智能穿戴设备中不同量化目标设定对老年人有氧运动影响分析

谢碧荣

(黎明职业大学 通识教育学院，福建 泉州 362000)

新冠肺炎疫情爆发蔓延给国家经济、社会发展和人民群众生活带来重大影响。疾病危机的情境下，人们生活轨迹和运动习惯发生了变化，户外运动大幅降低。到了疫情防控常态化阶段，人们更加关注自身运动健康的管理，运动健身作为一种提升免疫力的有效方式，其重要性更加凸显。新一轮健身热潮在人民群众对身体认知的自我反省中兴起，体育和健康的关联更加紧密。[1]作为易感群体，疫情引发老年人健康意识的觉醒，让他们重新认识了运动价值所在，参与体育运动的意愿更加强烈。如何通过有效的方式来实现老年人对运动锻炼的自我管理和监督，提高其机体免疫力，丰富“以体养老”的实施路径，已成为社会和体育工作者的重点研究热点。同时，智慧养老产业在疫情的催化下得到迅速发展。政府相继出台保障和扶持政策，推动服务智慧化升级，丰富智能服务产品供给，运用大数据、人工智能等技术手段，实现精准服务和精细管理，智慧养老终端投入与使用率显著提升。

在消费需求升级的大环境下，人们利用最新的智能技术运动管理已成为一种趋势。智能技术为人们提供了很多的手段，通过运动健康数据采集，实现对运动强度和效果的监测及反馈。尤其是智能手机中嵌入了各式各样的传感器来监控和评估运动强度，数据客观有效。有文献研究得出，运用智能手机对人体活动状态识别类型和精度的准确率达93.6%的结论。[2]但是手机位置的改变会导致运动状态识别性能的下降，也给运动过程带来不便。而智能穿戴设备因其携带便利性为越来越多的人所使用，成为运动模式下智能手机的替代品，使用者能够更为精准、方便地进行自我身体监控，并接收个性化的运动建议。[3]通过提供运动监测和追踪数据(如步数、时间、卡路里等)、推送健康信息和个性化运动处方，能够让老年人进行自我身体活动的管理和监测，全面检测健康状况，提高了运动过程中的趣味性，使居家运动更具有可操作性，同时降低了聚众运动被感染的风险，其功能模块符合后疫情时期老年人运动健身的需求。研究发现，通过智慧运动设备监控老年人的身体活动，能显著提高其运动量，对于老年人的身体健康有正面影响。[4]本研究主要探讨如何利用智能穿戴设备，设定不同的量化目标对老年人运动行为进行干预，分析干预前后监测数据变化情况，检验不同的目标设定对老年人有氧运动效果的影响是否具有差异性，进而提出老年人参与运动时自我监督和管理的建议量化目标值，为老年人参与体育健身活动提供创新的方式和服务。

1 名词解释

身体活动机能指数(PAI)是一种主要基于人体心率数据、综合每日活动强度和其他生理数据(年龄、性别、静息心率和最大心率等)，通过监测有一定强度和持续性的运动，智能计算出的动态综合评估值。该数值为健康状况提供最真实的反馈，是一种更准确的测量方式，直接体现出身体对活动的反应。PAI指数打破传统步数计量的方式，可以根据不同的人群构建不同的运动指标，可配合医疗智能穿戴产品指导用户运动。PAI指数的加入为老年群体每日运动水平与疾病预防、延长寿命之间的紧密联系提供了精确的数据参考，更好地帮助老年人守护身体健康。

2 研究设计

2.1 问卷调查，随机分组

通过PAR-Q了解试验群体身体健康和身体活动的基本情况。筛除认知障碍、患冠状动脉硬化、房室阻滞型心血管疾病、常有心悸、头晕、胸闷、严重关节炎等具有运动风险的个体，确保测试过程中的安全性。在试验前，向群体说明试验目的、流程以及安全注意事项，签订知情同意书。最终确定某社区自愿参加的35名健康的试验对象，随机分成2组，每人配发一个穿戴设备，对使用方法和功能设置进行详细说明，开启每天提醒功能。利用国际体力活动量表(IPAQ短版)，调查试验群体日常运动习惯和强度等级的自我评价情况。试验过程中因个人身体健康原因日均步数未超过500步和周均PAI未达到20的对象不在统计范围内，本研究共统计30名，每组15名。

2.2 试验测试，数据采集

客观测试主要包括统计5分钟平均静息心率值、6分钟步行试验距离及试验结束即刻心率。主观测试采用运动自觉量表(RPE)，要求对测试完后感觉的吃力程度进行自我评定，了解群体主观感受。很多研究把RPE表和心率监测在运动实验中同步使用，并得出RPE与心率的监测呈线性相关，相关系数为0.80～0.90。[5]

2.3 目标设定，行为干预

设计出6周运动处方课程指导，理论部分涉及到运动康复基本理论常识、运动损伤和预防、功能性体适能锻炼方法等；实践部分包含有氧耐力、肌肉力量、柔韧性活动等。除充电时间外，要求试验全程佩戴设备。A组设定“周PAI值≥100”运动量目标，B组设定“每日万步”的运动量目标。每次上课前反馈前一周每日步数均值和周PAI累加值。依据循序渐进的原则，第1周按照原先运动习惯纪录其身体活动量的数值，从第2周开始分别进行统计。

2.4 对比变化，检验成效

再次进行6分钟步行试验和运动自觉量表测试，对比干预前后的静息心率、步行距离、RPE值和结束时的即刻心率的变化量，并对试验周期内日均步数、PAI值变化和达成目标比例数的变化进行统计，分析不同目标干预前后的变化量是否有差异性，检验哪种目标设定更适合老年人有氧运动自我监督和管理。

3 结果与分析

3.1 样本的基本情况

由表1可知，通过独立样本T检验，两组在年龄、BMI值和静息心率无显著性差异，符合分组试验对比的要求。随着年龄增大，生理上的变化导致老年人BMI值会高于正常范围标准，[6]试验群体BMI平均值为26.8±1.4 Kg/m2，略高于我国成人体质指数正常范围标准18.5 Kg/m2～25 Kg/m2，肥胖程度和健康状况符合测试标准。在运动情况上有73.3%的群体自评为有运动习惯。

表1 测试指标基本情况

3.2 6分钟步行试验测试指标

6分钟步行试验是一项次级量的测试项目，主要测试6分钟内以最快步行速度所完成的距离，是一种简便易行的心肺功能评估方法，可以有效推测出老年人的有氧耐力水平，具有客观性、可靠性和有效性。[7]为了更好地检验不同目标设定的有效程度，试验前后分别采集两组的静息心率、行走距离、测试结束即刻心率和RPE值，具体数据如表2、表3所示。

表2 A组健步走测试指标变化情况

表3 B组健步走测试指标变化情况

(1)静息心率和距离

干预前后A组静息心率变化为8.9±3.1，具有显著性差异，而B组静息心率变化率为3.5±4.1，未到显著性差异。说明通过一段时间的运动后，两组静息心率都有一定程度地降低，且A组下降幅度更为明显。静息心率是衡量机体心率储备功能的重要指标，心率储备能够反映出个体的运动能力水平。静息心率下降的原因主要有两点，一是有氧运动提高了心迷走神经的兴奋性，节后纤维末梢所释放的乙酰胆碱能使心率减缓。二是耐力锻炼能增强心肌收缩力量，提高了心脏的工作效率，从而使心脏的每搏输出量增加，增加了心率储备。[8]A组的目标设置对老年人心率储备功能提升效果更加明显。专家将6分钟步行距离划为4个等级，依次为<300、300～374.9、375～449.9、>450，级别越低说明心肺功能越差。[9]干预前两组步行距离分别为432±66.35 m和458.2±50.2 m，说明两组的心肺功能处于正常水平。干预后两组6分钟的步行距离达显著性差异，A组变化量为148.7±45.6 m，B组变化量为100±41.5 m。A组除了完成的距离远于B组，距离的变化量也高于B组。

(2)结束即刻心率和RPE值

RPE值是反映身体负荷强度的主观感觉，是对运动过程中个人的身体适应能力水平、身体疲劳情况、外界环境影响等方面的综合评价。它在测试机体对运动负荷方面是个可信赖、有价值的指标。[10]该指标经常和有氧耐力运动实验中各项客观指标(心率、摄氧量、肺通气量和乳酸水平)结合分析，用来评定运动负荷强度。有研究表明，RPE与各项客观指标具有高度线性相关[11],运动强度越大，心率越高，RPE指数也越高。人体运动时的心率应根据不同运动强度，控制在靶心率的有效范围内。当心率低于靶心率的下限时，激发心肺功能储备的基本强度不足，无法引起机体的反应，达不到预期效果。超过上限则又可能会给心脏系统带来过大的负担，甚至会引起运动损伤的风险及病理的伤害。目前普遍认为老年人适合进行的中等运动强度为最大心率60%～80%，按照靶心率计算公式(220-年龄-静息心率)×(60%～80%)+静息心率[12]，测试群体达到中等强度运动效果的靶心率值应该在124～140之间。

干预前两组的即刻心率分别为137.1±10.5和135.7±9.8，接近靶心率的上限值140，RPE值为7.3±1.3和7.5±0.9，主观感觉达到费力的程度，说明测试接近中等负荷强度上限值，客观反映出两组对象平常并无进行一定负荷强度的运动习惯甚至是无运动习惯，无法达到刺激和改善心肺功能的目的和效果。这与测试群体主观评定自身运动习惯的结果不相符合，说明老年人对运动负荷强度主观认识存在偏差，常把身体活动当作是一种运动，而非进行有效负荷强度的运动，达不到锻炼效果和健康效益，同时也可以解释为什么老年人长期参与运动后身体代谢性疾病仍无法改善的疑惑。进一步对两组干预前后数据进行对比分析，两者数据均与干预前的数据有显著性差异，都有不同程度下降低。A组干预后即刻心率和RPE值分别为125±9.1和4.6±0.7，变化值为11.8±5.2和2.8±0.8。B组即刻心率和RPE值有分别为127.5±6.4和6.5±0.5，变化值8.9±5.6和1.1±0.6。对比两组的变化值，A组的变化幅度高于B组。通过对运动负荷指标客观监测和评价量化主观的数据，说明两组进行的目标设置对其行为的干预都能提高老年人心肺功能，A组在有氧耐力心率指标和自我感觉吃力程度改善效果更佳。

4 实验周期内步数、PAI值变化和目标达成情况

4.1 步数变化情况

表4数据显示，实验周期内两组步数达显著性差异，都有不同程度提升。其中A组日均步数从3 993步增加到6 538步(p<0.05)，B组日均步数从4 213步增加到9 314步(p<0.05)。进一步分析两组步数的每周日均变化情况(图1)，A组于第2周步数变化明显，具有显著性差异。B组于第2、3周步数变化明显，具有显著性差异，两组步数都于第4～6周相对平稳阶段，说明B组通过目标设定干预后，步数改变效果更加迅速，短期效益更加明显。干预前后的两组的步数变化量分别为2 545步和5 101步，两组组间变化量p<0.05，具有显著性差异。

图1 6周步数日均变化曲线图

表4 日均步数和周PAI值变化表

4.2 PAI值变化情况

通过图2走势得知，第1周因测试群体对穿戴设备的性能和实验的流程不是很熟悉，仍维持干预前的运动状态，导致两组的PAI值偏低。但随着每周运动知识讲解、功能性运动处方的制定和运动益处的正面导向，从第2周开始，两组的PAI均值均呈上升趋势，A组的PAI均值呈递增趋势，干预后提升幅度接近5倍。虽然B组步数变化量高于A组，但B组PAI均值于第2周开始保持平稳缓慢上升的状态，并无明显变化。传统“日行万步”这种用步数计量运动量的弊端在于并不是所有的步数都会增加心率，对于每一个不同的个体而言，每天走多少步，进行多少的运动量都不一样。用传统方式对运动量进行评估，可能会因同质化、主观性、以及科学性不足等，无法实现精准的身体状态量化，以“日行万步”为目标来衡量运动强度是否达到并不合理。而通过PAI分值设定，方法简单明了，目标直观明确，也不会受到运动项目的限制。通过设备运动记录和部分受测者访谈，发现A组老年人除了日常步行锻炼外，还进行了其他接近靶心率上限强度的运动(如游泳、太极拳、八段锦、广场舞、游泳等)，PAI值累积主要来源于中高强度负荷运动。

4.3 目标达成情况

分析设定目标的完成情况如图3所示，在实验周期内两组达成目标的人数比例均有提高。A组完成目标的人数比例从第2周43%提升到72%，B组呈现持平和微幅增长的状态，说明A组在运动习惯持续上更具有稳定性和有效性。采用PAI目标设定能提供个性化的参考分值，而非固定“目标心率”和“每日万步”的绝对要求。除了步行锻炼外，老年人仍可以选择自己喜欢的运动项目进行运动。另外，用穿戴设备PAI值监测老年人运动量缺乏衡量标准，设置“周PAI值≥100”也是参照成年人标准上的理论设想。年龄的增长引起机体生理功能的衰变，呼吸系统、心血管系统和骨骼肌系统相应退化，尤其对于平常习惯久坐和无进行一定强度负荷的运动老年人，设置“周PAI值≥100”的目标值显然并不现实和科学。目标能引导活动指向与目标有关的行为，使人们根据难度的大小调整努力的程度，并影响行为的持久性。目标具有激励的作用，能把个人的需要转化为动机行为，但如果目标设置过大、难以实现，将会失去达成目标的信心和动机。反之，目标过小将会失去达成目标的成就感和效果。为了使老年人保持有效负荷强度的运动量，避免负荷过大带来的运动损伤，结合6周PAI值变化规律如图2所示，在不高于靶心率上限的前提下设置PAI值每周10%递增的目标，此结论与Tang的研究结果相似。[13]通过循序渐进地递增PAI目标值，让老年人能够适应逐步递增运动强度，同时也可以获得达成目标所带来的成就感。

图2 6周PAI变化曲线图

图3 目标完成比例图

5 结论

利用智能穿戴设备，分别设定“周PAI值≥100”(A组)和“每日万步”(B组)运动量化目标。通过运动量监测和追踪的试验数据，分析不同的目标设定对老年人有氧运动影响是否有差异性。从6分钟步行试验指标数据上看：静息心率方面，A组的目标设置对老年人心率储备功能提升效果更加明显；距离方面，A组除了完成的距离远于B组，距离变化量也高于B组；在结束即刻心率和运动量自我感觉值方面，干预前两组在运动习惯主观认识上均存在偏差，干预后两组的即刻心率和RPE值数据下降，A组在有氧耐力心率指标和自我感觉吃力程度改善效果更佳。从试验周期整体性看：步数变化方面，B组运动量改变效果更加迅速，短期效益更加明显，但以“日行万步”为目标来衡量运动负荷强度是否达到并不合理；PAI值方面，A组PAI均值变化更加明显，PAI值累积主要来源于中高强度负荷运动；在目标达成方面，A组在运动习惯持续上更具有稳定性和有效性；在PAI目标设定合理性上，建议在不高于心率上限值的前提下应设置周10%递增量。既容易实现，又符合维持身体健康需一定有效负荷强度运动量的要求。