王 道，劉 欣，江崇民，徐亮亮，王 歡，王晶晶，王 靜

ActiGraph加速度計(jì)測(cè)量走、跑運(yùn)動(dòng)時(shí)基本參數(shù)特征及與能耗的相關(guān)性研究

王 道1，劉 欣1，江崇民2，徐亮亮1，王 歡2，王晶晶1，王 靜1

研究目的：探討分析GT3X+測(cè)量成年男、女走、跑運(yùn)動(dòng)能耗時(shí)加速度計(jì)基本參數(shù)的特征及其與能耗之間的相關(guān)性。研究方法：采用K4b2便攜式氣體代謝分析儀和ActiGraPh GT3X+同步監(jiān)測(cè)51名20～30歲成年受試者(男25名，女26名)，依次完成3.0 km/h、4.5 km/h、4.5 km/h加10%坡度、6.0 km/h和7.5 km/h跑臺(tái)走、跑運(yùn)動(dòng)。結(jié)果：1)無論男、女，隨著走、跑速度的增加，VM、VT活動(dòng)計(jì)數(shù)均逐漸增大；AP活動(dòng)計(jì)數(shù)在3～6 km/h之間逐漸增大，至7.5 km/h時(shí)出現(xiàn)明顯下降。2)與VT、AP不同，4.5 km/h加10%坡度行走時(shí)，ML活動(dòng)計(jì)數(shù)大于6.0 km/h快走。3)無論男、女，在3 km/h慢走時(shí)，HV活動(dòng)計(jì)數(shù)明顯大于VT，而其他速度下，VT活動(dòng)計(jì)數(shù)均大于HV(P<0.01)。4)女性AP活動(dòng)計(jì)數(shù)明顯大于男性，VT、ML(3 km/h除外)、VM男、女之間無明顯差異。5)VM與其他參數(shù)的相關(guān)性由高到低依次為VT、HV、ML和AP，特別是VM與VT高度相關(guān)(r=0.983，P<0.01)。6)EE(k4b2)與VT、VM相關(guān)性較高，而與AP、ML相關(guān)性很低。結(jié)論：在跑臺(tái)走、跑運(yùn)動(dòng)時(shí)(3 km/h除外)，3個(gè)軸加速度活動(dòng)計(jì)數(shù)變化最明顯的是VT。由快走轉(zhuǎn)至跑步運(yùn)動(dòng)形式時(shí)VT增幅最大，AP出現(xiàn)下降；ML是感應(yīng)跑臺(tái)是否有坡度的主要參數(shù)之一；一定速度范圍內(nèi)，VT和VM均為推算走、跑運(yùn)動(dòng)能耗的最佳自變量，但以VT為自變量的能耗方程預(yù)測(cè)水平基本可以滿足無坡度走跑運(yùn)動(dòng)能耗測(cè)量的需要。

加速度計(jì)；活動(dòng)計(jì)數(shù)；走；跑；能耗

體力活動(dòng)可以遏制，甚至改善各種慢性疾病癥狀的事實(shí)已經(jīng)被研究證實(shí)。無論是研究身體活動(dòng)與健康及疾病的關(guān)系，還是進(jìn)行體力活動(dòng)促進(jìn)或開展個(gè)性化的健身指導(dǎo)，首先就是要對(duì)身體活動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià)[19]。關(guān)于身體活動(dòng)的測(cè)量工具主要包括計(jì)步器、氣體代謝測(cè)試儀、心率儀、雙標(biāo)水、能量房、加速度計(jì)和問卷等。每種測(cè)量工具都有其優(yōu)點(diǎn)和劣勢(shì)。綜合考慮測(cè)量的簡(jiǎn)便性、準(zhǔn)確性及費(fèi)用，使用加速度計(jì)不失為一種首選的測(cè)量方法。Rowlands等研究證實(shí)，加速度計(jì)通過對(duì)身體運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度的測(cè)量，可對(duì)身體活動(dòng)進(jìn)行客觀評(píng)估[25]。加速度計(jì)的工作原理就是通過壓電傳感器將身體的變速(加速或減速)活動(dòng)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行加工處理轉(zhuǎn)換為加速度活動(dòng)計(jì)數(shù)(counts)，最后利用預(yù)先設(shè)定的能耗算法方程推算身體活動(dòng)的能量消耗。已有研究表明加速度活動(dòng)計(jì)數(shù)與體力活動(dòng)能耗具有高度相關(guān)性[7,11,14,20,28-29]；因此，對(duì)加速度計(jì)的研究首先應(yīng)從活動(dòng)計(jì)數(shù)著手。

根據(jù)感應(yīng)方向的不同，可分為單軸、雙軸和三軸3種加速度計(jì)。研究證明多軸加速度計(jì)測(cè)量的精度往往高于單軸。ActiGraph GT3X+(以下簡(jiǎn)稱GT3X+)是一款三軸加速度計(jì)，能夠同步監(jiān)測(cè)垂直軸(vertical,以下簡(jiǎn)稱VT)、冠狀軸(mediolateral,以下簡(jiǎn)稱ML)、矢狀軸(anteroposterior,以下簡(jiǎn)稱AP)3個(gè)方向的加速度變化，并換算成水平向量(horizontal vector，以下簡(jiǎn)稱HV)和綜合向量(vector magnitude，以下簡(jiǎn)稱VM)活動(dòng)計(jì)數(shù)，通過分析軟件對(duì)這些采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、間隔設(shè)置等處理，不僅可用于監(jiān)測(cè)日常人體活動(dòng)量、活動(dòng)強(qiáng)度和活動(dòng)方式，還可以評(píng)價(jià)人體運(yùn)動(dòng)的能量消耗。GT3X+已經(jīng)被很多國家或地區(qū)所應(yīng)用。

近幾年，我國體力活動(dòng)研究中已經(jīng)開始使用此類加速度計(jì)，其中，包括國家科技支撐計(jì)劃“中國青少年日常體力活動(dòng)水平測(cè)量與能量消耗關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用”，內(nèi)容涉及GT3X+信、效度以及日常體力活動(dòng)特點(diǎn)等[2,4,30-31]，清華大學(xué)研究者也進(jìn)行了GT3X+測(cè)量成年人走、跑運(yùn)動(dòng)能耗的研究[5-6]，縱觀國內(nèi)、外研究，內(nèi)容多集中于信、效度、能耗建模、不同強(qiáng)度活動(dòng)切點(diǎn)界定、體力活動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用等方面，雖然一些研究也提到了加速度計(jì)基本參數(shù)(活動(dòng)計(jì)數(shù))的變化規(guī)律，但鮮見關(guān)于男、女之間是否有差異，坡度條件下的變化特點(diǎn)等方面的詳細(xì)研究。實(shí)際上，男、女之間存在的解剖、生理方面的差異，坡度因素等都可能影響這些參數(shù)的變化，進(jìn)而影響加速度計(jì)測(cè)量能耗的效度。本研究將選用經(jīng)典的跑臺(tái)走、跑運(yùn)動(dòng)方式，在分析基本參數(shù)變化特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從上述幾個(gè)方面入手，結(jié)合基本參數(shù)與能耗之間的相關(guān)性，探討GT3X+加速度計(jì)基本參數(shù)的內(nèi)在特點(diǎn)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

受試者為年齡在20～30歲的成年人群，其中，男性25名，女性26名(表1)，女性身高和體重均明顯小于男性。受試者身體健康，無運(yùn)動(dòng)測(cè)試禁忌癥。正式實(shí)驗(yàn)前，由工作人員向受試者詳細(xì)告知實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和注意事項(xiàng)，經(jīng)其同意后在知情同意書上簽字。

表 1 本研究受試對(duì)象的基本情況一覽表

注：**表示男、女體重相比P<0.01。

1.2 研究方法

1.2.1 儀器設(shè)備

K4b2：K4b2便攜式氣體代謝分析儀(Cosmed,Rome,Italy)，另配Polar心率表同步記錄心率(以下簡(jiǎn)稱HR)。利用間接測(cè)試法原理，通過分析受試者呼吸時(shí)每一口氣攝入的O2和呼出的CO2含量，計(jì)算出單位時(shí)間的能耗。國外研究發(fā)現(xiàn)，K4b2測(cè)試的準(zhǔn)確性和重復(fù)性都較高[12,21]，因此，可用于加速度計(jì)等運(yùn)動(dòng)傳感器的有效性研究。本研究在每次測(cè)試前儀器先預(yù)熱30～40 min，然后分別進(jìn)行校準(zhǔn)，包括室內(nèi)空氣校準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)、容量校準(zhǔn)和延遲校準(zhǔn)，待各項(xiàng)校準(zhǔn)全部通過后，再進(jìn)行正式測(cè)試。

GT3X+：是由美國制造技術(shù)有限公司生產(chǎn)的基于三軸技術(shù)的加速度計(jì)(4.6 cm×3.3 cm×1.5 cm,19 g)。每次測(cè)試前先進(jìn)行初始化設(shè)置，輸入包括年齡、性別、身高、體重、佩戴的位置等基礎(chǔ)信息。本研究采用的頻率為30 Hz，數(shù)據(jù)提取的時(shí)間間隔(EPOCH)為60 s，設(shè)備用尼龍腰帶佩戴于腰部髂前上棘水平線與右腋中線相交位置(右側(cè)髖部)。研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于右側(cè)髖部而言，在實(shí)驗(yàn)條件下，佩戴于腰后部的加速度計(jì)更加接近于人體質(zhì)心，此位置所測(cè)得的能耗數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確[8]，但考慮到舒適性，多數(shù)研究更傾向于右側(cè)髖部[22]。

其他：采用國民體質(zhì)監(jiān)測(cè)專用的身高、體重計(jì)，精確度分別為0.1 cm和0.1 kg。

1.2.2 測(cè)試方案

1)先測(cè)量受試者身高、體重，完成后進(jìn)行靜息代謝測(cè)試，要求受試者餐后至少2 h，在清醒平靜臥位狀態(tài)保持約10 min，測(cè)試時(shí)室內(nèi)燈光調(diào)暗，室溫保持20～25℃。采用K4b2便攜式氣體代謝測(cè)試儀測(cè)量其靜息代謝情況。

2)完成靜息測(cè)試后，受試者先進(jìn)行約5 min跑臺(tái)的適應(yīng)性走、跑練習(xí)。

3)適應(yīng)性練習(xí)后休息3～5 min，待HR恢復(fù)到練習(xí)前水平，然后依次完成3.0 km/h(慢走)，4.5 km/h(正常速度行走)，4.5 km/h加10%坡度(正常速度坡度走)，6.0 km/h(快走)，7.5 km/h(跑步)測(cè)試，每項(xiàng)走、跑活動(dòng)時(shí)間為5 min，每項(xiàng)活動(dòng)之間至少間歇5 min。受試者佩戴K4b2便攜式氣體代謝測(cè)試儀，并將GT3X+三軸加速度傳感器佩戴于髖部，同步采集數(shù)據(jù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

將K4b2和GT3X+導(dǎo)出的數(shù)據(jù)按測(cè)試前記錄的自然時(shí)間進(jìn)行同步處理，數(shù)據(jù)提取的時(shí)間間隔均統(tǒng)一為60 s。跑臺(tái)上走、跑數(shù)據(jù)選取5 min測(cè)試過程中的后3 min(第3～5 min)段穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。然后將K4b2和GT3X+后3 min的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)均值組合成數(shù)據(jù)庫用于后續(xù)統(tǒng)計(jì)處理。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析

2 研究結(jié)果

2.1 GT3X+三軸、水平及綜合活動(dòng)計(jì)數(shù)測(cè)試結(jié)果

無論男、女，隨著走、跑速度的增加，GT3X+加速度計(jì)三軸VM逐漸增大， 4.5 km/h加10%坡度行走時(shí)VM活動(dòng)計(jì)數(shù)介于4.5～6 km/h；男、女比較，不同速度走、跑時(shí)VM活動(dòng)計(jì)數(shù)均無明顯差異(表2)。

表 2 本研究GT3X+加速度計(jì)基本參數(shù)測(cè)試結(jié)果一覽表

注：相同速度下，男、女之間比較，*表示P<0.05，**表示P<0.01；HV與VT之間比較，#表示P<0.05，##表示P<0.01;AP與VT之間比較，a表示P<0.05，aa表示P<0.01;ML與VT之間比較，b表示P<0.05，bb表示P<0.01；AP與ML之間比較，c表示P<0.05，cc表示P<0.01。

在水平方向上，隨著走、跑速度的增加，女性HV活動(dòng)計(jì)數(shù)逐漸增大，而男性至7.5 km/h跑步時(shí)有所下降，4.5 km/h加10%坡度行走時(shí)HV活動(dòng)計(jì)數(shù)介于4.5～6 km/h；男、女比較，總體來說，女性HV活動(dòng)計(jì)數(shù)大于男性，但只有4.5 km/h正常速度行走和6 km/h快走時(shí)具有明顯差異(P<0.05或0.01)。

通過觀察3個(gè)方向不同軸的活動(dòng)計(jì)數(shù)變化情況可以發(fā)現(xiàn)：

無論男、女，隨著走、跑速度的增加，GT3X+加速度計(jì)VT活動(dòng)計(jì)數(shù)逐漸增大，4.5 km/h加10%坡度行走時(shí)VT活動(dòng)計(jì)數(shù)介于4.5～6 km/h；男、女比較，男性VT活動(dòng)計(jì)數(shù)在數(shù)值上雖大于女性，并且隨著速度的增加差異逐漸增大，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

無論男、女，在3～6 km/h區(qū)間，隨著走、跑速度的增加，GT3X+加速度計(jì)AP活動(dòng)計(jì)數(shù)逐漸增大，7.5 km/h跑步時(shí)出現(xiàn)明顯下降，4.5 km/h加10%坡度行走時(shí)AP活動(dòng)計(jì)數(shù)介于4.5～6 km/h之間；男、女比較，不同速度走、跑時(shí)女性AP活動(dòng)計(jì)數(shù)均明顯大于男性(P<0.05或0.01)。

女性GT3X+加速度計(jì)ML活動(dòng)計(jì)數(shù)隨著走、跑速度的增加逐漸增大，但與6 km/h快走相比，4.5 km/h加10%坡度行走時(shí)的ML相對(duì)較大；與女性不同的是，與3 km/h慢走相比，男性4.5 km/h正常速度行走時(shí)ML活動(dòng)計(jì)數(shù)相對(duì)較??；男、女比較，3 km/h慢走時(shí)男性ML活動(dòng)計(jì)數(shù)大于女性(P<0.05)，其他速度走、跑時(shí)，雖然男、女之間均無統(tǒng)計(jì)學(xué)上的明顯差異，但女性7.5 km/h跑步時(shí)的ML在數(shù)值上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于男性。

在相同速度走、跑運(yùn)動(dòng)時(shí)，綜合比較AP、ML、VT的活動(dòng)計(jì)數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，無論男、女，除了3 km/h慢走，其他速度下VT活動(dòng)計(jì)數(shù)均為最大(P<0.01)。通過比較HV與VT加速度變化情況，在3 km/h慢走時(shí)，HV活動(dòng)計(jì)數(shù)明顯大于VT，而其他速度下，VT活動(dòng)計(jì)數(shù)均大于HV(P<0.01)。另外，步頻測(cè)試結(jié)果顯示，無論男、女，隨著走、跑速度的增加，步頻(Step)逐漸增大，其中，3 km/h慢走至4.5 km/h正常速度行走時(shí)步頻變化最大，其次是6 km/h快走至7.5 km/h跑步；男、女之間比較，女性步頻總體略大于男性，但沒有明顯差異。

2.2 GT3X+加速度計(jì)相關(guān)性分析結(jié)果

由表3可見，AP與身高、體重均存在負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性較低，VT、ML和VM與身高、體重均無相關(guān)性。

相關(guān)分析結(jié)果顯示(圖1)，VM與加速度計(jì)主要參數(shù)的相關(guān)性由高到低依次為VT、HV、ML和AP，其中，VM與VT高度相關(guān)(r=0.983，P<0.01)。相關(guān)分析結(jié)果還顯示(圖2)，EE(k4b2)(k4b2間接法能耗測(cè)試值)與VT、VM相關(guān)性較高，而與AP、ML相關(guān)性很低。

表 3 本研究GT3X+主要參數(shù)與身高、體重之間的相關(guān)性一覽表

圖 1 本研究VM與GT3X+加速度計(jì)主要參數(shù)相關(guān)性示意圖

3 討論與分析

GT3X+是三軸加速度傳感器，能夠監(jiān)測(cè)VT、AP和ML 3個(gè)方向的加速度，經(jīng)數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換后可獲得各個(gè)方向以及HV(HV=(AP2+ML2)1/2)和綜合向量活動(dòng)計(jì)數(shù)(VM=(VT2+AP2+ML2)1/2)，其能耗測(cè)試結(jié)果最終就是通過建立以VT或VM為自變量的能耗方程推測(cè)所得。因此，掌握加速度計(jì)這些基本參數(shù)的特征顯得尤為重要。雖然有研究認(rèn)為，通過跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)建立的能耗方程在預(yù)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)能耗效度方面存在一定的局限性，但本研究認(rèn)為，為了了解不同性別、速度、坡度情況下基本參數(shù)可能存在的差異，仍需要選擇一種可靠、穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)方案。因此，本研究選擇以GT3X+ 作為能耗測(cè)試工具，同時(shí)，配以k4b2間接測(cè)熱法作為校標(biāo)的跑臺(tái)走、跑運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及男、女慢走(3 km/h)、中速走(4.5 km/h)、快走(6 km/h)、跑步(7.5 km/h)、有坡度的中速走(4.5 km/h,10%)5種速度/坡度的運(yùn)動(dòng)，每項(xiàng)內(nèi)容為5 min。通過探討分析性別、速度、坡度等因素與加速度計(jì)基本參數(shù)的關(guān)系，有利于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)加速度計(jì)推測(cè)身體活動(dòng)能耗的科學(xué)依據(jù)。

圖 2 本研究EE(k4b2)與GT3X+加速度計(jì)主要參數(shù)相關(guān)性示意圖

有研究認(rèn)為，VT活動(dòng)計(jì)數(shù)與跑臺(tái)上走、跑的速度呈線性關(guān)系，并且與能耗密切相關(guān)，因此，早期的能耗方程都是以VT為自變量建立的。也有研究認(rèn)為，并不是所有類型的加速度計(jì)在任何速度下都保持線性關(guān)系。King等(2004)研究發(fā)現(xiàn)，在中、低速度時(shí)，VT活動(dòng)計(jì)數(shù)與能耗呈線性關(guān)系，但在較高速度時(shí)(超過9.66 km/h)，VT不再上升，與能耗之間的線性關(guān)系消失[18]。Brage等(2003)同樣發(fā)現(xiàn)，當(dāng)速度超過9 km/h時(shí)，VT活動(dòng)計(jì)數(shù)出現(xiàn)“平臺(tái)”或“倒U”現(xiàn)象，其原因可能是在快速跑步狀態(tài)下，雖然速度進(jìn)一步加快，但由于生物力學(xué)動(dòng)作技術(shù)的原因，髖部垂直方向的加速度變化很小，因此，VT保持穩(wěn)定[10]。Fudge等(2007)發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象沒有出現(xiàn)在三軸加速度計(jì)中[15]。本研究結(jié)果顯示，除了3 km/h慢走，其他同一速度時(shí)，VT活動(dòng)計(jì)數(shù)均大于AP和ML，提示跑臺(tái)上一定速度走、跑運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體骨骼肌主要參與克服重力做功，髖部位置在垂直方向上變化最明顯，即垂直方向上的加速度最大，而在前后、左右方向擺動(dòng)偏差較小，因此，早期能耗方程多以VT為自變量。這也進(jìn)一步表明，VT的確是最重要的一軸[16]。無論男、女，隨著走、跑速度的增加(3 km/h,4.5 km/h,6 km/h,7.5 km/h)，VT活動(dòng)計(jì)數(shù)逐漸增大，從6 km/h增速至7.5 km/h時(shí)，VT增幅最大是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)形式由行走轉(zhuǎn)換為跑步后，身體處于最高位狀態(tài)時(shí)由單腳離地變?yōu)殡p腳離地，髖部垂直方向上的變化程度明顯增大。本研究最高速度只有7.5 km/h，沒有設(shè)定更高的速度，主要原因也是考慮到加速度計(jì)確實(shí)存在VT活動(dòng)計(jì)數(shù)會(huì)出現(xiàn)“平臺(tái)”或“倒U”這一缺陷[17,26]。本研究未發(fā)現(xiàn)VT與身高、體重存在相關(guān)，因此，男、女之間身高、體重的差異不是影響VT大小的重要因素。

Sasaki等(2011)研究發(fā)現(xiàn)，在走、跑類運(yùn)動(dòng)中，隨著速度的增加，AP活動(dòng)計(jì)數(shù)逐漸增大，而從6.4 km/h增加到9.7 km/h時(shí)，AP活動(dòng)計(jì)數(shù)突然下降[27]。Zhu等(2013)的研究與Sasaki相似，隨著走、跑速度的增加，VT、ML活動(dòng)計(jì)數(shù)逐漸增大，AP活動(dòng)計(jì)數(shù)在3 km/h 到6 km/h時(shí)逐漸增大，至7 km/h時(shí)突然減小[31]。本研究發(fā)現(xiàn)，從6 km/h快走增加到7.5 km/h跑步時(shí)，AP活動(dòng)計(jì)數(shù)也明顯下降。雖然由于不同研究制定的實(shí)驗(yàn)方案中跑臺(tái)速度設(shè)置不同，導(dǎo)致出現(xiàn)AP活動(dòng)計(jì)數(shù)下降的具體速度區(qū)間有所不同，但這些研究中，AP活動(dòng)計(jì)數(shù)的變化均具有下降拐點(diǎn)的共性，其原因是在快走與跑步的轉(zhuǎn)換過程中，運(yùn)動(dòng)形式的變化造成了AP活動(dòng)計(jì)數(shù)的減小[23，24,27]，因?yàn)椋? km/h步行屬于快走運(yùn)動(dòng)，雖然步頻(125 steps/min)低于跑步，但受試者必須以步行的方式主動(dòng)跟上跑臺(tái)履帶向前移動(dòng)，步幅增大，因此，在AP方向上髖部位置變化明顯，此方向的加速度就增大；而以7.5 km/h速度跑步時(shí)，雖然步頻加快了(161 steps/min)，但對(duì)于受試者來說，這一跑速并不高，能以相對(duì)適宜的步伐跟上履帶前移，即髖部位置在AP方向上變化相對(duì)不明顯，該方向上的加速度也就減小。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，在相同跑臺(tái)速度下，女性AP活動(dòng)計(jì)數(shù)明顯大于男性，相關(guān)分析顯示AP與身高和體重均存在負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性較低，這提示本研究男、女之間身高或體重差異可能對(duì)AP有影響，但影響不是很大。影響更大的因素可能是下肢長(zhǎng)度、下肢力量、心肺功能等，但遺憾的是，本研究缺少與此直接相關(guān)的解剖生理學(xué)數(shù)據(jù)。

由于加速度計(jì)多佩戴于髖部位置，因此，對(duì)于那些髖部位置變化不明顯的運(yùn)動(dòng)，比如騎車、靜力性抗阻練習(xí)、以上、下肢為主的運(yùn)動(dòng)或日常體力活動(dòng)等，會(huì)影響加速度計(jì)的測(cè)量結(jié)果；另外，一些特殊的運(yùn)動(dòng)形式也會(huì)影響加速度計(jì)活動(dòng)計(jì)數(shù)，比如坡度走、上下臺(tái)階。Fehling等(1999)通過不同坡度的跑臺(tái)和不同高度的臺(tái)階實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于對(duì)坡度的變化靈敏度不夠，因此，前者更易低估加速度計(jì)活動(dòng)計(jì)數(shù)[13]。本研究結(jié)果顯示，一方面， 由4.5 km/h正常速度行走至4.5 km/h加10%坡度行走時(shí)，VT、AP和ML 3個(gè)軸活動(dòng)計(jì)數(shù)均增大，說明GT3X+加速度計(jì)能夠感應(yīng)到跑臺(tái)有無坡度；另一方面， 當(dāng)從4.5 km/h加10%坡度行走轉(zhuǎn)至6 km/h快走時(shí)，VT、AP繼續(xù)增大，而ML則出現(xiàn)下降，即當(dāng)坡度消失時(shí)，身體位置在ML方向上變化趨小，由此可以初步判斷，ML是感應(yīng)是否有坡度的主要參數(shù)之一，由于本研究沒有設(shè)定同一速度下多個(gè)坡度進(jìn)行比較，因此，還無法確定加速度計(jì)對(duì)不同坡度變化是否靈敏。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，在3 km/h慢走時(shí)，男性ML大于女性，可能與行走速度太慢(54 steps/min)，男性不適應(yīng)，步態(tài)變形導(dǎo)致身體平衡特別是左、右平衡失調(diào)，因此，髖部位置在ML方向上側(cè)擺明顯；其他速度下，男、女之間的ML雖然無統(tǒng)計(jì)學(xué)上的明顯差異，但女性ML在數(shù)值上總體大于男性，特別是進(jìn)入跑步狀態(tài)時(shí)(7.5 km/h)，這種差異增大。有研究推測(cè)，在跑步狀態(tài)下，這種差異與女性身高、下肢長(zhǎng)度以及步態(tài)有關(guān)[1]，但本研究未發(fā)現(xiàn)ML與身高、體重存在相關(guān)性，研究者認(rèn)為跑步狀態(tài)下男、女之間ML的差異一方面與男性適應(yīng)跑步運(yùn)動(dòng)有關(guān)，另一方面可能是女性的體能水平較男性弱，面對(duì)較大強(qiáng)度甚至更大強(qiáng)度的跑步運(yùn)動(dòng)，女性身體位置變化幅度在ML方向上顯得更為明顯。

HV是由AP和ML轉(zhuǎn)換而來，反映身體在水平方向上的加速度活動(dòng)計(jì)數(shù)。向劍鋒(2013)研究發(fā)現(xiàn)，快走和中速跑階段HV明顯小于VT，而整理書桌和掃地時(shí)則HV明顯大于VT[3]。這也說明了為什么三軸加速度計(jì)更有利于測(cè)量復(fù)雜運(yùn)動(dòng)能耗的原因。本研究發(fā)現(xiàn)，3 km/h慢走時(shí)，HV明顯大于VT，而其他速度下，VT明顯大于HV，提示以VT為自變量的能耗預(yù)測(cè)方程不適用于速度太慢的步行。與女性不同的是，男性7.5 km/h跑步時(shí)HV活動(dòng)計(jì)數(shù)略有下降，主要?dú)w結(jié)于男性AP下降較多而ML增加較少有關(guān)，也就是說以7.5 km/h跑步時(shí)男性在水平方向上表現(xiàn)得更加平穩(wěn)。男、女比較，總體來說，相同速度下，女性HV活動(dòng)計(jì)數(shù)大于男性，結(jié)合AP和ML的變化，更多地是反映女性在AP上前后活動(dòng)幅度大于男性。

研究已經(jīng)證實(shí)，VM由于綜合考慮了水平方位的加速度，因此，比VT更能準(zhǔn)確反映體力活動(dòng)水平[3,9]。本研究結(jié)果顯示，一方面VM的變化與VT一致且兩者高度相關(guān)，另一方面能耗與VT和VM也均高度相關(guān)，提示在跑臺(tái)走、跑運(yùn)動(dòng)中，VT和VM均是推算能耗的最佳自變量。結(jié)合跑臺(tái)上被動(dòng)走、跑時(shí)特殊的生物力學(xué)特征以及VT和HV的特點(diǎn)，本研究認(rèn)為，對(duì)于一般走、跑運(yùn)動(dòng)，以VT為自變量的能耗方程預(yù)測(cè)水平基本可以達(dá)到以VM為自變量的能耗預(yù)測(cè)水平，但有坡度和/或者速度太慢時(shí)(如3 km/h)，ML就顯得格外重要，需要結(jié)合AP、ML另外推算。另外，也有研究認(rèn)為，從信、效度來講，以VM為自變量的方程可能更適用于非走跑類等動(dòng)作更為復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的能耗預(yù)測(cè)。

4 結(jié)論

1.在跑臺(tái)走、跑運(yùn)動(dòng)時(shí)(3 km/h除外)，3個(gè)軸加速度活動(dòng)計(jì)數(shù)變化最明顯的是VT。由快走轉(zhuǎn)至跑步運(yùn)動(dòng)形式時(shí)VT增幅最大，AP出現(xiàn)下降。

2.ML是感應(yīng)跑臺(tái)是否有坡度的主要參數(shù)之一。

3.一定速度范圍內(nèi)，VT和VM均為推算走、跑運(yùn)動(dòng)能耗的最佳自變量，除了有坡度情況下，以VT為自變量的能耗方程預(yù)測(cè)水平基本可以滿足走、跑運(yùn)動(dòng)能耗測(cè)量的需要。

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StudyontheCharacteristicsofActiGraphAccelerometerVectorActivityCountsandtheCorrelationbetweentheParametersandEnergyExpenditureduringWalkingandRunning

WANG Dao1,LIU Xin1,JIANG Chong-min2,XU Liang-liang1,WANG Huan2,WANG Jing-jing1,WANG Jing1

Objective:To investigate the characteristic of GT3X+ accelerometer’s basic parameters and the correlation between the parameters and energy expenditure during treadmill walking and running in adult men and women.Methods:A total of 51 participants (25 men,26 women,ages at 20～30 yrs) performed five 5-min treadmill walking/running tests(3.0 km/h,4.5km/h,4.5km/h at 10% grade,6km/h,7.5km/h).Results:1) In both subject groups,along with the increase of speed,VM,VT activity counts gradually increased.AP activity counts increased gradually from 3km/h to 6km/h,but decreased significantly in 7.5km/h.2) Unlike other parameters,ML activity counts in 4.5km/h plus 10% grade walking were greater than 6km/h walking.3) VT activity counts were greater than HV In all speed except 3 km/h (P<0.01).4) AP activity counts were greater in female than in male,but there was no significant difference about VM,VT,ML(except 3 km/h) between the two subject groups.5) The correlation of VM and other parameters from high to low were VT,HV,ML,AP,and VM was highly correlated with VT(r=0.983，P<0.01).6) EE(k4b2) were highly correlated with VT and VM,but lowly with AP and ML.Conclusions:During walking and running on the treadmill (except 3.0 km/h),VT activity count was the maximum in the three accelerate vector.From walking to running,the largest increase occurred in VT,but AP decreased.ML was one of the main parameters to induce whether the slope existed on the treadmill.In a certain speed range,VT and VM were both the best argument for the calculation of energy expenditure on the treadmill,but VT could meet the need to predict energy expenditure.

accelerometer;activitycounts;walking;running;energyexpenditure

1000-677X(2014)12-0030-07

2014-07-08；

：2014-11-05

國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAK23B02)。

王道(1978-)，男，浙江舟山人，副研究員，碩士，主要研究方向?yàn)榭茖W(xué)健身的新理論與新方法，Tel:(021)64330794-3211，E-mail:bluebird_2003@126.com。

1.上海體育科學(xué)研究所，上海 200030；2.國家體育總局體育科學(xué)研究所，北京 100061 1.Shanghai Research Institute of Sports Science,Shanghai 200030,China;2.China Institute of Sports Science,Beijing 100061,China.

G804.49

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