可穿戴設備在青年人能耗測定方面的精度研究

鹿琦

(江蘇省體育科學研究所 江蘇南京 210033)

可穿戴設備在青年人能耗測定方面的精度研究

鹿琦

(江蘇省體育科學研究所 江蘇南京 210033)

目的 智能運動傳感器(IDEEA)的出現(xiàn),使得我們測定人體能耗的手段多樣化。但我們不清楚此設備在能耗測定方面的精度,所以該研究就是為了彌補這一空白。方法 招募南京體育學院男女學生各60人。受試者于當天晚間7點來到實驗室佩戴IDEEA,然后進入能量代謝艙適應環(huán)境。正式實驗于當晚8點開始,第2天早晨7點結(jié)束。結(jié)果 BMI＜24 kg/m2的受試者在平躺、運動、上網(wǎng)、睡眠時能耗測定準確度分別為（94.5±1.9）%、（96.7±5.4）%、（96.5±2.5）%、（97.6±2.9)%;BMI≥24 kg/m2的受試者在平躺、運動、上網(wǎng)、睡眠時能耗測定準確度分別為(96.23±1.9)%、(97.58±5.5）%、（97.16±3.5）%、(97.14±2.8)%。結(jié)論IDEEA-Ⅲ在不影響受試者生活和運動的情況下可以提供短期或者長期的能耗測定。

IDEEA-Ⅲ 能量消耗 能量代謝艙 精確度

人的24 h能量消耗(EE)有3個主要組成部分:靜息能量消耗(REE);食物熱效應和身體活動的能量消耗。靜息能量消耗(REE),占總能量消耗(TEE)的比例高達60%～75%的,這已經(jīng)被科學家們廣泛的研究。國外已經(jīng)有很多學者利用IDEEA-Ⅲ對人體的能耗進行了研究。但在我國尚無此利用此對人體進行能耗研究的報道出現(xiàn),同時我們也不知曉這一裝備的準確度如何。該文就為了明確這一問題而做。

1 研究對象、計劃

1.1 研究對象

研究對象為南京體育學院運動系的在校大學生,男女各60人。受試者的基本信息情況(見表1)。

表1 受試者基本信息情況

1.2 實驗計劃

受試者于當天7:00 pm來到實驗室佩戴IDEEA,然后進入能量代謝艙適應環(huán)境。正式實驗于8:00 pm開始,第2天7:00 am結(jié)束。8: 00 pm～8:20 pm,測定REE;8:40 pm～9:00 pm,測定運動能耗; 9:20pm～10:20pm,測定上網(wǎng)能耗;10:30pm熄燈就寢,11:00pm～06: 30am測定睡眠能耗;第2天早上6:30am受試者被叫醒,測定基礎代謝。7:00am,受試者離開能量代謝艙,測定體成分后實驗結(jié)束。實際睡眠期的體力活動(諸如站立、排便等)能耗由IDEEA精確測定,將被排除在SEE以外。

3 能耗測定結(jié)果及準確度對比

該次實驗采用兩種方式同時測定了受試者不同狀態(tài)下的能耗。男女受試者在能耗數(shù)據(jù)上存在顯著性的差異。但是將受試者根據(jù)BMI分類后再次進行比較,能耗數(shù)據(jù)上未見顯著性的差異見。IDEEA的測試精度方面,以Metabolic chamber作為“金標準”,結(jié)果見表2。

表2 IDEEA的能耗相對于Chamber測試能耗的準確度對比

表3 在與前人的研究結(jié)果進行對比, 本實驗在準確度上與其結(jié)果相接近。

4 分析與討論

人體能耗的組成是由運動時的熱效應,靜息能耗以及BMR組成。運動時的熱效應這對于個人而言都不一樣。因此,準確的測定能耗對于保持能量平衡是非常有意義的。該課題的研究就是以Metabolic chamber為“金標準”去探尋IDEEA在能耗測定方面的精確度[1-2]。結(jié)果顯示出兩者的準確度在95%左右。

IDEEA 容易低估或者高估某些特定人群在特定階段的能耗至少5%。可能的原因是慢走和快走都在跑臺上進行。Pugh指出,總能耗的7.5%用于對抗空氣阻力而在短跑中則增加為13%。 受試者在跑臺上運動自如將會節(jié)省一部分的能量相對于在地面上走路[3]。因此IDEEA 高估了能耗(之前的觀察,受試者在跑臺上的能耗準確度為106%比優(yōu)秀的跑步選手要高很多)。如果受試者對于跑臺并不熟悉,那么運動將帶來的是耗氧量和能耗的增加相對于以同等速度在地面上的運動。在該實驗的運動階段中,根據(jù)性別和BMI的不同劃分,IDEEA低估了能耗約為3%～5%。

中國學者張寬應用IDEEA對于能耗測算的高精度取決于動作類型的識別,持續(xù)時間以及強度等,這是他們認為的最好測算運動能耗的解決辦法[4]。

Berntsen在有關(guān)成年人自由活動的能耗預測的研究中提出,和便攜式氣體代謝分析儀相比加速度傳感器高估了中高強度體力活動下能量消耗的2.9%,但是在總能量消耗上卻有所低估[5]。在超重和肥胖人群的室內(nèi)劃船運動研究中,在50%最大攝氧量時加速度傳感器與間接測熱法的相關(guān)性較差,高估了工人的能量消耗(P＜0.01),而在70%最大攝氧量時加速度傳感器與間接測熱法得出的數(shù)據(jù)則沒有顯著性差異[6]。Dorminy應用能量代謝艙驗證加速度傳感器在兒童24 h能量消耗的研究中得出,與代謝艙比較加速度傳感器在所有活動和時間周期上過高的估計能耗[7]。以上這些研究都說明了不同人群在進行不同活動時,加速度傳感器的精確度是有差異的,可能高估或者低估了實際的能耗。在該研究中,不同人群在進行不同活動時的精確度未達到100%,可能原因在于, IDEEA主要是以走/跑等下肢活動為主的體力活動來建立能耗預測方程,無法較好的預測上肢為主的中低強度體力活動的能耗。

5 結(jié)語

綜上所述,IDEEA-Ⅲ可以在某些特定情況下代替能量代謝實驗室進行能耗的準確測定。它可以提供短期或者長期的能耗測定。但是由于該實驗只進行了11 h的能耗測定且人群的選擇上有所欠缺,所得到的數(shù)據(jù)與國際上的研究數(shù)據(jù)存在一定的差異,因此我們今后也將制定更加完善的測試計劃,收集較多人員與不同年齡段人體24 h的能耗數(shù)據(jù),更好的與國際學術(shù)接軌。

[1]鹿琦,朱曉梅.能量代謝實驗室的構(gòu)建與特色[J].中國組織工程研究,2012,16(42):7965-7971.

[2]鹿琦,朱曉梅.能量代謝實驗室酒精定標方法的研究[J].四川解剖學雜志,2013,21(2):21-24.

[3]PUGH, L. G. C. E. Oxygen intake in track and treadmill running with observation on the effect of airresistance[J]. Physiol，1970，207(3):823-835.

[4]KUAN ZHANG, F. XAVIER PI-SUNYER, and CAROL N. BOOZER.Improving Energy Expenditure Estimation for Physical Activity[J]. Official Journal of the American College of Sports Medicine,2003,10(5):1-7.

[5]Berntsen S, Hageberg R, Aandstad A, et al. Validity of physical activity monitors in adults participating in free-living activities[J]. British Journal of Sports Medicine, 2008:s48868.

[6]Ergogan A, Cetin C, Karatosun H, et al. Accuracy of the Polar S810i TM heart rate monitor and the Sensewear Pro Armband TM to estimate energy expenditure of indoor rowing exercise in overweight and obese individuals [J]. J Sports Sci Med, 2010,9:508-516.

[7]Dorminy C A, Choi L, Akohoue S A, et al. Validity of a multisensor armband in estimating 24-h energy expenditure in children[J]. Medicine and science in sports and exercise, 2008,40(4):699.

G8

A

2095-2813(2017)02(b)-0216-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2017.05.216

鹿琦(1983—),男,漢,山西運城人,碩士研究生,助理研究員,研究方向:運動醫(yī)學。