基于加速度計(jì)與GPS 探索兒童青少年在不同場所的身體活動(dòng)情況

詹 澤，張?zhí)N琨，徐 凱

（南京體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)健康學(xué)院，江蘇 南京 210014）

身體活動(dòng)指的是任何由骨骼肌收縮所產(chǎn)生的能量消耗并且提高健康效益的活動(dòng)［1］。 作為兒童青少年健康的重要組成部分，已有較多研究證實(shí)身體活動(dòng)能夠降低其代謝綜合征、肥胖、抑郁的風(fēng)險(xiǎn)［2］。 美國疾控中心指出中高強(qiáng)度身體活動(dòng)（MVPA，Moderate to Vigorous Activity）能夠幫助兒童青少年維持良好的健康狀態(tài)［3］。 WHO（世界衛(wèi)生組織，World Health Organization）建議兒童青少年每天至少進(jìn)行60min 的中高強(qiáng)度身體活動(dòng)［4］。近年來的研究證據(jù)表明，兒童每日身體活動(dòng)量嚴(yán)重不足。 美國國家健康和營養(yǎng)調(diào)查顯示， 僅有42%的學(xué)齡兒童能滿足每日60min 的 MVPA 推薦量［5］。 相比之下，我國兒童青少年中高強(qiáng)度身體活動(dòng)的達(dá)標(biāo)率較低。 陳佩杰［6］于2016 年的一項(xiàng)研究報(bào)告顯示， 國內(nèi)僅有29.9%的兒童青少年達(dá)到每日60min 的MVPA 推薦量。 精確的身體活動(dòng)測量，是研究身體活動(dòng)與健康之間關(guān)系、制定以及實(shí)施身體活動(dòng)干預(yù)措施的基礎(chǔ)［7］。 加速度計(jì)能夠幫助研究者持續(xù)、 精確地監(jiān)測兒童青少年在特定時(shí)段的身體活動(dòng)， 近年來被廣泛應(yīng)用在身體活動(dòng)的相關(guān)研究中［8］。兒童青少年的身體活動(dòng)在一天中會(huì)隨著時(shí)間而產(chǎn)生波動(dòng)，并且這種波動(dòng)可能與身體活動(dòng)所在場所存在較大的關(guān)聯(lián)［9-10］。了解兒童青少年在不同運(yùn)動(dòng)場所的身體活動(dòng)， 可以幫助相關(guān)領(lǐng)域指定有效的身體活動(dòng)措施并且促進(jìn)其與環(huán)境之間交互的理解。 GPS（全球定位系統(tǒng)，Geographical Information System）能夠提供包括時(shí)間、經(jīng)度以及緯度在內(nèi)的變量，這3 個(gè)變量能夠幫助研究者定位調(diào)查對象于特定時(shí)間所處的空間位置。 段朝陽等人［11］認(rèn)為，加速度計(jì)與GPS 的聯(lián)合使用可為身體活動(dòng)的進(jìn)行提供環(huán)境背景以及身體活動(dòng)的強(qiáng)度等信息， 同時(shí)也能為特定建成環(huán)境的干預(yù)提供證據(jù)支持。 Andersen 等人［12］要求10～15 歲的兒童青少年佩戴加速度傳感器及GPS， 并調(diào)查其在校內(nèi)不同場所的身體活動(dòng)。 Bürgi 等人［13］在一項(xiàng) 2016 年的調(diào)查中， 采用加速度計(jì)與GPS 測量學(xué)生住宅周邊環(huán)境的身體活動(dòng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平 （SES，Social Economic Status） 之間的關(guān)系。Vlaar 與其同事［14］通過加速度計(jì)測量兒童青少年的身體活動(dòng)水平，GPS 測量其空間位置，同時(shí)通過問卷的方式調(diào)查家長對環(huán)境的感知， 分析兒童青少年身體活動(dòng)的范圍與家長環(huán)境感知之間的關(guān)系。 國外在基于GPS 與加速度計(jì)測量身體活動(dòng)的研究已發(fā)展多年，而國內(nèi)剛剛起步。 基于此，本文采用系統(tǒng)性文獻(xiàn)綜述的方法， 探索兒童青少年在不同運(yùn)動(dòng)場所的身體活動(dòng)，為國內(nèi)兒童身體活動(dòng)環(huán)境的營造提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 文獻(xiàn)檢索

本 綜 述 在 SportDiscus、Medline、Pubmed、Web of Science等電子數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行文獻(xiàn)檢索。 檢索時(shí)間范圍為2009 年至2020 年。 基于如下關(guān)鍵詞的組合進(jìn)行文獻(xiàn)檢索：1）physical activity；2）GPS；3）accelerometer/accelerometry；4）children/adolescents/young people。

1.2 文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 納入標(biāo)準(zhǔn)

文獻(xiàn)納入標(biāo)準(zhǔn)如下：1）研究主題為身體活動(dòng)；2）研究設(shè)計(jì)為橫斷面研究或縱向追蹤研究；3）調(diào)查對象為5～18 歲的兒童青少年；4） 研究需同時(shí)采用加速度計(jì)和GPS 定位器進(jìn)行身體活動(dòng)測量；5）文獻(xiàn)須為公開發(fā)表的期刊文章；6）文獻(xiàn)寫作語言為英文。

1.2.2 排除標(biāo)準(zhǔn)

文獻(xiàn)的排除標(biāo)準(zhǔn)如下：1）結(jié)果變量不包括身體活動(dòng)；2）非英文寫作的期刊文章；3）研究對象不屬于人類；4）會(huì)議文章/研究協(xié)議/文獻(xiàn)綜述。

1.3 文獻(xiàn)資料提取

研究人員基于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)表格提取數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括：第一作者、調(diào)查所在國家、身體活動(dòng)場所、研究設(shè)計(jì)、樣本量、年齡范圍、女性占比、加速度計(jì)型號(hào)、加速度計(jì)采樣間隔、切點(diǎn)值標(biāo)準(zhǔn)、GPS 型號(hào)、GPS 采樣間隔。

2 研究結(jié)果

2.1 納入文獻(xiàn)的基本情況

圖1 呈現(xiàn)了文獻(xiàn)的篩選流程。 從各數(shù)據(jù)庫檢索得文獻(xiàn)2 235 篇。 排除掉903 篇重復(fù)文獻(xiàn)后，對剩余文獻(xiàn)進(jìn)行題目和摘要的篩選，得到239 篇文獻(xiàn)。 根據(jù)文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)對剩余文獻(xiàn)進(jìn)行全文精讀后，191 篇文獻(xiàn)被排除，最終納入文獻(xiàn)為48 篇。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程

表1 總結(jié)了納入文獻(xiàn)的基本信息。 48 項(xiàng)研究均于發(fā)達(dá)國家進(jìn)行，其中美國15 項(xiàng)，英國 10 項(xiàng)，加拿大 5 項(xiàng)，丹麥 4 項(xiàng)，瑞士、新西蘭、荷蘭各3 項(xiàng)，葡萄牙、比利時(shí)各2 項(xiàng)，西班牙1項(xiàng)。87.5%的研究為橫斷面研究，其余為跟蹤研究。納入文獻(xiàn)的樣本量在 15 到 1 307 之間，平均值為 266.8（SD=±269.4），中位數(shù)為160。 不同研究的樣本量存在較大差異，12 項(xiàng)研究的樣本量在 15 到 83 之間，27 項(xiàng)在 100 到 381 之間，7 項(xiàng)在 528 到967 之間，只有1 項(xiàng)超過1 000，另外1 項(xiàng)未在文中聲明。 研究的調(diào)查的場所包括住宅、學(xué)校、主動(dòng)交通、被動(dòng)交通、街道/人行道、公園、游戲場等。

表1 納入文獻(xiàn)的基本信息

表2 總結(jié)了研究中使用的加速度計(jì)以及GPS 定位器的詳細(xì)內(nèi)容。 在納入的文獻(xiàn)中，所有研究均采用ActiGraph 生產(chǎn)的加速度計(jì)測量身體活動(dòng)， 其中使用最為廣泛的為ActiGraph GT3X （n=21， ActiGraph， LLC.， Pensacola， FL）， 其 次 是GT1M（n=17），GT3X+（n=7）， 7164（n=8），GT2M（n=2），Actical（n=2， Philips Respironics， Bend OR）以及 71256（n=4）。 關(guān)于加速度計(jì)采樣的時(shí)間間隔（Epoch），大多數(shù)研究使用了30s（n=13）， 其次是 10s（n=9）， 5s（n=5）等。 使用最為廣泛的為 Qstarz（Qstarz International Co.， Ltd， Taipei， Taiwan） 生產(chǎn)的 GPS 定位器（n=25/48），包括 Qstarz BT-Q1000XT（n=17）， Qstarz BTQ1000X（n=5）等；其次是 Garmin（Garmin International， Inc.，Olathe， KS） 生產(chǎn)的設(shè)備， 包括 Garmin Foretrex 201 （n=6），F(xiàn)orerunner 220 以及 Forerunner 205（n=2）等。 納入文獻(xiàn)中，24項(xiàng)基于Evenson 等人［60］提出的切點(diǎn)值標(biāo)準(zhǔn)劃分身體活動(dòng)，其次是 Trost 等人［61］提出的標(biāo)準(zhǔn)（n=8）。

表2 研究設(shè)備的細(xì)節(jié)

2.2 兒童青少年在不同運(yùn)動(dòng)場所的身體活動(dòng)

2.2.1 學(xué)校

而這些產(chǎn)業(yè)平臺(tái)將來規(guī)模都會(huì)足夠大。這些平臺(tái)未來也許不會(huì)達(dá)到阿里或騰訊這樣通用產(chǎn)業(yè)平臺(tái)的規(guī)模。因?yàn)榘⒗?、騰訊都是抓住了社會(huì)最基本需求的通用平臺(tái)，所以它的規(guī)模體量的確是很大的一個(gè)量級(jí)。但是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，其自身價(jià)值非常明顯，而且也有很大發(fā)展空間。

研究證據(jù)表明， 學(xué)校是兒童青少年進(jìn)行每日中高強(qiáng)度身體活動(dòng)的重要場所［25-26］。 一項(xiàng)研究表明，兒童青少年上學(xué)日平均每天有 26.8%的 MVPA 在學(xué)校累積［39］，這與 Burgi 等人［26］在學(xué)校中發(fā)現(xiàn)的超過1/3 的總MVPA 證據(jù)相似。 操場作為兒童青少年在校內(nèi)活動(dòng)的場所， 對學(xué)生身體活動(dòng)的促進(jìn)具有重要意義。 2013 年，Dessing 等人［48］發(fā)現(xiàn)兒童青少年每日在操場上活動(dòng)40.1min，其中7.8min 為 MVPA，占比 19.5%。 與之相比，另外一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)兒童青少年平均每日在操場上活動(dòng)54.1min，其中有 8.7min 為 MVPA，占比 16.1%［47］。 已有較多研究發(fā)現(xiàn)與操場相關(guān)的某些特征與MVPA 呈正相關(guān)。 有研究發(fā)現(xiàn)，距離教學(xué)樓較近的操場，兒童青少年能夠方便地在操場上進(jìn)行活動(dòng)，提高了身體活動(dòng)量。 隨著操場面積的增大，兒童青少年的MVPA 有所上升。 操場內(nèi)的固定設(shè)施對兒童青少年的身體活動(dòng)也存在一定的影響。 Kann 等人［47］的研究發(fā)現(xiàn)，兒童青少年的MVPA 與操場內(nèi)的高桿（High bar）呈正相關(guān)；兒童青少年的 SB 與操場內(nèi)的小球門呈負(fù)相關(guān)。 Andersen 等人［63］于2016 的一項(xiàng)研究中對3 所學(xué)校的操場進(jìn)行改造并且對比改造前后兒童青少年的身體活動(dòng)， 發(fā)現(xiàn)在操場中增設(shè)多功能運(yùn)動(dòng)場（Multi-court）能夠提高兒童青少年的身體活動(dòng)量［63］。男女生在操場上的身體活動(dòng)水平往往比女生更高。 男生更傾向于在籃球場等球場等競技體育活動(dòng)場所或者地面具有標(biāo)記的硬地區(qū)域進(jìn)行身體活動(dòng)，而女生有著更多的靜坐行為，更傾向于聊天或者玩口頭游戲［64-65］。

2.2.2 街道/人行道

一項(xiàng)2015 年的研究表明，兒童青少年34.5%的每日MVPA 發(fā)生在街道/人行道［39］。 Jones 及其同事［29］發(fā)現(xiàn)街道環(huán)境累積了 20%的 MVPA。 Burgi 等人［39］的研究結(jié)果顯示，兒童青少年在街道活動(dòng)的時(shí)間中，MVPA 占比為15%， 相當(dāng)于每日MVPA 的35%。 男生每周在街道/人行道累積的MVPA 時(shí)間為91.0min，占在街道/人行道身體活動(dòng)時(shí)間的17.9%，女生每周在街道/人行道累積的MVPA 時(shí)間為99.0min ，占在街道/人行道身體活動(dòng)時(shí)間的19.1%［66］。 街道/人行道與兒童青少年身體活動(dòng)強(qiáng)度呈正相關(guān)［16］。 街道/人行道是兒童青少年進(jìn)行主動(dòng)交通的場所。 Klinker［67］等人提出，兒童青少年交通出行（Transportation）中的身體活動(dòng)可以分為主動(dòng)交通（Active Commute）以及被動(dòng)及被動(dòng)交通兩種。 主動(dòng)交通是指在交通的過程中需要通過骨骼肌收縮產(chǎn)生能量進(jìn)行移動(dòng)的交通方式。 對于兒童青少年而言，最主要的主動(dòng)交通方式為步行以及騎行。 主動(dòng)交通作為一種能夠融入日常生活中的交通方式， 能夠提高兒童青少年的 MVPA［42，68］。 Southward 等人［22］表明，步行上下學(xué)貢獻(xiàn)了 22.2min 的 MVPA， 達(dá)到了每日 MVPA 的 33.7%。 相似的，Pizzaro 等人［15］的研究發(fā)現(xiàn)步行往返學(xué)校能夠貢獻(xiàn)高達(dá)40%的每日推薦MVPA。 然而近年來，美國、歐洲以及澳大利亞步行和騎自行車上下學(xué)的學(xué)生數(shù)量呈下降的趨勢［69］。 從1969 年開始，美國步行上學(xué)的學(xué)生數(shù)量逐年下降。 英國國家交通部門公開的 NTS（National Travel Survey）調(diào)查報(bào)告顯示，5～16 歲的兒童青少年2019 年步行的比例為43%，騎自行車的比例為2%，通過交通工具（小汽車/公共交通等）的比例為 54%［70］。 步行校車（WSB，Walking School Bus）干預(yù)對于提高兒童青少年的主動(dòng)交通，顯示出一定效果。 與傳統(tǒng)校車相似，步行校車由受過培訓(xùn)的成年志愿者，于既定路線的站點(diǎn)處接送學(xué)生［71］。 Mendoza 等人［72］通過步行校車干預(yù)發(fā)現(xiàn)，兒童青少年的日均MVPA 從46min 上升到48min。 來自明尼蘇達(dá)州的一項(xiàng)干預(yù)研究顯示，相對于對照組，通過步行校車上下學(xué)的兒童青少年平均每日的 MVPA 上升 14min［73］。 步行校車在通過志愿者接送學(xué)生，保障其上下學(xué)安全性的同時(shí)，增加了學(xué)生的步行時(shí)間，從而提高了身體活動(dòng)水平。

2.2.3 校外綠色空間

綠色空間指的是植被覆蓋率高， 公眾可以自由進(jìn)入的開放場所，包括公園、樹林等［74］，對居民的身體、心理健康存在潛在的影響［75-76］。 Ward 等人［51］發(fā)現(xiàn)兒童在綠色空間中的時(shí)間與MVPA 存在著正相關(guān)關(guān)系。 Coombes 等人［36］的研究強(qiáng)調(diào)，雖然兒童在綠色空間的總身體活動(dòng)量較低， 但是這部分身體活動(dòng)的強(qiáng)度相對較高。 Wheeler 等人［33］發(fā)現(xiàn)兒童在綠色空間進(jìn)行MVPA 的可能性較高， 其中男生在綠色空間MVPA 的優(yōu)勢比為5.77，女生為5.12。 綠色空間的特征與身體活動(dòng)存在一定關(guān)系。 一定范圍內(nèi)綠色空間的數(shù)量比綠色空間的面積對兒童青少年身體活動(dòng)的影響更大［77］。 居住地與綠色空間的距離對于居民訪問綠色空間的頻率有著較大影響。此外，Tinsley 等人［78］的研究指出，相比起居住地距離公園較遠(yuǎn)的居民，距離公園較近的居民在公園活動(dòng)的頻率較高，步行的時(shí)間更長。

2.2.4 游戲場

2.2.5 住宅周邊環(huán)境

住宅周邊環(huán)境作為距離住宅最近的空間， 是兒童青少年進(jìn)行身體活動(dòng)，參與 MVPA 的重要空間［81］。 目前，住宅周邊身體活動(dòng)的研究多基于GIS 以兒童青少年家庭住址為中心，半徑800～1 000m 為半徑建立緩沖區(qū)，并測量兒童青少年在緩沖區(qū)內(nèi)的身體活動(dòng)。 2017 年，英國的一項(xiàng)研究顯示，兒童青少年在上學(xué)日的晚上約有66.1%的身體活動(dòng)發(fā)生在住宅周邊；周末日約有54.9%的身體活動(dòng)發(fā)生在住宅周邊［27］。 在身體活動(dòng)支持度較高的住宅周邊，兒童參與身體活動(dòng)的概率較高；而在身體活動(dòng)支持度較低的住宅周邊， 兒童進(jìn)行身體活動(dòng)的可能性較低［27］。 多數(shù)研究表明，住宅周邊公園的存在與兒童青少年的步行與 MVPA 存在正相關(guān)［82-84］。 住宅周邊高土地利用［85］以及設(shè)計(jì)良好的街道網(wǎng)絡(luò)［86］，同樣與兒童青少年步行到校呈正相關(guān)。 另外，在低可步行性區(qū)域的兒童傾向于在周邊環(huán)境中參與更多的非結(jié)構(gòu)化運(yùn)動(dòng)， 而高可步行性區(qū)域的兒童由于擁有父母的經(jīng)濟(jì)支持，傾向于在商業(yè)的運(yùn)動(dòng)場館中進(jìn)行身體活動(dòng)。

3 總結(jié)

研究綜述了基于加速度計(jì)和GPS 定位器探索兒童青少年身體活動(dòng)的場所的研究，學(xué)校、城市綠色空間、街道/人行道、住宅周邊環(huán)境有利于兒童青少年進(jìn)行身體活動(dòng)。 大多數(shù)研究僅調(diào)查了特定場所中MVPA 時(shí)間以及比例， 較少研究對場所的建成環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)查。 未來的研究可借助地理信息系統(tǒng)（GIS）分析促進(jìn)該區(qū)域身體活動(dòng)的建成環(huán)境因素，例如：人口密度、土地混合利用、街道連通性等，以更加深入地探索建成環(huán)境與身體活動(dòng)之間的交互。