GT3X測量身體活動的研究現(xiàn)狀

祝芳芳，徐 凱

(南京體育學(xué)院，江蘇南京210014)

1 身體活動

1．1 身體活動的概念

關(guān)于身體活動的概念有很多，之前被學(xué)者廣泛接受的有Caspersen的定義，即由骨骼肌收縮引起的任何能導(dǎo)致能量消耗的身體運(yùn)動。Bouchhard等人后來又提出身體活動的新定義，把身體活動定義為在基礎(chǔ)代謝水平上，任何由骨骼肌產(chǎn)生的身體移動并能引起身體能量消耗增加的活動。Sirad在2001再次給出了新定義，認(rèn)為身體活動是骨骼肌收縮產(chǎn)生的導(dǎo)致能量消耗的身體移動，包括日常身體活動、競技運(yùn)動和休閑活動。雖然對身體活動有進(jìn)一步的解釋，但是現(xiàn)在被人廣泛接受應(yīng)用比較多的還是1996年美國CDC提出的認(rèn)為身體活動是指由骨骼肌收縮產(chǎn)生的身體活動，也是指在基礎(chǔ)代謝(BMR)的水平上，身體能量消耗增加的活動。

1．2 身體活動與健康的關(guān)系

大量的流行病學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)，身體活動不足是健康的重要獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一，身體活動不足與肥胖、心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、結(jié)腸癌和其他一些重要疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

墨西哥學(xué)者對2 367名十二歲至四十九歲的女性身體活動進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)二十歲以上且受教育水平較低的女性參加體育活動次數(shù)較少，明顯增加了其肥胖及慢性疾病的易感性。雖然有很多先天因素會影響兒童青少年的身體素質(zhì)，但是后天的環(huán)境和身體活動卻起著關(guān)鍵性的作用。有研究表明，有規(guī)律的身體活動可以降低肥胖、心血管疾病、糖尿病、乳腺癌、結(jié)腸癌、糖尿病及精神性疾病發(fā)生的危險(xiǎn)性，身體活動水平和疾病之間存在著明顯的劑量—效應(yīng)關(guān)系。適量的身體活動對兒童青少年在其未來成年期中易患的慢性疾病和流行性疾病，包括心血管疾病、糖尿病，甚至是某些類型的腫瘤起著極其重要的預(yù)防作用。

身體活動不足是造成我國兒童青少年體質(zhì)下降、體重超重或肥胖的重要原因之一。在當(dāng)今社會，生存的壓力已經(jīng)間接的影響到了青少年。升學(xué)壓力的增大造成了學(xué)生睡眠不足、精神緊張、各種身體活動減少，尤其是越來越多的青少年兒童花費(fèi)較多的時(shí)間在電子游戲、上網(wǎng)、電視上，很少參加戶外運(yùn)動和體育活動，因此其形態(tài)、生理機(jī)能和身體素質(zhì)沒有得到較好的發(fā)展。身體活動對兒童青少年的生長發(fā)育和身心健康起著重要的作用。大量的研究表明，兒童青少年時(shí)期經(jīng)常參加體育活動不僅促進(jìn)它們的生長發(fā)育和健康，而且這個(gè)時(shí)期形成的身體活動模式可以持續(xù)到成年期。

1．3 身體活動的測定方法

身體活動作為一種特定的人體生理活動和生活行為方式，它與健康的關(guān)系越來越受到重視。無論是要研究身體活動與健康或疾病的關(guān)系，還是要進(jìn)行身體活動促進(jìn)和開展個(gè)性化健身指導(dǎo)，首要任務(wù)都是對身體活動進(jìn)行測量和評價(jià)。所以如何更好測量身體活動水平是亟待解決的重要問題。因此，關(guān)于身體活動測量方法學(xué)的研究一直是重要的研究命題。目前應(yīng)用最為廣泛的身體活動測量方法是問卷，但由于問卷本質(zhì)是一種主觀評價(jià)，容易受到回憶精確度和認(rèn)知能力影響而產(chǎn)生偏倚，研究表明，身體活動錯(cuò)誤差率介于35% ～50%。因此，人們一直試圖尋找客觀身體活動測量方法，這些方法包括間接熱量測定法、雙標(biāo)水法、心率法、計(jì)步器、加速度傳感器、復(fù)合型運(yùn)動傳感器等。

加速度傳感器是目前應(yīng)用最為廣泛的運(yùn)動傳感器，它能夠測量身體活動時(shí)的加速度。它通過壓電陶瓷產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)化為電信號這一原理工作的。根據(jù)壓電陶瓷的數(shù)量和方向，加速度傳感器可以測量單軸或三軸的活動。單軸加速度傳感器可以感應(yīng)一個(gè)軸(通常是垂直軸)上的加速度，多軸加速度傳感器則可以感應(yīng)三個(gè)軸上的加速度。加速度傳感器同計(jì)步器一樣通常固定在腰間或皮帶上，其輸出結(jié)果——“counts”實(shí)際上記錄的是以一定時(shí)間間隔采樣的活動的頻率和強(qiáng)度。加速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以把數(shù)據(jù)下載到電腦，借助軟件分析活動強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、頻率方面的信息。根據(jù)年齡、性別、身高、體重等個(gè)人信息，預(yù)測能量消耗。目前越來越多的加速度傳感器被投放到商業(yè)市場，常見的加速度傳感器包括 Caltrac、CSA、Tritrac2R3D、Kenz、Brotrainer、ActiGraph系列等。與計(jì)步器相比，加速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在它可以反映活動度、頻率等與身體活動模式有關(guān)的信息。ActiGraph系列加速度計(jì)是當(dāng)前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的加速度計(jì)，目前正在被使用的包括GT1M和較新型的GT3X、GT3X+等多個(gè)型號，一些研究就該系列儀器的使用進(jìn)行了探討。目前國際上用于大樣本的身體活動測量主要為Actigraph GT3X。

2 Actigraph GT3X

2．1 Actigraph GT3X 原理介紹

GT3X系列加速度傳感器是由美國Actigraph公司生產(chǎn)的用于測量研究對象的日常身體活動量的。GT3X重量為27克，尺寸為 3．8 ×3．7 ×1．8(cm)，十分輕便，見圖1、圖2。

圖1、圖2分別為GT3X外觀與其內(nèi)部壓電傳感器的結(jié)構(gòu)圖，壓電傳感器感應(yīng)裝置由一個(gè)壓電元件(Plezoelectric Element)和一個(gè)振動體(Seismic Mass)組成，當(dāng)傳感器感應(yīng)軸方向承受加速度時(shí)，振動體導(dǎo)致壓電元件彎曲變形，形變轉(zhuǎn)化為電壓信號，電信號的強(qiáng)弱即代表加速度的大小，再經(jīng)模擬數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生數(shù)字信號，數(shù)字信號再通過不同的運(yùn)算法則和途徑轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K的加速度計(jì)數(shù)(counts)。最后通過Counts值來分析日常身體活動的強(qiáng)度和時(shí)間。

圖1 GT3X外觀

圖2 GT3X內(nèi)部壓電傳感器的結(jié)構(gòu)圖

2．2 國內(nèi)外Actigraph GT3X的應(yīng)用領(lǐng)域

加速度傳感器技術(shù)在過去幾十年取得一系列進(jìn)展，并成為目前唯一一種應(yīng)用于大樣本人群身體活動研究的客觀測量方法。

2．2．1 國內(nèi)對于Actigraph GT3X的應(yīng)用 目前國內(nèi)對于Actigraph GT3X的應(yīng)用領(lǐng)域主要是應(yīng)用于學(xué)校里大樣本學(xué)生的身體活動能量消耗測量。朱琳、王哲、黃海雄等人應(yīng)用GT3X客觀的體力測量法調(diào)查了不同地區(qū)的普通中小學(xué)生的身體活動現(xiàn)狀，分析和縱向比較了學(xué)習(xí)日和周末，男生和女生身體活動的特點(diǎn)以及其與身體形態(tài)的關(guān)系，同時(shí)分析造成縱向差異的原因，然后發(fā)現(xiàn)普遍女生的身體活動少于男生且靜坐時(shí)間明顯超過國家身體活動標(biāo)準(zhǔn)、中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度的身體活動嚴(yán)重不足。建議應(yīng)采取措施增加青少年中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度的身體活動，以增強(qiáng)其體質(zhì)。

趙鵬將GT3X應(yīng)用于肥胖小學(xué)生運(yùn)動干預(yù)的監(jiān)測領(lǐng)域。通過對小學(xué)生的運(yùn)動干預(yù)實(shí)驗(yàn)，阻止了肥胖學(xué)生體重的進(jìn)一步加重，學(xué)生的身體形態(tài)指標(biāo)有了明顯的變化，尤其是運(yùn)動干預(yù)的學(xué)生體重有了明顯的下降，體脂率有了一定的降低。身體素質(zhì)也有很大的提高。當(dāng)然除了簡單的用于身體活動的測量以外，也有學(xué)者將其與間接測熱法結(jié)合推算能耗方程，尋求不同強(qiáng)度身體運(yùn)動的counts切點(diǎn)，有效提高了counts預(yù)測能耗的準(zhǔn)確性，為以后的研究提供參考依據(jù)。朱為模等人應(yīng)用GT3X客觀性測量方法測量中高強(qiáng)度身體活動量與青少年肥胖風(fēng)險(xiǎn)之間的“劑量—效應(yīng)”關(guān)系，采用 Fractional polynomial回歸模型分析中高強(qiáng)度身體活動量與肥胖風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，并擬合出它們之間的“劑量—效應(yīng)”關(guān)系曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)青少年肥胖風(fēng)險(xiǎn)隨著中高強(qiáng)度身體活動量的增加而呈曲線下降的趨勢，根據(jù)結(jié)果然后確定預(yù)防青少年肥胖的身體活動推薦量。總的來說，國內(nèi)應(yīng)用Actigraph GT3X對于身體活動的研究，不管是對于研究的人群還是研究的領(lǐng)域已經(jīng)取得一系列的進(jìn)展，但是相對于國外來說還是相當(dāng)?shù)挠邢蕖?/p>

2．2．2 國外對于Actigraph GT3X的應(yīng)用 相對于國內(nèi)，國外除了做了大樣本人群的本國學(xué)生的身體活動外，也應(yīng)用GT3X根據(jù)國際身體活動指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)作了不同國家的學(xué)生的身體活動水平的對比研究及周末和周中身體活動模型的對比研究。除了學(xué)生外，歐美國家也將GT3X更多的應(yīng)用于不同病理狀態(tài)人群身體活動的研究，例如 García等人應(yīng)用GT3X對手動輪椅使用者的脊髓損傷者的能量消耗評估進(jìn)行了驗(yàn)證以及確定了儀器佩戴的最佳位置，GINGRAS等人利用GT3X研究了妊娠糖尿病后身體活動與炎癥的關(guān)系，將患帕金森病和骨質(zhì)疏松的老年人在休閑條件下的計(jì)步器和加速度器導(dǎo)出步數(shù)的進(jìn)行了對比研究。除此之外，還有人對運(yùn)動會中運(yùn)動員的身體活動水平也做了相應(yīng)的研究。

不少學(xué)者對不同人群應(yīng)用GT3X的可靠性及有效性進(jìn)行了檢驗(yàn)與驗(yàn)證，如孕婦、二至三歲兒童、慢性腎臟疾病者、慢性阻塞性肺疾病人等等。

Santos等人直接應(yīng)用GT3X研究了GT3X的技術(shù)變化及呈現(xiàn)了GT3X等常用活動檢測器的不同機(jī)制方面的信息。也有將不同代的傳感器同時(shí)應(yīng)用在不同人群上進(jìn)行了對比研究及效度檢測，并發(fā)展了三軸矢量等級切點(diǎn)去分類身體活動的強(qiáng)度及不同姿勢時(shí)的效度，還有休閑實(shí)驗(yàn)室等不同條件下的對比研究，對比不同的傳感器發(fā)展新的解析方程及不同計(jì)步器步數(shù)的精確度。

大部分學(xué)者是應(yīng)用GT3X對研究對象做了橫向調(diào)查研究，然而已經(jīng)有部分學(xué)者應(yīng)用GT3X對不同人群進(jìn)行了縱向追蹤調(diào)查，例如Edwards等人以加速度計(jì)追蹤了372名兒童由三至七歲的身體活動變化，發(fā)現(xiàn)在三歲時(shí)身體活動水平高的兒童，在四至七歲時(shí)其身體活動水平亦高于同齡者，提示了在早期養(yǎng)成身體活動習(xí)慣的重要性。

所以說國外應(yīng)用GT3X已經(jīng)做了更廣領(lǐng)域的相關(guān)研究。已廣泛應(yīng)用于不同人群能量消耗研究，不僅客觀評估了日常身體活動量，也進(jìn)一步在過程中檢驗(yàn)了加速度傳感器的有效度與可行性，對其能量消耗方程也有進(jìn)一步的優(yōu)化。

3 小結(jié)

身體活動對健康的益處明顯，也越來越受到全民的重視，相關(guān)研究已經(jīng)充分證實(shí)身體活動水平與健康指標(biāo)具有一定的量效關(guān)系，其中與心肺體適能關(guān)系最為密切，所以準(zhǔn)確測量身體活動是身體活動與健康促進(jìn)研究的關(guān)鍵所在，準(zhǔn)確地測量日常生活狀態(tài)下的身體活動對于了解身體活動與健康的關(guān)系、監(jiān)控身體活動狀況的變化趨勢、評價(jià)干預(yù)措施的效果等都具有非常重要的意義。

許多國家針對本國國情頒布了本國的身體活動指南，用于評價(jià)居民身體活動水平，制定身體活動推薦量，以增加人們的身體活動，促進(jìn)健康。目前，我國關(guān)于大眾身體活動的相關(guān)研究較少，還沒有自己的身體活動指南，這直接影響了對國民身體活動的科學(xué)評價(jià)和具體量化性指導(dǎo)。其中，身體活動強(qiáng)度是身體活動指南中一個(gè)非常重要的身體活動量化指標(biāo)，是指單位時(shí)間內(nèi)不同身體活動項(xiàng)目消耗的能量。在我國，由于缺乏居民各種身體活動能量消耗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，評價(jià)身體活動水平只能使用國外的數(shù)據(jù)，鑒于國情與體質(zhì)的差異，存在問題較多。所以為了更深入準(zhǔn)確的研究，有必要加快以加速度傳感器為代表的客觀身體活動方法研究，從而為更科學(xué)深入地開展身體活動流行病學(xué)研究和制訂中國人群身體活動指南奠定基礎(chǔ)。

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