Actigraph加速度计在体力活动能量消耗测试中的研究进展

Actigraph加速度计在体力活动能量消耗测试中的研究进展

作者：祝鹏林家仕

来源：《体育风尚》2020年第12期

摘要：目的：对Actigraph在体力活动能量消耗测试中的应用进行梳理总结。方法：运用文献资料法对国内外Actigraph测量体力活动进行概括研究，找出研究的差异性。结果：国外使用Actigraph测量体力活动已经进行了大量大样本的研究，并已运用各个阶段人群，国内在此领域相对缺乏。结论：在使用Actigraph测量体力活动能量消耗中，欧美国家已进行大量研究，技术相对成熟，欧美国家所使用的能耗方程算法并不完全适用于中国人群。

关键词：加速度计;体力活动;能量消耗

一、体力活动与能量消耗

体力活动是指骨骼肌运动引起能量消耗增加的身体运动[1]。根据世界卫生组织（WHO）统计报告，因体力活动不足、不健康的生活方式造成的慢性疾病，占世界人口死亡率的

63%[2-3]。体力活动缺乏、静坐少动、吸烟喝酒等一系列的不健康生活方式，使慢性疾病发生率急剧上升，在中国，慢性病人群数约为3亿，占用大量的医疗资源[4]。由此可见，体力活动对人体的重要性不言而喻，而与体力活动密切联系的就是能量消耗。从体力活动的定义就可以知道，人体有骨骼肌运动，能量消耗就会增加，从而体力活动越高，能量消耗就会越大。一是人体的能量消耗是由基础代谢;二是与体力活动相关的能量消耗;三是食物的特殊动力作用。而BMR受到年龄、性别及环境的影响，且控制其他变量，处于同一状态的人，BMR相差不大。AEE是可变化的，并受到体力活动的影响是最大的[5]。由此，可以通过测试AEE来间接确定体力活动。

二、体力活动测试方法

体力活动测试的方法目前主流使用的问卷调查法、双水标法、加速度传感器法、心率法、间接热量测定法等。这些方法各有优缺点，同时它们的精确度、实用性和适用人群也不尽相同。

（一）问卷调查法

问卷调查法适用于进行大样本中调查，该方法比较简单，且成本较低。体力活动调查目前主要采用的国际体力活动问卷是由世界卫生组织制定的[6]，它分为两类，一种是长问卷，另一种是短问卷[7]，受试者在填写问卷过程中需回忆自己过去7天的体力活动情况，但这对于老

人和儿童难度太大，需由专人辅助完成。总体来说，国际体力活动问卷（IPAQ）操作简单、较为便捷、耗时较短，常用作调查大样本量使用的方法。

（二）双标水法、心率法和间接热量测定法

在体力活动研究中，气体代谢分析仪和双标水法来测量能量消耗被人们称为“金标准”[8]。双标水法利用的是同位素标记法，标记后的双表水在人体的进行新陈代谢。经过人体泌尿系统代谢分解，通过收集2 H2O、H 2 18O 和 C 18O2的变化，通过相关公式从而可以计算出能量消耗的情况[9]。便携式气体代谢分析仪（K4b2），它是通过人体呼吸的耗氧量和二氧化碳生成量，利用遥感技术进行监测，通过相应的公式计算出能量消耗[10]。心率法则是通过测量单位时间内的心率、呼吸商等指标，通过个体指标计算出能量消耗最回归分析。前两种方法进行能量消耗的测试虽然精确，花费大，消耗大量物力财力，耗时长，还受制于人员和场地，只适用于小批量测试，不具备进行大批量体力活动测试。而心率法则适用于中高等体力活动，易受到个体影响，计算结果误差较大。

（三）加速度传感器

加速度计利用电子原理，在人体运动时记录加速度。运动时肌肉做功的大小可以用运动加速度来反映，并由此通过公式计算出能量消耗[11]。它可分为两类，一种是只能记录一个轴方向的加速度的单轴加速度计，另一种是多轴加速度计，能记录运动时水平、垂直、矢状轴的加速度，其体力活动水平由测量的垂直轴、水平轴、矢状轴上加速度来反映，其记录值电信号经过数模转化所得到的，同时加速度传感器同时记录VM和矢量，再通过相应公式计算能耗值，通常来说，VM 值越大，那么该时间段体力活动情况就越剧烈。加速度传感器是一款操作简单、便携戴、结果精确的传感器，通过其记录的加速度计数，从而间接推算人体活动情况，反映低、中、高强度体力活动，根据相应公式推算出能量消耗值。加速度传感器在世界各国已经大量用于大规模的体力活动調查，计算结果比较客观、精确，能较好地反映出体力活动中的能量消耗。

三、Actigraph在体力活动中的运用

加速度传感器在于体力活动，最早是用单轴加速度传感器进行研究的，在众多的加速度传感器中，美国Actigraph公司生产的使用率最高。近年来，Actigraph公司逐渐推广了GT3X、GT3XG+等多款三轴加速度传感器，而Actigraph GT3X是目前国外应用最为主流的加速度传感器之一，研究报道均表明 ActigraphGT3X 在人体运动能量消耗测量中不但具有较高的可靠性，而且具有较高的效度水平。在国内的研究中，赵壮壮等使用ActigraphGT3X、LivepodLP2、Armband三类加速度传感器，通过不同速度跑台测定三类加速度传感器的信度和效度，实验最后得出三种加速度计都具有较高的测量信度水平，并提出LivepodLP2可以准确测量出人体在慢走、快走和慢跑运动中的能量消耗值，并得出相对Armband 和 ActigraphGT3X 更适合中国人使用，以监测人体体力活动和应用于健康管理[12]。而中国人与欧美人体力活动存在一定差

异，因而加速度计对测试不同人群、不同年龄以及中国人体力活动数据建立新的以 counts 值为重要参数的能量推算方程，以提高其预测人体运动能量消耗精确度，这体力活动研究具有重要意义。

（一）Actigraph在不同年龄段人群的运用

在不同年龄段人群，由于工作、生活环境等差异性，在进行体力活动测定时，方法也存在不同，因此在测定体力活动时分年龄段测量，测量结果会更加准确。在国外研究中，C Delisle Nyström等用腕戴式ActiGraph wGT3x-BT用于估计5～6岁儿童的活动能量消耗，通过连续佩戴7天，使用的输出是每日和清醒过滤矢量幅度的平均值（平均VM总数），最后得出手腕佩戴的ActiGraph wGT3x-BT与身体成分变量相结合，可解释高达62%的AEE的变化，佩戴腕的ActiGraph更能准确地提供学龄前儿童体力活动[13]。Borghese等用ActiGraph GT3X +和Actical在9～11岁比较自由生活条件下儿童加速度计的体力活动变量，最后得出ActiGraphGT3X +和Actical可用于测量儿童的MVPA，但是体力活动强度的划分比较依赖于数据处理中切点的选择，选择合适的能耗方程更易准确反映能量消耗[14]。全明辉等在研究中对369名儿童青少年佩戴ActiGraph GT3X，连续7天，用于测定每日的步行活动量[15]。王利军[16]等学者在研究中发现，用Actigraph测量能量消耗时，同一能耗算法方程并不是适合所有人群，在对19～29岁人群进行不同时速的跑台实验中发现能耗算法与间接测热法显著相关，能耗预测方程FreedsonVM3 Combination（2011）更符合中国年轻人群。而在洪俊睿[17]等学者的研究中，以10～17岁青少年为研究对象，用Actigraph测量每天体力活动能量消耗，年龄越大，中、高强度体力活动越少。在使用Actigraph测试不同人群体力活动时，加速度传感器对于不同年龄水平的能量消耗记录信度和效度应该具有一定的差异性，在测量不同年龄人群体力活动水平中信效度问题有待更深入探讨，不是采用统一的方法，而是要根据测试对象，选取合适的身体佩戴位置，采样时间，根据测试者的年龄选取合适的能耗方程计算体力活动，这样结论才加精确。

（二）Actigraph在运动中的运用

人体在进行运动锻炼时，并不知道准确的能量消耗，了解人体运动时能量消耗能科学指导锻炼。加速度传感器在国外已经大量应用于大样本人群体力活动能量消耗的测量，而在国内此类的研究并不多见。袁川等[18]在研究中采用Actigraph GT3X对非周期性运动进行能量消耗测试，以K4B2测量值作为校标，在人体五个不同位置部位佩戴Actigraph GT3X，结果发现基于Actigraph GT3X所建立的能耗预测方程能对网球运动进行有效的运动监测。陆乐[19]等在研究中让20名受试者同时佩戴RT3 加速度传感器和 Actigraph，以 3.2 km/h、4.8 km/h、6.4 km/h、8.1 km/h、9.7 km/h的速度完成跑步，控制其他因素得出RT3 三轴加速度传感器测量能耗值均高于实际能耗值，适合于测量步行等中低速度体力活动的能量消耗;Actigraph 单轴加速度传感器测量能耗值均低于实际能耗值，其较适合于测量跑步等较快速度体力活动的能量消耗。王道[20]等学者利用Actigrahp GT3X加速度计测量成年男、女快走、慢跑运动项目的能量消耗，以