基于加速度計與GPS 探索兒童青少年在不同場所的身體活動情況

詹 澤，張蘊琨，徐 凱

（南京體育學院 運動健康學院，江蘇 南京 210014）

身體活動指的是任何由骨骼肌收縮所產生的能量消耗并且提高健康效益的活動［1］。 作為兒童青少年健康的重要組成部分，已有較多研究證實身體活動能夠降低其代謝綜合征、肥胖、抑郁的風險［2］。 美國疾控中心指出中高強度身體活動（MVPA，Moderate to Vigorous Activity）能夠幫助兒童青少年維持良好的健康狀態［3］。 WHO（世界衛生組織，World Health Organization）建議兒童青少年每天至少進行60min 的中高強度身體活動［4］。近年來的研究證據表明，兒童每日身體活動量嚴重不足。 美國國家健康和營養調查顯示， 僅有42%的學齡兒童能滿足每日60min 的 MVPA 推薦量［5］。 相比之下，我國兒童青少年中高強度身體活動的達標率較低。 陳佩杰［6］于2016 年的一項研究報告顯示， 國內僅有29.9%的兒童青少年達到每日60min 的MVPA 推薦量。 精確的身體活動測量，是研究身體活動與健康之間關系、制定以及實施身體活動干預措施的基礎［7］。 加速度計能夠幫助研究者持續、 精確地監測兒童青少年在特定時段的身體活動， 近年來被廣泛應用在身體活動的相關研究中［8］。兒童青少年的身體活動在一天中會隨著時間而產生波動，并且這種波動可能與身體活動所在場所存在較大的關聯［9-10］。了解兒童青少年在不同運動場所的身體活動， 可以幫助相關領域指定有效的身體活動措施并且促進其與環境之間交互的理解。 GPS（全球定位系統，Geographical Information System）能夠提供包括時間、經度以及緯度在內的變量，這3 個變量能夠幫助研究者定位調查對象于特定時間所處的空間位置。 段朝陽等人［11］認為，加速度計與GPS 的聯合使用可為身體活動的進行提供環境背景以及身體活動的強度等信息， 同時也能為特定建成環境的干預提供證據支持。 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， 并調查其在校內不同場所的身體活動。 Bürgi 等人［13］在一項 2016 年的調查中， 采用加速度計與GPS 測量學生住宅周邊環境的身體活動與社會經濟水平 （SES，Social Economic Status） 之間的關系。Vlaar 與其同事［14］通過加速度計測量兒童青少年的身體活動水平，GPS 測量其空間位置，同時通過問卷的方式調查家長對環境的感知， 分析兒童青少年身體活動的范圍與家長環境感知之間的關系。 國外在基于GPS 與加速度計測量身體活動的研究已發展多年，而國內剛剛起步。 基于此，本文采用系統性文獻綜述的方法， 探索兒童青少年在不同運動場所的身體活動，為國內兒童身體活動環境的營造提供依據。

1 研究方法

1.1 文獻檢索

本 綜 述 在 SportDiscus、Medline、Pubmed、Web of Science等電子數據庫中進行文獻檢索。 檢索時間范圍為2009 年至2020 年。 基于如下關鍵詞的組合進行文獻檢索：1）physical activity；2）GPS；3）accelerometer/accelerometry；4）children/adolescents/young people。

1.2 文獻篩選標準

1.2.1 納入標準

文獻納入標準如下：1）研究主題為身體活動；2）研究設計為橫斷面研究或縱向追蹤研究；3）調查對象為5～18 歲的兒童青少年；4） 研究需同時采用加速度計和GPS 定位器進行身體活動測量；5）文獻須為公開發表的期刊文章；6）文獻寫作語言為英文。

1.2.2 排除標準

文獻的排除標準如下：1）結果變量不包括身體活動；2）非英文寫作的期刊文章；3）研究對象不屬于人類；4）會議文章/研究協議/文獻綜述。

1.3 文獻資料提取

研究人員基于標準的數據表格提取數據，內容包括：第一作者、調查所在國家、身體活動場所、研究設計、樣本量、年齡范圍、女性占比、加速度計型號、加速度計采樣間隔、切點值標準、GPS 型號、GPS 采樣間隔。

2 研究結果

2.1 納入文獻的基本情況

圖1 呈現了文獻的篩選流程。 從各數據庫檢索得文獻2 235 篇。 排除掉903 篇重復文獻后，對剩余文獻進行題目和摘要的篩選，得到239 篇文獻。 根據文獻篩選標準對剩余文獻進行全文精讀后，191 篇文獻被排除，最終納入文獻為48 篇。

圖1 文獻篩選流程

表1 總結了納入文獻的基本信息。 48 項研究均于發達國家進行，其中美國15 項，英國 10 項，加拿大 5 項，丹麥 4 項，瑞士、新西蘭、荷蘭各3 項，葡萄牙、比利時各2 項，西班牙1項。87.5%的研究為橫斷面研究，其余為跟蹤研究。納入文獻的樣本量在 15 到 1 307 之間，平均值為 266.8（SD=±269.4），中位數為160。 不同研究的樣本量存在較大差異，12 項研究的樣本量在 15 到 83 之間，27 項在 100 到 381 之間，7 項在 528 到967 之間，只有1 項超過1 000，另外1 項未在文中聲明。 研究的調查的場所包括住宅、學校、主動交通、被動交通、街道/人行道、公園、游戲場等。

表1 納入文獻的基本信息

表2 總結了研究中使用的加速度計以及GPS 定位器的詳細內容。 在納入的文獻中，所有研究均采用ActiGraph 生產的加速度計測量身體活動， 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）。 關于加速度計采樣的時間間隔（Epoch），大多數研究使用了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） 生產的設備， 包括 Garmin Foretrex 201 （n=6），Forerunner 220 以及 Forerunner 205（n=2）等。 納入文獻中，24項基于Evenson 等人［60］提出的切點值標準劃分身體活動，其次是 Trost 等人［61］提出的標準（n=8）。

表2 研究設備的細節

2.2 兒童青少年在不同運動場所的身體活動

2.2.1 學校

而這些產業平臺將來規模都會足夠大。這些平臺未來也許不會達到阿里或騰訊這樣通用產業平臺的規模。因為阿里、騰訊都是抓住了社會最基本需求的通用平臺，所以它的規模體量的確是很大的一個量級。但是產業互聯網，其自身價值非常明顯，而且也有很大發展空間。

研究證據表明， 學校是兒童青少年進行每日中高強度身體活動的重要場所［25-26］。 一項研究表明，兒童青少年上學日平均每天有 26.8%的 MVPA 在學校累積［39］，這與 Burgi 等人［26］在學校中發現的超過1/3 的總MVPA 證據相似。 操場作為兒童青少年在校內活動的場所， 對學生身體活動的促進具有重要意義。 2013 年，Dessing 等人［48］發現兒童青少年每日在操場上活動40.1min，其中7.8min 為 MVPA，占比 19.5%。 與之相比，另外一項研究發現兒童青少年平均每日在操場上活動54.1min，其中有 8.7min 為 MVPA，占比 16.1%［47］。 已有較多研究發現與操場相關的某些特征與MVPA 呈正相關。 有研究發現，距離教學樓較近的操場，兒童青少年能夠方便地在操場上進行活動，提高了身體活動量。 隨著操場面積的增大，兒童青少年的MVPA 有所上升。 操場內的固定設施對兒童青少年的身體活動也存在一定的影響。 Kann 等人［47］的研究發現，兒童青少年的MVPA 與操場內的高桿（High bar）呈正相關；兒童青少年的 SB 與操場內的小球門呈負相關。 Andersen 等人［63］于2016 的一項研究中對3 所學校的操場進行改造并且對比改造前后兒童青少年的身體活動， 發現在操場中增設多功能運動場（Multi-court）能夠提高兒童青少年的身體活動量［63］。男女生在操場上的身體活動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場所或者地面具有標記的硬地區域進行身體活動，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2015 年的研究表明，兒童青少年34.5%的每日MVPA 發生在街道/人行道［39］。 Jones 及其同事［29］發現街道環境累積了 20%的 MVPA。 Burgi 等人［39］的研究結果顯示，兒童青少年在街道活動的時間中，MVPA 占比為15%， 相當于每日MVPA 的35%。 男生每周在街道/人行道累積的MVPA 時間為91.0min，占在街道/人行道身體活動時間的17.9%，女生每周在街道/人行道累積的MVPA 時間為99.0min ，占在街道/人行道身體活動時間的19.1%［66］。 街道/人行道與兒童青少年身體活動強度呈正相關［16］。 街道/人行道是兒童青少年進行主動交通的場所。 Klinker［67］等人提出，兒童青少年交通出行（Transportation）中的身體活動可以分為主動交通（Active Commute）以及被動及被動交通兩種。 主動交通是指在交通的過程中需要通過骨骼肌收縮產生能量進行移動的交通方式。 對于兒童青少年而言，最主要的主動交通方式為步行以及騎行。 主動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，步行上下學貢獻了 22.2min 的 MVPA， 達到了每日 MVPA 的 33.7%。 相似的，Pizzaro 等人［15］的研究發現步行往返學校能夠貢獻高達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的學生數量呈下降的趨勢［69］。 從1969 年開始，美國步行上學的學生數量逐年下降。 英國國家交通部門公開的 NTS（National Travel Survey）調查報告顯示，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）干預對于提高兒童青少年的主動交通，顯示出一定效果。 與傳統校車相似，步行校車由受過培訓的成年志愿者，于既定路線的站點處接送學生［71］。 Mendoza 等人［72］通過步行校車干預發現，兒童青少年的日均MVPA 從46min 上升到48min。 來自明尼蘇達州的一項干預研究顯示，相對于對照組，通過步行校車上下學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生，保障其上下學安全性的同時，增加了學生的步行時間，從而提高了身體活動水平。

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］發現兒童在綠色空間中的時間與MVPA 存在著正相關關系。 Coombes 等人［36］的研究強調，雖然兒童在綠色空間的總身體活動量較低， 但是這部分身體活動的強度相對較高。 Wheeler 等人［33］發現兒童在綠色空間進行MVPA 的可能性較高， 其中男生在綠色空間MVPA 的優勢比為5.77，女生為5.12。 綠色空間的特征與身體活動存在一定關系。 一定范圍內綠色空間的數量比綠色空間的面積對兒童青少年身體活動的影響更大［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的居民，距離公園較近的居民在公園活動的頻率較高，步行的時間更長。

2.2.4 游戲場

2.2.5 住宅周邊環境

住宅周邊環境作為距離住宅最近的空間， 是兒童青少年進行身體活動，參與 MVPA 的重要空間［81］。 目前，住宅周邊身體活動的研究多基于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，并測量兒童青少年在緩沖區內的身體活動。 2017 年，英國的一項研究顯示，兒童青少年在上學日的晚上約有66.1%的身體活動發生在住宅周邊；周末日約有54.9%的身體活動發生在住宅周邊［27］。 在身體活動支持度較高的住宅周邊，兒童參與身體活動的概率較高；而在身體活動支持度較低的住宅周邊， 兒童進行身體活動的可能性較低［27］。 多數研究表明，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［82-84］。 住宅周邊高土地利用［85］以及設計良好的街道網絡［86］，同樣與兒童青少年步行到校呈正相關。 另外，在低可步行性區域的兒童傾向于在周邊環境中參與更多的非結構化運動， 而高可步行性區域的兒童由于擁有父母的經濟支持，傾向于在商業的運動場館中進行身體活動。

3 總結

研究綜述了基于加速度計和GPS 定位器探索兒童青少年身體活動的場所的研究，學校、城市綠色空間、街道/人行道、住宅周邊環境有利于兒童青少年進行身體活動。 大多數研究僅調查了特定場所中MVPA 時間以及比例， 較少研究對場所的建成環境因素進行調查。 未來的研究可借助地理信息系統（GIS）分析促進該區域身體活動的建成環境因素，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境與身體活動之間的交互。