汪紋聞，鄒志春

隨著生活水平的提高，人們由“吃不飽”轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺圆涣恕?，更多高脂肪、高碳水化合物、低纖維素的食物進入人們?nèi)粘Ｉ睿吣芰渴称返臄z入已經(jīng)司空見慣；由于生活方式和工作方式的改變、辦公自動化水平的提高、日常生活的機械化、交通方式的便捷化以及城市化進程的加劇，均造成人們?nèi)狈ι眢w活動現(xiàn)象。由此可見，能量攝入增加和身體活動減少構(gòu)成一組“增減”關(guān)系，能量平衡失衡是導(dǎo)致人們肥胖的重要原因。

1 肥胖人群體力活動水平研究的重要性

許多人認為“足不出戶”是科技進步的象征，是舒適和現(xiàn)代化的代名詞。其實不然，國內(nèi)外研究結(jié)果均表明肥胖、糖尿病等代謝性疾病與體力活動不足密切相關(guān)，來自英國NHS（National Health Service）最新報告顯示，英國成年人的健康比例在2011年下降至男性（34%）和女性（39%），而肥胖比例則分別由1993年13%的男性和16%的女性上升為2011年24%的男性和26%的女性[1]。2011年9月《聯(lián)合國大會關(guān)于預(yù)防和控制非傳染性疾病問題高級別會議的政治宣言》確認，亟需降低個人和人群受到不健康的飲食和缺乏鍛煉的影響程度[2]以減少非傳染性疾病給全球帶來的負擔和威脅；其中吸煙、身體活動不足、有害酒精使用和不健康的飲食構(gòu)成了非傳染性疾病的4個主要行為危險因素，而運動量不足人群的全死因風險會增加20%到30%[3]。一項長達 9年的縱向研究結(jié)果表明中國人有6.8%的死亡與體力活動不足有關(guān)，體力活動不足已成為中國人群死亡和多種慢性疾病發(fā)生發(fā)展的重要危險因素之一[4]。肥胖是罹患非傳染性疾病的重大風險因素，隨著身體質(zhì)量指數(shù)的升高，非傳染性疾病的患病風險也隨之提高，與成年人相比，兒童期肥胖不僅會升高未來風險，造成成年期肥胖、早逝和殘疾出現(xiàn)的幾率更大[5]。

2 能量消耗、體力活動不足、肥胖三者之間的關(guān)系

人體每天的總能量消耗(Total energy expenditure, TEE)由基礎(chǔ)能量消耗（Based energy expenditure，BEE）、與膳食相關(guān)能量消耗(Die-induced energy expenditure，DEE)、體力活動相關(guān)的能量消耗(Physical A ctivity-associated energy expenditure，PAEE)和生長發(fā)育能量消耗4部分組成。單位時間的基礎(chǔ)能量消耗即為基礎(chǔ)代謝率(Basical metabolic rate,BMR)，BMR占到總能量消耗的60%～70%；DEE與進食總熱量無關(guān)，而食物種類有關(guān)；PAEE雖遠遠低于BMR，僅占到20%～30%，但是身體總能量消耗的最大可變因素，也是身體能量消耗最重要的調(diào)節(jié)手段。有研究表明，肥胖人群可能存在基礎(chǔ)代謝方面的問題，其基礎(chǔ)代謝率比正常人低[6]，也就意味著肥胖者需要參與更多的體力活動干預(yù)肥胖。

體重保持動態(tài)平衡是能量是否均衡的一項重要監(jiān)控指標。體重穩(wěn)定是指個體體重的上下波動低于2.3 kg；Stevens等則在研究中發(fā)布的，將低于3% 的體重改變定義為體重穩(wěn)定，體重改變在3%～5%之間為體重的小幅度波動[7]。換句話說，保證在一段時間內(nèi)總能量攝入和總能量消耗的平衡，體重才能相對穩(wěn)定?！耙造o為主”的生活方式悄無聲息地替代“以動為主”的傳統(tǒng)生活方式，體力活動不足是能量過剩的重要原因，增加每天體力活動能量消耗是改善肥胖的重要途徑。

1985年Caspersen等人提出體力活動(physical activity ,PA)相關(guān)定義“通過骨骼肌的收縮產(chǎn)生能量消耗的身體運動”，雖然這個定義被業(yè)內(nèi)廣泛接受并沿用至今，ACSM定義體力活動為身體活動引起能量消耗的增加，且能量消耗增加與各種原因的死亡率之間存在劑量—效應(yīng)關(guān)系[8]。因此，從體力活動與健康關(guān)系而言，Physical activity是指滿足當前國際組織發(fā)布的體力活動指南要求的身體活動；美國政府于2008年發(fā)布《美國人體力活動指南》是目前唯一的基礎(chǔ)性政府指導(dǎo)意見，為美國人提供了建立在科學(xué)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的體力活動健康指南。該指南建議要保證每周3～5次，每次運動30～90 min中等及以上運動強度的運動量。但遺憾的是，該指南沒有提出具體的體力活動方案，缺少對體力活動過程中能量消耗的量化。同時大量臨床與流行病學(xué)的研究結(jié)果認為，相對于采用活動持續(xù)時間和活動頻率作為體力活動影響健康的評價標準，采用能量消耗作為體力活動影響健康的評價標準有更高的準確性[8]。綜上所述，對于超重肥胖的人來說，除了健康的飲食，還要配合適量的運動，堅持經(jīng)常性的體力活動，加強運動過程中能量消耗的監(jiān)控，保證一定量的運動能量消耗對于維持身體能量動態(tài)平衡很有必要，是治療和預(yù)防肥胖的重要路徑。

3 能量消耗監(jiān)控的常用方法

過去，人們常用問卷和日志的方法來推算運動過程中的能量消耗，問卷調(diào)查法根據(jù)受試者對問卷內(nèi)容的回答，判斷受試人群的運動情況和習(xí)慣；體力活動日志，受試者通過回顧每天的活動內(nèi)容和時間，通過日常體力活動能量消耗表估算出受試者每日的能量消耗。主觀監(jiān)測方法雖然簡單可操作，但其缺點也是無法回避的。如受被試者的主觀感覺影響較大，容易造成測試誤差，完全依賴測試者的自我回顧和判斷，回憶難免有錯誤；個人對體力活動的理解不甚準確，導(dǎo)致問卷調(diào)查法信效度相對較低，不能客觀反映受試者的體力活動信息。

隨著科技的進步，客觀測量法逐漸進入研究人員視線?？陀^測量方法主要包括直接熱量測定法(direct calorimetry)、間接熱量測定法(indirect calorimetry)、雙標水法(doubly labeled water,DLW)、運動傳感器。直接測熱法是直接測量身體向環(huán)境的散熱量來計算能量消耗的方法，是公認的、最準確的測量能量消耗的方法，但由于測熱裝置設(shè)計、制造復(fù)雜，應(yīng)用性受到限制，無法廣泛推廣。間接測熱法是通過測量運動過程中的氣體交換率，來預(yù)測身體能量消耗。多式袋法是間接測熱法的經(jīng)典方法，但由于該裝置體積大，只能進行實驗室研究和測量有限的活動，不能用于日常生活體力測量評價。雙標水法是通過服用穩(wěn)定經(jīng)同位素2H、18O 雙重標記的水（H218O 和2H2O），通過呼吸商計算出氧消耗量，代入公式即計算出一段時間內(nèi)的能量消耗。價格昂貴和只能反應(yīng)總能耗成為限制雙標水方法推廣的制約因素。間接測熱法和雙標水法雖有一定局限性，但由于其準確性較高，被稱為能量消耗測定的兩種“金標準”。

運動傳感器主要包括計步器(pedometer)和加速度計(accelerometer)。計步器具有體積小、價格便宜等特點，只能準確評估步數(shù)和步行距離，不能提供活動強度、運動模式等詳細信息，不能感應(yīng)無明顯身體移動的體力活動，在評估能量消耗上可信度較低，故只能用于簡單的活動情況消耗，比如在監(jiān)控每天10000步活動量時提供參考，適用于肥胖人群進行簡單的自我監(jiān)督。

精確測量體力活動中的能量消耗有利于維持身體健康，提供合適的日常鍛煉建議，同時收集有用的臨床研究資料。隨著技術(shù)更新帶來的加速度計的不斷發(fā)展，基于加速度計原理的運動傳感器越來越多地成為大樣本研究中被普遍選用的客觀測量方法。加速度計可同時記錄人體三維平面（矢狀面、冠狀面和水平面）的數(shù)據(jù)，它具有體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶、對身體不造成損傷、最少程度干擾正?；顒拥忍攸c，可記錄體力活動的類型、頻率、持續(xù)時間和運動強度，以及估算能量消耗。加速度計分為電壓加速度計、電阻加速度計和電容加速度計3種類型。從技術(shù)層面來說，新生產(chǎn)的加速度計優(yōu)化內(nèi)在感應(yīng)結(jié)構(gòu)，使用集成芯片傳感器，提高了監(jiān)控的準確度和可靠性。常見的加速度計有單軸、雙軸和三軸3種類型，無論是針對成人還是兒童，三軸加速度計與能量消耗測量之間有更高相關(guān)性。研究表明，早期的電壓加速度計只能可靠地察覺動態(tài)變化，而新近采用的固態(tài)技術(shù)和數(shù)字過濾技術(shù)可以測量靜態(tài)加速度和身體姿勢[9]。該項新技術(shù)一方面可以提高靜態(tài)行為研究的可靠度和準確性，另一方面也有利于加速度計在靜態(tài)久坐行為研究中的應(yīng)用。

4 加速度計在運動能量消耗監(jiān)控中的應(yīng)用現(xiàn)狀

加速度具有舒適、輕便、易于攜帶和低成本的優(yōu)勢，為自然狀態(tài)下的短期或長期體力活動監(jiān)控提供了新的解決方法。雖然大部分產(chǎn)品都可以以MET來表示能量消耗，但比較幾款常見產(chǎn)品的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)各大公司的產(chǎn)品各有優(yōu)劣。

Actical (Mini Metter Co.,Inc)是一款測量能量消耗和步數(shù)統(tǒng)計的一款全方位加速度計，它適用于各個年齡段用戶，多項研究均通過雙標水法對改設(shè)備在兒童體力活動測量中的準確性進行了驗證，可通過測量得到能量代謝水平推算體力活動水平和活動模式。其優(yōu)點是電池使用時間長，可達180 d，可佩戴在腕部、髖部或踝關(guān)節(jié)處，其缺點是只有32 MB的儲存，數(shù)據(jù)記錄間隔只有選擇15 s，30 s，60 s 3種規(guī)格可供選擇，獲得參數(shù)較少。RT3(Stayhealthy, Inc.)是應(yīng)用于臨床和研究領(lǐng)域的三軸加速度計，電池壽命較長達30 d，可至多儲存21 d數(shù)據(jù)，可測量活動幅度，只能佩戴在髖部，由于方程式設(shè)置原因，該設(shè)備不能對10歲以下兒童的能量消耗進行精確測量。TracmorD(DirectLife, Philips Research, Eindhoven,The Netherlans )是一款三軸加速度計，設(shè)計增加設(shè)備的穿著舒適性，減少監(jiān)控設(shè)備對自發(fā)活動行為的影響，對身體的放置位置沒有特殊要求，且增加反饋功能，能記憶154 d數(shù)據(jù)，只能記錄活動頻率是該產(chǎn)品最大不足。AMP 331(Dynastream Innovations, Inc.) 是一款通過收集與小腿徑角度位置變化有關(guān)的加速度來計算步伐信息，同時可計算個體每天非活動狀態(tài)和活動狀態(tài)之間的總額或百分比的三軸加速度計，優(yōu)點是能得到較多的產(chǎn)品參數(shù)，但存儲能力不詳。Actiheart是第一款結(jié)合心率（HR）監(jiān)控的加速度計，將HR和加速度結(jié)合，可以提高能量消耗計算的精確性，同時可應(yīng)用Actiheart 軟件進行進一步分析，是一款全方位加速度計，佩戴位置為胸部，存儲能量較小，為512 K。IDEEA(MiniSun, LLC)包含分別系于胸口、大腿中部和腳的5個雙軸加速度計，連接至穿在腰部的微型電腦，可精確分類體力活動到40多個不同類別，存儲能力為200 M，但電池工作時間只有7 d。SenseWear Aemband ( BodyMedia Inc.) 包括一個三軸加速度計、一個熱量監(jiān)控儀、一個皮膚溫度監(jiān)控儀和兩個皮膚電流響應(yīng)儀，多個監(jiān)控儀的使用可以消除環(huán)境對測量的影響，主要是能對睡眠期間的能量消耗進行測試，電池使用壽命就5～7 d。GT3X-plus(GT3X+)( ActihGraph, LLC.)是ActiGraph系列中最新的一款，內(nèi)置了三軸加速度計、環(huán)境光敏元件和傾斜角儀，增加防水功能，可用于一系列的不同的體力活動測量，可結(jié)合ActiLife 6 軟件直接查看原始數(shù)據(jù)或進一步分析。GT3X-plus的優(yōu)點是存儲量大為250 M，電池壽命較長為10 d，可測試參數(shù)較多，包括測定姿勢和睡眠數(shù)量及質(zhì)量，增加采樣頻率設(shè)置等功能，與其他幾款設(shè)備相比，具有明顯優(yōu)勢。同系列的另一款產(chǎn)品——ActiTrainer 可提供HR 信息[10,11]。根據(jù)2012年第59屆美國運動醫(yī)學(xué)年會的資料顯示，對客觀測量工具的研究已經(jīng)成為體力活動與健康量化研究的主流和趨勢。如ActiGraph系列加速度計是當前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的加速度計，目前正在被使用的包括GT1M和較新型的GT3X、GT3X+等多個型號[12]。

綜上所述，掃看市場上常見的、各大公司生產(chǎn)的各種型號的加速度計，三軸加速計已經(jīng)成為各國研究者的主流選擇。例如，美國Actigraph公司生產(chǎn)的ActiGraph加速度計GT3X系列已經(jīng)廣泛被用于體力活動的調(diào)查、干預(yù)研究中。它被用于美國健康和營養(yǎng)調(diào)查（NHANES），調(diào)查結(jié)果雖與自我報告結(jié)果有差異，但是有高度相關(guān)性，同時被用于干預(yù)效果的比較。有研究證實在小學(xué)、初中、高中人群中都有較好的研究效果，并且被證實適用于包含校內(nèi)課程和校外活動的復(fù)雜干預(yù)監(jiān)控，其結(jié)果比回憶性報告可靠[13]。Syv?oja[14]等人使用GT3X研究芬蘭兒童體力活動、靜態(tài)行為和學(xué)習(xí)成績直接的關(guān)系。Ried-Larsen[15]等人在歐洲青年人心臟研究計劃中，使用GT3X研究丹麥青少年體力活動強度和亞臨床動脈粥樣硬化之間關(guān)系。 Gregory和Richard[16]等人在澳大利亞通過GT3X測量中等強度以上的體力活動來證明基于Web 2.0的應(yīng)用有利于進行健康干預(yù)。Kwon[17]等人在一項研究中使用加速度計測量體力活動證明兒童體力活動不足是肥胖發(fā)生的主要原因。國內(nèi)，朱琳、陳佩杰[18]運用GT3X+監(jiān)測廣州高中生日常體力活動發(fā)現(xiàn)，學(xué)生以靜態(tài)活動為主，活動日活動時間和能量消耗強度明顯高于周末日。

5 加速度計應(yīng)用的機遇與挑戰(zhàn)

5.1 加速度計應(yīng)用的機遇

5.1.1 新興科技技術(shù)擴展加速度計功能

全球定位系統(tǒng)（Gobal Positioning System, GPS）是一項星載系統(tǒng)，可提供關(guān)于個人位置、周圍環(huán)境、運動方式和運動速度等信息，其準確性和有效性已經(jīng)在不同環(huán)境中得到證實。隨著科技的進步，GPS定位系統(tǒng)越來越精確?？梢愿_地跟隨使用者的運動線路，結(jié)合實際地理情況（地標、道路等），對運動者鍛煉的實際情況進行分析，進而對同一地區(qū)的相似人群進行大樣本分析[19]。例如，wGT3X+是GT3X+的升級版，已經(jīng)內(nèi)置GPS功能。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及，降低數(shù)據(jù)傳輸過程中的耗損，保證監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳市?，以及增加防水、增大存儲量、延長電池壽命等功能的實現(xiàn)是今后加速度計研發(fā)的方向。盡量減少對被試者的限制，降低對被試的干擾，完全實現(xiàn)在無人、自然條件下的活動量監(jiān)測，更重要的是為現(xiàn)代人充分利用碎片時間積極參與鍛煉提供量化研究的基礎(chǔ)。例如游泳是一項非常適合肥胖人群的運動，如果加速度計防水功能的實現(xiàn)，為游泳運動過程中能量消耗的監(jiān)控提供可能，為更科學(xué)、合理的量化肥胖人群運動處方奠定了基礎(chǔ)。

5.1.2 網(wǎng)絡(luò)社區(qū)化促進加速度計的個性化發(fā)展

科技的進步促進智能手機平民化，手機內(nèi)置的GPS功能和三軸加速度計為體力活動監(jiān)控提供了新的思路?；诩铀俣扔嬙砗腕w力運動相關(guān)的APP逐漸進入大眾視野。這些APP軟件中有的由國際運動品牌巨頭出品，結(jié)合公司生產(chǎn)的其他產(chǎn)品共同使用，如Nike公司的Nike+GPS[20]以及Adidas公司生產(chǎn)的miCoach Running[21]；有的以專業(yè)健康應(yīng)用公司為背景，如Runkeeper[22]；有的以基于體力活動興趣的社交網(wǎng)絡(luò)平臺為基礎(chǔ)，如Fitocracy?；诒就粱枨螅瑖鴥?nèi)運動APP以咕咚運動專業(yè)版和聯(lián)想樂瘋跑為代表，咕咚注重軟硬件結(jié)合，將APP與運動配件結(jié)合使用[23]，樂瘋跑則增加空氣質(zhì)量監(jiān)控[24]，符合群眾對鍛煉環(huán)境的關(guān)注。不同人群根據(jù)自己需要可選擇合適的APP軟件，無論是鍛煉身體還是進行專業(yè)訓(xùn)練，都可以輕而易舉的擁有簡潔、方便的運動伙伴，實現(xiàn)了個性化的運動監(jiān)控。智能手機技術(shù)不僅評價體力活動和鍛煉位置，同時通過積極的個性化反饋刺激參與者進行體力活動的積極性。

根據(jù)“期待效應(yīng)”原理，較高的期待可以在鍛煉過程中發(fā)揮神奇的積極暗示作用。生活在web 2.0時代的我們，已經(jīng)離不開社會化、協(xié)同化的網(wǎng)絡(luò)。各大運動APP分別建立各自的運動結(jié)果分析網(wǎng)站，同時支持使用者將相關(guān)信息分享到各社交平臺，使用者可以分享自己的鍛煉信息，得到其他人的鼓勵和支持。通過和他人鍛煉信息的比較，提高自己參與鍛煉的積極性。特別針對肥胖這一亟需通過外界支持獲得自信的特殊人群，他人的期望更能提升鍛煉者的自信心，產(chǎn)生極大的激勵作用。有研究證實，web 2.0的社交網(wǎng)絡(luò)有助于增加參與者保持中等強度鍛煉的時間長度，并且長期堅持鍛煉[22]。

5.2 加速度計應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

DLW作為能量消耗測量的“金標準”已經(jīng)對絕大多數(shù)加速度計的有效性和準確性進行了驗證，其驗證結(jié)果也被各國研究者所認可，但作為一項新的測量手段，加速度計存在的不足也是每個研究人員不得不正視的問題。首先，雖然多樣化的加速度計提供了更多的設(shè)備選擇，為便利的體力活動監(jiān)控提供可能，但是不同廠商生產(chǎn)的加速度計內(nèi)置不同方程，且方程適用人群各不相同，很難直接比較不同設(shè)備的輸出[25]。第二，各設(shè)備均有不同的參數(shù)體系，導(dǎo)出數(shù)據(jù)類型各有差異，如加速度輸出通常表示為“活動計數(shù)”,但能量消耗分別用總能量消耗（TEE），體力活動能量消耗（AEE）或體力活動水平（PAL）來表示，不利于進行深層次的綜合分析[26]。第三，大部分的加速度計都是固定頻率，在監(jiān)控靜態(tài)活動或較低強度體力活動時，加速度計存在誤差。肥胖人群運動水平相對較弱，堅持長時間高強度運動的能力較差，活動強度多為中低強度，對加速度計對低運動強度的監(jiān)控能力提出更高的要求。第四，由于歐美國家對加速度計的使用及研究較早，使用的運動量推薦及能量消耗標準均參考歐美標準，且加速度計的計算方程均根據(jù)歐美人群特征設(shè)定，缺乏針對亞洲人群的設(shè)備及相關(guān)方程。利用現(xiàn)有設(shè)備對國內(nèi)肥胖人群進行監(jiān)控及運動干預(yù)時，其準確性和有效性需要進一步的驗證研究。

6 小結(jié)

6.1 肥胖成為世界性問題，體力活動不足成為制約健康的重要影響因素。加強肥胖人群的能量監(jiān)控，促進身體能量平衡有利于改善健康狀況，提高國民身體素質(zhì)。

6.2 加強體力活動的客觀監(jiān)控是大勢所趨。加速度計，特別是三軸加速度計逐漸成為體力活動的主要監(jiān)控手段。研究者根據(jù)不同試驗需求，選擇不同的試驗設(shè)備。新興科技的發(fā)展促進加速度計的更新和功能擴展。關(guān)注新的加速度計種類和技術(shù)，注重特定消費者需求的更新，有利于加速度計更好地服務(wù)于科研工作和大眾體育需求。

6.3 加速度計的使用，為肥胖人群體力活動監(jiān)控和運動干預(yù)提供新的思路，有利于發(fā)現(xiàn)和克服肥胖人群參加體力活動的各種困難，有利于促進肥胖人群堅持鍛煉。

6.4 社區(qū)化的網(wǎng)絡(luò)和個性化的設(shè)備選擇促進了加速度計普及，也彰顯了加速度計的局限性。各加速度計相對對立的系統(tǒng)，不同的加速度計數(shù)據(jù)導(dǎo)出標準，為比較和整合分析來自不同人群、不同款設(shè)備的數(shù)據(jù)提出了新的挑戰(zhàn)，也開拓了新的研究方向。

6.5 國內(nèi)關(guān)于加速度使用方面的研究較少，缺少符合中國人特點的相關(guān)計算方程，加強國內(nèi)有關(guān)加速度計使用的信度和效度研究，關(guān)注體力活動與監(jiān)控之間的劑量關(guān)系，建立相關(guān)參考標準將是未來研究方向。

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[22] runkeeper官方主頁.[EB].http://runkeeper.com/home

[23] 咕咚網(wǎng)官方主頁.[EB].http://www.codoon.com

[24] 聯(lián)想樂瘋跑官方主頁.[EB]http://run.lenovo.com.cn/

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