GT3X测量身体活动的研究现状

祝芳芳，徐 凯

(南京体育学院，江苏南京210014)

1 身体活动

1．1 身体活动的概念

关于身体活动的概念有很多，之前被学者广泛接受的有Caspersen的定义，即由骨骼肌收缩引起的任何能导致能量消耗的身体运动。Bouchhard等人后来又提出身体活动的新定义，把身体活动定义为在基础代谢水平上，任何由骨骼肌产生的身体移动并能引起身体能量消耗增加的活动。Sirad在2001再次给出了新定义，认为身体活动是骨骼肌收缩产生的导致能量消耗的身体移动，包括日常身体活动、竞技运动和休闲活动。虽然对身体活动有进一步的解释，但是现在被人广泛接受应用比较多的还是1996年美国CDC提出的认为身体活动是指由骨骼肌收缩产生的身体活动，也是指在基础代谢(BMR)的水平上，身体能量消耗增加的活动。

1．2 身体活动与健康的关系

大量的流行病学研究已经证实，身体活动不足是健康的重要独立危险因素之一，身体活动不足与肥胖、心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、结肠癌和其他一些重要疾病的发生密切相关。

墨西哥学者对2 367名十二岁至四十九岁的女性身体活动进行了研究，发现二十岁以上且受教育水平较低的女性参加体育活动次数较少，明显增加了其肥胖及慢性疾病的易感性。虽然有很多先天因素会影响儿童青少年的身体素质，但是后天的环境和身体活动却起着关键性的作用。有研究表明，有规律的身体活动可以降低肥胖、心血管疾病、糖尿病、乳腺癌、结肠癌、糖尿病及精神性疾病发生的危险性，身体活动水平和疾病之间存在着明显的剂量—效应关系。适量的身体活动对儿童青少年在其未来成年期中易患的慢性疾病和流行性疾病，包括心血管疾病、糖尿病，甚至是某些类型的肿瘤起着极其重要的预防作用。

身体活动不足是造成我国儿童青少年体质下降、体重超重或肥胖的重要原因之一。在当今社会，生存的压力已经间接的影响到了青少年。升学压力的增大造成了学生睡眠不足、精神紧张、各种身体活动减少，尤其是越来越多的青少年儿童花费较多的时间在电子游戏、上网、电视上，很少参加户外运动和体育活动，因此其形态、生理机能和身体素质没有得到较好的发展。身体活动对儿童青少年的生长发育和身心健康起着重要的作用。大量的研究表明，儿童青少年时期经常参加体育活动不仅促进它们的生长发育和健康，而且这个时期形成的身体活动模式可以持续到成年期。

1．3 身体活动的测定方法

身体活动作为一种特定的人体生理活动和生活行为方式，它与健康的关系越来越受到重视。无论是要研究身体活动与健康或疾病的关系，还是要进行身体活动促进和开展个性化健身指导，首要任务都是对身体活动进行测量和评价。所以如何更好测量身体活动水平是亟待解决的重要问题。因此，关于身体活动测量方法学的研究一直是重要的研究命题。目前应用最为广泛的身体活动测量方法是问卷，但由于问卷本质是一种主观评价，容易受到回忆精确度和认知能力影响而产生偏倚，研究表明，身体活动错误差率介于35% ～50%。因此，人们一直试图寻找客观身体活动测量方法，这些方法包括间接热量测定法、双标水法、心率法、计步器、加速度传感器、复合型运动传感器等。

加速度传感器是目前应用最为广泛的运动传感器，它能够测量身体活动时的加速度。它通过压电陶瓷产生的形变转化为电信号这一原理工作的。根据压电陶瓷的数量和方向，加速度传感器可以测量单轴或三轴的活动。单轴加速度传感器可以感应一个轴(通常是垂直轴)上的加速度，多轴加速度传感器则可以感应三个轴上的加速度。加速度传感器同计步器一样通常固定在腰间或皮带上，其输出结果——“counts”实际上记录的是以一定时间间隔采样的活动的频率和强度。加速度传感器的优点是可以把数据下载到电脑，借助软件分析活动强度、持续时间、频率方面的信息。根据年龄、性别、身高、体重等个人信息，预测能量消耗。目前越来越多的加速度传感器被投放到商业市场，常见的加速度传感器包括 Caltrac、CSA、Tritrac2R3D、Kenz、Brotrainer、ActiGraph系列等。与计步器相比，加速度传感器的优点主要体现在它可以反映活动度、频率等与身体活动模式有关的信息。ActiGraph系列加速度计是当前世界范围内应用最为广泛的加速度计，目前正在被使用的包括GT1M和较新型的GT3X、GT3X+等多个型号，一些研究就该系列仪器的使用进行了探讨。目前国际上用于大样本的身体活动测量主要为Actigraph GT3X。

2 Actigraph GT3X

2．1 Actigraph GT3X 原理介绍

GT3X系列加速度传感器是由美国Actigraph公司生产的用于测量研究对象的日常身体活动量的。GT3X重量为27克，尺寸为 3．8 ×3．7 ×1．8(cm)，十分轻便，见图1、图2。

图1、图2分别为GT3X外观与其内部压电传感器的结构图，压电传感器感应装置由一个压电元件(Plezoelectric Element)和一个振动体(Seismic Mass)组成，当传感器感应轴方向承受加速度时，振动体导致压电元件弯曲变形，形变转化为电压信号，电信号的强弱即代表加速度的大小，再经模拟数据A/D转换产生数字信号，数字信号再通过不同的运算法则和途径转变为最终的加速度计数(counts)。最后通过Counts值来分析日常身体活动的强度和时间。

图1 GT3X外观

图2 GT3X内部压电传感器的结构图

2．2 国内外Actigraph GT3X的应用领域

加速度传感器技术在过去几十年取得一系列进展，并成为目前唯一一种应用于大样本人群身体活动研究的客观测量方法。

2．2．1 国内对于Actigraph GT3X的应用 目前国内对于Actigraph GT3X的应用领域主要是应用于学校里大样本学生的身体活动能量消耗测量。朱琳、王哲、黄海雄等人应用GT3X客观的体力测量法调查了不同地区的普通中小学生的身体活动现状，分析和纵向比较了学习日和周末，男生和女生身体活动的特点以及其与身体形态的关系，同时分析造成纵向差异的原因，然后发现普遍女生的身体活动少于男生且静坐时间明显超过国家身体活动标准、中等强度和大强度的身体活动严重不足。建议应采取措施增加青少年中等强度和大强度的身体活动，以增强其体质。

赵鹏将GT3X应用于肥胖小学生运动干预的监测领域。通过对小学生的运动干预实验，阻止了肥胖学生体重的进一步加重，学生的身体形态指标有了明显的变化，尤其是运动干预的学生体重有了明显的下降，体脂率有了一定的降低。身体素质也有很大的提高。当然除了简单的用于身体活动的测量以外，也有学者将其与间接测热法结合推算能耗方程，寻求不同强度身体运动的counts切点，有效提高了counts预测能耗的准确性，为以后的研究提供参考依据。朱为模等人应用GT3X客观性测量方法测量中高强度身体活动量与青少年肥胖风险之间的“剂量—效应”关系，采用 Fractional polynomial回归模型分析中高强度身体活动量与肥胖风险的关系，并拟合出它们之间的“剂量—效应”关系曲线。结果发现青少年肥胖风险随着中高强度身体活动量的增加而呈曲线下降的趋势，根据结果然后确定预防青少年肥胖的身体活动推荐量。总的来说，国内应用Actigraph GT3X对于身体活动的研究，不管是对于研究的人群还是研究的领域已经取得一系列的进展，但是相对于国外来说还是相当的有限。

2．2．2 国外对于Actigraph GT3X的应用 相对于国内，国外除了做了大样本人群的本国学生的身体活动外，也应用GT3X根据国际身体活动指导标准作了不同国家的学生的身体活动水平的对比研究及周末和周中身体活动模型的对比研究。除了学生外，欧美国家也将GT3X更多的应用于不同病理状态人群身体活动的研究，例如 García等人应用GT3X对手动轮椅使用者的脊髓损伤者的能量消耗评估进行了验证以及确定了仪器佩戴的最佳位置，GINGRAS等人利用GT3X研究了妊娠糖尿病后身体活动与炎症的关系，将患帕金森病和骨质疏松的老年人在休闲条件下的计步器和加速度器导出步数的进行了对比研究。除此之外，还有人对运动会中运动员的身体活动水平也做了相应的研究。

不少学者对不同人群应用GT3X的可靠性及有效性进行了检验与验证，如孕妇、二至三岁儿童、慢性肾脏疾病者、慢性阻塞性肺疾病人等等。

Santos等人直接应用GT3X研究了GT3X的技术变化及呈现了GT3X等常用活动检测器的不同机制方面的信息。也有将不同代的传感器同时应用在不同人群上进行了对比研究及效度检测，并发展了三轴矢量等级切点去分类身体活动的强度及不同姿势时的效度，还有休闲实验室等不同条件下的对比研究，对比不同的传感器发展新的解析方程及不同计步器步数的精确度。

大部分学者是应用GT3X对研究对象做了横向调查研究，然而已经有部分学者应用GT3X对不同人群进行了纵向追踪调查，例如Edwards等人以加速度计追踪了372名儿童由三至七岁的身体活动变化，发现在三岁时身体活动水平高的儿童，在四至七岁时其身体活动水平亦高于同龄者，提示了在早期养成身体活动习惯的重要性。

所以说国外应用GT3X已经做了更广领域的相关研究。已广泛应用于不同人群能量消耗研究，不仅客观评估了日常身体活动量，也进一步在过程中检验了加速度传感器的有效度与可行性，对其能量消耗方程也有进一步的优化。

3 小结

身体活动对健康的益处明显，也越来越受到全民的重视，相关研究已经充分证实身体活动水平与健康指标具有一定的量效关系，其中与心肺体适能关系最为密切，所以准确测量身体活动是身体活动与健康促进研究的关键所在，准确地测量日常生活状态下的身体活动对于了解身体活动与健康的关系、监控身体活动状况的变化趋势、评价干预措施的效果等都具有非常重要的意义。

许多国家针对本国国情颁布了本国的身体活动指南，用于评价居民身体活动水平，制定身体活动推荐量，以增加人们的身体活动，促进健康。目前，我国关于大众身体活动的相关研究较少，还没有自己的身体活动指南，这直接影响了对国民身体活动的科学评价和具体量化性指导。其中，身体活动强度是身体活动指南中一个非常重要的身体活动量化指标，是指单位时间内不同身体活动项目消耗的能量。在我国，由于缺乏居民各种身体活动能量消耗的基础数据，评价身体活动水平只能使用国外的数据，鉴于国情与体质的差异，存在问题较多。所以为了更深入准确的研究，有必要加快以加速度传感器为代表的客观身体活动方法研究，从而为更科学深入地开展身体活动流行病学研究和制订中国人群身体活动指南奠定基础。

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