不同运动方式加速度计佩戴部位及能量消耗回归方程的建立

【作者】 崔玉鹏； 刘海朝； 伊木清；

【机构】 首都体育学院； 国家体育总局运动医学研究所；

【摘要】 研究目的:作为一种测量人体能量消耗的仪器设备,近年来加速度计频繁出现在大量的科学研究中,其使用方法简便,基本上不影响受试者日常生活,可以持续多日佩戴,而且其测量结果有一定的准确性。预测回归方程和佩戴部位是影响加速度计测量能量消耗准确性的两个重要因素,本研究旨在通过受试者完成多种不同方式的等级负荷运动,采集九个不同身体部位的加速度活动计数变化,以间接热量测定法为能量消耗量校标,结合受试者身体形态指标建立能量消耗预测回归方程,为研发适合我国居民能量消耗监测的加速度计以及不同运动方式佩戴的合理部位提供数据支持。研究方法:102名12-24岁学生运动员为研究对象,其中男生74人,平均年龄18.50±5.50岁,平均身高169.50±19.50cm,平均体重61.00±26.00kg;女生28人,平均年龄19.00±3.00岁,平均身高165.65±15.65cm,平均体重69.05±24.05kg。自主研发加速度计ACSP主要检测运动中三个轴向的活动计数(counts),即z轴(垂直轴)、x轴(矢状轴)和y轴(冠状轴)的活动计数A-z、A-x和A-y;综合矢量Azxy是三轴综合矢量计数,它是三个轴向活动计数的几何平均值,即Azxy=[(A-z)2+(A-x)2+(A-y)2]1/2。德国CORTEX METAMAX 3B便携气体代谢分析仪监测受试者运动中心率、摄氧量、能量消耗、METs、呼吸交换率等指标。受试者进行的运动方式共14种,根据运动过程中受试者质心运行轨迹,将运动方式分为两类,一类是单一平面内的运动方式,包括静卧不眠、平板支撑、卧推、俯卧撑和跑步;运动主要涉及两个轴向的位移。一类是空间运动方式,包括舞龙舞狮、足球、篮球、排球、健美操、武术、散打、摔跤和瑜伽;运动涉及三个轴向的位移。受试者分别在左右手腕、左右上臂中部、左右脚踝、额头、腰、左大腿中部等九个部位各佩戴一个三轴加速度计。测试前受试者静坐20分钟,佩戴加速度计和METAMAX 3B便携气体代谢分析仪及心率胸带,适应佩戴仪器设备后,从静卧不眠10分钟开始测试。气体代谢分析仪和加速度计都是每秒采集一次数据。每项运动持续运动5-10分钟,选取3个运动强度点进行测试。采用逐步回归的方法确定佩戴部位和建立方程模型。采用pearson相关分析加速度计数值与气体代谢分析仪检测MET值、能耗之间的关系。对比加速度计预测值与气体代谢分析仪检测结果的一致性用Bland-Altman Plot统计方法,同时使用配对样t检验分析方程的预测值和间接热量测定法(校标值)之间的差异。研究结果:在平面运动方式中,九个部位加速度计活动计数A-z和Azxy与能量消耗、METs和心率之间相关性更显著;无明显主要肢体运动的运动方式如平板支撑和静卧不眠,腰部加速度计Azxy与能量消耗、METs和心率相关性最高;有明显主要肢体运动的运动方式如卧推、俯卧撑,上臂加速度计Azxy的能量消耗贡献率较高,卧推右臂R2=0.79,左臂R2=0.75。对于空间运动方式,九个部位加速度计A-z和Azxy与能量消耗、METs和心率相关性最显著,腰部加速度计Azxy几乎是所有运动中能量消耗贡献率最高的佩戴部位。基于腰部加速度计活动计数Azxy和性别、BMI、心率等指标与能量消耗之间的pearson相关性分析,拟合预测能量消耗方程为,男性:能量消耗=1.8017+0.0178×Azxy-0.0649×BMI-0.0108×心率;女性:能量消耗=-20.6161+1.9420×Azxy+1.6306×BMI-0.1818×心率。男女受试者各项运动腰部加速度计活动计数Azxy及其他相关数据会带入相应能量消耗预测方程,所得能量预测消耗值与气体代谢分析仪检测实际能量消耗值相关性极为显著(P<0.01)。研究结论:加速度计三个轴向的加速度活动计数存在差异较大,其中Az和Azxy轴向,即垂直轴和三轴综合矢量计数与运动能量消耗相关性最好。腰部最接近人体的质心,是绝大多数空间运动方式加速度计佩戴的最佳位置。对于有明显主要运动肢体参与的空间运动方式或者单一平面内运动方式,应将加速度计佩戴在主要运动肢体上,并建立相应的回归方程。更多还原