青少年日常體力活動攝氧量預(yù)測方程的建立和檢驗*

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)院運動與健康系，廣東 廣州 510500)

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青少年日常體力活動攝氧量預(yù)測方程的建立和檢驗*

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)院運動與健康系，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攝氧量方法。方法：90名11～14歲青少年隨機(jī)分成實驗組(60人)和驗證組(30人)，男女各半。實驗組以3～8km/h速度進(jìn)行6個速度級別的逐級遞增跑臺運動，每級運動5min；以COSMED K4b2的測量值為因變量，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；驗證組在自由狀態(tài)下進(jìn)行運動，通過配對樣本T檢驗用以檢驗預(yù)測方程的有效性，采用Bland-Altman法用于檢驗預(yù)測方程在自由狀態(tài)下預(yù)測攝氧量的系統(tǒng)偏差。結(jié)果：自建的預(yù)測方程為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t檢驗，P<0.001，說明自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項有意義，回歸模型可靠。自建的預(yù)測方程和李海燕預(yù)測方程與實測值間均無顯著性差異(P>0.05)，自建的預(yù)測方程(男R=0.728，P<0.001；女R=0.603，P<0.001)與實測值存在中度相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)均高于李海燕預(yù)測方程(男R=0.636，P<0.001；女R=0.568，P<0.001)；所建預(yù)測方程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)測能力。結(jié)論：自建攝氧量預(yù)測方程有效，比同類攝氧量預(yù)測方程更經(jīng)濟(jì)、有效，更適用于青少年的日常體力活動攝氧量的預(yù)測。

青少年；攝氧量；日常體力活動；預(yù)測方程

能量消耗是機(jī)體任何活動過程中所伴隨的能量的存儲、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)體單位時間內(nèi)，攝取并被實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活動的體力活動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、跑活動時的相對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縮小，意味著兒童走、跑的相對攝氧量會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相對攝氧量普遍下降，但不同年齡組間均無顯著性差異。為此，對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——氣體代謝分析法，建立適用于青少年的能量消耗預(yù)測方程，并用Bland-Altman法檢驗實測值與預(yù)測方程預(yù)測值的一致性，以評價常用預(yù)測預(yù)測方程的估算效果，試圖找到一種經(jīng)濟(jì)、非介入式的日常體力活動能量消耗測量的方法。

1 研究對象和研究方法

1.1 研究對象

研究共招募90名11歲～14歲周歲學(xué)生，分成實驗組(60人)和驗證組(30人)，男女各半；實驗組用于攝氧量預(yù)測方程的建立，驗證組用于預(yù)測方程有效性的檢驗。所有參加者均身體健康，沒有參與過系統(tǒng)的運動訓(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)實驗組男性(N=30)女性(N=30)驗證組男性(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

利用間接測熱原理設(shè)計的COSMED K4b2(Rome，Italy)已經(jīng)公認(rèn)為是測定機(jī)體能量消耗的“金標(biāo)準(zhǔn)”[8]，能有效測量各種運動強(qiáng)度下的攝氧量[9]，常作為能量消耗測量的校標(biāo)方法。實驗提取原始指標(biāo)VO2(ml/min)和心率。

1.2.2形態(tài)指標(biāo)測量

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

1.2.3 實驗安排

餐后1h以上，實驗組在坡度為0的跑臺上完成3～8km/h的持續(xù)走、跑實驗。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；每個速度運動5min，共計30min。驗證組在自由狀態(tài)下以4～7km/h進(jìn)行走跑運動30min。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

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

2 研究結(jié)果

2.1 攝氧量預(yù)測方程的建立

實驗組以K4b2實測能耗值為因變量，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t檢驗，P<0.001，說明自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項有意義。

2.2 攝氧量預(yù)測方程的驗證

從驗證組(詳見表2)的檢驗可知，實測值與本文自建的預(yù)測方程(P>0.05)、李海燕所建預(yù)測方程(P>0.05)比較，均不存在顯著性差異；實測值與兩個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)測方程(男R=0.728，P<0.001；女R=0.603，P<0.001)與實測值的相關(guān)系數(shù)均高于李海燕預(yù)測方程(男R=0.636，P<0.001；女R=0.568，P<0.001)。

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

注：李海燕預(yù)測方程為：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)。實測值與預(yù)測值的相關(guān)分析，***為p<0.001。

圖1 預(yù)測方程的Bland-Altman散點圖(男性)

圖2 預(yù)測方程的Bland-Altman散點圖(女性)

3 分析與討論

體力活動(也有人稱之為即身體活動)即由骨骼肌收縮造成能量消耗增加的身體動作[11]。在日常生活中，走、跑是最為常見的活動形式，對于青少年，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)水法和間接測熱法已被公認(rèn)是能量消耗測量的“金標(biāo)準(zhǔn)”法[12, 13]，COSMED K4b2(以下簡稱K4b2)是基于開放式循環(huán)間接測熱原理設(shè)計的能量消耗測量儀，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于兒童和青少年的能量消耗測量的研究中[14, 15]，本文運用K4b2作為能量消耗測量的校標(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實測的攝氧量為因變量，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t檢驗，P<0.001，說明自變量回歸系數(shù)和常數(shù)項有意義，所建預(yù)測方程成立。本文自建的預(yù)測方程的自變量為負(fù)荷心率、體重、性別；李海燕預(yù)測方程自變量為負(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指標(biāo)。因此，相比較而言本文所建預(yù)測方程的自變量更容易獲得，預(yù)測方程更經(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)行走跑運動時，所產(chǎn)生的能量消耗略高于在跑臺上的運動(p>0.05)，但并不存在統(tǒng)計學(xué)意義[10, 17]。為此，本文以4～7km/h的自由走跑運動作為日常體力活動的主要表現(xiàn)形式，用以驗證預(yù)測方程的有效性。研究顯示，自建的預(yù)測方程和李海燕預(yù)測方程與實測值均表現(xiàn)為中度相關(guān)，但自建的預(yù)測方程的相關(guān)系數(shù)均高于李海燕預(yù)測方程。Bland-Altman的一致性分析表明，實測值與自建回歸方程的預(yù)測值間，殘差的95%均落在±1.96SD區(qū)間內(nèi)，表明本文自建的預(yù)測方程的預(yù)測值與實測值間有較好的一致性，兩種方法可以互相替代；李海燕預(yù)測方程在女性的預(yù)測中不夠理想。可見，相比而言本文所建預(yù)測方程更有效。

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)測方程有效，能有效監(jiān)測11～14歲青少年自由狀態(tài)下的攝氧量；自建的預(yù)測方程比同類攝氧量預(yù)測公式更經(jīng)濟(jì)、有效，更適用于青少年的日常體力活動的攝氧量預(yù)測。

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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)

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

G804

A

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

研究方向：體育教學(xué)