体力活动测量方法综述解读

体力活动测量方法综述主要内容前言一、双标水法(doublylabeledwater)二、间接热量测定法(indirectcalorimetry)三、体力活动问卷(physicalactivityquestionnaires)四、心率(heartratemonitors，HR)五、运动传感器(motionsensors)六、小结前言体力活动(physicalactivity，PA)是指由骨骼肌收缩产生的身体活动，也是指在基础代谢(BMR)的水平上，使身体能量消耗增加的活动。体力活动不足是健康的重要独立危险因素之一，体力活动不足与心血管疾病、2型糖尿病、结肠癌和其他一些重要疾病的发生密切相关。体力活动推荐量1995年美国CDC、ACSM建议每天或在1周绝大多数天数里参加30min中等强度的体力活动。1996年美国公共卫生局建议人们每天要通过中等强度或大强度的活动消耗150kcal热量。2000年美国健康与大众服务部（HHS）制订了《2010年人类健康计划》，列举了促进健康的10大措施，其中增加体力活动位列第一。研究体力活动的首要内容是寻找客观、精确、重复性高的体力活动测量方法，这些方法具有以下几方面的重要意义:1)确定体力活动和健康之间的量效关系;2)评价不同人群的体力活动水平;3)反映各种活动的能量消耗水平;4)评价增加人群体力活动的干预措施实施的有效性。体力活动测量常用技术:双标水法(doublylabeledwater)间接热量测定法(indirectcalorimetry)体力活动问卷(physicalactivityquestionnaires)心率表(heartratemonitors)运动传感器(motionsensors)一、双标水法(doublylabeledwater)起源：1982年Schoeller和vanSanten的研究中首次采用。方法：受试者服用经非放射性同位素2H、18O双重标记的水，经代谢，2H以H2O的形式排出体外，18O以H2O和CO2的形式排出体外，用18O的代谢速率减去2H的代谢速率即可得到CO2的生成率，通过呼吸商计算出O2消耗量，代入公式计算出单位时间的能量消耗。TEE=3.941×rO2+1.106×rCO2-2.17×UN(UN为每天的尿氮量g/d)双标水法的优点：1）适用范围广：双标水法广泛应用于不同人群能量消耗研究，如早产儿、病人、儿童、肥胖人群、孕妇、哺乳期妇女和老年人。此外，该方法还用于各种生理条件下的人群，如环法自行车赛运动员、南极探险运动员、珠穆朗玛峰登山运动员等。2）测量精确度高双标水法精度高，它和间接热量测定法被认为是能量消耗测定的“金标准”，其他方法往往以双标水法为参照，才能确定其测量体力活动的有效性和可靠性。3）无毒副作用4）不影响受试者的活动双标水法的局限性：1、18O价格昂贵，测试成本极高，不适合大样本人群研究;2、整个测试过程需要持续至少3天(一般为4～21天)；3、只能获得总能量消耗方面的信息，不能提供更多与体力活动有关的参数，如不同活动的持续时间、强度、频率等;4、双标水法仍有产生误差的可能(约为5%)。尽管双标水法尚有局限性，但由于其相对于其他方法来说是“金标准”，对于3～4天的小样本研究，仍然是最理想的方法。二、间接热量测定法(indirectcalorimetry)间接热量测定法：是让受试者佩带呼吸面罩，通过气体代谢装置分析受试者VO2和CO2产生量，从而计算能量消耗。应用：安静和运动过程中的能量代谢测定，并且也被视为精确的短时热量测定方法。传统的气体代谢装置体积庞大，往往只能在实验室里借助跑台测量步行或跑步的能量消耗。应用：许多验证运动传感器测量步行或跑步有效性及可靠性的研究就是以这种方法做参照。便携式的气体代谢装置常见的此类设备：MetamaxTM(Borsdorf，Germany)ComsedK4b2TM(Rome，Italy)应用：广泛应用于现场环境研究。便携式的气体代谢装置的优点：1、精确性：这些便携式的装置可以精确地分析每一次呼吸的气体交换情况；2、便携、舒适：体积小巧，重量轻，佩带起来也很舒适；3、应用广泛：非常适合现场环境的体力活动如，工作、家务劳动、园艺、体育锻炼以及娱乐活动的能量消耗测量。便携式的气体代谢装置的缺点：1、仪器价格昂贵，只适合对小样本进行研究；2、由于采用电池供电，便携式气体分析装置往往只能连续工作1～5h，因此，难以对人们日常体力活动进行长时间不间断测量。总的来说，间接热量测定法，常常被用于测量不同活动的能量代谢状况，或用于评价心率监测器、运动传感器的有效性，而在调查一般性日常活动或每周活动方面实用性不强。三、体力活动问卷(physicalactivityquestionnaires)目前，问卷和活动回忆法是流行病学研究中评价体力活动最普遍、最实用的方法。美国运动医学学院(ACSM)官方杂志《MedicineandScienceinSportsandExercise》在1997年出版的一期增刊列举了30多种体力活动问卷。问卷的形式:日记、日志、活动回忆、定量化回顾、访谈。调查对象：大多数问卷适用于成年人或所有人群，也有专门针对儿童、学生、老年人的问卷;回忆的时间期限：包括回忆1天，3天，1周，1月至数月，过去一年或不设时间限制;问卷内容：闲暇时间、工作、家务劳动、乘坐交通工具、体育锻炼等情况，有的问卷只调查某一方面的体力活动，如闲暇时间的活动，有的问卷则调查多方面的活动。日记通常是详细记录每15min或每0.5h的活动内容，连续记录1～3天体力活动情况。通过日记，可以得到的信息包括:1)用某项活动持续时间乘以该活动单位时间能量消耗得到总的能量消耗;2)累计体力活动的时间以及按照体力活动分级计算的各类活动时间。日记的优点：在体力活动问卷中，日记被认为是最精确的。日记的局限性：1、其结果不能代表长期的体力活动模式，2、受试者负担较重，难以应用于10岁以下的儿童。活动回忆通常让受试者回忆的时间长短从一周到一生不等。活动回忆的优点：受试者花的精力比日记少。活动回忆的缺点：1、对某些人来说回忆过去的体力活动细节仍然有些困难。2、人们往往能够精确回忆大强度、有组织的活动，但对普遍存在的、中等强度的体力活动（如步行）却记忆不清。3、许多问卷都会涉及到步行频率，但无论是用相对或绝对的速度或强度来表示步行，人们对于步行速度或强度的理解仍有困难。定量化回顾回忆调查最复杂的一种形式，它要求受试者回忆过去一年的某些细节。定量化回顾局限性：1、对受试者的记忆力要求很高，2、如此复杂的问卷会增加研究成本。问卷和活动回忆方法的优点：能够客观反映受试者体力活动状况，有的问卷还证实了与双标水法相关程度很高。问卷和活动回忆方法的局限性：问卷从本质上讲是主观测量，回忆时常有错误，且个人对体力活动的理解也不甚准确。因此，需要用客观的方法来定量化体力活动。四、心率法(heartratemonitors,HR)理论依据HR是一个与能量消耗密切相关的生理参数。在一定强度范围内，特别是HR在110～150次/分的范围内，HR与耗氧量(VO2)呈现线性关系。HR评价体力活动的常用方法:1、平均HR，2、HR差值(HR差值=活动时HR-安静HR)，3、HR不同变化范围所持续的时间，HR储备%不同变化范围所持续的时间，4、曲线HR(FLEX-HR)，5、HR-运动传感器(HR-motionsensor)技术。1、平均HR平均HR最简单的评价方法，但测量的准确性不高。众所周知，有训练基础的人其安静HR有下降的趋势，因而规律参加中等强度体力活动的人其一天平均HR有可能比很少参加体力活动的人还要低。——运动性心动徐缓Logan等也发现如何确定安静HR会影响到评价受试者的体力活动水平。2、HR差值HR差值可以对不同体质水平的人相互比较，Janz等对HR差值分析体力活动后发现心率差值与两种体力活动问卷呈现中度相关(r=0.50)。3、HR不同变化范围所持续的时间%HRR不同变化范围所持续的时间Strath根据Swain的观点对61名成年人进行了体力活动研究。HR和VO2在每项活动中被连续记录了15min。HRmax采用220减去年龄获得。VO2max采用Jackson制定的直接用年龄、体质推算VO2max公式获得。结果发现，用%VO2R预测活动时VO2与实际VO2高度相关，其相关程度超过HR与VO2的相关性，说明采用这种HR分析方法能够很精确地测量能量消耗。5、曲线HR法应用：预测能量消耗或代谢当量(METs)。测试方法:1、测定每一名受试者的安静代谢率(RMR)，2、连续监测每一名受试者平卧、坐位、站位、以不同强度运动时的HR和VO2，3、用这些数据建立HR与VO2之间的曲线关系。安静时的最高HR和轻度活动时的最低HR被定义为曲线HR(FLEX-HR)。HR低于曲线HR----通过安静代谢率计算能量消耗。HR高于曲线HR-----通过该HR-VO2曲线估算能量消耗或代谢当量。曲线HR法的优点：充分考虑到受试者年龄、性别、体质水平不同，这一曲线的斜率会因个体不同产生变化，其结果比较准确。Spurr等比较了根据曲线HR法计算的能量消耗与间接热量测定法测定的能量消耗之间没有明显差异。Livingstone等研究发现，根据曲线HR预测个人能量消耗与双标水法测定的能量消耗比较起来误差范围在16.7%～18.8%范围内。曲线HR法的局限性该方法非常耗时，需要测试每个人在不同强度活动中的HR、VO2和HR-VO2曲线，研究成本比较高。心率法评价体力活动的应用应用人群：普通成年人群、肥胖人群、食欲减退人群和老年人群以及健康儿童、肥胖儿童和残疾儿童等。1、这些研究对于HR监测技术应用于评估人群体力活动是否可靠结果并不一致。当监测肥胖和食欲不振人群时，在不依赖于VO2的低强度体力活动中，HR的变异程度很大，不能正确评价这类人群的能量消耗。2、Maffeis等发现，采用曲线HR预测的能量消耗与通过双标水法测定的能量消耗在测量体型正常儿童方面是一致的，但明显会高估肥胖儿童的能量消耗。3、Racette等发现，用HR预测肥胖成年人的能量消耗准确性很差，其原因是这类活动偏少人群的HR差异很大。4、Livingstone等总结说，曲线HR法中的HR-VO2关系并不能完全代表实际活动中的能量消耗，对于因冠心病导致的窦房结病变引起HR严重减慢的病人，实际体力活动的能量消耗也不能通过HR来推算。5、曲线HR本其理论假设的基础是休息和运动时的HR一定有差异。由于个体之间以及个体本身的变异，难以预测在一天中绝大多数时间处于“曲线HR”附近的个体的能量消耗。6、Freedson和Miller指出，用HR来预测能量消耗有诸多问题，问题之一是在同等VO2情况下，上肢运动相比下肢运动更易造成HR增加。有一种新方法试图解决这些问题，这一方法被称为HR-运动传感器技术，实际上是联合运用HR与运动传感器以提高测量精确性。HR-运动传感器技术是同时记录HR、VO2、身体运动状况(通过佩带在手臂和腿脚上的运动传感器)，让受试者完成各种体力活动，然后根据HR、VO2、运动传感器的数据，分别绘制上肢运动为主的活动和下肢运动为主的活动的HR-VO2曲线。当运动传感器结果显示某项活动以上肢运动为主时，根据上肢运动的HR-VO2曲线计算代谢当量，反之则采用下肢运动的HR-VO2曲线，采用该方法的测试结果比较理想。Strath等发现，该用HR-运动传感器方法计算的VO2与实际VO2高度相关(r=0.81)。Haskell根据HR和运动传感器数据采用多变量的回归分析来预测能量消耗，结果发现，预测的能量消耗与实际能量消耗高度相关(复相关系数为0.89)。HR来评估体力活动的局限性：1、