基于便攜式氣體代謝分析儀的能量代謝傳感器量測量能耗預(yù)測方程和臨界值的建立

基于便攜式氣體代謝分析儀的能量代謝傳感器量測量能耗預(yù)測方程和臨界值的建立

據(jù)報道，缺乏運動能力是肥胖和糖尿病等慢性疾病的重要因素。加強身體活動的監(jiān)測和干預(yù)是預(yù)防和治療疾病的有效措施。加速度傳感器是一種便攜、準(zhǔn)確的運動傳感器,可測得人體活動時的加速度計數(shù)(ActivityCounts,AC),從而間接推算體力活動能耗和低、中、高強度體力活動的時間。加速度傳感器已被廣泛應(yīng)用于歐美發(fā)達國家的體力活動研究中,取得了良好的效果。在早期的研究中,美國Actigraph公司生產(chǎn)的單軸加速度傳感器應(yīng)用最廣。近年來,Actigraph公司研發(fā)了GT3X、GT3X+、Actitrainer等多款三軸加速度傳感器,可同步監(jiān)測活動中的垂直軸AC(ACz)、冠狀軸AC(ACx)和矢狀軸AC(ACy),并轉(zhuǎn)換為水平軸計數(shù)(horizontalAC,ACh)和綜合的矢量計數(shù)(VectorMagnitude,VM)。ACh計算方法為:ACh=(ACx2+ACy2)1/2。VM計算方法為:VM=(ACx2+AC2y+AC2z)1/2。由于三軸加速度傳感器可監(jiān)測到更豐富的體力活動數(shù)據(jù),Actigraph三軸加速度傳感器逐漸成為監(jiān)測體力活動的主流加速度傳感器,但以該傳感器的VM為自變量進行體力活動監(jiān)測的研究相對滯后。目前,僅Sasaki等在2011年曾以VM為自變量為該傳感器建立了推算體力活動的絕對能耗(單位:kcal/min)和相對能耗(單位:METs)的預(yù)測方程,本研究將其分別簡稱為S-kcal方程和S-METs方程。隨后,該傳感器的配套軟件Actilife將S-kcal方程與Williams所建的以ACz為自變量的能耗方程(簡稱W-Kcal方程)組成了一個聯(lián)合方程(簡稱Actilife聯(lián)合方程)供研究人員選用(表1)。Sasaki等還根據(jù)S-METs方程推算出3METs、6METs和9METs所對應(yīng)的以VM臨界點(簡稱臨界點S),分別為2690counts/min、6167counts/min和9642counts/min。上述方程和臨界點在我國成人日常體力活動監(jiān)測中的效度尚未得到驗證。有學(xué)者認為,傳感器的效度與被測試者的體質(zhì)特征和日常體力活動方式等因素有關(guān)。提示,國內(nèi)研究在使用Actigraph三軸加速度傳感器之前,有必要對其效度進行全面驗證,或針對特定人群建立新方程和臨界點。因此,本研究在借鑒國內(nèi)、外多個同類研究的基礎(chǔ)上,以Actigraph三軸加速度傳感器為儀器,以我國青年人群為實驗對象,采用多種日常體力活動的實驗方案及ROC曲線等方法,建立了新的以VM為變量的能耗預(yù)測方程和臨界點,并以連續(xù)4h日常體力活動對Sasaki及本研究所建的方程和臨界點進行驗證,以確定適合我國青年人的VM能耗預(yù)測方程和VM臨界點,從而為今后更好地應(yīng)用Actigraph三軸加速度傳感器開展我國國民體力活動研究提供依據(jù)。1研究對象和方法1.1人體測量特征受試者為80名在校非體育專業(yè)大學(xué)生,隨機劃分為實驗組(男、女各30人)和驗證組(男、女各10人),兩組受試者的人體測量特征無顯著性差異(P>0.05;表2)。受試者身體健康,自愿參加本研究,并于實驗前簽署知情同意書。受試者實驗前一天無大強度體力活動,所有測試均在餐后1h后進行。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1肌肉營養(yǎng)的監(jiān)測使用大學(xué)生體質(zhì)測試專用的身高體重計測量受試者身高(cm)和體重(kg),精確到0.1cm(或kg)。使用芬蘭產(chǎn)的PolarT31型心率表監(jiān)測受試者HR。使用韓國產(chǎn)Inbody3.0體成分分析儀測量受試者體脂率。使用美國產(chǎn)ActigraphGT3X加速度傳感器(簡稱GT3X)監(jiān)測受試者的體力活動。GT3X是目前應(yīng)用最廣的三軸加速度計,重量為27g,體積為3.8cm×3.7cm×1.8cm,內(nèi)存為16MB,電池續(xù)航時間為20天,采樣范圍為0.05~2.5g’s,采樣頻率為30Hz,處理數(shù)據(jù)時儀器內(nèi)部過濾器的采樣頻率范圍為0.25~2.5Hz。實驗中統(tǒng)一將GT3X用彈性腰帶固定在受試者右側(cè)髖部、肚臍水平高度。GT3X的校對、設(shè)置及數(shù)據(jù)處理等工作在配套的Actilife6.0軟件中進行。體力活動監(jiān)測前統(tǒng)一將GT3X采樣時間設(shè)為5s。以間接測熱(Indirectcalorimetry,IC)法實時監(jiān)測受試者的體力活動能耗并作為參考標(biāo)準(zhǔn),使用的儀器為CosmedK4b2氣體代謝能耗分析儀(簡稱K4b2)。為保證測量的準(zhǔn)確性,每日測試前都要先對K4b2進行預(yù)熱和校正。實驗中,測試人員看準(zhǔn)電腦時間中某一分鐘第一秒按壓K4b2主機上的“Enter”鍵開始正式測試,以確保每分鐘內(nèi)GT3X和K4b2所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)都保持同步。1.2.2壓力和速度測試所有測試均在8∶00~12∶30和13∶00~17∶30進行,測試場地安排在綜合訓(xùn)練館內(nèi),溫度范圍為18℃~25℃,濕度范圍為50%~80%。受試者身著輕便運動服參加測試,首先進行身高、體重和體脂率的測量,在佩戴、熟悉儀器并通過K4b2的預(yù)測試后開始正式測試。正式測試中實驗組受試者需依次完成7項體力活動,其中,非走/跑類活動包括靜坐、看書(坐姿)、整理書桌(站姿)和掃地,走/跑類活動包括場地上慢走(4km/h)、快走(6km/h)和慢跑(8km/h)。非走/跑類活動都在綜合訓(xùn)練館的辦公室內(nèi)進行。靜坐時,受試者采用舒適的坐姿,心情平靜,身體放松?？磿鴷r,受試者在書桌旁以平日的狀態(tài)進行閱讀,看書時可適當(dāng)寫字,也可有自然的姿勢變化動作。整理書桌時,受試者以站姿將3~5張書桌上雜亂的書籍雜物等東西清理整齊,在調(diào)整身體位置時可隨意走動。掃地時,工作人員事先在約50m2地面上撒上碎紙屑等雜物,受試者模擬平日掃地的狀態(tài)進行清掃。走/跑測試中,預(yù)先用標(biāo)志物在體育館內(nèi)設(shè)置橢圓形跑道,跑道周長為300m,每5m放置一個標(biāo)記物。測試時播放相應(yīng)的節(jié)拍,受試者以自然步態(tài)勻速前進,節(jié)拍每響1次受試者走(或跑)完5m,速度稍慢或稍快時根據(jù)節(jié)拍和標(biāo)記物調(diào)整速度。在進行正式步行和跑步測試前需先在工作人員的示范下熟悉節(jié)拍和速度,正式測試時工作人員也會對受試者進行提醒,使其速度始終與實驗要求保持一致。靜坐時間為10min,取其中第3~9min的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫;其余每項體力活動各進行6min,取其中第4~6min的數(shù)據(jù)進行分析。在中、高強度體力活動之間可休息1~5min,以HR恢復(fù)到接近靜坐HR為宜(兩者差值<10次/min)。驗證組受試者需進行連續(xù)近4h體力活動,以檢驗加速度傳感器在長時間日常體力活動監(jiān)測中的效度。首先,驗證組受試者需填寫一周體力活動調(diào)查問卷,研究人員根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果計算每人一周內(nèi)各項體力活動(睡覺除外)時間所占比例,依照該比例將每位受試者一周中最主要的12~15種體力活動組成近4h的綜合體力活動。隨后,驗證組受試者同步佩戴K4b2、Polar表和GT3X連續(xù)進行約4h體力活動。由于K4b2的電池續(xù)航時間僅為2h,研究人員每2h中斷1~2min為儀器更換電池,更換電池期間的數(shù)據(jù)不納入數(shù)據(jù)庫。在實際研究過程中,受試者連續(xù)體力活動的總時間為235.45±2.76min(230~240min)。所有受試者均順利完成了上述測試。1.2.3基于roc曲線法的bms-fm分析數(shù)據(jù)處理時,首先在儀器的配套軟件中將K4b2和GT3X測得的原始數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換為以“1min”為采樣時間的數(shù)據(jù),再將兩儀器每分鐘數(shù)據(jù)一一對應(yīng)進行分析。由于受試者背負的儀器總重量約為1kg,因此,特對K4b2輸出的每分鐘的kcal和METs進行校正,校正方法為:校正后能耗=IC法能耗測試值×原始體重/(原始體重+1kg)。使用SPSS15.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理。以Pearson相關(guān)分析法分析GT3X數(shù)據(jù)與K4b2數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性,以逐步回歸法建立體力活動能耗預(yù)測方程,以配對t檢驗和Bland-Altman分析圖比較方程的能耗預(yù)測值與IC法測試值之間的差異。統(tǒng)計分析中顯著性水平定義為P<0.05,高度顯著性水平定義為P<0.01。以接受者工作特征(ReceiverOperatorCharacteristic,ROC)曲線法建立3METs、6METs所對應(yīng)的VM臨界點。體力活動強度的等級劃分方法:0~2.99METs為低強度體力活動(lightphysicalactivity,LPA),3~5.99METs為中等強度體力活動(moderatephysicalactivity,MPA),6METs以上為高強度體力活動(vigorousphysicalactivity,VPA),3METs以上統(tǒng)稱為中高強度體力活動(moderateandvigorousphysicalactivity,MVPA)。為了使臨界點更好地判斷體力活動強度,從而準(zhǔn)確地分析低、中、高強度體力活動的時間,本研究確定ROC曲線法的數(shù)據(jù)來源為:1)在實驗組原始數(shù)據(jù)中,由于≥3METs的數(shù)據(jù)共有585個,特在<3METs的數(shù)據(jù)中選取最接近3METs的585個數(shù)據(jù),共同組成1170個數(shù)據(jù)以建立3METs所對應(yīng)的VM臨界點;2)同理,由于≥6METs的數(shù)據(jù)共有186個,特在<6METs的數(shù)據(jù)中選取最接近6METs的186個數(shù)據(jù),共同組成372個數(shù)據(jù)以建立6METs所對應(yīng)的VM臨界點。確定臨界點的標(biāo)準(zhǔn):1)曲線下面積(AUC)>0.7;2)特異性等于敏感度。2研究結(jié)果2.1土壤有機碳活動的特性按照本研究中的體力活動順序,活動的能耗和強度逐漸增加,受試者的HR和AC也同步增加。整理書桌和掃地時ACz明顯低于ACh,快走和中速跑階段ACz明顯高于ACh。可見,不同類型、不同強度體力活動的AC特點存在明顯差異(表3)。從表4可以看出,AC與體力活動能耗的相關(guān)性具有高度顯著性意義(P<0.01),但ACh與能耗的相關(guān)性受體力活動方式的影響較大,在走/跑類活動中ACh與能耗的相關(guān)性較低。VM和ACz都與能耗呈高度相關(guān)性,其中,VM與能耗的相關(guān)性最穩(wěn)定,提示,VM為推算能耗的最佳自變量。在實驗組7項體力活動的綜合數(shù)據(jù)中,VM與能耗呈高度正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),VM與METs的擬合程度最佳,其判別系數(shù)R2為0.92(圖1)。2.2走/跑類活動能耗采用S-kcal方程、Actilife聯(lián)合方程和S-METs方程可推算出實驗組7項體力活動的能耗(表5)?？梢钥闯?3個方程都會嚴(yán)重低估非走/跑類活動的能耗(P<0.01)。在走/跑類活動中,3個方程所推算的快走能耗與IC法測試值均無顯著性差異(P>0.05)。但是,S-kcal方程和Actilife聯(lián)合方程會顯著低估慢走能耗(P<0.01),略高估慢跑能耗(P<0.05)。2.3回歸法建立能耗模型從表4和圖1可知,VM與能耗具有良好的線性關(guān)系,因此,本研究采用逐步回歸法建立體力活動絕對能耗和相對能耗的預(yù)測方程(表6)。方程1包括VM和BM兩個自變量,方程2以VM為獨立自變量。方程1與方程2的判別系數(shù)R2都高于0.9,且SEE較低,提示,兩個方程的擬合程度都較高(表6)。2.4roc曲線法建立其他vm臨界根據(jù)方程2可推算出3METs和6METs對應(yīng)的VM臨界點,簡稱為臨界點E(ThresholdsDerivedfromEquation2),其數(shù)值分別為2221counts/min和6381counts/min。本研究還采用ROC曲線法建立了另一組VM臨界點(簡稱為臨界點R),此組臨界點的AUC都高于0.9,且敏感度和特異性都較高(表7)。如圖2所示,兩根ROC曲線都很接近圖的左上角位置,提示,該組臨界點具有高度診斷價值。2.54h體力活動評估的結(jié)果2.5.1paee4h預(yù)測值與ic法測試值的相關(guān)性表1配對t檢驗顯示,S-Kcal方程、Actilife聯(lián)合方程和S-METs方程的PAEE4h預(yù)測值明顯低于IC法測試值(P<0.01),方程1、方程2的PAEE4h預(yù)測值與IC法測試值無顯著性差異(P>0.05);各方程的PAEE4h預(yù)測值與IC法測試值均呈現(xiàn)中度相關(guān)性(P<0.01),方程1、方程2的PAEE4h預(yù)測值與IC法測試值的相關(guān)系數(shù)大于其他方程(表8)。如圖3所示,方程1、方程2對PAEE4h的能耗預(yù)測誤差均在95%置信區(qū)間之內(nèi),其中,方程2的預(yù)測誤差更為集中。2.5.2mpa和pva時間如表9所示,臨界點S和臨界點E測量所得的LPA、MPA、VPA和MVPA時間與IC法測量結(jié)果具有顯著性差異,臨界點S會顯著低估MPA和MVPA時間,臨界點E會顯著高估MPA和MVPA時間。臨界點R的測量結(jié)果與IC法測試值無顯著性差異(P>0.05)。3分析與討論3.1能耗預(yù)測方程的選擇Actigraph三軸加速度傳感器已逐漸成為體力活動監(jiān)測中應(yīng)用最廣的加速度傳感器之一,其能耗預(yù)測方程和AC臨界點對其體力活動監(jiān)測效度至關(guān)重要。Actigraph公司官方推薦的能耗預(yù)測方程和臨界點大都建立在跑臺運動實驗的基礎(chǔ)之上。然而,許多學(xué)者都認為,僅以跑臺運動的數(shù)據(jù)所建方程難以準(zhǔn)確反映日常體力活動中AC與能耗的關(guān)系,要使能耗方程較好地預(yù)測日常體力活動的能耗,在建立方程和臨界點時有必要采用走/跑與非走/跑類體力活動組合的實驗方案。除Hendelman和Swartz曾采用步行及其他10余種非走/跑類體力活動建立以ACz為自變量的能耗預(yù)測方程外,還沒有學(xué)者采用類似的方案建立以VM為自變量的Actigraph三軸加速度傳感器能耗方程。有研究證實,以上兩位學(xué)者所建方程對長時間體力活動總能耗的預(yù)測準(zhǔn)確性優(yōu)于其他方程;但Basset等發(fā)現(xiàn),這兩個方程對不同種類體力活動的能耗預(yù)測誤差波動較大。這既可能與單軸加速度傳感器無法監(jiān)測ACh有關(guān),也可能是因為Hendelman和Swartz的實驗中以上肢活動為主的體力活動所占比例過高。從以上分析可以看出,在建立加速度傳感器能耗預(yù)測方程時,應(yīng)充分考慮到被監(jiān)測人群的體力活動習(xí)慣,選擇適宜數(shù)量和種類的體力活動建立實驗方案。因此,本研究在建立能耗預(yù)測方程的實驗方案中特選用了3種速度的場地走/跑和4種非走/跑活動。其中,看書是有少量肢體活動的坐姿體力活動,整理書桌是以上肢活動為主的站姿體力活動,掃地是上、下肢活動兼具的站姿體力活動。上述活動的肢體活動特點和活動強度在人們的日常體力活動中都具有較強代表性,符合我國青年人日常體力活動習(xí)慣。有研究發(fā)現(xiàn),在極高強度(≥9METs)體力活動(veryvigorousphysicalactivity,vVPA)中隨著能耗的增加,Actigraph加速度傳感器的ACz和VM的增加趨緩,甚至出現(xiàn)平臺現(xiàn)象,這可能與Actigraph加速度傳感器所設(shè)定的采樣頻率范圍等因素有關(guān)?？紤]到vVPA在日常體力活動中所占比例很低,且AC平臺現(xiàn)象會嚴(yán)重影響能耗預(yù)測方程和VM臨界點的建立,因此,本研究實驗方案中未納入vVPA,也未對9METs所對應(yīng)的VM臨界點進行研究。3.2是否可以用加速度傳感器檢測最低能耗,就從表3可見,實驗組的體力活動方案以中、低強度活動為主,與日常生活中的體力活動強度相似。與其他采用跑臺運動方案的研究結(jié)果相比,本研究中受試者場地走/跑的能耗和心率都較低。同等速度下的場地走/跑和跑臺運動中人體的肌肉動員模式、步態(tài)學(xué)、心理狀況和地面反應(yīng)力都有所差別,場地測試時人體運動方式更經(jīng)濟有效,這可能是場地測試時能耗和心率都較低的主要原因。這一差別提示,在加速度傳感器能耗預(yù)測方程的建立和驗證中,采用場地測試的實驗方案更符合日常體力活動監(jiān)測的實際需要。通過監(jiān)測實驗組7項常見體力活動的AC可見,在快走、慢跑等下肢和軀干位移幅度較大的活動中ACz占據(jù)優(yōu)勢,但在整理書桌、掃地等以上肢活動為主的體力活動中ACh高于ACz,這與Midorikawa等的研究結(jié)果相似。從相關(guān)性分析可以看出,在走/跑類活動中ACz與能耗的相關(guān)性較高,在非走/跑類活動中ACh與能耗的相關(guān)性較高,可見,不同類型體力活動中ACz和ACh與能耗的相關(guān)關(guān)系有較大差異。走/跑類活動中ACh與kcal/min和METs的相關(guān)系數(shù)僅為0.35和0.45,提示,ACh不適用于走/跑能耗的監(jiān)測。VM是將ACz和ACh整合后的變量,盡管在7項體力活動的綜合數(shù)據(jù)中,ACz、VM與能耗的相關(guān)系數(shù)相似,但在非走/跑類活動中VM與能耗的相關(guān)系數(shù)較高。從VM與能耗的相關(guān)系數(shù)和散點圖分析可知,VM在不同類型體力活動中始終與能耗保持穩(wěn)定的高度相關(guān)性,提示,VM可全面地反映體力活動中身體的活動情況,在日常體力活動能耗監(jiān)測中的應(yīng)用價值高于ACz。3.3能源預(yù)測方程的有效性分析3.3.1預(yù)測效能分析根據(jù)本研究實驗組的數(shù)據(jù)可知,S-kcal方程會嚴(yán)重低估靜坐、看書、整理書桌和掃地的能耗,略低估慢走能耗、高估慢跑能耗,僅能較準(zhǔn)確監(jiān)測快走的能耗,這可能與Sasaki等的實驗方法有關(guān)。在Sasaki等的研究中受試者為歐美人,其平均體重為71.6kg,平均BMI為23.8kg/m2,而本研究中對應(yīng)的數(shù)值分別為60.6kg和21.1kg/m2,可見,歐美人種與我國青年人群的形體特征存在很大差異。此外,Sasaki等的實驗方案中僅包含了4種速度的跑臺運動,未納入其他類型體力活動的數(shù)據(jù)。以上兩方面的原因共同導(dǎo)致S-kcal方程嚴(yán)重低估低強度體力活動能耗,且其誤差易受體重的影響。由于S-kcal方程的常量較低(-5.500229),凡是體重低于62.85kg的個體,在VM=0時以該方程推算出的能耗都為負值。隨著VM的提高,該方程受體重的影響逐漸縮小,達到快走時趨于平衡。但是,當(dāng)達到慢跑強度時,該方程由最初的低估能耗轉(zhuǎn)為高估能耗。由此可推測,由于S-kcal方程中VM的系數(shù)較高(0.001064),在高強度體力活動中該方程可能會高估能耗?？傮w上看,在我國青年人群的體力活動能耗監(jiān)測中,S-kcal方程會嚴(yán)重低估低強度活動能耗,并呈現(xiàn)高估高強度活動能耗的趨勢。為提高Actigraph三軸加速度傳感器對低強度體力活動能耗的預(yù)測效度,在Actilife軟件內(nèi)置的VM聯(lián)合方程中,S-kcal方程僅限于VM>2453counts/min時使用,當(dāng)VM≤2453counts/min時則以W-Kcal方程推算能耗。但是,W-Kcal方程的自變量為ACz,若以該方程推算,只有當(dāng)ACz達到873counts/min時一名體重60kg受試者的能耗才能達到1kcal/min,而大部分坐姿低強度體力活動的ACz都很低,因此,W-Kcal方程還是會嚴(yán)重低估低強度體力活動的能耗。從表6可見,從靜坐、看書過渡到整理書桌和掃地后,ACz數(shù)值的增加幅度明顯低于VM數(shù)值的增加幅度,導(dǎo)致由Actilife聯(lián)合方程推算出的能耗反而低于由S-kcal方程推算出的能耗?？梢?Actilife聯(lián)合方程并不能有效解決S-kcal方程低估低強度活動能耗的問題。王軍利等研究發(fā)現(xiàn),Actilife聯(lián)合方程雖然會在一定程度上低估跑臺運動能耗,但其系統(tǒng)誤差較小且較穩(wěn)定,提示,Actilife聯(lián)合方程在我國青年人群運動能耗預(yù)測中的效度優(yōu)于S-kcal方程。但是,該研究未進行低強度體力活動,所以,未發(fā)現(xiàn)以上方程對低強度體力活動能耗的嚴(yán)重低估。從表5還可看出,S-METs方程僅能有效預(yù)測走/跑類活動的相對能耗。Crouter等研究發(fā)現(xiàn),在以AC為獨立自變量的METs預(yù)測方程中,截距和斜率是影響方程效度的重要因素。S-METs方程的截距為0.668876METs,在看書、使用電腦等VM較低的坐姿體力活動中,以該方程推算出的體力活動強度約為0.7METs,但其實際強度約為1.2~1.5METs,可見,該方程會嚴(yán)重低估坐姿低強度體力活動的強度。這一現(xiàn)象提示,僅以走/跑為基礎(chǔ)建立的能耗預(yù)測線性方程在應(yīng)用于其他類型日常體力活動的能耗監(jiān)測時其效度會明顯降低。從上述分析可知,S-kcal方程、Actilife聯(lián)合方程和S-METs方程都無法較好地同步監(jiān)測我國青年人群的多種日常體力活動能耗,這可能與建立方程時的實驗對象、實驗方案等因素有關(guān)。因此,有必要以我國青年人群為實驗對象,以更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灧桨附⑦m合我國青年人群的體力活動能耗方程。對本研究實驗組的數(shù)據(jù)分析可知,VM在多種體力活動中始終與能耗保持高度相關(guān)性,因此,本研究采用經(jīng)典的逐步回歸法建立了以VM(和BM)為自變量的能耗預(yù)測方程。與S-kcal方程相比,方程1的常量較大,但VM和BM的系數(shù)較低,從而有效降低了方程對低強度體力活動能耗的預(yù)測誤差。例如,當(dāng)VM分別為0和400counts/min時,以方程1推算的60kg個體的體力活動能耗分別為1.29kcal/min和1.61kcal/min,與本研究所測得的靜坐和整理書桌的平均能耗接近。與S-METs方程相比,方程2的截距較高而VM的系數(shù)較低,有利于降低方程對低強度體力活動能耗的低估,均衡方程對非/走跑類與走/跑類體力活動的能耗監(jiān)測誤差。3.3.2存在明顯的能耗監(jiān)測和模型模擬由于IC法可直接測得每分鐘的體力活動能耗和一段時間內(nèi)的體力活動總能耗,在驗證方程和臨界點的體力活動監(jiān)測效度時宜采用IC法作為參考標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到受試者不宜長時間佩戴K4b2,本研究特以受試者實際生活中各體力活動所占時間比例將一周體力活動濃縮到約4h中。盡管驗證時間有限,但4h中的體力活動組合與日常體力活動相似,因此,驗證結(jié)果可較準(zhǔn)確地反映各方程和臨界點在長時間體力活動能耗監(jiān)測中的誤差水平,Rowlands、Strath等也曾采用類似的方法進行研究。通過對PAEE4h的驗證可見,S-kcal方程、Actilife聯(lián)合方程和S-METs方程都會嚴(yán)重低估長時間日常體力活動總能耗。如表8所示,S-kcal方程所推算出的部分受試者PAEE4h是負值,這是因為受試者體重輕低且4h的總VM也較低。盡管在同等情況下Actilife聯(lián)合方程和S-METs方程所推算出的能耗不會出現(xiàn)負值,但這兩個方程仍會明顯低估PAEE4h。總之,上述方程都會低估PAEE4h,其直接原因主要是這些方程都會明顯低估坐姿低強度體力活動的能耗,其間接原因可能是Sasaki等在建立方程時未納入此類體力活動的數(shù)據(jù)。經(jīng)配對t檢驗可知,本研究所建方程1、方程2的PAEE4h預(yù)測值與IC法測試值呈中度相關(guān)關(guān)系,兩個方程雖然都會略低估PAEE4h,但其誤差均不具備統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。以Bland-Altman圖分析可知,兩個方程對驗證組受試者PAEE4h的預(yù)測誤差都位于95%置信區(qū)間之內(nèi),提示,其預(yù)測準(zhǔn)確性都較高?？梢?本研究所建能耗方程可更準(zhǔn)確地預(yù)測日常體力活動能耗,這可能是由于本研究的實驗方案中兼顧到了安靜狀態(tài)、低強度和中高強度體力活動,同時也兼顧到了坐姿、站姿和行進間等多種身體姿態(tài)。本研究所建方程略低估PAEE4h,在很大程度上可能是因為低估了自行車和上樓梯等活動的能耗。無論是單軸還是三軸加速度傳感器,其佩戴位置均為腰部,因此,無法準(zhǔn)確感應(yīng)騎車時的下肢活動,還會低估抗阻運動、負重運動等特殊活動的能耗。劉愛玲等曾預(yù)先記錄騎車的時間、速度和距離,再對加速度傳感器所推算出的總能耗進行校正,以提高加速度傳感器的能耗監(jiān)測效度,該方法可在今后的研究中加以借鑒。方程1和方程2略低估PAEE4h還可能是因為在vVPA中AC易出現(xiàn)平臺現(xiàn)象,導(dǎo)致方程低估此類活動的能耗。今后可專門針對vVPA開展Actigraph三軸加速度傳感器的能耗監(jiān)測研究,為提高其體力活動監(jiān)測效度提供更多依據(jù)。還需注意的是,盡管方程1整體誤差較低,但從BlandAltman散點圖分析可知,該方程預(yù)測PAEE4h時誤差較分散,提示,方程1對個體的預(yù)測誤差存在較大的變異性,這可能是因為受試者體重會影響到方程所推算出的絕對能耗。與之相比,相對能耗單位(如METs)排除了體重對能耗的影響,更側(cè)重于對活動強度的評估。而且,METs和kcal/min之間可通過“kcal/min=MET×3.5×體重(kg)/200”方程相互轉(zhuǎn)換。因此,有學(xué)者在加速度傳感器能耗預(yù)測研究中以METs作為能耗單位。從Bland-Altman散點圖分析可見,方程2對PAEE4h的預(yù)測誤差較集中。因此,本研究建議在日常體力活動能耗監(jiān)測中優(yōu)先選用以METs為單位的方程。3.4vm臨界的識別2008年出版的《美國體力活動指南》建議成人每周MVPA時間不低于150min,加速度傳感器的一個重要功能正是依靠AC臨界點監(jiān)測各強度體力活動的時間。然而,Actilife軟件中至今仍主要以Freedson等在1998年所建的ACz臨界點判斷各強度體力活動的時間,對VM臨界點的研究和應(yīng)用都較少。在以往的研究中,學(xué)者們大都先以METs為因變量建立直線回歸方程,再推導(dǎo)出3METs和6METs所對應(yīng)的AC臨界點。近年來,一些學(xué)者開始采用ROC曲線法建立