王振萍

(新疆藝術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)部，新疆 烏魯木齊 830049)

間接測(cè)熱法(IC)和雙標(biāo)水法(DLW)已被證實(shí)為測(cè)量能量消耗的金標(biāo)準(zhǔn)，但由于操作繁雜、成本較高等原因，很難用來(lái)測(cè)量大樣本人群自由生活狀態(tài)下的能量消耗。體力活動(dòng)日志是調(diào)查研究中常用的一種方法，但其結(jié)果與實(shí)際能量消耗偏差較大，且一致性差。傳感器技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人體體力活動(dòng)能量消耗的測(cè)量中，為獲知每天的體力活動(dòng)水平和能量消耗提供客觀數(shù)據(jù)〔1〕。

Sense Wear Armband(SWA)Pr03是美國(guó)Body Media公司生產(chǎn)的一種臂帶式多功能傳感器，可以動(dòng)態(tài)檢測(cè)受試者日常體力活動(dòng)和睡眠行為的相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)于預(yù)測(cè)低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)能量消耗更有優(yōu)勢(shì)。SWA測(cè)量自由生活狀態(tài)下的能量消耗時(shí)，與DLW測(cè)量法相比存在低估的現(xiàn)象，但兩種測(cè)量方法在測(cè)量每天能量消耗時(shí)的一致性較好。但也有研究指出，只有受試者每天能量消耗較高時(shí)，SWA才會(huì)低估能量消耗，而每天能量消耗較低時(shí)，SWA存在高估能量消耗的現(xiàn)象，同樣，兩者測(cè)量的一致性均在可接受的范圍(與DLW測(cè)量相比較)〔2〕。使用SWA測(cè)量運(yùn)動(dòng)能量消耗時(shí)，各個(gè)版本的SWA儀器測(cè)試數(shù)據(jù)有所區(qū)別;而且，同一儀器測(cè)試的數(shù)據(jù)經(jīng)不同的軟件版本計(jì)算后能量消耗數(shù)值也有所不同。不同版本的SWA對(duì)于測(cè)量日常體力活動(dòng)和運(yùn)動(dòng)能量消耗的結(jié)果不盡相同，其用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)健身時(shí)能量消耗的有效性如何，目前不得而知。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象 成年男性15名，均為右利手，年齡(23±3)歲，身高(174.2±5)cm，體重(68.3±11)kg，體重指數(shù)(BMI)(22.5±3.4)kg/m2，體脂率(17±9.4)%。受試者經(jīng)病史和體格檢查，均無(wú)呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等方面的疾病，鍛煉習(xí)慣為每周均有大于6 h中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)。

1.2 測(cè)試方案 受試者的所有測(cè)試內(nèi)容在1 w內(nèi)的非連續(xù)日子內(nèi)完成。先進(jìn)行平板運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)測(cè)試，1 w內(nèi)完成自行車(chē)測(cè)試。兩次測(cè)試順序均隨機(jī)完成，每次測(cè)試均佩戴SWA，同時(shí)使用便攜式氣體代謝儀完成間接測(cè)熱法的能量消耗測(cè)試。測(cè)試前12 h清淡飲食，無(wú)劇烈活動(dòng)，未吸煙及飲用含有咖啡因的飲料。測(cè)試時(shí)受試者穿上舒適全棉的運(yùn)動(dòng)服和運(yùn)動(dòng)鞋，空腹2～3 h后進(jìn)行。

1.3 平板運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)測(cè)試 測(cè)試前，受試者在平板運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)上進(jìn)行適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)3 min。測(cè)試開(kāi)始后囑受試者手握扶手在平板運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)上站立5 min，完成安靜狀態(tài)下數(shù)據(jù)的采集，然后每人完成4.8 km/h(3 mph)、6.4 km/h(4 mph)、8.0 km/h(5 mph)3個(gè)速度的走、跑，坡度設(shè)置為0，每個(gè)速度6 min，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受試者不握扶手，連續(xù)運(yùn)動(dòng)共18 min。平板運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)測(cè)試所在實(shí)驗(yàn)室溫度為21.7℃ ±1.5℃，測(cè)試環(huán)境 Q濃度為23.93%，CQ濃度為0.03%。

1.4 室內(nèi)場(chǎng)地自行車(chē)測(cè)試 自行車(chē)測(cè)試在一個(gè)90×50 m2的室內(nèi)空置廠房完成，地板為水泥地，囑受試者繞圈騎行。測(cè)試前，根據(jù)每位受試者的身材條件調(diào)整自行車(chē)的鞍座、車(chē)把和腳蹬位置，以達(dá)到身體稍微前傾、手臂稍微彎曲的最佳的騎行姿勢(shì)。受試者先騎自行車(chē)進(jìn)行適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)3 min。測(cè)試開(kāi)始后每位受試者先保持坐位安靜狀態(tài)5 min，然后每人按照自行車(chē)所裝碼表顯示的速度進(jìn)行10、13、15 km/h 3個(gè)速度的騎行，每2個(gè)速度之間休息1～3 min，以休息到安靜時(shí)心率為準(zhǔn)。受試者均使用同一輛自行車(chē)進(jìn)行測(cè)試，自行車(chē)為普通輕便車(chē)，輪胎直徑為26英寸，車(chē)胎充氣充足。

1.5 測(cè)試設(shè)備 在每次測(cè)試前均需連接電腦軟件輸入受試者的個(gè)人信息(出生年月日、身高、體重、性別、優(yōu)勢(shì)手信息、是否抽煙)，然后提前5 min佩戴于受試者的優(yōu)勢(shì)手一側(cè)的上臂肱三頭肌處，佩戴前保持上臂皮膚干燥。每名受試者測(cè)試后均使用數(shù)據(jù)線將儀器連接到電腦，通過(guò)Sensewear 6.1軟件將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)并保存為軟件可以識(shí)別的swd文件，再進(jìn)行下一名受試者的測(cè)試。測(cè)試中采用同一個(gè)心率表(Polar，F(xiàn)inland)和間接測(cè)量?jī)x器。身高的測(cè)量采用鑫東華騰CJ-Ⅱ(自動(dòng))身高測(cè)試儀，體重采用高精度數(shù)顯電子人體秤RCS-160;身體脂肪含量采用GE雙能X線吸收掃描儀。

1.6 數(shù)據(jù)處理 使用SWA6.1和SWA7.0兩個(gè)軟件版本分別對(duì)SWAPrO3測(cè)得的swd文件內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，讀取受試者安靜狀態(tài)、走跑和自行車(chē)每個(gè)速度全程數(shù)據(jù)的平均值。根據(jù)軟件計(jì)算的能量消耗絕對(duì)值計(jì)算每公斤體重的能量消耗。采用3B氣體代謝儀配備軟件Meta-Soft 3.9對(duì)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，選取能量消耗、相對(duì)能量消耗等指標(biāo)，顯示該指標(biāo)在測(cè)試20 s時(shí)間間隔的均數(shù)，讀取受試者安靜狀態(tài)、走跑和自行車(chē)每個(gè)速度全程數(shù)據(jù)的平均值。

2 結(jié)果

在SWA7.0在預(yù)測(cè)安靜狀態(tài)能量消耗時(shí)，與IC預(yù)測(cè)值相比，高估了232%(站位安靜狀態(tài))和177%(坐位安靜狀態(tài))的能量消耗。走跑和自行車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)，SWA7.0與IC預(yù)測(cè)的能量消耗差值隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加而不斷增加(高估306%～395%)，且SWA7.0在預(yù)測(cè)走跑運(yùn)動(dòng)能量消耗時(shí)與IC預(yù)測(cè)值的差值大于預(yù)測(cè)自行車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)與IC預(yù)測(cè)值的差值。見(jiàn)表1。

SWA 6.1在預(yù)測(cè)安靜狀態(tài)能量消耗時(shí)低估了20%(站位安靜狀態(tài))和34%(坐位安靜狀態(tài))的能量消耗;預(yù)測(cè)走跑和自行車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)，與IC的差值趨勢(shì)相同，在前2個(gè)速度時(shí)均高估了運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量消耗(走跑為9%和3%，自行車(chē)為18%和17%)，在第3個(gè)速度時(shí)均低估了運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量消耗(走跑為3%，自行車(chē)為4%)。SWA6.1在預(yù)測(cè)走跑運(yùn)動(dòng)能量消耗時(shí)與IC預(yù)測(cè)值的差值(均值為0.3 kCal/min，高估1%)小于預(yù)測(cè)自行車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)與IC預(yù)測(cè)值的差值(均值為1.45 kCal/min，高估9%)。見(jiàn)表1。

表1 運(yùn)動(dòng)健身時(shí)的能量消耗表(x ±s，k Cal/min，n=15)

3 討論

走跑和自行車(chē)是運(yùn)動(dòng)健身的常用方式。本研究選用了正常速度走(4.8 km/h)、快走(6.4 km/h)、慢跑(8.0 km/h)這3個(gè)常用的走跑速度和慢速騎自行車(chē)(10 km/h)、中速騎自行車(chē)(13 km/h)、快速騎自行車(chē)(15 km/h)這3個(gè)常用的騎自行車(chē)速度，一定程度上反映了運(yùn)動(dòng)健身的常見(jiàn)形式。使用SWA對(duì)走跑和自行車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)能量消耗進(jìn)行測(cè)量，可體現(xiàn)其在測(cè)量運(yùn)動(dòng)健身時(shí)能量消耗的特點(diǎn)。

安靜狀態(tài)下的能量消耗代表了機(jī)體細(xì)胞群的能量代謝狀態(tài)，為每日總能量消耗的絕大部分組成內(nèi)容，其預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性直接影響了每日總能量消耗的準(zhǔn)確性。SWA7.0和SWA6.1在測(cè)量站位和坐位安靜狀態(tài)能量消耗時(shí)與IC相比均表現(xiàn)出非常明顯的差異。盡管SWA7.0高估了安靜狀態(tài)時(shí)的能量消耗，而SWA6.1則低估了安靜狀態(tài)時(shí)的能量消耗，但兩者與IC之間的相關(guān)性和一致性較好。本研究結(jié)果中SWA測(cè)量安靜狀態(tài)下能量消耗的結(jié)果偏差較大，與已有研究報(bào)道的出入較大，一方面原因可能在于兩個(gè)研究使用的儀器和版本有所區(qū)別，還有一個(gè)比較重要的原因可能與受試者在正式進(jìn)入安靜狀態(tài)測(cè)試前SWA佩戴時(shí)間過(guò)短有關(guān)。在研究中提到的受試者在前10 min的數(shù)據(jù)差異較大，可能SWA的各個(gè)傳感器在測(cè)試前需要較長(zhǎng)時(shí)間的適應(yīng)方可進(jìn)入正常工作〔3〕。

SWA6.1可以有效預(yù)測(cè)這兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量消耗，且SWA 6.1預(yù)測(cè)走跑能量消耗的相關(guān)性和一致性均優(yōu)于預(yù)測(cè)自行車(chē)運(yùn)動(dòng)的能量消耗。根據(jù)已有研究結(jié)果的提示，在預(yù)測(cè)較高速度跑步時(shí)，低估能量消耗的趨勢(shì)逐漸增加。這種隨著速度的增加，SWA6.1低估能量消耗的原因可能與受試者在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加的同時(shí)大多有出汗現(xiàn)象有關(guān)，皮膚汗液影響了SWA內(nèi)置熱通量傳感器的測(cè)量，隨之影響了SWA預(yù)測(cè)公式的準(zhǔn)確性。SWA 6.1在預(yù)測(cè)自行車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)，盡管總體高估了的能量消耗，但與IC數(shù)據(jù)相比沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其原因主要是功率自行車(chē)和實(shí)地自行車(chē)的差別。SWA預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)能量消耗時(shí)主要依賴(lài)于內(nèi)置的加速度傳感器，而該類(lèi)傳感器在預(yù)測(cè)不用承受自身體重的運(yùn)動(dòng)(如自行車(chē)運(yùn)動(dòng))時(shí)，往往容易低估其能量消耗，特別是在功率自行車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體不需要為控制自身體重帶來(lái)的平衡影響而做出額外的努力，因此，SWA低估的可能性增加。本研究在室內(nèi)寬敞空間內(nèi)使用實(shí)地自行車(chē)測(cè)試，接近實(shí)際騎行狀態(tài)，受試者可能會(huì)有一些額外的肢體運(yùn)動(dòng)來(lái)保持騎行時(shí)的平衡，導(dǎo)致了SWA6.1與IC相比高估了自行車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量消耗。

SWA7.0作為Body Media公司新推出的軟件版本，目前還沒(méi)有研究表明其預(yù)測(cè)能量消耗數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。但通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)，盡管SWA7.0解決了以往版本低估運(yùn)動(dòng)時(shí)能量消耗的問(wèn)題，但其預(yù)估的能量消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IC預(yù)測(cè)的能量消耗。目前的數(shù)據(jù)表明，SWA7.0與SWA 6.1的數(shù)據(jù)幾乎完全正相關(guān)。除此之外，SWA7.0在預(yù)測(cè)走跑和自行車(chē)運(yùn)動(dòng)能量消耗時(shí)其與IC的差值隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加而不斷增加，這點(diǎn)與SWA6.1的表現(xiàn)不相一致，可能與廠家較大幅度地更改了預(yù)測(cè)能量消耗有關(guān)。但通過(guò)SWA7.0在預(yù)測(cè)走跑能量消耗時(shí)的相關(guān)性和一致性仍然優(yōu)于預(yù)測(cè)自行車(chē)運(yùn)動(dòng)能量消耗可以推測(cè)，盡管廠家較大幅度地更改了預(yù)測(cè)能量消耗的公式，但有可能只是更改了某些數(shù)值，而計(jì)算原理和模式?jīng)]有較大的改變。

SWA在測(cè)量每日總能量消耗時(shí)優(yōu)于其他的加速度計(jì)，且與其他加速度計(jì)相比能夠更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)低強(qiáng)度時(shí)的運(yùn)動(dòng)能量消耗，主要原因在于加速度計(jì)很難區(qū)別靜坐不動(dòng)狀態(tài)和非常輕微的體力活動(dòng)，因此，可能會(huì)低估非常輕微的體力活動(dòng)的能量消耗。本研究中SWA7.0和SWA 6.1均在低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)高估了運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量消耗，反映了多個(gè)傳感器在能量消耗預(yù)測(cè)公式中都起到了一定的作用。但由于SWA生產(chǎn)廠家沒(méi)有公布其能量消耗的預(yù)測(cè)公式，因此，很難找出SWA在預(yù)測(cè)能量消耗時(shí)與IC數(shù)據(jù)相比較出現(xiàn)高估和低估的原因以及改善方法。但根據(jù)SWA6.1預(yù)測(cè)的能量消耗沒(méi)有隨著自行車(chē)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加而增加的現(xiàn)象，可以推測(cè)SWA預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量消耗較大程度來(lái)自于加速度計(jì)的數(shù)據(jù)，而在自行車(chē)運(yùn)動(dòng)中加速度計(jì)的測(cè)量功能隨著上肢的小幅度運(yùn)動(dòng)而受到限制。因此，同等身體活動(dòng)幅度下很難測(cè)量到運(yùn)動(dòng)負(fù)荷和機(jī)體的做功有所變化，導(dǎo)致預(yù)測(cè)能量消耗出現(xiàn)差異。未來(lái)SWA的公式中可考慮增加其他傳感器(如熱通量傳感器)的數(shù)據(jù)所占的權(quán)重。這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)在SWA7.0的公式中得到較好的改善。

本研究由于條件所限有兩個(gè)局限之處。(1)受試者選用15名成年男性，且為正常體重人群，因此該研究結(jié)果能否應(yīng)用于其他年齡段人群、超重和肥胖人群甚至不同體質(zhì)水平的人群，尚需要進(jìn)一步的研究加以證實(shí)。(2)本研究中只選用了跑臺(tái)走跑和實(shí)地自行車(chē)運(yùn)動(dòng)作為運(yùn)動(dòng)健身的主要方式，但SWA是否可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其他方式運(yùn)動(dòng)健身時(shí)的能量消耗，或更大強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)、不同的環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)，同樣需要在未來(lái)的研究中得到解決。

1 江崇民，邱淑敏，王 歡，等.運(yùn)動(dòng)健身的能量消耗〔M〕．北京:人民體育出版社，2013:77-9.

2 李海燕，陳佩杰，莊 潔.運(yùn)動(dòng)傳感器在測(cè)量青少年日常體力活動(dòng)水平中的應(yīng)用〔J〕．上海體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2010;34(3):46-8.

3 周麗麗，王啟榮，付勁德，等.利用能量代謝測(cè)定儀和運(yùn)動(dòng)員膳食營(yíng)養(yǎng)分析系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化能量平衡指導(dǎo)〔J〕．中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2009;28(2):202-4.