第一篇　
肥胖小学生体力活动水平与
膳食热量摄入量的研究

一、前言

（一）选题依据

当前我国学校体育工作取得了巨大成绩，但同时也存在不少问题，其中最突出的就是学生体质健康问题。根据科技部、国家统计局于2004年对外公布的数据显示，我国超重、肥胖儿童已超过8%[注]。2005年，中小学生体质调查结果不容乐观，学生以力量、心血管机能为主的体质指标较20年前明显下降，肥胖率持续增高。青少年体质健康问题，已成为关系国家安全和国家根本利益的问题。

针对近些年青少年体质连续下降的问题，中共中央国务院于2007年颁布了《关于加强青少年体育增强青少年体质的意见》，教育部、国家体育总局和团中央等部门联合推出“全国亿万青少年阳光体育运动”，其目的在于增强我国青少年儿童体质与健康。但几年来青少年体质健康改善收效不大，国家体育总局青少司2011年发布的《青少年体育“十二五”规划》中明确指出：“青少年体质下降的趋势没有得到根本扭转，全社会关心、支持青少年体育的氛围尚未形成。”运动不足是影响我国青少年体质健康水平下降的主要原因，体质增强需要科学性、针对性和实效性强的体力活动标准，但目前尚无数据支持“阳光体育运动”的强度和量是否达到我国儿童青少年体质增长的要求，如何解决运动不足，提出合适青少年儿童体力活动的标准有待解决。

本研究通过测定小学生在体力活动中能量消耗和膳食摄入状况，找到引起不同地区小学生体质下降、肥胖率上升的原因，提出合理的运动及饮食干预方案，创建适合中国儿童少年身体活动的理论和方法。

（二）文献综述

大量研究证明，运动与健康之间显著相关。美国疾病控制与预防中心（CDC）和各大运动医学组织提出建议：成人应该每天进行30分钟以上的中等强度运动[注]。在加拿大提出最新的体力活动指南建议：所有学龄儿童（5～17岁）应该每天进行60分钟以上的中等强度以上的运动。尽管身体活动的好处明显，但如何坚持中等强度体力运动却是一件颇有难度的工作，而运动不足会引起肥胖的发生，进而引发各种代谢疾病。肥胖是由慢性的能量过剩导致的，即在很长的一段时间里，每天通过食物摄入的能量超过了能量的消耗。因此，怎样从能量代谢平衡的角度控制肥胖是一个重要问题，这就要求我们更加准确有效地定量每天的能量摄入量和消耗量。

目前，在实验室基础研究和实证性研究中，有几十种直接或间接检测体力活动水平的方法，包括直接或间接地测量人体在体力活动中消耗的热量，如：“金标准”双标水法、运动传感器测量（加速度计，计步器等）、监测心率、直接观察或日记记录、以及各种类型的调查问卷等[注]。具体方法的选择要根据具体的调查计划、样本数和样本特点（年龄、性别、健康状况、工作、个体适应水平等）、调研经费等。在长期大量研究的基础上，为了找到一个标准化的方法，新的技术不断应用在科学研究和个体体力活动（physical activity，PA）的监测上。加速度计是最新的具有多功能的体力活动监测工具，它在监测身体活动中应用广泛，可用于身体姿势和动作的分级、能量消耗的评估、跌倒和平衡控制的评价等多个方面。较之前的设备方法，它创新在是首个能够全天使用并准确检测体力活动热量消耗、活动强度水平、Mets值、运动距离、步数、心率、晚间睡眠清醒的时间和睡眠质量的综合性工具[注]。在儿童青少年身体活动中能量消耗的检测上，加速度计法的信度和效度已得到论证。

1．青少年儿童能量代谢基本情况

（1）能量代谢（energy metabolism）

能量代谢是指机体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用[注]。人体能量代谢平衡取决于膳食能量摄入和能量消耗的平衡过程。人体能量来源于食物中的营养素，而青少年儿童日常的能量消耗（energy expenditure，EE）主要包括以下五部分：基础代谢（Basal Metabolic，BM），体力活动、食物的特殊动力作用、机体生长发育、排泄的消耗。在静态下，基础代谢、食物的特殊动力作用大约占总能量消耗的70%[注]，排泄的消耗约占总能量消耗的9%。它们是总能量消耗中比较稳定的部分。

（2）体力活动

体力活动是指所有因为骨骼肌收缩产生的身体活动，是指在基础代谢（BM）的水平上，使身体EE增加的活动[注]。

体力活动是对机体EE影响最大的部分，人体任何轻微的活动都可提高代谢率，在运动中人体所需氧气量增加，机体生热增加，消耗能量增多，身体运动强度和运动量越大，单位时间内的产热量越高；运动还可以增加瘦体重，增强交感—肾上腺系统活性、促进机体的分解代谢功能；此外，运动后过量氧耗会提高基础代谢水平；有氧运动还能够提高下丘脑—胰岛—脂肪轴的调节机能，还可以在一定程度上有力地抗衡遗传基因的影响[注]。

这部分EE是总能量消耗（Total energy expenditure，TEE）中变化最大的，它取决于生活方式和外部环境，因此，准确的评估身体活动中的能量消耗（PAEE）是量化总能量消耗的关键。

（3）生长发育

在青春发育阶段，人体摄入能量剩余部分用于机体的生长发育，生长发育所需的能量约占TEE的2%，发育完全后，若摄入能量过多，不能被机体消耗，就会引起能量过剩，导致体重增长，发生肥胖。所以测量并评价人体的EE，提出合理的能量摄入方案，对于预防肥胖的发生具有重要意义。

2．能量消耗、膳食营养与肥胖之间的关系

单纯性肥胖是膳食营养中的能量失衡引起的，机体是指人体饮食中摄入的热量大于消耗的热量，过剩的能量会造成体内脂肪积聚，而形成肥胖症。随着我国居民生活水平稳步上升，儿童青少年肥胖患者逐年增加，已成为危害儿童青少年健康的主要疾病，可诱发智力下降，身体发育不良等多种并发症。青少年儿童肥胖发生的主要原因有：

① 日常膳食不合理，饮食摄入过多、膳食构成不够合理，肥胖者喜欢摄入能量高的食物，并且三餐饮食热能比例不当，导致摄入的能量不能被及时消耗。

② 遗传性因素（双亲肥胖或一方肥胖）；

③ 运动不足：在日常学习、生活中不经常参加身体锻炼，运动过程中强度低，运动持续时间短，身体锻炼水平不达标等，从而使日常活动消耗的能量过低，引起能量过剩，发生肥胖。

3．加速度计在能量代谢检测中应用的现状

加速度计法是国际上普遍认可的一种PAEE的测量方法，近几年来，它开始被广泛应用于科学研究中。其原理是通过传感器将人体运动时的加速度变化转换为电信号，将电信号收集、处理并存储起来，得到运动中加速度计数（Counts），即以一定时间间隔采样的活动频率和强度。然后将测得的结果通过数据线连接到电脑上，通过专门的软件进行下载分析及数据处理：软件原理是通过测试前预先设定好的受试者性别、出生年月、身高、体重及佩戴时间内测得的对应的Counts等指标，建立以标准方法或气体代谢法为参考的与EE相关的回归方程，推断出EE[注]。加速度计一般有两种主要的感应器：一种是加速度计，用于感受在一个或几个方向上的直线加速度；另一种是回转器，用于感应在一个或几个轴上的角度上的变化，根据加速度计中压电传感器的个数，可将其分为单轴加速度计、双轴加速度计和三轴加速度计[注]。

（1）加速度计佩戴位置的选择

大部分研究中，研究者选择将加速度计固定在髋部或腰部，多数在右侧，因为躯干占据了人体大部分的重量，而腰部接近人体的重心，所以固定在腰髋位置的感应器能够更好地记录人体的主要运动，在实际操作中，受试者长时间的佩戴经常会造成加速度计在腰髋部位置的变化。加速度计可以通过弹力带固定在腰髋部，基本不会对人体活动产生干扰[注]。身体姿势变化、行走和运动姿势的变化（站、坐、躺）都可以被腰部加速度计区分出来。除此之外，加速度计也可以固定在脚踝、腕部或上臂。

（2）加速度计佩戴时间的选择

加速度计评价PA水平还需考虑仪器佩戴时间的长短。不同佩戴时间对仪器的有效性有影响，佩戴时间相对长，有效性更好，一般认为4～9日全天佩戴且包括两个休息日的测量结果效度较高，实际研究中为了便于操作，常常将佩戴时间缩短为4整天且包含一个休息日[注]。对于儿童少年体力活动的测量，有学者认为连续7天佩戴加速度计可对每日的中高强度体力活动做出较好评估[注]。也有研究认为佩戴加速度计3天即可反映受试者日常体力活动情况[注]。

（3）几种常用加速度计的特点与应用情况（见表1-1）

（4）加速度计检测能量消耗的信度与效度

近年来，应用加速度计检测EE信度与效度检测的相关情况^1～12]见表1-2。

由表1-2可见，加速度计具有较高的可靠性，同一型号机器重复检测的相关系数在0.73～0.998范围内波动；仪器测量EE的结果与标准测热法检测结果的相关系数在0.46～0.97范围内波动；对于体力活动强度较低的PAEE检测，加速度计有误差；对于中风偏瘫等体力活动障碍人群日常生活中EE检测，加速度计不适用；日产加速度计准确性差，对于所有强度运动PAEE的检测均会产生误差。

（5）影响加速度计检测结果的主要因素

研究发现，受试者佩戴的加速度计型号、运动形式和运动强度以及受试者自身特点是影响测量结果的主要因素。此外，某些特殊人群不适合应用加速度计检测体力活动中的能量消耗。

不同的运动形式对加速度计的检测结果有显著影响。研究发现与间接测热法结果相比，加速度计一般会低估有一定倾角运动形式中的热量消耗，如在斜坡上运动、上下楼梯等[注]。且对选择固定在腰部的加速度计来说，人体的静态运动、上身的移动和姿势变换消耗的能量得不到准确测量[注]。

不同的运动强度会对加速度计的检测结果产生影响，有研究分别对不同运动强度运动中，加速度计与间接测热法估测的EE进行了比较，发现对于中等强度以上的身体活动两者数据呈高度相关，但在进行小强度体力活动时，二者的相关性较低[注]，据此可以认为加速度计能够准确测量中等强度和较大强度身体活动中消耗的能量，但对于久坐、静止等行为的EE测定不够准确。

运动的时间长短同样对加速度计的检测结果具有影响，研究发现长时间PAEE的测定，与双标水法相比，加速度计会略低估EE，仪器的可靠性有待提高[注]。

体力活动水平特别低的人群不适合日常生活中PAEE检测。有研究以中风偏瘫患者为研究对象，发现加速度计与IC相比，相关系数仅0.004[注]。

（6）加速度计的优点及存在的问题

尽管加速度计不属于低花费的测量工具，但相比较早的实验室EE测量方法，它在价格方面的优势却越加明显。并且能在获得PAEE的同时，获得其他评价体力活动的水平的数据（心率、MET、步数等），通过加速度计，调研者也能确定受试者在小强度（＜3METs）、中等强度（3～6METs）、大强度（>6METs）体育活动中所分别花费的时间等数据[注]。因此，调研者不仅能够用它来估测一段时间内的EE，还能够利用这些回归方程建立分割点，用来清楚地区分低强度、中等强度和大强度身体活动。现存的加速度计在PAEE的测量中仍然有所不足，比如上身的移动、姿势变换、肌肉等长收缩等活动产生的能量消耗得不到准确检测，游泳等在水中进行的PAEE得不到测量[注]，最新的GT3X＋、RT3已经增加了防水功能，但由于担心检测过程中仪器发生故障，实际中很少得到应用，具体应用还需不断探索。此外，尚缺乏针对我国各年龄段国民的加速度计计数与EE的回归方程，这些问题都需要日后的研究者来解决。

（7）美国Actigraph（GT3X＋）加速度计的特点

GT3X＋（GT3X＋ Tri-Axis Actigraph Monitor）是最新的三轴加速度计，它能够提供身体活动量、活动强度水平、计步、METs、EE等数据。此外，GT3X＋通过内部的倾角器测出被试未佩戴加速度计的时间，在睡眠时佩戴GT3X＋能够了解熟睡时间和睡眠质量。防水型GT3X＋可以在1米深的水下维持30分钟。GT3X＋存储量大（512M），能够连续记录40天以上的原始数据[注]。

4．膳食调查在能量代谢研究上的应用

准确测量体力活动能量消耗是制定饮食营养计划的基础[注]，也是评定日常体力运动量的重要指标，可用于科学制定减肥运动处方。膳食调查法通过调查受试者在某一时期内摄入的能量来反映其合适的能量消耗。常见方法有记账法、询问法、称重法和化学分析法等[注]。24小时膳食回顾法是估测能量摄入经常使用的方法，之前的研究者采用了该方法调查9岁、10岁肥胖儿童的膳食，估测能量摄入，结合PAEE的测量，来为肥胖儿童提供合适的运动处方[注]。

5．代谢当量与日均步数在评估体力活动水平上的应用

代谢当量是指运动时代谢率对安静时代谢率的倍数，代谢当量（Metabolic Equivalent of Energy简写为：MET）。是运动能量的消耗单位，常被使用它来评定一个人进行活动时的氧气消耗量。1MET被定义为每分钟每公斤体重消耗3.5毫升氧气，大概相当于一个人处于安静状态下，无任何活动时，每分钟的氧气消耗量。MET常用于表示各种活动的相对能量代谢水平，也是除了自我感觉运动强度和心率外的另一种表示运动强度的方法。按照运动强度，可将MET分为轻、中、重3个等级，即轻度运动小于3MET；中等强度运动为3～6MET；大强度运动大于6MET，此外，根据相关回归公式可将代谢当量（MET）转换成能量消耗量，能够帮助我们计算出运动中所消耗的热量[注]。

步行是人们日常体力活动最主要的方式，而通过计量步数来评价体力活动量也是一种常用的方式。步数的测量可用计步器，计步器使用简便、价格低廉、小巧便携、能够直接佩戴在身上，且不会干扰受试者的正常活动。加速度计也具备计步的功能，并且准确性更高。国外对于步行量的研究，最早的是在 20 世纪 60 年代日本提出每日步行 10000 步，近年来关于通过计步数来评价体力活动水平的研究很多，大都来源于欧美和日本，多数研究结果都支持我们日常生活的体力活动量应接近 10000 步/天[注]。

6．当前防治儿童青少年肥胖的常见对策

在青少年儿童肥胖的预防与治疗上，常采用控制饮食和运动处方并用，加之日常生活行为矫正的方法：

① 从整体上控制膳食能量摄入，做到科学搭配，合理膳食，从营养学上，依据肥胖者的肥胖度、每日劳动强度等来决定每天摄入的能量，合理分配三餐热能（一般早、中、晚餐的能量分别占每天总能量的30%、40%、30%），通常选择热量少、体积大的食物，补充足够的优质蛋白质以满足儿童青少年生长发育的需要，减少糖类食物摄入，限制脂类物质摄入量，多食维生素含量丰富的食物（如水果、新鲜蔬菜等），补充微量元素及矿物质[注]。

② 增加运动：活动内容选择运动强度中等或较快的运动项目（如快走、羽毛球、有氧体操、体育舞蹈等），运动时间每次1小时左右，每天2次。

2007年，为增强学生体质，降低肥胖发病率，中华人民共和国教育部（简称教育部）、国家体育总局等部门联合推出推出“全国亿万青少年阳光体育运动”，各中小学积极响应，拓展阳光体育运动的内涵，建立起“大课间”模式，在“体育大课间”的时间里，引进传统体育项目和丰富多彩的艺术活动，促使师生积极参与文明、健康、活泼的课外文体活动，满足全体学生多样化的活动需要，确保我国学龄儿童青少年在学校达到每日活动一小时，近几次各地区的体质监测中，发现我国儿童青少年体质健康水平较前几年有所提高，合格率有所提升，这点能够说明阳光体育运动初见成效，但青少年儿童肥胖率却不降反升，青少年儿童的体质健康问题仍需要各领域科学研究者持续给予关注，从而找到适合我国儿童少年身体运动功能训练的方法和理论。