考慮到中國人群往往將自行車作為上下班或近距離的代步交通工具使用，而國外往往將自行車運動作為一種休閑活動，因此國外制定的《體力活動概要》（Compendium of Physical Activities）（以下簡稱《概要》）是否適用于中國人群就有待研究。本研究利用COMSED K4b2TM便攜式心肺功能儀和Actigraph GT3X加速度傳感器測量自行車運動的能耗，將MET作為評價能耗的單位，標準MET定義為COSMED K4b2TM便攜式代謝測試系統(tǒng)測量得到攝氧量（ml/kg/min）除以3.5ml/kg/min，即實際能耗，將預測MET定義為根據(jù)Actigraph GT3X的計算模型計算所得的MET平均值。本研究第一個目的是將標準MET值與2011年版《概要》相應活動的參考MET值進行比較，研究2011版《概要》中自行車運動能耗參考值是否適用于中國人群；本研究第二個目的是通過將佩戴在不同部位（腰部和腳踝部）的加速度傳感器記錄的counts值進行比較，對比腰部與腳踝部的預測MET值，研究傳感器佩戴在腳踝是否比佩戴在腰部更能準確地反映自行車運動的能耗；第三個目的是通過對比根據(jù)FreedsonVM3計算模型（METs=0.000863（VM3）+0.668876 R2=0.78，SEE= ±1.3 METs）計算的預測MET值和標準MET值，研究Freedson的計算模型是否適用于計算自行車運動的能耗，并且驗證本研究推導的計算模型（METs=0.000405（VM3）-0.00806 R2=0.85 SEE=0.69METs）是否更適用測量自行車運動的能耗。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

隨機選取南京體育學院運動健康科學系大二學生共20人，男生10名，女生10名，受試學生簽署實驗執(zhí)行同意書。研究對象一般情況見表1，男性身高、體重與女性相比有統(tǒng)計學差異（P＜0.01），BMI無統(tǒng)計學差異（P＝0.5066）。

表1 研究對象一般情況

1.2 研究方法

1.2.1 形態(tài)測量

采用標準方法測量受試者身高、體重，計算BMI指數(shù)（體重/身高2）。BMI指數(shù)計算采用如下方法：

BMI=體重（kg）/身高2（m2）

1.2.2 自行車測試

受試者背負COSMED K4b2TM便攜式心肺功能儀在400m標準田徑場上進行騎自行車測試，速度分別為10mph慢速騎車和13mph中速騎車，分別騎行6min。測試的同時，受試者在腰部和腳踝部同時佩戴Actigraph GT3X三軸加速度傳感器。測試采用捷安特全新普通直徑26英寸普通自行車，自行車上安裝速度計，以保證受試者以相對恒定速度騎行。

1.3 測試設備

1.3.1 便攜式代謝測試系統(tǒng)

采用意大利產(chǎn)COSMED K4b2TM便攜式代謝測試系統(tǒng)進行測試。

1.3.2 Actigraph GT3X三軸加速度傳感器

Actigraph GT3X三軸加速度傳感器是美國產(chǎn)小型運動傳感器，受試者通過彈性腰帶將Actigraph GT3X三軸加速度傳感器固定于左髖髂前上棘與腋前線交叉處和腳踝處。

1.4 數(shù)據(jù)采集

采用COSMED K4b2TM便攜式代謝測試系統(tǒng)測量得到攝氧量值，Actigraph GT3X三軸加速度傳感器經(jīng)軟件計算得到能耗數(shù)據(jù)。

1.5 統(tǒng)計方法

采用SAS JMP軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,采用均數(shù)和標準差（mean+/-sd）對各變量進行描述。比較標準MET與測量MET是否存在差異，所采用的統(tǒng)計學方法是計算標準MET值與加速度傳感器預測MET值的誤差，并計算誤差的置信區(qū)間，若置信區(qū)間包含0，則與實際能耗相符；不包含0，且上下限為負，則低估了實際能耗，上下限為正，則高估了實際能耗。

2 研究結(jié)果

2.1 2011版《體力活動概要》與本實驗最接近的項目MET值匯總

為比較了解中國人群經(jīng)實驗測量的標準MET及測量MET與《概要》中所制訂的參考MET是否一致，本研究搜尋和比對了《概要》中與本實驗所進行的自行車活動接近的項目，并將這些項目的MET值、國際代碼以及一般性描述匯總?cè)缦拢ㄒ姳?）。

表2 2011年版《體力活動概要》與本實驗測試項目接近項目匯總

2.2 本實驗標準MET與參考MET比較

本實驗所測得的標準MET與參考MET比較見表3，將標準MET與參考MET比較后發(fā)現(xiàn)，慢速騎車其標準MET顯著低于參考MET，快速騎車高于參考MET。

2.3 Actigraph GT3X counts分析

表3 本實驗標準MET與參考MET比較

統(tǒng)計結(jié)果表明，無論是慢速騎車還是快速騎車運動，佩戴在腳踝處的加速度傳感器記錄的各個方向的counts平均值明顯大于佩戴在腰部的counts平均值（P＜0.05）（見圖1）。由于自行車運動主要是下肢運動，佩戴在腰部的加速度傳感器在勻速運動的情況下感受到的加速度明顯不如腳踝處的多，因此佩戴在腰部的加速度傳感器記錄的counts明顯小于腳踝部的counts，也就是說，佩戴在腰部的傳感器肯定會低估自行車運動的能耗。

圖1 Actigraph GT3X counts

2.4 COSMED K4b2TM和Actigraph GT3X測量能耗結(jié)果分析

2.4.1 COSMED K4b2TM及Actigraph GT3X測量能耗情況

COSMED K4b2TM測量的標準MET值及Actigraph GT3X預測MET值（腰部及腳踝）統(tǒng)計結(jié)果見表4和圖2，可以看出無論慢速還是中速騎車運動，運用FreedsonVM3模型計算的腰部預測MET平均值顯著低于標準MET平均值（P＜0.05），而腳踝預測MET平均值則顯著大于標準MET平均值（P＜0.05），本研究推導的模型計算的預測MET平均值與標準MET平均值基本一致。

表4 標準MET值與預測MET值比較

圖2 標準MET值與預測MET值比較

2.4.2 標準MET值與本研究預測MET值誤差

經(jīng)統(tǒng)計比較發(fā)現(xiàn)，標準MET值與腰部預測MET值的誤差置信區(qū)間上下限均為負，說明腰部預測MET值低估了實際能耗；而標準MET值與腳踝部預測MET值的誤差置信區(qū)間上下限均為正，則說明腳踝部預測MET值高估了實際能耗；標準MET值與本研究預測MET值的誤差置信區(qū)間包含0，說明本研究預測MET值與標準MET值即實際能耗相符，沒有顯著差異（見表5）。

表5 標準MET值與預測MET值誤差比較

3 分析與討論

3.1 標準MET值與參考MET值比較分析

本研究首先將本實驗中測量的慢、中速自行車的標準MET值與《概要》中最接近的運動項目的參考MET值進行比較（表3），發(fā)現(xiàn)慢速騎車標準MET顯著低于參考MET，快速騎車高于參考MET，可見國外MET參考標準并不完全適合中國人群，因此有必要制定中國人群體力活動MET參考標準。

3.2 佩戴在不同部位（腰部和腳踝部）的加速度傳感器結(jié)果對比

隨著新一代便攜式代謝裝置的出現(xiàn)，研究多種類型體力活動成為可能，隨之而來的是20世紀90年代以后，更多學者研究加速度傳感器測量人們?nèi)粘Ｉ钪械幕顒?，這些活動往往是動態(tài)和靜態(tài)復合型的，如家務活動、除草園藝活動等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)根據(jù)步行所推導的方程明顯低估生活活動的能量消耗，這是因為日常生活活動，如家務活動常常包含上肢活動，而固定在髖部的加速度傳感器是無法感應上肢活動的。本研究中，自行車運動作為上肢相對靜止而下肢進行周期性蹬踏動作的一項體力活動，腰部所產(chǎn)生的加速度大大少于腳踝產(chǎn)生的加速度，因此佩戴在腰部的加速度傳感器所記錄的counts值往往會低估了實際所產(chǎn)生的能耗，而腳踝相比于腰部能更準確地記錄自行車運動時所產(chǎn)生的加速度，也就是說理論上佩戴在腳踝部的加速度傳感器比腰部更能準確地反映自行車運動的能耗。

3.3 不同回歸方程對傳感器效度的影響

通過上文標準MET值與預測MET值的比較發(fā)現(xiàn)，運用傳統(tǒng)計算模型（METs=0.000863（VM3）+0.668876 R2=0.78，SEE=±1.3 METs）計算得出的腰部預測MET值明顯小于標準MET值，腳踝部的預測MET值又明顯大于標準MET值?？梢?，雖然腳踝部的加速度傳感器能較準確地記錄下自行車運動所產(chǎn)生的加速度，但傳統(tǒng)的計算模型還是不能準確地計算出實際能耗。產(chǎn)生這一結(jié)果是加速度傳感器先天弊端所決定的，固定于某一部位的加速度傳感器無法準確記錄上肢下肢和軀干的所有活動情況，因為回歸方程是基于某項或者某幾項活動的結(jié)果計算得到的。因此，特定的方程最好只應用于特定的幾項活動的能耗推算，而不能將該方程應用于所有類型的體力活動。也就是說加速度傳感器記錄與能耗水平之間的關(guān)系完全取決于測量的活動類型，單個方程難以精確測量人們?nèi)粘Ｉ钪械乃畜w力活動。本研究針對佩戴在腳踝部的加速度傳感器所記錄的counts推導了Actigraph GT3X三軸加速度傳感器總體矢量一元線性回歸方程：METs=0.000405（VM3）-0.00806（ R2=0.85 SEE=0.69METs），將本研究預測MET值與標準MET值進行比較發(fā)現(xiàn)，其誤差置信區(qū)間包含0，說明本研究預測MET值與標準MET值實際能耗相符，本研究所推導的方程可以根據(jù)佩戴在腳踝上的加速度傳感器準確計算自行車運動的能耗。本研究推導的方程對日后應用加速度傳感器測量自行車運動的能耗將具有重大的意義，特別是對大樣本人群進行測量，既保證了效率也保證了效度。

4 結(jié)論

國外MET參考標準并不完全適合中國人群，因此有必要制定適合中國人群日常體力活動MET參考標準。測量自行車運動能耗時，應用FreedsonVM3計算模型計算腰部或腳踝部的counts值都不能準確得出自行車運動的能耗，而應用本研究推導的一元線性回歸方程針對腳踝部記錄的counts可以準確計算出自行車運動的能耗。因此，本研究推導的方程用于測量自行車運動的能耗是非常合適的，同時也為應用加速度傳感器測量大樣本人群的自行車運動能耗提供了有利的參考。

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