兒童少年體質(zhì)場地測試手段標準關聯(lián)效度的研究：系統(tǒng)評價

楊賢罡，于 洋

（1.河北省體育科學研究所，河北石家莊050011；2.沈陽體育學院運動人體科學學院，遼寧沈陽110102）

兒童少年體質(zhì)場地測試手段標準關聯(lián)效度的研究：系統(tǒng)評價

楊賢罡1，于 洋2

（1.河北省體育科學研究所，河北石家莊050011；2.沈陽體育學院運動人體科學學院，遼寧沈陽110102）

目的：系統(tǒng)評價針對兒童少年人群體質(zhì)場地測試手段的標準關聯(lián)效度，根據(jù)證據(jù)等級形成效度水平的綜合框架。方法：制定文獻檢索策略，檢索1990年1月—2012年6月公開發(fā)表的英文全文文獻；根據(jù)受試者例數(shù)、受試人群描述和統(tǒng)計方法對納入文獻進行質(zhì)量評估，根據(jù)研究例數(shù)和研究結果的一致性確定各場地測試手段效度的證據(jù)等級。結果：最終納入53項高質(zhì)量研究。下列測試手段的證據(jù)等級充分：20m往返跑評價心肺耐力，握力評價上肢肌肉最大力量，皮褶厚度、身高體重指數(shù)和腰圍評價身體成分，其中腰圍評價中心性肥胖。下列測試手段的證據(jù)等級中等：1mile跑／走和Anderson測試評價心肺能力，立定跳遠和縱跳評價下肢爆發(fā)性力量。目前尚無針對運動能力場地測試手段效度的高質(zhì)量研究。結論：基于目前的證據(jù)等級，提出了兒童少年體質(zhì)場地測試方法的標準關聯(lián)效度框架。

兒童少年；體質(zhì)；場地測試；標準關聯(lián)效度

場地測試方法是大樣本群體體質(zhì)研究中，作為實驗室標準測試的替代手段。在過去20年間，國內(nèi)外對兒童少年的體質(zhì)問題極大關注，形成了大量針對該人群的場地測試方法。信度和效度是選擇某項場地測試手段時考慮的首要問題。前期研究已采用系統(tǒng)評價方法，提供了兒童少年體質(zhì)場地測試手段的信度框架［1］。效度是指場地測試方法能夠準確測出其所需測量的體質(zhì)成分的程度［10］。由于場地測試方法對體質(zhì)水平的評價效果取決于預測技術，易出現(xiàn)誤差，所以本研究主要選擇的是標準關聯(lián)效度（Criterion-related validity），即該場地測試方法與標準測試方法——“金標準”之間的相關程度，在證據(jù)等級水平基礎上提出兒童少年體質(zhì)場地測試方法的效度綜合框架，為將來的基礎研究和實踐應用提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

公開發(fā)表的針對兒童少年體質(zhì)場地測試手段的效度研究。主要提取高質(zhì)量研究中的體質(zhì)類型、人群特征、場地測試方法、標準測試方法、統(tǒng)計方法、主要結果與結論（將P＜0.05定為具有統(tǒng)計學顯著性）方面的信息。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻檢索策略 在 Medline、Embase、Highwire、PubMed、Scopus和SportsDiscus六大電子數(shù)據(jù)庫中進行文獻檢索，關鍵詞從“validity”和“fitness”兩方面進行組合檢索。檢索時間限定為1990年1月—2012年6月，語種限制為英文的全文文獻，采用文獻追溯的方法以保證查全。研究群體界定為健康兒童和少年（0～18歲）。

1.2.2 質(zhì)量評估 由作者1和作者2獨立評價各納入文獻。采用質(zhì)量評估表對納入文獻進行質(zhì)量評分。質(zhì)量評估表包括受試者例數(shù)、對研究群體的描述和統(tǒng)計方法，共3個條目。每1條目的得分為0～2分，各條目得分相加為總質(zhì)量得分。各條目詳細評分標準如下：受試者例數(shù)：≤10人的被評為0分，11～50人的評為1分，≥51人的評為2分。對研究群體的描述：對研究人群的描述包括年齡、性別、健康狀況、體質(zhì)狀況、發(fā)育狀況、種族、體力活動模式、體成分等。其中至少包括年齡、性別、健康狀況和體質(zhì)狀況的被評為1分，少于1分標準所包含條目的被評為0分，多于1分標準所包含條目的被評為2分統(tǒng)計方法：采用誤差相關指標或回歸分析的被評為1分，采用≥3個誤差相關指標（包括誤差百分比（%E，percentage error），誤差平方和（SSE，sum of squared errors），誤差平方和均值（MSE，mean of squared errors），誤差平方和均方根（RMSE，root mean squared errors），預測標準誤（SEE，standard error of estimate）等）或 Bland-Altman法和／或重復測量方差分析的被評為2分；未包含在1分標準內(nèi)的統(tǒng)計方法被評為0分?？傎|(zhì)量評分為5～6分被評為高質(zhì)量研究，3～4分被評為低質(zhì)量研究，0～2分的被評為極低質(zhì)量研究。

1.2.3 證據(jù)等級 體質(zhì)場地測試方法信度的證據(jù)等級分為3級：證據(jù)充分：存在3項或以上，結果一致的高質(zhì)量研究。證據(jù)中等：存在2項，結果一致的高質(zhì)量研究。證據(jù)有限：結果一致，但來自于多項低或極低質(zhì)量研究，或存在多項研究但結果不一致，或結果僅來自于一項研究。

2 研究結果

文獻檢索確定了76項針對兒童少年場地測試手段的標準關聯(lián)效度研究，其中53項為高質(zhì)量研究，23項為低質(zhì)量研究，無極低質(zhì)量研究。兩位評價者的總一致率為91.2%（k＝0.83），評價結果不一致的通過協(xié)調(diào)解決。

在心肺耐力方面，分別有8項針對20m往返跑，3項針對1mile跑／走，2項針對Anderson測試和1項針對Yo-Yo測試的效度研究。其中氣體代謝分析和道格拉斯袋是作為評價氧氣攝入量的標準方法，采用遞增負荷至極限強度的跑臺試驗來測試最大攝氧量（maximal oxygen consumption，VO2max）或攝氧量峰值（peak oxygen consumption，VO2peak）。

將肌肉能力分為力量和柔韌性兩方面。在肌肉力量方面，分別有3項針對握力，2項針對屈臂懸掛、俯臥撐和引體向上，2項針對立定跳遠和縱跳的效度研究。在柔韌性方面，分別有1項針對坐位體前屈和1項針對俯臥軀干上抬的研究。肌肉力量的標準測試主要采用已知重量，1次重復最大力量（One repetition maximum，1RM）或一定百分比1RM的重復次數(shù)（如50%～70%×1RM）和等速肌力。柔韌性方面則采用X射線和角度測量作為標準測試方法。

運動能力方面，無1項高質(zhì)量研究。

身體成分方面，有22項針對BMI，18項針對皮褶厚度和7項針對腰圍（Waist circumference，WC）和／或腰臀比（waistto-hip ratio，WHR）的效度研究。主要選擇影像學手段（即軸位 CT和核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI））、雙能量X線吸收法（dual energy X-ray absorptiometry，DXA）、超聲波掃描法、空氣置換法和生物電阻抗法（Bioelectrical impedance analysis，BIA）作為體脂肪的標準測試方法。

3 分析與討論

3.1 心肺能力

3.1.1 折返跑或多級跑 20m往返跑是用于評價兒童少年心肺耐力最常用的手段。多項研究通過20m往返跑來構建用于預測VO2max的公式，如McVeigh的研究發(fā)現(xiàn)在回歸模型中包括皮褶厚度可以提高20m往返跑預測VO2peak的準確性。特別是針對女孩，其中女孩的R2＝0.85，SEE＝2.40 ml／kg／min；男孩的 R2＝0.68，SEE＝3.23ml／kg／min［29］，這與Barnett針對中國香港［5］和Matsuzaka針對日本人群等的研究一致［27］。但Mahar等針對12～14歲少年的研究發(fā)現(xiàn)，包括性別，完成級數(shù)和體重（或BMI）的模型不能準確地預測VO2peak，其中 R2＝0.65，SEE＝6.35ml／kg／min［26］。Ruiz等最近在13～19歲的青少年中，采用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)學模型（artificial neural network modeling，ANN）構建了通過20m往返跑完成級數(shù)、性別、年齡、體重和身高的多變量預測VO2max的公式，其 R2＝0.92，%E＝7.30%，SEE＝2.84ml／kg／min［37］。還有一些研究橫向比較了上述預測公式的效度［35，37，38］。Pitteti橫向比較了 Léger和 Fernhall公式，結果發(fā)現(xiàn)預測值和實測值之間均存在顯著相關，r分別為0.57和0.66［35］。Ruiz等選擇了48名13～19歲兒童，比較了 Ruiz，Léger，Barnett（a），Barnett（b）和 Matsuzaka共 5種利用 20m往返跑預測VO2max公式的效度，結果顯示上述公式不能在個體水平上進行應用，其中Barnett（b）和Ruiz公式的預測準確性最高［37］。此外，Anderson等針對6～9歲、10～11歲普通少年和14～15歲足球運動員的研究發(fā)現(xiàn)，Anderson測試與VO2max的r2分別為0.53，0.46和0.36，其中6～9歲兒童中經(jīng)性別和體重校正后的r2提高到0.85［2，3］。在6～9歲兒童中，Yo-Yo測試與 VO2max的 r2＝0.47（P＜0.002），經(jīng)性別和體重校正后的 r2＝0.81（P＝0.001）［2］。

3.1.2 長距離的跑／走 通過 1mile跑／走測試預測VO2peak最常用的是來自于FITNESSGRAM測試體系的Cureton公式［14］。Castro-Pińero等在 8～17歲接受耐力性訓練的少年中，觀察到基于Cureton公式的預測值與實測值之間的 SEE＝10.1ml／kg／min（P＜0.001），當考慮性別、年齡和體重時，結果未發(fā)生改變，提示Cureton公式用于預測該類人群的VO2peak并不準確［12］。而Buono通過1mile跑／走用時構建的用于預測 VO2peak公式的 R2＝0.84，SEE＝4.3ml／kg／ml［8］。1mile跑／走應用在兒童少年人群中存在的主要問題，是受試者難以在全程中掌握適合的速度節(jié)奏。目前已經(jīng)形成一系列的改進測試方法，如1mile走、亞極量強度1mile慢跑、1／2mile跑／走等。Castro-Pińero評估了在 6～17歲兒童中1／2mile跑／走的標準關聯(lián)效度，及10～17歲亞組中Fernhall公式的效度［13］，結果發(fā)現(xiàn)完成時間、年齡和 BMI與VO2peak之間存在顯著相關，預測值與實測值間無顯著系統(tǒng)偏差，RMSE和%E分別為6.5ml／kg／min和13.9%。在亞組中，新構建公式較Fernhall公式的RMSE和%E更低，分別為7.2和 17.7ml／kg／min，16.0%和 50.4%（P＜0.001）。

3.2 肌肉能力

3.2.1 上肢最大力量 握力是評價上肢最大力量最常用的方法。在兒童少年中，使用TKK測力計，肘關節(jié)處于伸直狀態(tài)，同時根據(jù)個體手的尺寸獲取最佳的握距，該狀態(tài)下獲得的測試結果被認為是評價最大握力最合適的方案［18］。Espańa-Romero等選取12～16歲少年，采用已知重量作為標準，比較了使用Jamar、DynEx和TKK測力計進行握力測試的標準關聯(lián)效度，結果發(fā)現(xiàn)Jamar和DynEx與標準測試之間均存在顯著的負性系統(tǒng)誤差，而TKK則存在顯著的正性系統(tǒng)誤差［19］。Artero等的研究中，以等速肌力為標準測試，平均年齡為14.4歲的少年使用TKK測力計的握力與上肢峰力矩和上肢功率之間的r分別為0.87和0.86。Milliken等在7～12歲兒童中，分析了握力（TKK測力計）和1RM胸前推之間的效度，也認為握力是評價上肢最大力量有效的手段［30］。

3.2.2 上肢力量耐力 用于評價上肢力量耐力的場地測試手段多為體重對抗測試。Woods等選取9～11歲兒童，采用1RM和50%*1RM的重復次數(shù)作為標準，發(fā)現(xiàn)屈臂懸垂、俯臥撐和引體向上均不能有效評價肌肉力量耐力，其中體脂百分比是影響測試結果的主要因素［45］。Castro-Pińero等也觀察到在6～17歲兒童中，肌肉力量很大程度上受到體重的影響［11］，其中60%的男孩和85%的女孩甚至不能完成1次俯臥撐測試，39%的女孩和28%的男孩的屈臂懸垂不能堅持超過1s，也提示俯臥撐和屈臂懸垂不是測量上肢力量耐力適宜的測試手段。但Artero的研究發(fā)現(xiàn)，屈臂懸垂與上肢峰力矩和上肢功率之間的r分別為0.56和0.58，伸臂懸垂與上肢峰力矩和上肢功率之間的r均為0.59，經(jīng)體重校正后的r值，前者提高至0.67和0.68，后者分別提高至0.78和0.77［4］。

3.2.3 下肢力量爆發(fā)力 立定跳遠和縱跳是評價下肢爆發(fā)性力量常用的測試手段。Milliken等［30］在7～12歲兒童中，以1RM腿部推舉作為標準測試，結果發(fā)現(xiàn)結合BMI后，立定跳遠和縱跳對于1RM腿推舉的解釋程度分別為44.4%和40.8%。Artero的研究也得出立定跳遠與下肢峰力矩和功率之間的r分別為0.62和0.72，經(jīng)體重校正后提高至0.64和0.82；不同形式的縱跳與下肢峰力矩的r為0.48～0.49，與下肢功率之間的r為0.55～0.63，經(jīng)體重校正后分別提高到0.57～0.58和0.76～0.82［4］，認為立定跳遠是較縱跳用于評價下肢爆發(fā)力更為有效的手段。

3.2.4 柔韌性 Patterson等選擇11～15歲兒童少年，分別以角度測量和MacRae＆Wright方法作為標準測試，結果發(fā)現(xiàn)坐位體前屈用于評價大腿后側肌群的效度適宜（r＝0.51～0.72），而評價后背柔韌性的效度很低（r＝0.10～0.25）［33］。Patterson的研究發(fā)現(xiàn)平均年齡為15歲少年的俯臥軀干上抬與角度測量之間的r達到0.68～0.70效度適宜［32］。

3.3 體成分

3.3.1 皮褶厚度 Ihmels等的研究顯示BIA測試結果和肱三頭肌處＋肩胛下處皮褶厚度總和的總一致性較好，分類一致性達到82.8%～92.6%［25］。Guida等報道，三頭肌處皮褶厚度結合BIA的電阻抗分布用于評價體脂百分比的效度適宜，r＝0.79（P＜0.001），且不受人體尺寸的影響［23］。Goran的研究發(fā)現(xiàn)通過種族、肩胛下處和腹部皮褶厚度預測腹內(nèi)脂肪組織的效度最佳，R2＝0.82，SEE＝9.8cm2；而通過身高、腰圍、肩胛下處和腹部皮褶厚度預測腹部皮下脂肪組織的效度最佳，R2＝0.92，SEE＝28.8cm2［22］。但在肥胖兒童少年中，以超聲作為標準，三頭肌處和肩胛下處皮褶厚度并無良好的效度水平，r分別僅為0.13～0.34和0.02～0.37［40］。

在通過皮褶厚度預測體脂肪百分比的公式中，研究最為深入的是Slaughter公式和Brook公式。Rodríguez等報道了通過三頭肌處和肩胛下處或三頭肌處和小腿處進行計算的Slaughter公式在男、女性少年中均存在最佳的一致性［36］。Treuth等也報道了Slaughter公式是評價青春期前多種族女孩的有效手段，R2＝0.69［44］，但 Gutin等報道 Slaughter公式和標準測試之間雖然具有高度相關，但一致性界限很高，其中DXA與皮褶厚度之間為－3.65～9.50，BIA與皮褶厚度之間達到 －10.81～9.89［24］。針對 Brook公式，Buison等發(fā)現(xiàn)該公式是預測7～10歲兒童體脂百分比有效的方法，其差異均值為 －1.4%，一致性界限為 ±12.2%［7］。Campanozzi等在肥胖兒童中通過比較Brook公式、BIA和DXA也得出了相似的結果，但不同方法之間的差異似乎隨肥胖程度的增加而增大，表明異質(zhì)性的存在［9］。由于標準測試方法、統(tǒng)計手段和皮褶厚度測量技術不同，比較不同研究結果存在困難。

3.3.2 BMI BMI和標準測試方法獲得的體脂肪之間的相關系數(shù)一般都超過0.50，通常會更高，但是也有多項研究強調(diào)，在比較具有不同人口學特征的組別和采用DXA作為標準測試時，對于 BMI的使用應該謹慎［34，42］。如 Daniels等針對7～17歲少年的研究發(fā)現(xiàn)，BMI與性別、種族、性成熟和脂肪分布因素一樣，是與體脂百分比顯著相關的獨立因素之一，其R2＝0.77［15］。但Ellis等報道在3～10歲兒童中，男孩的體脂百分比和BMI之間的R2為0.34（P＜0.001），女孩為0.70（P＜0.001），但采用線性模型時，BMI預測體脂肪的準確性很差，男孩和女孩的SEE分別為7.3%和4.7%［17］。

為了進一步探測體成分的變化，Guida等選擇8歲兒童，以BIA作為標準，發(fā)現(xiàn)脂肪重量和去脂體重與BMI之間的r分別為0.92（P＜0.001）和 0.58（P＜0.001）［23］。然而，BMI不能區(qū)分體重變化是由于脂肪重量或是去脂體重的變化所引起的，這與其他的研究相一致［15，40］。Moreno等選擇 13～17歲少年，研究了國際肥胖工作組（International Obesity Task Force）基于BMI的劃分標準對體脂百分比的預測準確性，認為BMI分界點可以作為判斷肥胖程度的近似標準，但是并不能準確地預測特定個體的體脂百分比［31］，因此建議可以將BMI作為一個篩查測試，但在臨床上，體脂百分比應該通過更為準確的方法進行測試。

部分研究比較了通過BMI和皮褶厚度來預測體脂肪的準確性。Steinberger等報道在11～17歲少年中，Slaughter公式和BMI與DXA測試之間均存在高度相關［41］。Sarria等在7～16歲男孩中以水下稱重密度法作為標準測試。結果發(fā)現(xiàn)在所有年齡組中，身體密度和log∑4皮褶厚度之間的相關程度均高于其與BMI，兩者的r分別為－0.78～0.82和－0.59～－0.80，其中對于身體密度的最佳預測變量是log∑4皮褶厚度或BMI結合三頭肌處皮褶厚度［39］。Freedman等研究發(fā)現(xiàn)在5～18歲兒童少年中，在BMI的基礎上增加皮褶厚度總和，使對體脂百分比的總預測錯誤減少了20%～30%，然而在超重兒童中，增加皮褶厚度總和后，對體脂百分比的總預測錯誤僅減少7%～9%［21］。在體型瘦的女孩中，以DXA作為標準測試，BMI相比較皮褶厚度總和對于肥胖程度的預測準確性降低，其中BMI、皮褶厚度總和與由DXA得出的體脂百分比之間的 r分別為 0.67（P＜0.001）和 0.80（P＜0.001）［16］。

綜上所述，盡管BMI劃分標準作為診斷肥胖的準確性受到肥胖程度的影響，其準確性在BMI高水平時會顯著地提高［40，31，41，21，20］，但相比較 BMI，皮褶厚度仍是兒童肥胖更好的預測變量［41，39，21］。

3.3.3 WC和WHR Goran等的研究選擇青春發(fā)育期前兒童，以DXA作為標準，結果發(fā)現(xiàn)WHR與腹內(nèi)脂肪和腹部皮下脂肪的r分別為0.32和0.40，相關程度均較低；但是腰圍與腹內(nèi)脂肪和腹部皮下脂肪的r分別為0.84和0.93，相關程度均很高［22］。Taylor等的研究同樣發(fā)現(xiàn)腰圍是測量兒童少年中心性肥胖的有效手段，r＝0.92（P＜0.001），而WHR則不是有效手段，男孩和女孩的r均僅為－0.40［43］，與前者結論相一致。Brambilla等在更大樣本中，以MRI作為標準，結果同樣顯示W(wǎng)C是脂肪分布很好的預測變量，其對內(nèi)臟脂肪和皮下脂肪的解釋程度分別為64.8%和80.4%，且WC是內(nèi)臟脂肪最佳的單一預測變量［6］。Semiz的研究以超聲作為標準測試，結果發(fā)現(xiàn)在肥胖兒童中，BMI對于內(nèi)臟脂肪的預測最佳（R2＝0.53），皮褶厚度，WC和WHR的相關程度均較低，r分別僅為0.02～0.37，0.08～0.42，0.08～0.42；正常兒童的內(nèi)臟脂肪組織與BMI，皮褶厚度和WC均顯著相關，而與WHR不存在顯著相關［40］。

4 結論

由于在試驗設計和結果報道上缺乏一致性，同時大多數(shù)場地測試手段的信度證據(jù)有限，主要是由于研究例數(shù)有限，其中對于運動能力測試方法的效度研究無一項高質(zhì)量研究。此外，大多數(shù)針對肌肉能力的測試手段，很難確定其對應的標準測試方法，因此在評估這些手段的標準相關效度時存在很大的難度。肌肉工作類型的特異性，所使用能量代謝系統(tǒng)的差異，是建立最大力量和力量耐力測試方法的兩個主要挑戰(zhàn)［28］。因此，對于本系統(tǒng)評價的結果需要謹慎對待。

盡管存在一定的局限性，目前仍可以形成一個基于證據(jù)等級水平的兒童少年體質(zhì)場地測試手段效度框架，詳見圖1。

圖1 基于證據(jù)等級水平構建的兒童少年體質(zhì)場地測試手段的效度框架

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Criterion-related Validity of Field-based Fitness Tests in Children and Adolescent：System Review

YANG Xiangang1，YU Yang2
（1.Research Institute of Hebei Sport Science，Shijiazhuang 050011，Hebei，China；2.School of Human Sports Science，Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China）

Purpose：To assess the criterion-related validity level of existing field-based fitness tests in children and adolescents，and form the overall framework according to levels of evidence.Method：Searched related English full text document published from Jan.1990 to Jun.2012，according to quality assessment criteria including number of study subjects，description of the study population，statistical analysis included in the study.Three levels of evidence were constructed according to the number of studies and the consistency of the findings.Result：53 high quality studies were finally analyzed.Strong evidence was found that 20 m shuttle run was a valid test to estimate cardiorespiratory fitness，hand-grip strength was a valid test to estimate musculoskeletal fitness，especially for upper body maximal isometric strength，skin fold thickness，body mass index and waist circumference were valid tests to estimate body composition，and waist circumference was a valid measure to estimate central body fat.Moderate evidence was found the both 1-mile run／walk test and Anderson test were valid tests to estimate cardiorespiratory fitness，stand long jump and vertical jump were valid tests to estimate musculoskeletal fitness，especially for lower body explosive strength.To date，there is no high quality study of test to estimate motor fitness.Conclusion：This research provided an evidence-based proposal for valid framework of field-based fitness tests for use with children and adolescents.

children and adolescent；fitness；field-based test；criterion-related validity

G804.49

A

1004－0560（2013）05－0084－05

2013-05-11；

2013-07-26

國家體育總局重點研究領域課題《腸肽類激素介導低氧下有氧鍛煉改善肥胖青年體質(zhì)水平的機理研究》（編號：2012B061）。

楊賢罡（1984－），男，助理研究員，博士，主要研究方向為運動員基因選材及低氧訓練。

于 洋（1961－），女，教授，主要研究方向為特殊人群體育鍛煉療法機制。

責任編輯：郭長壽