國內(nèi)外三大體力活動(dòng)測量方法的比較與選擇

成向榮，唐正彥，劉靜民，王 悅

（1.青島理工大學(xué) 體育教學(xué)部，山東 青島 266520；2.清華大學(xué) 體育部，北京 100084）

體力活動(dòng)（physical activity）是指由骨骼肌肉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生并伴有消耗能量的任何身體動(dòng)作。依據(jù)體力活動(dòng)的不同生活場景，體力活動(dòng)一般分為工作、交通、家務(wù)、娛樂、體育鍛煉等相關(guān)的體力活動(dòng)類型［1］。增加體力活動(dòng)有助于改善或者預(yù)防二型糖尿病、心血管類疾病、慢性阻塞性肺病、抑郁癥、癌癥、肥胖等慢性非傳染性疾病［2］。通過增加體力活動(dòng)并提高體質(zhì)健康水平可以有效降低兒童時(shí)期心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)［3］，這一有利因素對(duì)成年后的健康將會(huì)產(chǎn)生持續(xù)效應(yīng)［4］。體力活動(dòng)是一個(gè)有許多維度相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜行為活動(dòng)，需要對(duì)其體力活動(dòng)的能量消耗總量、強(qiáng)度、頻率、時(shí)間、方式類型等不同方面進(jìn)行評(píng)估。但是，體力活動(dòng)測量方法有很多，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究和探討，本文就目前體力活動(dòng)測量方法的研究進(jìn)行系統(tǒng)綜述，總結(jié)歸納不同測量方法的測量原理、測試方法、適用人群、優(yōu)缺點(diǎn)以及評(píng)價(jià)方法和效果等。

1 研究方法

本研究對(duì)中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)、維普中文期刊服務(wù)平臺(tái)、web of science平臺(tái)、SpringerLink電子期刊及電子圖書、Elsevier ScienceDirect全文庫等數(shù)據(jù)庫，對(duì)以中文“體力活動(dòng)”“體力活動(dòng)”“運(yùn)動(dòng)”“鍛煉”“測量方法”“雙標(biāo)水法”“測熱法”“問卷”“加速度計(jì)”“心率帶”“可穿戴設(shè)備”和英文“physical activity”“sport”“exercise”“fitness”“measurement method”“Doubly Labeled Water”“physical activity questionnaire”“accelerometer”“wearable device”為主題的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索、篩查和閱讀。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 體力活動(dòng)測量方法分類

孫建剛等在文中指出體力活動(dòng)測量方法可分為主觀測量法和客觀測量法。其中，主觀測量法包括主觀觀察法、日志法和自我報(bào)告法；客觀測量方法分為氣體分析儀器測量法、化學(xué)試劑測量法和運(yùn)動(dòng)傳感器客觀測量法等［5］。邢慧嫻等綜述了測量的體力活動(dòng)測量方法，包括借助儀器或試劑測量的客觀測量法和以問卷為主要形式的主觀測量方法［6］。戴劍松等對(duì)體力活動(dòng)測量方法的研究中提出了體力活動(dòng)測量技術(shù)包括雙標(biāo)水法、間接測熱法、體力活動(dòng)問卷、心率表和運(yùn)動(dòng)傳感器等［7］。湯強(qiáng)等認(rèn)為常用的體力活動(dòng)測量方法有行為觀察法、雙標(biāo)水法、簡介熱量測定法、心率測試法、運(yùn)動(dòng)傳感器法和問卷法［8］。陳佳等對(duì)兒童體力活動(dòng)測量方法進(jìn)行的研究表明，用于兒童體力活動(dòng)的兩方法包括標(biāo)準(zhǔn)法、客觀分析法和主觀分析法［9］。

根據(jù)國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究匯總，體力活動(dòng)測量的方法主要包括標(biāo)準(zhǔn)測量方法、主觀測量方法、客觀測量方法三大類。標(biāo)準(zhǔn)測量方法主要包括雙標(biāo)水法（Doubly Labelled Water，DLW）、測熱法、直接觀察法（Direct Observation）、日記記錄法（Diary Record）等，經(jīng)常用于標(biāo)定其他研究方法的準(zhǔn)確性。主觀測量方法以問卷為主，體力活動(dòng)問卷等普遍應(yīng)用于體力活動(dòng)的評(píng)估。盡管體力活動(dòng)問卷的方法主觀性太強(qiáng)，但由于其研究成本低，步驟簡便易行，體力活動(dòng)問卷是大規(guī)模的體力活動(dòng)流行病學(xué)研究最普遍和最實(shí)用的手段與工具。目前有相當(dāng)多的問卷應(yīng)用于體力活動(dòng)評(píng)價(jià)，應(yīng)用比較廣泛的有國際體力活動(dòng)問卷（International Physical Activity Questionnaire，IPAQ）、全球 體 力 活 動(dòng) 問 卷 （Global Physical Activity Questionnaire，GPAQ）、明尼蘇達(dá)休閑時(shí)間體力活動(dòng)問卷（Minnesota Leisure Time Physical Activities Questionnaire，MLTPAQ）等［10］。隨著三軸加速度計(jì)的算法方程不斷改進(jìn)，提供了越來越準(zhǔn)確有效的體力活動(dòng)測量與評(píng)價(jià)方法，客觀測量工具和方法將會(huì)在體力活動(dòng)流行病學(xué)研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。客觀測量方法主要包括三軸加速度傳感器方法、心率帶測量方法、智能可穿戴設(shè)備-手環(huán)測量方法等［11］。

2.2 測量原理與方法

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)測量方法

1）雙標(biāo)水法

雙標(biāo)水法最早是在20世紀(jì)50年代，由Lifson等用D2O18同位素標(biāo)記測量計(jì)算動(dòng)物的能量消耗率，給動(dòng)作注射了18O標(biāo)記的水，觀察在同位素平衡狀態(tài)下水中氧原子在排除的CO2和水。正是利用這個(gè)原理，到20世紀(jì)80年代開始于研究人的能量代謝［12］。受試者服用非放射性同位素2H和18O雙標(biāo)記的水，2H以水的形式排出體外，18O以水和二氧化碳的形式排出體外［13］。通過收集測量期間全部的尿液，檢測尿液中同位素的含量，從而得到2H和18O的代謝速率。CO2的生成率=18O的代謝速率-2H的代謝速率，耗氧量通過呼吸商計(jì)算，最終利用經(jīng)典的Weir公式計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)平均的能量消耗。人體的總能量消耗（Total Energy Expenditure，TEE）包括基礎(chǔ)代謝（Basical Metabolic Rate，BMR）、膳食相關(guān)能量消耗（Diet Energy Expenditure，DEE）和體力活動(dòng)能量消耗（Activity Energy Expenditure，AEE）3部分［14］。結(jié)合人體基礎(chǔ)代謝率，就可以算出人體的體力活動(dòng)消耗。

2）測熱法

測熱法是測定人體能量代謝的方法之一，主要包括直接測 熱 法 （Direct Calorimetry，DC） 和 間 接 測 熱 法（Indirect Calorimetry，IC）兩大類。

直接測熱法將測試對(duì)象關(guān)在隔熱容器中，直接收集測量測試對(duì)象在一定時(shí)間內(nèi)人體新陳代謝過程中所散發(fā)的總熱量，再換算成單位時(shí)間內(nèi)的代謝量，即能量代謝率。

間接測熱法的理論基礎(chǔ)是1949年Weir推導(dǎo)的方程式［15］：能量消耗（kg）=［3.941×O2消耗量（L/D）+1.106×CO2產(chǎn)生量（L/D）］×4.18。間接測熱法是根據(jù)三大產(chǎn)能營養(yǎng)素在產(chǎn)能時(shí)所消耗的氧氣和產(chǎn)生的二氧化碳存在的定比關(guān)系，在特定條件下，一定時(shí)間內(nèi)測量耗氧量和二氧化碳的生成量來計(jì)算其能量消耗。臨床上常用的間接測熱法設(shè)備主要包括Douglas袋、手提式間接測熱儀和代謝車等。

3）直接觀察法

直接觀察法是最早體力活動(dòng)測量方法之一，是研究人員通過觀察用表格或電子設(shè)備（攝像機(jī)、錄音機(jī)等）等記錄受試對(duì)象的體力活動(dòng)情況，并根據(jù)收集到的信息運(yùn)用固定的評(píng)分系統(tǒng)計(jì)算出能量消耗。

4）日記記錄法

日記記錄法通常是詳細(xì)記錄每15min或0.5h的體力活動(dòng)內(nèi)容，連續(xù)記錄1至3天的體力活動(dòng)詳細(xì)情況，如某項(xiàng)體力活動(dòng)持續(xù)的時(shí)間、單位時(shí)間內(nèi)能量的消耗、總的體力活動(dòng)時(shí)間以及按照體力活動(dòng)分級(jí)計(jì)算的各類活動(dòng)的時(shí)間［6］。

2.2.2 主觀測量方法

1）國際體力活動(dòng)問卷

國際體力活動(dòng)的測量發(fā)展源于1998年日內(nèi)瓦，至2000年經(jīng)過12個(gè)國家14個(gè)地方大量的信效度測試，最后結(jié)果建議這些評(píng)量在許多地方及國家的使用有令人滿意的特性，并且適合在全國性的女性群體基礎(chǔ)下廣泛的針對(duì)參與體力活動(dòng)實(shí)施研究。

國際體力活動(dòng)問卷包含4組問卷，透過電話或自我填答的長問卷（5中不同活動(dòng)領(lǐng)域）與短問卷（4種構(gòu)面）兩種版本［16-17］。IPAQ主要是詢問最近7天里所做過的不同程度的活動(dòng)時(shí)間和頻率。IPAQ短卷共7個(gè)問題，粗略地詢問最近7天的體力活動(dòng)情況。IPAQ長卷包括5部分，共27道題。第一部分是與工作相關(guān)的體力活動(dòng)，共7道題，包含家里以外有報(bào)酬的工作、農(nóng)場的、志愿者工作、課程的和其他在家意外無報(bào)酬的動(dòng)作，不包括在家里無報(bào)酬的工作，如家務(wù)、園藝工作、一般的維修工作和照料家人。第二部分是與交通有關(guān)的體力活動(dòng)，共6道題。這些問題是指運(yùn)用交通工具從某地到某地，包含去工作、超市、電影院等等。第三部分是家務(wù)、房屋維修以及照顧家人，共6道題。這部分是指最近7天在家所進(jìn)行的一些體力活動(dòng)，如家務(wù)、愿意、一般的維修工作和照顧家人等。第四部分是娛樂消遣、運(yùn)動(dòng)鍛煉時(shí)的體力活動(dòng)，共6道題。這部分時(shí)最近7天所進(jìn)行的游憩、運(yùn)動(dòng)、健身以及休閑的所有體力活動(dòng)，這部分內(nèi)容不包括之前所填寫的任何活動(dòng)。最后一部分是坐著的時(shí)間，共兩道題。這部分是指在休閑時(shí)，華仔工作、在家或者做作業(yè)的坐著的時(shí)間，也包含坐在書桌前、訪問朋友、讀書或坐著、躺著看電視時(shí)的坐著時(shí)間，不包含搭乘交通工具的坐著時(shí)間［18］。

2）全球體力活動(dòng)問卷

全球體力活動(dòng)問卷是世界衛(wèi)生組織（WHO）為各國編制的監(jiān)測全球體力活動(dòng)調(diào)查表，它支持國家層面的監(jiān)控，同時(shí)包括體力活動(dòng)不阻止危險(xiǎn)因素的監(jiān)督體系［19］。它收集了3種環(huán)境（或領(lǐng)域）的體力活動(dòng)參與情況以及久坐行為的信息，包括16個(gè)問題。這3個(gè)領(lǐng)域是：工作中的活動(dòng)、往返于某個(gè)地方和娛樂活動(dòng)。

在使用GPAQ前，首先應(yīng)該看一下所有問題，實(shí)際問題的部分將會(huì)有面試官提問并記錄。GPAQ的所有問題都必須問，如果P1、P4、P7、P10或P13的答案時(shí)否定的，那么跳過的問題僅僅適用于特定的某天或某個(gè)時(shí)間段。代謝當(dāng)量（Metabolic Equivalent，MET）通常用來表示體力活動(dòng)的強(qiáng)度，也用于分析GPAQ的數(shù)據(jù)。MET是一個(gè)人的工作代謝率相對(duì)于靜息代謝率的比率。1MET被定義為安靜狀態(tài)下人體每千克體重每小時(shí)消耗1千卡的熱量。對(duì)于GPAQ數(shù)據(jù)的分析，已經(jīng)采用了現(xiàn)有的指南：據(jù)估計(jì)，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)消耗的熱量是安靜狀態(tài)下的4倍，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)消耗的熱量是安靜狀態(tài)下的8倍。因此，在使用GPAQ數(shù)據(jù)計(jì)算一個(gè)人的總能量消耗時(shí)，4METs對(duì)應(yīng)的是中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，8METs對(duì)應(yīng)的是高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的時(shí)間［20-21］。

3）明尼蘇達(dá)休閑時(shí)間體力活動(dòng)問卷

MLTPAQ于1978年提出，作為評(píng)估休閑時(shí)間體力活動(dòng)能量消耗的工作。MLTPAQ是由受過培訓(xùn)的面試官管理，他們會(huì)提供詳細(xì)的說明和一份定義非常明確的體力活動(dòng)列表，共63項(xiàng)與體育、娛樂、園藝和家庭活動(dòng)有關(guān)的題目［22］。測試對(duì)象要回顧過去的12個(gè)月里一直在做什么類型的休閑時(shí)間體力活動(dòng)，以及活動(dòng)的時(shí)間、頻率等信息，以及睡眠時(shí)間和就做時(shí)間等不活動(dòng)的有關(guān)問題，通過這些信息計(jì)算休閑時(shí)間體力活動(dòng)的能量消耗，進(jìn)而計(jì)算出體力活動(dòng)水平。面試官在提問時(shí)要注意訪談技巧，以免影響測試對(duì)象，對(duì)本問卷對(duì)面試官提出了一定的要求［23-25］。

4）中國體力活動(dòng)問卷

我國對(duì)體力活動(dòng)的研究較晚，2002年中國居民營養(yǎng)與健康狀況調(diào)查第一次將體力活動(dòng)列入調(diào)查內(nèi)容，并根據(jù)國外體力活動(dòng)問卷設(shè)計(jì)了調(diào)查中使用的體力活動(dòng)問卷，評(píng)價(jià)我國居民的體力活動(dòng)水平［26］。此調(diào)查是使用“一年回顧體力活動(dòng)調(diào)查表”來收集受試者的體力活動(dòng)信息，使用“食物頻率調(diào)查表”收集能量攝入信息，兩種調(diào)查表都是采用調(diào)查員與調(diào)查對(duì)象面對(duì)面詢問的方式。“一年回顧體力活動(dòng)調(diào)查表”主要包括職業(yè)勞動(dòng)、交通、閑暇時(shí)間活動(dòng)（閑暇時(shí)間體力活動(dòng)和久坐少動(dòng)的活動(dòng)）和家務(wù)勞動(dòng)4個(gè)方面的共105個(gè)題目，調(diào)查被測對(duì)象每天甚至一年內(nèi)體力活動(dòng)的時(shí)間和頻率等信息，經(jīng)專家咨詢和討論，對(duì)各項(xiàng)體力活動(dòng)的強(qiáng)度最終賦值，即可計(jì)算出能量消耗和體力活動(dòng)水平。

2.2.3 客觀測量方法

1）三軸加速度傳感器測量方法

加速度傳感器很早已經(jīng)設(shè)計(jì)出來，用于測量身體的加速度，從而提供一個(gè)客觀和直接測量運(yùn)動(dòng)頻率和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。運(yùn)動(dòng)傳感器，又稱加速度計(jì)，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注，已被用于評(píng)估日常活動(dòng)中身體任何部位的加速度［27］。三軸加速度傳感器包含3個(gè)加速度傳感集成電路以及相關(guān)的電子設(shè)備。每個(gè)加速度傳感結(jié)成電路測量一條直線上的加速度，并在3個(gè)輸出之一上產(chǎn)生信號(hào)，這3個(gè)軸分別是x，y，z軸，其體力活動(dòng)由測量人體的水平軸、垂直軸和矢狀軸來反映［14］。三軸加速度傳感器利用電子原理，將人體活動(dòng)時(shí)的加速或減速信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，在將電信號(hào)收集處理成加速度計(jì)數(shù)，記錄人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)3個(gè)方向的加速度數(shù)據(jù)，反映人體體力活動(dòng)的低、中、高強(qiáng)度，通過公式計(jì)算出消耗的能量［28-30］。

2）心率帶測量方法

心率（Heart Rate，HR）是每分鐘心臟跳動(dòng)的次數(shù)，常被用于評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的一個(gè)客觀指標(biāo)。心率識(shí)別的方法主要有光電、心電和震動(dòng)（壓力）3種［31］。心率帶是采用生物電勢測量法，即電極傳感測量，通過心率帶兩側(cè)的電極測量皮膚中的心動(dòng)電流或電勢的周期性變化［8，32-33］。心率帶多數(shù)是由一個(gè)監(jiān)測傳輸胸帶和一個(gè)接收器組成，每15s～60s記錄一次心率，可連續(xù)記錄幾小時(shí)至幾天，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，對(duì)體力活動(dòng)的時(shí)間、強(qiáng)度、頻率以及消耗的總熱量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)［8］。

測試前，將心率帶的兩端中的任意一端作為一極，另一極緊貼心臟部位的皮膚，測試過程中即可監(jiān)測心率。常用的監(jiān)測心率的心率帶使用心電信號(hào)法，如芬蘭的Polar心率帶等。

3）智能可穿戴式設(shè)備-手環(huán)測量方法

智能手環(huán)中容積脈搏波（PPG）測量技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)心率進(jìn)行測量。其原理由兩個(gè)綠色波長的發(fā)光LED和一個(gè)光敏傳感器感受手臂血管中的血液在脈動(dòng)時(shí)引起透光率的變化并感測光場強(qiáng)度的變化換算成心率。綠光光電心率測量完全拋棄了心率胸帶，克服了心率胸帶的佩戴不便和不舒適的問題，同時(shí)手環(huán)可具有顯示屏，給個(gè)體實(shí)時(shí)的心率反饋，并可以持續(xù)測量心率，計(jì)算平均心率，記錄最大心率，設(shè)置心率報(bào)警區(qū)間。便于對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)心率的測量和控制。智能手環(huán)包括2個(gè)子系統(tǒng)，一是通過移動(dòng)手環(huán)三軸加速度計(jì)測試體力活動(dòng)量、活動(dòng)強(qiáng)度及能耗的PA（physical activity）子系統(tǒng)；二是通過光電傳感器測試實(shí)時(shí)心率、心率變異系數(shù)來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)危險(xiǎn)預(yù)警和睡眠質(zhì)量健康的HR（heart rate）子系統(tǒng)。

PA子系統(tǒng)的原理：手環(huán)內(nèi)置三軸加速度計(jì)，三軸加速度計(jì)可對(duì)3個(gè)運(yùn)動(dòng)軸方向上的加速度進(jìn)行測量和捕捉，以CPM“動(dòng)作數(shù)”的數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)出來。其中3個(gè)運(yùn)動(dòng)軸為VT（Axis1）、AP（Axis2）和ML（Axis3），依次為垂直方向運(yùn)動(dòng)軸、前后方向運(yùn)動(dòng)軸和水平方向運(yùn)動(dòng)軸。根據(jù)CPM原始數(shù)據(jù)，結(jié)合不同模型，可以計(jì)算出個(gè)體的體力活動(dòng)量、體力活動(dòng)強(qiáng)度和能量消耗情況。可以通過加法計(jì)算得到MVPV的值，即中高強(qiáng)度體力活動(dòng)時(shí)間。建立模型對(duì)個(gè)體的能量消耗進(jìn)行計(jì)算。能耗測試結(jié)果一般是最終通過建立以VT或VM為自變量的能耗方程所得。VM是由VT（Axis1）、AP（Axis2）和ML（Axis3）二次計(jì)算得到的指標(biāo)，稱為綜合向量活動(dòng)計(jì)數(shù)，VM=√（VT2+AP2+ML2）。

HR子系統(tǒng)的原理：移動(dòng)手環(huán)還配置光電傳感器，對(duì)心率進(jìn)行記錄。可以監(jiān)測個(gè)體的靜息心率、晨起心率（晨脈）、運(yùn)動(dòng)前中后實(shí)時(shí)心率、運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)心率、各時(shí)段平均心率、心搏頻率儲(chǔ)備、最佳心率閾值（靶心率）和心率變異系數(shù)HRV。靜息心率可用于評(píng)判運(yùn)動(dòng)鍛煉效果，在進(jìn)行一段時(shí)間的有效有氧運(yùn)動(dòng)后，個(gè)體的靜息心率會(huì)有所下降，被測對(duì)象可設(shè)置為測量靜息心率模式，系統(tǒng)即時(shí)將結(jié)果反饋給用戶；晨脈可用于評(píng)定身體疲勞狀況和恢復(fù)情況；手環(huán)可在運(yùn)動(dòng)時(shí)心率高于90%HRmax且持續(xù)時(shí)間在1min以上時(shí)為個(gè)體提供預(yù)警信號(hào)，提示其存在運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；在睡眠過程中，通過HRV頻域指標(biāo)的捕捉，系統(tǒng)還可以讀取并計(jì)算出睡眠質(zhì)量和睡眠效率，通過LF/HF的比值，對(duì)個(gè)體的睡眠質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。LF（低頻段功率）頻率范圍：0.04～0.15Hz，HF（高頻段功率）頻率范圍：0.15～0.4Hz，在深度睡眠時(shí)期，其比值＜1則睡眠質(zhì)量良好，若＞1.5，則迷走神經(jīng)活性沒有顯著增高，則睡眠質(zhì)量較差。

4）基于計(jì)算機(jī)視覺的測量新方法

楊雨馨等在《基于計(jì)算機(jī)視覺的體力活動(dòng)水平測量新方法》中提到，美國學(xué)者Carlson等利用計(jì)算機(jī)技術(shù)測量不同場景下人們的體力活動(dòng)水平。原理是“采用普通的攝像機(jī)對(duì)活動(dòng)場景進(jìn)行拍攝，利用經(jīng)大樣本數(shù)據(jù)集訓(xùn)練的3D卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型提取視頻畫面中的特征值，再以人工計(jì)數(shù)和加速度計(jì)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，將60%的特征值用以訓(xùn)練多層感知機(jī)回歸模型，將剩下40%的特征值代入模型用以估算畫面中的總?cè)藬?shù)和進(jìn)行中-高強(qiáng)度活動(dòng)人數(shù)”［34-36］。

2.3 不同測量方法的特征比較

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)測量方法基本特征比較

表1是標(biāo)準(zhǔn)測量方法的基本特征，包括優(yōu)缺點(diǎn)、適用人群、評(píng)價(jià)指標(biāo)和應(yīng)用效果。因?yàn)殡p標(biāo)水法的精確度和準(zhǔn)確度較高，不受年齡限制，且無毒副作用，對(duì)人體的體力活動(dòng)沒有影響，所以雙標(biāo)水法也被稱為能量代謝測定的金標(biāo)準(zhǔn)。但是，2H和18O成本價(jià)格高，操作復(fù)雜，需要專業(yè)人員通過精密的質(zhì)譜儀分析同位素含量，只適合小樣本量的實(shí)驗(yàn)測量［37］。雙標(biāo)水法只能測出能量消耗總值，難以分時(shí)段測量不同時(shí)間段的能量消耗數(shù)值。除此之外，雙標(biāo)水法是建立在假設(shè)和理想條件下進(jìn)行的，2H只以水的形式代謝，18O只以水和二氧化碳的形式代謝，但實(shí)際情況下也會(huì)受到機(jī)體和環(huán)境的影響，造成明顯的誤差。

表1 體力活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)測量方法基本特征

直接測熱法不需要估算，測量準(zhǔn)確度最高，但具有設(shè)備復(fù)雜、操作繁瑣、測試對(duì)象活動(dòng)受限等缺點(diǎn)，所以直接測熱法在大樣本測量中不常用［38］。間接測熱法能準(zhǔn)確、有效地測量單位時(shí)間內(nèi)體力活動(dòng)能量的消耗，尤其是靜息時(shí)能量消耗。由于間接測熱法的準(zhǔn)確性較高，因此常被用作主觀測量法和客觀測量法的信效度檢驗(yàn)［12，32，39-40］。

直接觀察法可以清晰地記錄受試對(duì)象在某特定時(shí)間內(nèi)體力活動(dòng)的類型、強(qiáng)度、頻率以及持續(xù)的時(shí)間等。對(duì)于嬰幼兒群體，由于身體和智力發(fā)展不足，無法完成體力活動(dòng)問卷或佩戴實(shí)驗(yàn)器材，可以通過直接觀察法觀察他們的體力活動(dòng)情況。但是，直接觀察法也存在一些缺陷。例如，研究人員需要一對(duì)一跟蹤受試對(duì)象，測試的時(shí)間周期長、耗費(fèi)人力，對(duì)于大規(guī)模的測試并不適用，研究人員的測試水平（如集中力等）會(huì)影響測試的效果。除此之外，由于研究人員要跟隨受試對(duì)象進(jìn)行觀察，所以會(huì)造成受試對(duì)象的思想、精神等方面的影響，可能會(huì)與不被觀察時(shí)的體力活動(dòng)狀況有所差別。因此，一般觀察法適合小規(guī)模的研究，或評(píng)價(jià)其他方法的準(zhǔn)確性。

日記記錄的內(nèi)容主要有某項(xiàng)體力活動(dòng)持續(xù)的時(shí)間、單位時(shí)間內(nèi)能量的消耗、總的體力活動(dòng)時(shí)間以及按照體力活動(dòng)分級(jí)計(jì)算的各類活動(dòng)的時(shí)間［6］。日記記錄法雖然能詳細(xì)、準(zhǔn)確地記錄體力活動(dòng)情況，但是由于記錄的時(shí)間短，并不能代表受試者體力活動(dòng)模式，而需要至少記錄7天。日志記錄法需要受試者花費(fèi)時(shí)間詳細(xì)記錄體力活動(dòng)情況，因此對(duì)于10歲以下兒童并不適用。考慮到受試者的身體負(fù)擔(dān)、測量的持續(xù)時(shí)間、實(shí)施條件以及經(jīng)費(fèi)等因素，標(biāo)準(zhǔn)測量方法的應(yīng)用受到極大的限制。

2.3.2 主觀測量方法基本特征比較

主觀測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適用人群、評(píng)價(jià)指標(biāo)和應(yīng)用效果可見表2。IPAQ是目前公認(rèn)有效、且在國際上較為廣泛使用的年輕人和中年人體力活動(dòng)水平測量問卷之一。問卷的主要目的在提供一般性的工具，使得健康相關(guān)的體力活動(dòng)資料可以進(jìn)行國際間的比較。在信效度檢驗(yàn)方面，眾多研究之間是存在差異的，IPAQ各國家之間也差異巨大。因此，用自己國家的語言和測試對(duì)象來評(píng)估問卷的信效度還是很重要的，這也是不同問卷在不同國家是否適用需要做出的研究。目前，已用于中國人群研究，經(jīng)檢驗(yàn)具有較好的效度與信度。2000年，12個(gè)國家對(duì)IPAQ的長問卷和短問卷進(jìn)行了信效度檢驗(yàn)。在長問卷、短問卷和加速度計(jì)同時(shí)測評(píng)的研究中顯示，長問卷和短問卷與體力活動(dòng)量具有較高的聯(lián)系，但長問卷具有更高的信度和效度，能夠獲得詳細(xì)的體力活動(dòng)信息［41-42］。用雙標(biāo)水法評(píng)估IPAQ的有效性時(shí)，適當(dāng)?shù)男Ｕ蜃涌梢孕拚龁柧淼臏y量誤差，進(jìn)而提高對(duì)體力活動(dòng)能量消耗估計(jì)的準(zhǔn)確性［43］。IPAQ操作簡單、便捷，耗時(shí)短，常常被用作大樣本量測量的方法。

表2 體力活動(dòng)主觀測量方法基本特征

GPAQ需要由受過專業(yè)訓(xùn)練的面試官進(jìn)行提問。GPAQ是一種適合和可接受的監(jiān)測人口健康監(jiān)測系統(tǒng)中體力活動(dòng)的工具，從信效度方面來看，IPAQ和GPAQ有較高的正相關(guān)，但在其他一些國家有必要進(jìn)一步推廣這項(xiàng)工作［20］。Claire L Cleland等學(xué)者的研究提出，GPAQ是評(píng)估中等強(qiáng)度體力活動(dòng)（MVPA）的有效措施，但是不能很好地評(píng)估久坐行為［44］。

MLTPAQ經(jīng)常被用于研究成人的體力活動(dòng)，以及驗(yàn)證和評(píng)價(jià)其他測試方法的體力活動(dòng)問卷，測試過去12個(gè)月里體力活動(dòng)方式、頻率、時(shí)間等，進(jìn)而計(jì)算出體力活動(dòng)的能量消耗。Van Poppel等［45］對(duì)成年人體力活動(dòng)問卷測量做了一個(gè)系統(tǒng)的綜述，研究結(jié)果表明，體力活動(dòng)問卷的數(shù)據(jù)與加速度計(jì)測量的數(shù)據(jù)相關(guān)性問題上，詢問前一周的問卷會(huì)略高于正常一周的問卷。用體力活動(dòng)問卷來測量人體的體力活動(dòng)情況存在的主要缺陷是樣本量不足和分析不充分等。

研究人員在做問卷調(diào)查的時(shí)候，可以適當(dāng)修改，做出一份最適合測試對(duì)象的問卷。針對(duì)青少年體力活動(dòng)問卷也有很多種，例如可以采用兒童青少年體力活動(dòng)調(diào)查問卷（PAQ-CN）、兒童青少年久坐行為調(diào)查問卷（ASAQ-CN）、兒童青少年活動(dòng)行為家長支持調(diào)查問卷（ACTS-CN）、兒童青少年運(yùn)動(dòng)益處調(diào)查問卷（EBBS-CN）等［46］。盡管主觀測量方法較適合大樣本的流行病學(xué)調(diào)查研究，但是Overstreet在對(duì)47名大學(xué)生的研究結(jié)果顯示，主觀測量方法與客觀測量方法之間存在較大的差異。因此，在進(jìn)行小樣本的體力活動(dòng)研究時(shí)，應(yīng)以客觀測量方法為主［47］。

2.3.3 客觀測量方法基本特征比較

表3是可觀測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適用人群、評(píng)價(jià)指標(biāo)和應(yīng)用效果。國內(nèi)外研究中，對(duì)于市面上各種加速度計(jì)測量體力活動(dòng)和能量消耗的準(zhǔn)確性均有研究，加速度計(jì)的型號(hào)、佩戴在不同部位、運(yùn)動(dòng)的速度等均是影響體力活動(dòng)監(jiān)測和能量消耗測量準(zhǔn)確性的因素［48-50］。加速度計(jì)佩戴在身體的不同部位，對(duì)體力活動(dòng)監(jiān)測和能量消耗估算的結(jié)果都會(huì)有影響，因此，根據(jù)研究需要和加速度計(jì)的類型選擇合適的佩戴位置也是極其重要的［51-53］。Kelley等對(duì)加速度計(jì)佩戴在優(yōu)勢手和非優(yōu)勢手做了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明加速度計(jì)戴在手腕的哪一側(cè)手上并不會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性［50］。加速度計(jì)雖然可以佩戴在腕部、髖部和腳踝等部位，但是不同的年齡佩戴在不同部位的效果不同。學(xué)齡前兒童將加速度計(jì)佩戴在腕部和髖部能更準(zhǔn)確測量體力活動(dòng)情況［54］，功能性障礙的成年人佩戴在腕部會(huì)高估其能量消耗，佩戴在髖部會(huì)低估其能量消耗［55］。因此，在進(jìn)行體力活動(dòng)測量時(shí)，要考慮不同人群的特點(diǎn)和情況。加速度計(jì)對(duì)不同類型體力活動(dòng)的測量效度不同。王歡等對(duì)常用的3種加速度計(jì)進(jìn)行測評(píng)，對(duì)走跑活動(dòng)的測量效度價(jià)高，對(duì)日常生活活動(dòng)的測量效度較低，上肢活動(dòng)的測量誤差明顯大于下肢活動(dòng)，從坐姿到站立的能耗變化不能識(shí)別記錄［56］。Powell等學(xué)者對(duì)兩種不同型號(hào)的加速度計(jì)進(jìn)行測評(píng)，兩者均與標(biāo)準(zhǔn)值之間存在顯著差異，且其中一款適合測量姿勢的改變，而非能量消耗的估算［57］。因此，不同運(yùn)動(dòng)方式應(yīng)選擇不同型號(hào)的加速度計(jì)。不同加速度計(jì)對(duì)不同強(qiáng)度的體力活動(dòng)的測量效度不同，有的加速度計(jì)對(duì)于以走為主的體力活動(dòng)測量效度較好，有的加速度計(jì)對(duì)于跑步測量效度較好等等。低強(qiáng)度和高強(qiáng)度活動(dòng)時(shí)加速度計(jì)與校標(biāo)值之間差異顯著，中等強(qiáng)度活動(dòng)時(shí)的測量效果最好［56］。因此，在選用三軸加速度計(jì)進(jìn)行體力活動(dòng)監(jiān)測和能量消耗評(píng)估時(shí)，應(yīng)考慮加速度計(jì)的型號(hào)、佩戴部位、測試人群、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方式等因素，才能收集到最佳的測試數(shù)據(jù)，以達(dá)到較高的測試效果。

表3 體力活動(dòng)客觀測量方法基本特征

測量日常體力活動(dòng)的三軸加速度計(jì)代表性的有Actigraph GT3X+體動(dòng)記錄儀和IDEEA智能化步態(tài)分析儀。Actigraph體動(dòng)記錄儀通過將被測對(duì)象的基本信息錄入，佩戴在被測對(duì)象的手腕、腰部或腳踝處，經(jīng)過一定的時(shí)間將Actigraph體動(dòng)記錄儀收回，采用配套的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。Actigraph體動(dòng)記錄儀側(cè)重于體力活動(dòng)強(qiáng)度、活動(dòng)計(jì)數(shù)、能量消耗及代謝當(dāng)量的監(jiān)測，優(yōu)點(diǎn)在于佩戴方便、尺寸小、計(jì)算模型全面、精度高，但由于價(jià)格高昂，常見于小樣本的學(xué)術(shù)研究，無法推廣與大規(guī)模的普查和較大群體的應(yīng)用［29-30］。IDEEA智能化步態(tài)分析儀在體力活動(dòng)的類型識(shí)別和步態(tài)分析方面有獨(dú)特測量方式，還可監(jiān)測能量消耗。測試前先將儀器初始化，佩戴好儀器后對(duì)數(shù)據(jù)采集，再配合專門的軟件進(jìn)行初步處理和可視化操作。因儀器需要單獨(dú)佩戴，有時(shí)需要通過粘貼電極片進(jìn)行固定，容易給使用者帶來不必要的負(fù)擔(dān)，影響測量準(zhǔn)確性，價(jià)格也較昂貴［58］，不適用于大樣本測試。

現(xiàn)有的心率帶測試存在以下缺陷：如果佩戴在人體胸部的心率帶不夠緊，在運(yùn)動(dòng)過程中就容易移動(dòng)，致使導(dǎo)電塊離開心臟位置，如果心率帶足夠緊，則長時(shí)間佩戴會(huì)有很不適的壓迫感，用戶身體極不舒服；心率帶與皮膚反復(fù)摩擦，還可能將身體磨破。

智能手環(huán)佩戴在手腕處即可，具有睡眠監(jiān)測，記錄睡眠深度、睡眠時(shí)長和總體的睡眠質(zhì)量；運(yùn)動(dòng)計(jì)步，記錄每天行走的步數(shù)、行走的距離、消耗的能量等功能。因智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)具有價(jià)格低、易佩戴等優(yōu)點(diǎn)，可做大樣本量測試。但是，不同型號(hào)運(yùn)動(dòng)手環(huán)的測量精準(zhǔn)性還有待進(jìn)一步探討［59-61］。

基于計(jì)算機(jī)視覺的體力活動(dòng)測量方法可以自動(dòng)采集和收集體力活動(dòng)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)反饋，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化、客觀化的基礎(chǔ)上，大幅度降低了體力活動(dòng)測量的人工和設(shè)備成本。其次，由于受試者不需要佩戴任何儀器設(shè)備，避免舒適度不夠而影響測量效率和結(jié)果。但是，目前該測量方法在目標(biāo)區(qū)域中人數(shù)、樣本量和視頻截取方式等方面影響測量的效度，這需要進(jìn)一步的改進(jìn)和提高［34-36］。

3 小結(jié)

綜上所述，體力活動(dòng)測量的3種方法標(biāo)準(zhǔn)測量方法、主觀測量方法和客觀測量方法各有優(yōu)勢和劣勢。標(biāo)準(zhǔn)測量方法精準(zhǔn)度高，但設(shè)備繁瑣、耗時(shí)；主觀測量方法操作便捷，但需要進(jìn)行信效度檢驗(yàn)；客觀測量方法測量簡單，但測試方法研究還不夠成熟。因此，主觀方法與其他客觀檢測手段的聯(lián)合應(yīng)用，將是體力活動(dòng)測量評(píng)價(jià)的重要方法學(xué)特征與趨勢。能夠精確監(jiān)測體力活動(dòng)、體質(zhì)健康和日常生活行為，又可簡單方便攜帶的體力活動(dòng)測量設(shè)備和數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)也將是未來體力活動(dòng)研究的主要方向之一。