周鐵成，王 海，朱 琳

(1.電子科技大學(xué)中山學(xué)院體育部,廣東 中山 528403；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)體育部，黑龍江 哈爾濱 150000；3.廣州體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)與健康系，廣東 廣州 510500)

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青少年日常體力活動(dòng)攝氧量預(yù)測(cè)方程的建立和檢驗(yàn)*

周鐵成1，王 海2，朱 琳3*

(1.電子科技大學(xué)中山學(xué)院體育部,廣東 中山 528403；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)體育部，黑龍江 哈爾濱 150000；3.廣州體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)與健康系，廣東 廣州 510500)

目的：建立更適合我國青少年的，更經(jīng)濟(jì)、有效的日常體力活動(dòng)攝氧量方法。方法：90名11～14歲青少年隨機(jī)分成實(shí)驗(yàn)組(60人)和驗(yàn)證組(30人)，男女各半。實(shí)驗(yàn)組以3～8km/h速度進(jìn)行6個(gè)速度級(jí)別的逐級(jí)遞增跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，每級(jí)運(yùn)動(dòng)5min；以COSMED K4b2的測(cè)量值為因變量，以周歲年齡、性別、身高、體重、BMI、體脂率、瘦體重為自變量，建立回歸方程；驗(yàn)證組在自由狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，通過配對(duì)樣本T檢驗(yàn)用以檢驗(yàn)預(yù)測(cè)方程的有效性，采用Bland-Altman法用于檢驗(yàn)預(yù)測(cè)方程在自由狀態(tài)下預(yù)測(cè)攝氧量的系統(tǒng)偏差。結(jié)果：自建的預(yù)測(cè)方程為Y(mL/min)=15.404×負(fù)荷心率+23.514×體重(kg)-194.592×性別-1735.307；男性=1，女性=2；方程R2=0.601，SEE=398.15，F(xiàn)檢驗(yàn)P<0.001，說明自變量與因變量存在線性關(guān)系，方程的擬合程度較高；自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)t檢驗(yàn)，P<0.001，說明自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)有意義，回歸模型可靠。自建的預(yù)測(cè)方程和李海燕預(yù)測(cè)方程與實(shí)測(cè)值間均無顯著性差異(P>0.05)，自建的預(yù)測(cè)方程(男R=0.728，P<0.001；女R=0.603，P<0.001)與實(shí)測(cè)值存在中度相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)均高于李海燕預(yù)測(cè)方程(男R=0.636，P<0.001；女R=0.568，P<0.001)；所建預(yù)測(cè)方程95%的殘差均落在Bland-Altman圖±1.96SD區(qū)間內(nèi)，表明方程有較好的預(yù)測(cè)能力。結(jié)論：自建攝氧量預(yù)測(cè)方程有效，比同類攝氧量預(yù)測(cè)方程更經(jīng)濟(jì)、有效，更適用于青少年的日常體力活動(dòng)攝氧量的預(yù)測(cè)。

青少年；攝氧量；日常體力活動(dòng)；預(yù)測(cè)方程

能量消耗是機(jī)體任何活動(dòng)過程中所伴隨的能量的存儲(chǔ)、釋放、轉(zhuǎn)移和利用；而這其中需要氧的參與，因此常用攝氧量及其相關(guān)指標(biāo)來反映機(jī)體的能量消耗水平。機(jī)體單位時(shí)間內(nèi)，攝取并被實(shí)際消耗或利用的氧量即被稱為攝氧量。

青少年并不是成年人的簡單縮小。研究顯示，兒童的靜息能量消耗和單項(xiàng)活動(dòng)的體力活動(dòng)能量消耗均高于成年人；有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，男孩子在走、跑活動(dòng)的能量消耗要大于成年男性[1-3]；年齡越小的兒童在進(jìn)行走、跑活動(dòng)時(shí)的相對(duì)攝氧量與成年人的差距最大[4-7]，但隨著年齡的增加這種差距會(huì)縮小，意味著兒童走、跑的相對(duì)攝氧量會(huì)隨著年齡的增加而下降。朱琳等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增加男女體力活動(dòng)相對(duì)攝氧量普遍下降，但不同年齡組間均無顯著性差異。為此，對(duì)于青少年攝氧量的研究不能應(yīng)用成年人的研究成果，同時(shí)研究應(yīng)集中在有限的年齡范圍。

本文利用能量消耗研究的金標(biāo)準(zhǔn)法——?dú)怏w代謝分析法，建立適用于青少年的能量消耗預(yù)測(cè)方程，并用Bland-Altman法檢驗(yàn)實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)方程預(yù)測(cè)值的一致性，以評(píng)價(jià)常用預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)方程的估算效果，試圖找到一種經(jīng)濟(jì)、非介入式的日常體力活動(dòng)能量消耗測(cè)量的方法。

1 研究對(duì)象和研究方法

1.1 研究對(duì)象

研究共招募90名11歲～14歲周歲學(xué)生，分成實(shí)驗(yàn)組(60人)和驗(yàn)證組(30人)，男女各半；實(shí)驗(yàn)組用于攝氧量預(yù)測(cè)方程的建立，驗(yàn)證組用于預(yù)測(cè)方程有效性的檢驗(yàn)。所有參加者均身體健康，沒有參與過系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。樣本基本情況見表1。

表1 受試者基本信息 (xTX-±s)

指標(biāo)實(shí)驗(yàn)組男性(N=30)女性(N=30)驗(yàn)證組男性(N=15)女性(N=15)周歲年齡(y)1310±0921296±0921297±0951302±098身高(m)166±008157±006165±009160±004體重(kg)5793±9774814±9375429±10935283±835BMI(kg/m2)2100±2851956±2941995±3282180±480體脂率(%)2085±5992398±4701676±6032524±515瘦體重(kg)4567±7143629±5464489±7593916±391

1.2 研究方法

1.2.1 COSMED K4b2便攜式氣體代謝分析儀

利用間接測(cè)熱原理設(shè)計(jì)的COSMED K4b2(Rome，Italy)已經(jīng)公認(rèn)為是測(cè)定機(jī)體能量消耗的“金標(biāo)準(zhǔn)”[8]，能有效測(cè)量各種運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下的攝氧量[9]，常作為能量消耗測(cè)量的校標(biāo)方法。實(shí)驗(yàn)提取原始指標(biāo)VO2(ml/min)和心率。

1.2.2形態(tài)指標(biāo)測(cè)量

采用學(xué)生體質(zhì)規(guī)范測(cè)量儀器和方法對(duì)身高、體重進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算身體質(zhì)量指數(shù)BMI；用日本TANITA身體成分分析儀測(cè)量體脂率，并計(jì)算瘦體重(痩體重=體重×(1-體脂率)。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)安排

餐后1h以上，實(shí)驗(yàn)組在坡度為0的跑臺(tái)上完成3～8km/h的持續(xù)走、跑實(shí)驗(yàn)。其中，3、4、5、6km/h分別代表慢走、輕松步行、正常步行、快走；7、8km/h分別代表慢跑和快跑；每個(gè)速度運(yùn)動(dòng)5min，共計(jì)30min。驗(yàn)證組在自由狀態(tài)下以4～7km/h進(jìn)行走跑運(yùn)動(dòng)30min。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)均用±s表示，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析用SPSS 16.0完成。采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)實(shí)測(cè)值與方程預(yù)測(cè)值差異性，P <0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；逐步回歸法建立預(yù)測(cè)方程；Bland-Altman法分析預(yù)測(cè)方程的系統(tǒng)偏差，確定實(shí)測(cè)值與方程預(yù)測(cè)值的一致性。

2 研究結(jié)果

2.1 攝氧量預(yù)測(cè)方程的建立

實(shí)驗(yàn)組以K4b2實(shí)測(cè)能耗值為因變量，以周歲年齡、性別、身高、體重、BMI、體脂率、瘦體重為自變量，通過逐步回歸的方法獲得預(yù)測(cè)方程Y(mL/min)=15.404×負(fù)荷心率+23.514×體重(kg)-194.592×性別-1735.307；男性=1，女性=2。方程R2=0.601，SEE=398.15，F(xiàn)檢驗(yàn)P<0.001，說明自變量與因變量存在線性關(guān)系，方程的擬合程度較高；自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)t檢驗(yàn)，P<0.001，說明自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)有意義。

2.2 攝氧量預(yù)測(cè)方程的驗(yàn)證

從驗(yàn)證組(詳見表2)的檢驗(yàn)可知，實(shí)測(cè)值與本文自建的預(yù)測(cè)方程(P>0.05)、李海燕所建預(yù)測(cè)方程(P>0.05)比較，均不存在顯著性差異；實(shí)測(cè)值與兩個(gè)方程均存在中度相關(guān)；其中，無論男性還是女性，自建的預(yù)測(cè)方程(男R=0.728，P<0.001；女R=0.603，P<0.001)與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)均高于李海燕預(yù)測(cè)方程(男R=0.636，P<0.001；女R=0.568，P<0.001)。

本文利用Bland-Altman方法，對(duì)實(shí)測(cè)值與本文自建的預(yù)測(cè)方程的預(yù)測(cè)值和李海燕預(yù)測(cè)方程的預(yù)測(cè)值的一致性分析表明(詳見圖1，圖2)，本文自建的預(yù)測(cè)方程的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值間的殘差均在95%的一致性界限(男性-782.507～548.3031ml/min；女性-513.472～439.6213ml/min)；李海燕所建女性預(yù)測(cè)方程的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值殘差部分超過95%的一致性界限(-754.848～52.754ml/min)，李海燕所建男性預(yù)測(cè)方程的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值殘差在95%的一致性界限(-1060.16 ～104.4336ml/min)。

注：李海燕預(yù)測(cè)方程為：攝氧量(mL/min)=17. 24×負(fù)荷心率+8. 76×瘦體重(kg)-1288. 22(男性)；攝氧量(mL/min )=18. 72×負(fù)荷心率+5.61×瘦體重(kg)-1588.79(女性)。實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的相關(guān)分析，***為p<0.001。

圖1 預(yù)測(cè)方程的Bland-Altman散點(diǎn)圖(男性)

圖2 預(yù)測(cè)方程的Bland-Altman散點(diǎn)圖(女性)

3 分析與討論

體力活動(dòng)(也有人稱之為即身體活動(dòng))即由骨骼肌收縮造成能量消耗增加的身體動(dòng)作[11]。在日常生活中，走、跑是最為常見的活動(dòng)形式，對(duì)于青少年，3～8km/h的速度分別代表慢走、輕松步行、正常步速、快走、慢跑和快跑。雙標(biāo)水法和間接測(cè)熱法已被公認(rèn)是能量消耗測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”法[12, 13]，COSMED K4b2(以下簡稱K4b2)是基于開放式循環(huán)間接測(cè)熱原理設(shè)計(jì)的能量消耗測(cè)量儀，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于兒童和青少年的能量消耗測(cè)量的研究中[14, 15]，本文運(yùn)用K4b2作為能量消耗測(cè)量的校標(biāo)法是可靠的。

健康人群能量消耗(攝氧量)受年齡、性別、身高、體重、內(nèi)分泌、氣候等因素的影響。本文以K4b2實(shí)測(cè)的攝氧量為因變量，以周歲年齡、性別、身高、體重、BMI、體脂率、瘦體重為自變量，通過逐步回歸分析法建立預(yù)測(cè)方程，最終負(fù)荷心率、體重、性別作為自變量因素進(jìn)入預(yù)測(cè)方程，顯示攝氧量與負(fù)荷心率、體重、性別存在線性關(guān)系；所建預(yù)測(cè)方程R2=0.601(p<0.001)，說明因變量的60.1%的變異可以由自變量解釋，方程的擬合程度較高；自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)t檢驗(yàn)，P<0.001，說明自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)有意義，所建預(yù)測(cè)方程成立。本文自建的預(yù)測(cè)方程的自變量為負(fù)荷心率、體重、性別；李海燕預(yù)測(cè)方程自變量為負(fù)荷心率和瘦體重(R2判定系數(shù)男生為0.80,女生為0.84)，瘦體重的獲得需要借助體成分分析儀，在獲得體脂率的基礎(chǔ)上才能夠推算出瘦體重，所以日常生活中人們很難獲得瘦體重這項(xiàng)指標(biāo)。因此，相比較而言本文所建預(yù)測(cè)方程的自變量更容易獲得，預(yù)測(cè)方程更經(jīng)濟(jì)、方便。

日常生活中，極低速的走以及極快速的跑都是不常見的[16]，當(dāng)在地面以低于15. 6 km/h的速度進(jìn)行走跑運(yùn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的能量消耗略高于在跑臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)(p>0.05)，但并不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[10, 17]。為此，本文以4～7km/h的自由走跑運(yùn)動(dòng)作為日常體力活動(dòng)的主要表現(xiàn)形式，用以驗(yàn)證預(yù)測(cè)方程的有效性。研究顯示，自建的預(yù)測(cè)方程和李海燕預(yù)測(cè)方程與實(shí)測(cè)值均表現(xiàn)為中度相關(guān)，但自建的預(yù)測(cè)方程的相關(guān)系數(shù)均高于李海燕預(yù)測(cè)方程。Bland-Altman的一致性分析表明，實(shí)測(cè)值與自建回歸方程的預(yù)測(cè)值間，殘差的95%均落在±1.96SD區(qū)間內(nèi)，表明本文自建的預(yù)測(cè)方程的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值間有較好的一致性，兩種方法可以互相替代；李海燕預(yù)測(cè)方程在女性的預(yù)測(cè)中不夠理想。可見，相比而言本文所建預(yù)測(cè)方程更有效。

4 結(jié)論

本研究應(yīng)用線性回歸分析的方法，建立的以負(fù)荷心率、體重、性別為自變量的攝氧量預(yù)測(cè)方程有效，能有效監(jiān)測(cè)11～14歲青少年自由狀態(tài)下的攝氧量；自建的預(yù)測(cè)方程比同類攝氧量預(yù)測(cè)公式更經(jīng)濟(jì)、有效，更適用于青少年的日常體力活動(dòng)的攝氧量預(yù)測(cè)。

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Establishing and Verifying the Prediction Equation of the Teenagers' Daily Physical Activities Oxygen Consumption

ZHOU Tie-cheng1, WANG Hai2, ZHU Lin3*

(1.Department of P.E., Zhongshan Institute, University of Electronic Science and Technology of China, Zhongshan 528403, China;2 Department of Physical Education, PHarbin Institute of Technology, Harbin 150000, China;3 Department of Sport and Health, Guangzhou Sport University, Guangzhou 510500, China)

Purpose: This study aims at establishing an economical and effective equation suitable for the measurement of the Chinese teenagers' oxygen consumption when doing their daily physical activities. Methods: 90 teenagers between the age of 11 to 14 were divided into two groups: the experimental (60) and the validation (30), and each group was evenly composed of males and females. The experimental group was tested by a 6-speed-grades incremental load treadmill exercise with the beginning speed of 3～8km/h and each grade lasting for 5 minutes. A regression equation was established regarding the measured values of Cosmed K4b2 as dependent variables and the ages, sexes, heights, weights, BMI, body fat rate and lean body mass as the independent variables. The validation group exercised in normal conditions and the effectiveness of the prediction equation was verified by the paired-samples T test, while the Bland-Altman method was applied to check the systematic deviation of the oxygen consumption of the prediction equation in normal conditions. Results: The prediction equation can be written as: Y(mL/min)=15.404×load heart rate+23.514×weight(kg)-194.592×sex-1735.307；The Male=1，The Female=2；Equation R2=0.601，SEE=398.15，F(xiàn) Verification P<0.001， There is no significant difference(P>0.05)between the prediction equation established and Li Haiyan's. There is a moderate correlation between this prediction equation(For the male R=0.728，P<0.001；For the female R=0.603，P<0.001) and the measured values and the correlation coefficient is higher than Li Haiyan's (For the male R=0.636，P<0.001；For the female R=0.568，P<0.001). 95% residuals of this prediction equation are distributed in the ±1.96SD section of the Bland-Altman graph, which indicates the better predictive ability of this equation. Conclusion: The prediction equation established for oxygen consumption is valid, which is more economical and effective than the similar ones and more suitable for the prediction of teenagers' oxygen consumption when doing their daily physical activities.

teenager; oxygen consumption; daily physical activities; prediction equation

2016-10-08

周鐵成(1979-)，男，本科，黑龍江省哈爾濱人，講師 通訊作者：朱琳(1975-)，女，漢族，博士，教授，博導(dǎo)

教育部人文社會(huì)科學(xué)青年基金項(xiàng)目(13YJC890050)階段研究成果；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014A020220010)資助

G804

A

1007-323X(2016)06-0093-04

研究方向：體育教學(xué)