全明輝 徐暢 周儻 方慧 劉微 孫順利 王茹 陳佩杰

摘 要：?目的?以客觀測量的體力活動水平為基礎(chǔ)，分析不同持續(xù)時間活動的頻率及其占總活動時間的比例，從而掌握學(xué)齡前兒童體力活動簇集特征。方法?根據(jù)知情、自愿原則，在上海市楊浦和寶山2個區(qū)共招募306名學(xué)齡前兒童為受試者，通過連續(xù)7 d佩戴加速度傳感器ActiGraph GT3X⁺測量其日常體力活動水平，在此基礎(chǔ)上將每次體力活動按強(qiáng)度和持續(xù)時間進(jìn)行分類，并統(tǒng)計不同持續(xù)時間的活動平均每天出現(xiàn)的頻率及其占總累積活動的比例。結(jié)果?共有146名受試者[男85名，女61名;平均月齡為（57.7±5.0）月]7 d測量數(shù)據(jù)均有效，被納入最終統(tǒng)計分析。發(fā)現(xiàn)采樣間隔為1 s時，學(xué)齡前兒童平均每次體力活動持續(xù)時間≤4 s，且70%以上的中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度體力活動持續(xù)時間為2～3 s。結(jié)論?學(xué)齡前兒童體力活動以持續(xù)時間較短的零星活動為主。為準(zhǔn)確測量學(xué)齡前兒童體力活動，特別是中到大強(qiáng)度體力活動水平，宜采用較短的加速度傳感器采樣間隔（如3 s或更短時間）。

關(guān)鍵詞： 學(xué)齡前兒童; 加速度傳感器; 體力活動; 簇集特征; 采樣間隔

中圖分類號：?G806???文獻(xiàn)標(biāo)志碼：?A???文章編號：?1000?5498（2020）02-0033-06

DOI：?10.16099/j.sus.2020.02.004

學(xué)齡前期是人生長發(fā)育的關(guān)鍵時期。越來越多的研究證明，規(guī)律的體力活動能對學(xué)齡前兒童產(chǎn)生一系列的健康促進(jìn)效應(yīng)，包括促進(jìn)生長發(fā)育^[1]，增強(qiáng)體適能水平^[2]，提高大腦認(rèn)知能力^[3]和學(xué)業(yè)成績^[4]等;并且，在學(xué)齡前期獲得的健康效應(yīng)可能會延續(xù)至青少年甚至是成人時期^[5]。因此，學(xué)齡前兒童體力活動水平監(jiān)測成為近年來公共衛(wèi)生領(lǐng)域關(guān)注的重要問題之一。特別是能較準(zhǔn)確地測量低齡兒童日常體力活動水平的加速度傳感器問世以后，世界各國相關(guān)領(lǐng)域的研究者分別就本國學(xué)齡前兒童體力活動水平展開研究工作^[6]。

加速度傳感器不僅能獲得受試者日常體力活動水平的總量，還能精確地獲得體力活動的強(qiáng)度、持續(xù)時間和頻率、簇集特征等方面的重要信息。其中，體力活動簇集特征是指單次體力活動持續(xù)時間的集中趨勢特征^[7]。了解體力活動簇集特征，不僅有助于掌握特定人群更豐富的體力活動信息，還能指導(dǎo)利用加速度傳感器更精確地測量體力活動水平。例如，采用加速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時會涉及多個參數(shù)的設(shè)定，采樣間隔（epoch）是其中一個極其重要的參數(shù)，該參數(shù)與體力活動簇集特征密切相關(guān)。采樣間隔的選擇會對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響^[7-8]，特別是在測量周期中有大量單次活動的持續(xù)時間小于設(shè)置的采樣間隔時，會因為采樣頻率低而造成較大的測量誤差^[7]。如研究^[7，9]發(fā)現(xiàn)，兒童青少年從事體力活動時簇集特征主要表現(xiàn)為短時性、間歇性等，80%以上的中-高強(qiáng)度體力活動（moderate-vigorous physical activity，?MVPA）持續(xù)時間都在10 s以內(nèi)。因此，為盡量減少加速度傳感器的測量誤差，在監(jiān)測兒童青少年體力活動時宜采用較短的采樣間隔，而不宜采用成年人常用的采樣間隔（60 s）。另一研究^[10]結(jié)果更是明確指出，相對于3 s的采樣間隔，采用60 s采樣間隔對學(xué)齡前兒童MVPA和大強(qiáng)度體力活動（vigorous physical activity，?VPA）低估的比例分別達(dá)到26.8%和71%。由此可知，掌握特定人群的體力活動簇集特征，對于加速度傳感器參數(shù)的合理選擇，以及較準(zhǔn)確地測量體力活動數(shù)據(jù)具有重要意義。

從目前公開發(fā)表的研究成果看，雖然已有不少針對兒童青少年體力活動簇集特征的研究報道，但鮮有研究關(guān)注學(xué)齡前兒童的體力活動簇集特征。筆者推測學(xué)齡前兒童的體力活動簇集特征可能與兒童青少年一致，大部分活動也呈現(xiàn)零星、持續(xù)時間短的特點(diǎn)。因此，本文以此為切入點(diǎn)，以學(xué)齡前兒童為研究對象，采用橫斷面研究設(shè)計，探討學(xué)齡前兒童體力活動簇集特征。

1 研究對象與方法

1.1 受試者招募

本文受試者來源于“學(xué)齡前兒童身體活動對體質(zhì)及認(rèn)知發(fā)展的影響研究”（試驗注冊號：?ChiCTR-OOC-15007439）?？紤]到研究的可操作性，受試者主要從上海市楊浦和寶山2個區(qū)進(jìn)行招募。所有受試者經(jīng)其家長/監(jiān)護(hù)人同意并簽署知情同意書后方可參與本研究項目，研究過程中受試者如有不適可隨時無條件退出。受試者的納入及排除標(biāo)準(zhǔn)具體如下。

（1）受試者納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡3～6歲學(xué)齡前兒童;②身體健康，能參加中等強(qiáng)度以上的體力活動;③其家長/監(jiān)護(hù)人了解整個試驗過程并簽署知情同意書。

（2）受試者排除標(biāo)準(zhǔn)：①韋克斯勒智力測量得分<75分者;②有心血管、呼吸系統(tǒng)疾病，或有其他疾病不適合運(yùn)動者;③經(jīng)其家長/監(jiān)護(hù)人醫(yī)學(xué)問卷篩選確認(rèn)不能參加中等強(qiáng)度運(yùn)動者。

1.2 身體形態(tài)學(xué)指標(biāo)測量

采用國家國民體質(zhì)監(jiān)測指定器材對受試者的身高、體質(zhì)量進(jìn)行測量，并嚴(yán)格按照《國民體質(zhì)測定標(biāo)準(zhǔn)手冊》（幼兒部分）的測試要求執(zhí)行。根據(jù)公式計算體質(zhì)量指數(shù)（BMI）[BMI=體質(zhì)量（kg）/身高（m）^?2]，BMI評價標(biāo)準(zhǔn)參考國際肥胖工作小組（International Obesity Task Force，?IOTF）以生長曲線為基礎(chǔ)制定的2～18歲不同年齡段超重、肥胖分類標(biāo)準(zhǔn)^[11]。

1.3 體力活動水平測量

受試者日常體力活動水平通過連續(xù)7 d佩戴三軸加速度傳感器ActiGraph GT3X⁺（ActiGraph LLC，?Pensacola，?FL）進(jìn)行測量，測試儀器通過腰帶固定于右側(cè)髂嵴上部。由于受試者年齡較小，測試開始前由工作人員向受試者家長詳細(xì)講解測試內(nèi)容，指導(dǎo)受試者家長如何佩戴和摘除傳感器，并告知除洗澡、游泳和睡覺外其他時間都應(yīng)佩戴，測試期間儀器佩戴和摘除均由受試者家長協(xié)助完成。工作人員在持續(xù)7 d的測試結(jié)束后（第8天）收回儀器，首先采用Actilife（Version 6.11.5）對數(shù)據(jù)進(jìn)行下載、查看，對于測量數(shù)據(jù)不符合要求或有缺失的受試者，在征得其家長同意后進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)測。

參考Pate等^[12]的研究方法對采集的計數(shù)值（counts）進(jìn)行處理，從而得出每日低強(qiáng)度（light physical activity，?LPA）、中等強(qiáng)度（moderate physical activity，?MPA）和VPA等不同強(qiáng)度活動累積時間。此外，MVPA等于MPA與VPA之和，總體力活動水平（total physical activity，?TPA）等于LPA、MPA與VPA之和。每天有效記錄時間達(dá)480 min，當(dāng)天數(shù)據(jù)視為有效;7 d測量數(shù)據(jù)均有效的受試者被納入最后統(tǒng)計分析。其他參數(shù)設(shè)置詳見表1。

1.4 體力活動簇集特征分析

以測得的體力活動水平為基礎(chǔ)，進(jìn)一步按照不同強(qiáng)度（LPA、MPA、VPA、MVPA）、不同性別（男、女）和不同持續(xù)時間進(jìn)行歸類分析，從而在不同層面呈現(xiàn)學(xué)齡前兒童體力活動簇集特征。具體指標(biāo)：男、女童在不同強(qiáng)度下的平均持續(xù)時間;男、女童在不同強(qiáng)度和不同持續(xù)時間下平均每天累計的活動頻次;基于現(xiàn)行體力活動指南中所強(qiáng)調(diào)的以MVPA為主要分析對象^[15]，計算不同持續(xù)時間的MVPA頻次占總累積時間內(nèi)總頻次的比例。

體力活動水平和簇集特征分析：采用加速度器配套軟件Actilife（Version 6.11.5）對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將持續(xù)時間按2、3、4、5、6、7、8、9、10～14、15～29、30～59和≥60 s分為12組。其中：持續(xù)時間為2～9 s時不允許有容許誤差（tolerance），如9 s內(nèi)活動全部達(dá)到MVPA要求（counts≥28.0/s）的，才被記錄為1次持續(xù)了9 s的MVPA;10～14 s的持續(xù)時間設(shè)置為最多1個采樣間隔的容許誤差，如12 s內(nèi)有11 s達(dá)到了MVPA要求，有1 s沒有達(dá)到，也會被記錄為1次持續(xù)了12 s的MVPA，但如果其中任意2 s都沒有達(dá)到要求，則被視為無效而不被記錄。持續(xù)時間較長的3個分類，即15～29 s、30～59 s和≥60 s設(shè)置為最多2個采樣間隔的容許誤差。

1.5 統(tǒng)計方法

對于符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）進(jìn)行描述，對于不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用中位數(shù)和四分位間距進(jìn)行描述。采用獨(dú)立樣本t檢驗（independentttest）和曼惠特尼U檢驗（Mann-WhitneyU test），分別對正態(tài)分布和非正態(tài)分布的男、女童基本信息數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。采用描述性統(tǒng)計方法，分析學(xué)齡前兒童體力活動強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時間等特征。

采用基于R語言的Empower Stats軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，設(shè)定檢驗水準(zhǔn)（α）為0.05或0.01。

2 研究結(jié)果

2.1 受試者基本情況

在上海市楊浦區(qū)和寶山區(qū)的7所幼兒園，本文共募集306名4.5～5.5歲學(xué)齡前兒童。測試過程中有15人退出，有3人因韋克斯勒智力測量得分<75被排除。實際完成測試288人，有效人數(shù)為146人（男85名，女61名），有效率為50.7%。

除MPA活動時間男童顯著高于女童[（42.89±8.97）?min/d vs. （38.73±6.36）?min/d]外，其他指標(biāo)不存在顯著的性別差異。此外，加速度傳感器佩戴時間為平均每天767.86 min（?635.29～928.71 min），即平均每天佩戴有效時間為12.8 h。詳見表2。

2.2 體力活動簇集特征

本文結(jié)果顯示，采樣間隔為1 s時，單次從事體力活動的平均時間≤4 s。此外，單次從事不同強(qiáng)度體力活動的平均持續(xù)時間，不同性別間無顯著統(tǒng)計學(xué)差異（表3）。

表4顯示了受試者平均每天從事不同強(qiáng)度、不同持續(xù)時間體力活動的頻次。其中，除持續(xù)時間為2 s和3 s的MPA頻次存在顯著的性別差異外，其他相同強(qiáng)度、持續(xù)時間的體力活動頻次不存在顯著的性別差異。此外，從表4可以看出，隨著持續(xù)時間的增加，相同強(qiáng)度下體力活動的頻次明顯減少。

在表4結(jié)果的基礎(chǔ)上，考察不同強(qiáng)度體力活動頻次的時間分布發(fā)現(xiàn)：單次體力活動持續(xù)時間≤9 s的MPA頻次合計占總數(shù)的98%以上（圖1）;單次體力活動持續(xù)時間≤9 s的VPA頻次合計占總數(shù)的97%以上（圖2）;持續(xù)時間為2～3 s的MPA頻次，占總MPA頻次的80.2%;持續(xù)時間為2～3 s的VPA頻次，占總VPA頻次的70.3%。圖1和圖2直觀地呈現(xiàn)了不同持續(xù)時間的MPA和VPA頻次所占比例的整體趨勢。

3 討 論

3.1 主要發(fā)現(xiàn)

以學(xué)齡前兒童為研究對象，選擇客觀的加速度傳感器為測量工具，設(shè)置高頻率的采樣間隔（1 s）研究學(xué)齡前兒童的體力活動簇集特征。結(jié)果顯示：學(xué)齡前兒童從事體力活動整體上呈現(xiàn)持續(xù)時間短、以零星活動為主的特征，平均每次體力活動持續(xù)時間≤4 s，且70%以上的MPA和VPA持續(xù)時間為2～3 s;不同強(qiáng)度的體力活動頻次中僅MPA存在顯著的性別差異，其主要原因在于男童從事2～3 s持續(xù)時間的活動頻次顯著高于女童。

3.2 同類研究結(jié)果比較

體力活動對于生命周期各個階段體質(zhì)健康的有益作用已經(jīng)得到廣泛證實。并且，生命早期的體力活動習(xí)慣、體適能水平（有氧能力、力量、柔韌和靈敏度等）和心血管疾病風(fēng)險會延續(xù)至青春期甚至成人期^[16-17]。因此，學(xué)齡前兒童體力活動相關(guān)研究越來越受到關(guān)注。但不同研究間除了受試者之間的個體差異外，測量參數(shù)設(shè)置的不同也會對測量結(jié)果造成較大影響。其中，采樣間隔就是影響測量結(jié)果的關(guān)鍵參數(shù)之一，其設(shè)置應(yīng)根據(jù)不同年齡特征或人群的體力活動簇集特征進(jìn)行選擇^[18]。

不同年齡階段的活動特征有所不同，處于生命早期的兒童從事體力活動時也有著自己的特點(diǎn)，總體上表現(xiàn)為以持續(xù)時間較短的零星活動為主，特別是大強(qiáng)度的體力活動。關(guān)注兒童體力活動簇集特征的研究始于1995年，Bailey等^[9]通過觀察視頻錄像的方法研究15名6～10歲兒童的體力活動特征，發(fā)現(xiàn)兒童LPA、MPA和VPA持續(xù)時間的中位數(shù)分別為6 s、6 s和3 s，其中95%的VPA持續(xù)時間不超過15 s，且持續(xù)時間為3 s和6 s的短時VPA占比約為80%。由于主觀觀察過程不僅耗時大、產(chǎn)生的人工費(fèi)用多，而且需要經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練的研究人員，因此限制了該研究的受試人數(shù)和總體觀察時間。隨著加速度傳感器的應(yīng)用，上述早期研究中遇到的問題得到了很好的解決。如Baquet等^[19]利用加速度傳感器連續(xù)7 d記錄受試者的自由活動情況，發(fā)現(xiàn)8～10歲兒童從事MPA和VPA的平均持續(xù)時間為9 s和4.7 s，約80%的VPA由持續(xù)時間為2～4 s的活動組成（采樣間隔2 s）。Sanders等^[7]利用加速度傳感器記錄了133名青少年的體力活動情況，也得到了類似的研究結(jié)果。除兒童青少年外，年齡更小的學(xué)齡前兒童從事體力活動時更是表現(xiàn)出了持續(xù)時間短的特點(diǎn)。如Obeid等^[10]通過7 d的記錄發(fā)現(xiàn)，3～5歲的學(xué)齡前兒童約有80%的MVPA持續(xù)時間為3～6 s（采樣間隔3 s），超過95%的MVPA持續(xù)時間不超過15 s。筆者也進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)包括低強(qiáng)度體力活動在內(nèi)的所有不同強(qiáng)度的體力活動平均持續(xù)時間均≤?4 s，其中有超過80%的MPA和超過70%的VPA持續(xù)時間為2～3 s（采樣間隔1 s）。因此，從已有的研究證據(jù)看，利用加速度傳感器測量學(xué)齡前兒童體力活動水平時，為保證較準(zhǔn)確的測量結(jié)果宜采用較短的采樣間隔。

關(guān)于學(xué)齡前兒童從事MPA和VPA時主要表現(xiàn)出持續(xù)時間短的特征，可能有以下2個原因：①大腦皮層的興奮與抑制過程發(fā)展不均衡。學(xué)齡前兒童大腦皮層發(fā)育尚不成熟，抑制過程形成較慢，興奮過程相對占優(yōu)勢，但興奮持續(xù)時間較短，容易泛化，主要表現(xiàn)為對事物保持注意的時間不長^[20]。②LPA在學(xué)齡前兒童從事的體力活動中占主導(dǎo)地位。如在學(xué)齡前兒童平均每天累積的總體力活動時間中，LPA、MPA和VPA的占比分別為57.9%、23.7%和18.4%^[21]。因此，單次從事的體力活動雖由3種不同強(qiáng)度的體力活動交替組成，但仍以LPA為主，從而導(dǎo)致了持續(xù)進(jìn)行MPA和VPA的時間較短。

3.3 不同采樣間隔的結(jié)果比較

掌握不同人群的體力活動簇集特征，對于選擇適宜的采樣間隔、準(zhǔn)確地測量體力活動水平具有重要意義。隨著研究人員不斷意識到學(xué)齡前期體力活動水平和習(xí)慣對青少年時期甚至成年后的重要性，越來越多的體力活動相關(guān)研究開始關(guān)注學(xué)齡前兒童。

從前期的研究看，測量體力活動時選擇的采樣間隔各不相同，但較多研究選擇了時間較長的采樣間隔。如Cain等的綜述表明，2005—2010年間共有25篇采用加速度傳感器對學(xué)齡前兒童體力活動進(jìn)行測量的研究報道，其中選擇采樣間隔為15 s和60 s的各占9篇，另外選擇30 s采樣間隔的有1篇，5 s采樣間隔的有2篇。近期，本研究團(tuán)隊也進(jìn)行了類似的總結(jié)（資料未列出），匯總了近年來以學(xué)齡前兒童為受試對象、采用客觀的體力活動測量方法、受試人數(shù)大于200人且不重復(fù)的研究，篩選后納入的研究同樣多選擇較長的采樣間隔。納入的23篇研究中于2010年后（2012—2017年）發(fā)表的有18篇，其中有12篇研究選擇的采樣間隔≥?15 s，僅有4篇研究的采樣間隔≤?3 s。

對于選擇不同的采樣間隔會對測量結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響，Obeid等^[10]比較了4種不同采樣間隔（3、15、30、60 s）對學(xué)齡前兒童體力活動水平測量結(jié)果的影響，結(jié)果顯示相對于3 s的采樣間隔，15、30、60 s 3種采樣間隔低估MVPA的比例分別為5.1%、15.4%、26.8%，而低估VPA的比例則達(dá)到了37.3%、54.4%、71%。由此可見，采樣間隔的選擇會對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，且采樣間隔越長，低估MVPA和VPA的比例就越高。不同采樣間隔導(dǎo)致的測量結(jié)果差異，與現(xiàn)實情況要求我們應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地測量MPA和VPA形成巨大反差。目前的體力活動指南強(qiáng)調(diào)，為保證獲得體力活動的健康促進(jìn)效應(yīng)，每日應(yīng)積累足夠時間的MVPA。因此，如何盡可能準(zhǔn)確地測量MVPA就顯得尤其重要。前人研究結(jié)果和筆者研究結(jié)果提示，學(xué)齡前兒童的體力活動特征總體表現(xiàn)為持續(xù)時間較短的零星活動，在強(qiáng)度較大的VPA中表現(xiàn)尤其明顯。因此，為準(zhǔn)確測量該年齡段人群的體力活動水平，特別是體力活動指南強(qiáng)調(diào)的MVPA，宜選擇符合學(xué)齡前兒童體力活動簇集特征的采樣間隔，即時間較短的采樣間隔。這是因為過長的采樣間隔會使體力活動強(qiáng)度趨于平均化，使得高強(qiáng)度體力活動時間被低估，而低強(qiáng)度體力活動時間被高估^[7，10]。

4 結(jié)論與展望

4.1 研究結(jié)論

研究結(jié)果提示，學(xué)齡前兒童體力活動簇集特征以持續(xù)時間較短的零星活動為主。為準(zhǔn)確測量學(xué)齡前兒童體力活動水平，特別是中、高強(qiáng)度體力活動時間，宜采用較短的加速度傳感器采樣間隔，如3 s或更短時間。

4.2 研究展望

現(xiàn)行的體力活動指南建議，為達(dá)到運(yùn)動促進(jìn)健康的目的，學(xué)齡前兒童每天的MVPA應(yīng)至少累積60 min^[15]。體力活動總量不同的組成方式能否達(dá)到同樣的健康促進(jìn)效應(yīng)，例如累積60 min的?MVPA由零星MVPA構(gòu)成是否同樣有益于健康，值得后續(xù)研究進(jìn)一步關(guān)注。雖然對兒童青少年已有相應(yīng)研究，但以學(xué)齡前兒童為受試對象的類似研究尚未見公開報道。進(jìn)一步明確體力活動累積方式與學(xué)齡前兒童健康效應(yīng)之間的關(guān)系，對于科學(xué)指導(dǎo)運(yùn)動實踐，以及后續(xù)更新和完善學(xué)齡前兒童體力活動指南具有重要意義。

作者貢獻(xiàn)聲明：

全明輝：設(shè)計論文框架，搜集統(tǒng)計數(shù)據(jù)，撰寫、修改論文;徐?暢：調(diào)研文獻(xiàn)，核實數(shù)據(jù)，修改論文;周?儻：搜集統(tǒng)計數(shù)據(jù)，核實數(shù)據(jù);方?慧：搜集統(tǒng)計數(shù)據(jù)，核實數(shù)據(jù);劉?微：搜集統(tǒng)計數(shù)據(jù)，核實數(shù)據(jù);孫順利：搜集統(tǒng)計數(shù)據(jù)，核實數(shù)據(jù);王?茹：設(shè)計論文框架，修改論文;陳佩杰：設(shè)計論文框架，修改論文。

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