身體活動(dòng)量與肥胖兒童青少年骨密度改善的劑量-效應(yīng)關(guān)系

陳澤愷，朱 琳，李展權(quán)

（1.廣州體育學(xué)院 研究生院，廣東 廣州 510500；2.廣州體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)與健康學(xué)院，廣東 廣州 510500）

兒童青少年時(shí)期不僅是速度、力量等身體素質(zhì)的快速增長(zhǎng)期，同時(shí)也是骨量的快速增長(zhǎng)期，這一時(shí)期的骨量增加對(duì)獲得最佳峰值骨量至關(guān)重要［1］，峰值骨量增加3%～5%就可以使骨折的風(fēng)險(xiǎn)減少20%～30%［2］。骨密度（Bone Mineral Density，BMD）與骨量有關(guān)，是反映骨健康的重要指標(biāo)，同時(shí)還可預(yù)測(cè)骨折的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。骨密度除了受遺傳、飲食等因素影響外，還與身體成分密切相關(guān)，有研究表明［3］，學(xué)齡兒童青少年肥胖程度與骨密度具有相關(guān)性，隨著肥胖程度加劇，骨密度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，且這一趨勢(shì)不存在性別差異。

劑量-效應(yīng)關(guān)系源于藥理學(xué)中表示藥物劑量與效應(yīng)間的量化關(guān)系，在體育學(xué)領(lǐng)域中常被用于反映身體活動(dòng)與健康效應(yīng)之間的量化相關(guān)或因果關(guān)系［4］。美國(guó)國(guó)家疾病控制中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）在2005年完成了第一個(gè)針對(duì)身體活動(dòng)與青少年健康關(guān)系的綜述，為每日身體活動(dòng)推薦量的制定提供了依據(jù)，但同時(shí)認(rèn)為身體活動(dòng)與健康效應(yīng)間的劑量-效應(yīng)關(guān)系需進(jìn)一步研究［5］。而目前我國(guó)及美國(guó)的兒童青少年身體活動(dòng)指南中也指出身體活動(dòng)與健康效應(yīng)間的劑量-效應(yīng)關(guān)系仍不是很清楚，有待進(jìn)一步研究探明［6-7］。截止2014年，我國(guó)7～18歲學(xué)生超重及肥胖檢出率已接近20%［8］，通過運(yùn)動(dòng)改善肥胖兒童青少年體質(zhì)健康是一種重要手段，但肥胖兒童青少年由于體重過大加上日常缺乏身體活動(dòng)，盲目地增加運(yùn)動(dòng)量可能會(huì)帶來?yè)p傷?，F(xiàn)有的干預(yù)性研究雖證實(shí)了身體活動(dòng)對(duì)兒童青少年骨健康的促進(jìn)作用［9-10］，但未明確兩者的劑量-效應(yīng)關(guān)系，特別是在肥胖兒童青少年這一群體中。探究身體活動(dòng)量與肥胖兒童青少年骨密度改善之間的劑量-效應(yīng)關(guān)系可以查明達(dá)到最佳改善效果所需的身體活動(dòng)量以及身體活動(dòng)量與骨密度改善間的變化趨勢(shì)，這對(duì)高效且安全地維持和促進(jìn)肥胖兒童青少年骨健康意義重大。

本研究以劑量-效應(yīng)關(guān)系為切入點(diǎn)，分析身體活動(dòng)量與肥胖兒童青少年骨密度改善效果間是否存在劑量-效應(yīng)關(guān)系及其變化趨勢(shì)，以期為有關(guān)肥胖兒童青少年骨健康政策和干預(yù)方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究受試者為10～17歲的肥胖兒童青少年，所有受試者均來自深圳減肥達(dá)人訓(xùn)練營(yíng)營(yíng)，測(cè)試前受試者及家屬需簽署知情同意書。受試者納入標(biāo)準(zhǔn)：1）兒童青少年肥胖標(biāo)準(zhǔn)參照《學(xué)齡兒童青少年超重與肥胖篩查》［11］；2）智力水平發(fā)育正常；3）通過運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)篩查；4）具有良好依從性，能夠積極配合運(yùn)動(dòng)干預(yù)及完成相應(yīng)指標(biāo)采集。受試者排除標(biāo)準(zhǔn)：1）病理性肥胖；2）患有嚴(yán)重肥胖并發(fā)癥；3）正在接受藥物治療；4）存在運(yùn)動(dòng)受限無法完成基本運(yùn)動(dòng)。研究方案獲得廣州體育學(xué)院人體倫理委員會(huì)審批通過，審批編號(hào)為2018LCLL-008。受試者根據(jù)身體活動(dòng)量的綜合矢量計(jì)數(shù)（Vector Mangiture，VM3）被分為低、中、高劑量組，每組20人。

表1 受試者基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 體格測(cè)量

由經(jīng)過培訓(xùn)的同一測(cè)量人員測(cè)定受試者的身高（精確到0.1cm）和體重（精確到0.1kg），并計(jì)算身體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI），BMI=體重/身高2（kg/m2）。測(cè)試儀器均符合國(guó)家體質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.2.2 身體活動(dòng)量監(jiān)控

使用ActiGraph GT3X+三軸運(yùn)動(dòng)加速度計(jì)（ActiGraph，Pensacola，F(xiàn)L，USA）對(duì)受試者在整個(gè)訓(xùn)練周期內(nèi)訓(xùn)練日的身體活動(dòng)情況進(jìn)行記錄。儀器佩戴位置統(tǒng)一為身體右側(cè)腋窩中線與髂脊水平線相交處［12］，采樣頻率和采樣間隔分別為30Hz和60s，每天至少佩戴7h［13］，由測(cè)試人員在每天早上9點(diǎn)發(fā)放儀器，并在晚上21點(diǎn)回收，使用儀器配套軟件ActiLife Version 6.13.3對(duì)采集數(shù)據(jù)導(dǎo)出與分析，將連續(xù)60min未監(jiān)測(cè)到活動(dòng)數(shù)據(jù)的時(shí)間段設(shè)定為未有效佩戴加速度計(jì)［14］。肥胖兒童青少年身體活動(dòng)量VM3計(jì)算公式如下［15］：VM3=（x2+y2+z2）1/2，x、y、z分別代表矢狀軸、額狀軸、垂直軸的矢量計(jì)數(shù)。

1.2.3 骨密度測(cè)定

由測(cè)試人員使用由日本古野電氣株式會(huì)社生產(chǎn)的CM-200超聲波骨密度測(cè)定儀對(duì)受試者左腳跟骨骨密度進(jìn)行測(cè)定，此測(cè)試方法既能準(zhǔn)確的檢測(cè)兒童青少年骨發(fā)育狀況，又兼顧無創(chuàng)、快速等特點(diǎn)。主要測(cè)試結(jié)果包括跟骨聲波傳導(dǎo)速度（speed of round，SOS）值和T值。SOS值越高代表骨密度越高，T值根據(jù)測(cè)得的SOS值對(duì)應(yīng)得出，反映受試者骨密度與同性別兒童青少年平均值的差距，單位以標(biāo)準(zhǔn)差表示，T值判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：T值＞-1認(rèn)為正常；-2.5≤T值≤-1代表有骨質(zhì)疏松的傾向；T值＜-2.5代表骨質(zhì)疏松［1，16］。正式測(cè)試前按照儀器說明要求嚴(yán)格執(zhí)行校準(zhǔn)程序，同時(shí)確保測(cè)試在室溫穩(wěn)定的環(huán)境中進(jìn)行。

1.2.4 運(yùn)動(dòng)干預(yù)

受試者在訓(xùn)練營(yíng)集中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，每天訓(xùn)練時(shí)間共240min，上午下午各120min，每周訓(xùn)練6天，共持續(xù)4周。運(yùn)動(dòng)以有氧類型運(yùn)動(dòng)為主，主要項(xiàng)目包括快走、慢跑、體育游戲、有氧操、娛樂性的球類運(yùn)動(dòng)等。

1.2.5 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果

2.1 不同身體活動(dòng)劑量組干預(yù)前后骨密度對(duì)比

研究結(jié)果顯示（表2），經(jīng)過4周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，肥胖兒童青少年的整體跟骨SOS值和T值與干預(yù)前相比均顯著增加（p＜0.01），方差分析結(jié)果顯示（表2），不同劑量組間的跟骨SOS值、跟骨T值存在顯著差異（p＜0.01），事后比較發(fā)現(xiàn)，高劑量組的SOS值和T值顯著高于低劑量組（p＜0.05）。

表2 不同劑量組干預(yù)前后骨密度指標(biāo)變化

2.2 身體活動(dòng)量與骨密度改善的劑量-效應(yīng)關(guān)系分析

限制性立方樣條分析結(jié)果顯示 （圖1、圖2），VM3與△跟骨SOS值及△跟骨T值間均不存在顯著的非線性關(guān)系（p-nonlinear＞0.05）。線性回歸結(jié)果顯示（表3），VM3每增加10 000counts/day，跟骨SOS值改善量增加0.31m/s（95%CI:0.084，0.530）、跟骨T值改善量增加0.01（95%CI:0.002，0.016）；校正年齡、性別、BMI后，VM3每增加10 000counts/day，跟骨SOS值改善量增加0.29m/s（95%CI:0.053，0.534）、跟骨T值改善量增加0.01（95%CI:0.001，0.016）。

表3 VM3與骨密度指標(biāo)改善效果的劑量-效應(yīng)關(guān)系分析

圖1 日身體活動(dòng)量與跟骨SOS值改善效果的劑量-效應(yīng)關(guān)系圖

圖2 日身體活動(dòng)量與跟骨T值改善效果的劑量-效應(yīng)關(guān)系圖

3 討論

結(jié)果顯示，在4周的干預(yù)周期內(nèi)，肥胖兒童青少年身體活動(dòng)量與骨密度的改善效果之間存在正向的劑量-效應(yīng)關(guān)系，骨密度的改善效果隨身體活動(dòng)量的增加而提升。

既往的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)量水平與肥胖人群的骨密度相關(guān)，而干預(yù)性研究則表明身體活動(dòng)對(duì)肥胖人群骨密度的改善效果可能受到如年齡、運(yùn)動(dòng)方式及干預(yù)周期等多種因素的影響。張金等［17］探究肥胖學(xué)齡兒童骨密度影響因素時(shí)發(fā)現(xiàn)，身體活動(dòng)水平高的兒童骨密度要顯著高于身體活動(dòng)水平低的兒童。與上述研究類似，本文結(jié)果顯示肥胖兒童青少年骨密度改善效果隨身體活動(dòng)量水平增加而提升，不同身體活動(dòng)劑量組之間改善效果的趨勢(shì)性檢驗(yàn)差異顯著。王梓涵［18］對(duì)12～19歲肥胖青少年進(jìn)行6周抗阻結(jié)合有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后發(fā)現(xiàn)，其骨密度和骨礦量較干預(yù)前均得到了增長(zhǎng)。而國(guó)外一項(xiàng)針對(duì)肥胖老年人的研究則發(fā)現(xiàn)，無論是進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)還是抗阻運(yùn)動(dòng)亦或兩者聯(lián)合的方式運(yùn)動(dòng)，干預(yù)后骨密度均低于基線值［19］。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過4周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)后各身體活動(dòng)劑量組肥胖兒童青少年的骨密度均高于干預(yù)前，這與王梓涵［18］的研究結(jié)果類似。與Campos等［20］的研究結(jié)果不同，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)即使進(jìn)行以有氧運(yùn)動(dòng)為主的身體活動(dòng)仍然可改善肥胖兒童青少年骨密度，而造成這種差異可能的原因是干預(yù)周期不同，即短期內(nèi)有氧運(yùn)動(dòng)足以顯著改善肥胖兒童青少年骨密度，而長(zhǎng)期進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)可能需要結(jié)合其他干預(yù)方式例如抗阻類運(yùn)動(dòng)才能改善骨密度。

身體活動(dòng)對(duì)機(jī)體健康的積極作用已被大量研究證實(shí)，隨著研究的不斷深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)與部分健康改善效應(yīng)間存在著一種劑量-效應(yīng)關(guān)系，并進(jìn)行了相應(yīng)的研究。Stoner等［21］研究發(fā)現(xiàn)，肥胖兒童青少年身體活動(dòng)量每增加1MET-h/week，BMI和體重分別下降0.13kg/m2和0.33kg。Ishikawa等［22］發(fā)現(xiàn)，每周進(jìn)行更高運(yùn)動(dòng)頻率負(fù)重運(yùn)動(dòng)的女生與低運(yùn)動(dòng)頻率的女生相比，骨礦量和骨密度增加更明顯。Gay［23］在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，中高糖尿病風(fēng)險(xiǎn)人群的每日身體活動(dòng)量與HbA1c水平之間存在負(fù)向的劑量效應(yīng)關(guān)系，隨著身體活動(dòng)量的增加，HbA1c水平逐漸下降。與上述既往研究類似，本研究發(fā)現(xiàn)肥胖兒童青少年身體活動(dòng)量與骨密度改善效果之間存在正向的劑量-效應(yīng)關(guān)系，這一關(guān)系在校正了年齡、性別、BMI等因素后仍然存在。值得注意的是，身體活動(dòng)與健康改善之間的劑量-效應(yīng)關(guān)系并不總是直線相關(guān)的，全明輝等［24］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)每日累計(jì)中高強(qiáng)度身體活動(dòng)時(shí)間超過65min后，中高強(qiáng)度身體活動(dòng)時(shí)間的增加并不能顯著提升男童達(dá)到高體質(zhì)健康水平的比例，中高強(qiáng)度身體活動(dòng)量與男童達(dá)到高體質(zhì)健康水平的比例之間存在非線性的劑量-效應(yīng)關(guān)系。除此之外，LeBlanc［25］在一項(xiàng)針對(duì)青少年的研究中也發(fā)現(xiàn)，身體活動(dòng)量與高甘油三酯風(fēng)險(xiǎn)之間的劑量-效應(yīng)關(guān)系為曲線而非直線。本文研究發(fā)現(xiàn)，在4周的干預(yù)周期內(nèi)，肥胖兒童青少年身體活動(dòng)量與骨密度改善之間的劑量-效應(yīng)關(guān)系呈近似直線，意味著無論是較低活動(dòng)量或者較高活動(dòng)量水平的肥胖兒童青少年都可以4周內(nèi)通過增加身體活動(dòng)量獲得更明顯的骨密度改善效果。但考慮到本研究的干預(yù)周期較短，關(guān)于身體活動(dòng)量與肥胖兒童青少年骨密度改善效果間的劑量關(guān)系具體如何，本文研究結(jié)果尚不能完全回答。綜上所述，在短期內(nèi)通過進(jìn)行以有氧運(yùn)動(dòng)為主的身體活動(dòng)可以改善肥胖兒童青少年骨密度，且高身體活動(dòng)量較低身體活動(dòng)量可帶來更大的骨密度改善收益。

本研究的局限性主要有以下兩點(diǎn)：1）研究納入的樣本量偏小，且本研究的研究設(shè)計(jì)為前后對(duì)照；2）運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間較短，研究結(jié)果需要縱向研究和擴(kuò)大樣本量加以證實(shí)。

4 結(jié)論與展望

4周以有氧運(yùn)動(dòng)為主的身體活動(dòng)可改善肥胖兒童青少年的跟骨骨密度；在4周內(nèi)身體活動(dòng)量的增加能提升肥胖兒童青少年跟骨密度改善效果，兩者之間存在劑量-效應(yīng)關(guān)系。

有氧運(yùn)動(dòng)通常運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不高，且機(jī)體主要以有氧供能為主不易導(dǎo)致血乳酸大量堆積，是一種利于肥胖兒童青少年堅(jiān)持進(jìn)行下去的運(yùn)動(dòng)類型。本文結(jié)果證實(shí)了在短期內(nèi)進(jìn)行以有氧運(yùn)動(dòng)為主的干預(yù)即可改善肥胖兒童青少年骨密度，并且適當(dāng)?shù)卦黾由眢w活動(dòng)量可帶來更可觀的改善效果。因此，減肥訓(xùn)練營(yíng)在制定短期訓(xùn)練課程以及家長(zhǎng)在假期指導(dǎo)孩子運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)以有氧運(yùn)動(dòng)為主，且在身體可承受的范圍內(nèi)逐漸增加運(yùn)動(dòng)量，以改善肥胖兒童青少年骨健康水平。未來的研究應(yīng)針對(duì)身體活動(dòng)與肥胖兒童青少年骨密度改善間的劑量-效應(yīng)關(guān)系開展更精細(xì)化的探究，以明確改善肥胖兒童青少年骨密度所需運(yùn)動(dòng)頻率、運(yùn)動(dòng)周期、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的最佳劑量，使肥胖兒童青少年能通過進(jìn)行身體活動(dòng)高效且安全地改善骨質(zhì)健康。