第三节 常用体力活动测量方法
一、双标水法
双标水（doubly labeled water，DLW）技术是目前测量日常能量消耗最好的方法，这一技术是由明尼苏达大学的Lifson教授及其同事在观察呼出的二氧化碳中的氧原子与体内同位素标记的水的关系基础上发明的。该种方法认为，体内水清除的动力学与呼吸相联系。利用这种方法，受试者饮用一定量的同位素标记的水（氢和氧双标记，2 H1 H18 O）。当双标水进入体内后，很快就进入到体液中并与普通水一样参与代谢，2H以2HHO的形式消除；O2 以H218O2 和C18O2 两种形式消除，收集一段时间的尿样（5～14天），根据这两种同位素消除率的差异，可以计算出这段时间内的CO2产量，进而计算出能量消耗量。
双标水法首先在动物实验中被证明是有效的，之后在人体试验中得以验证其可行性。理论上说，双标水法测量能量消耗的变异系数在4%～8%，但是当机体代谢紊乱、或条件控制不良时，误差可能会增大。
（一）双标水法的优势
1. 采用非放射性同位素，对人体无害。
2. 无创性，易于接受，适用于各种人群。
3. 可以评价较长时间内的能量消耗情况（1～2周）。
4. 测试精度高。以上这些优点使得双标水法成为目前公认的体力活动测量的金标准。
（二）双标水法的缺点
1. 双标水价格昂贵，而且需要较昂贵的仪器（质谱分析仪）对尿样进行分析。
2. 双标水法可以反映一段时间内总的能量消耗，但缺乏由特异性体力活动带来能量消耗的直接信息，以及一段时间体力活动能量消耗的模式，也不能给出基础代谢、食物特殊动力学作用及各种体力活动所消耗能量的比例。
3. 双标水法测量能量消耗至少需要3天以上，需要收集测试期间所有的尿液，比较繁琐。
尽管双标水技术被认为是最准确的日常能量消耗测定技术，但是在使用中必须考虑几种误差来源：①体内水的变化（可通过测量体重来估计）可能会带来能量消耗估计误差；②大约4%的2 H和1%的18 O形成化合物进入非水组织，这将造成对其在体内稀释空间的高估；③重氢同位素（2H）作为气体的速度小于1H分子，可造成能量消耗估计时2.5%的误差；④大约2%的同位素经粪便而不是尿液排泄；⑤呼吸商（RQ）的假设值是0.85，每0.01的变异会造成1%的估计误差。这种误差在大量饮酒的个体更容易发生，因为乙醇代谢利用的H减少了2 H和18 O清除速率的差异，导致能量消耗的低估。
20世纪80年代中期以来，双标水法更加普遍地应用于测量人体能量消耗的研究中，但是其主要价值在于作为其他体力活动测量方法的效标使用。双标水法提供了一种人们在实验室外自然生活状态测得总能量消耗的最好方法。然而，昂贵的同位素示踪剂18 O以及需要使用质谱仪分析尿液中同位素的清除率使得双标水技术在大人群流行病学研究中并不可行。
二、心率监测
目前市场上已有各种心率监测仪器（heart rate monitors），通常通过胸部电极及发射器将心电信号发送到腕表接收器上，可以检测到心脏的电活动，腕表中的电子芯片通过R-R间期计算出心率，并可将连续的心电信号导出到计算机进行分析。已有研究证明这种心率监测仪可以非常准确地监测心率。
心率监测仪器可以评估一天中体力活动的类型与强度。然而，将心率转化为能量消耗值是基于心率与耗氧量的回归方程。通常心率与耗氧量的相关关系是通过跑台或功率自行车实验建立的，而实际日常心率值可能是静坐、站立、及其他体力活动过程中收集的，使用实验室方法建立的回归方程计算耗氧量和能量消耗时就会有偏差。由于日常心率平均值往往在心率—耗氧量相关曲线的低测，相关关系往往不是线性。对每个人建立一个心率—能耗曲线是耗时且费钱的，因而实际大样本研究中不可能做到。另外，心率—耗氧量曲线随体位、环境温度、情绪状态、肌肉收缩的类型（静态或动态、小肌肉还是大肌肉）、心肺耐力、疲劳等因素的影响而改变，所有这些都可能是误差的来源。有研究提示个体安静心率与一日平均心率比值指数可以作为体力活动水平的有用信息。
三、加速度计
加速度计（accelerometers）的研究始于20世纪50年代后期，首先是实验室研究表明垂直加速度与能量消耗相关。威斯康辛大学的Montoye及其同事首先利用这个原理发明了便携式加速度计的雏形，后来形成产品命名为CALTRAC。CALTRAC利用由两层压电陶瓷组成的能量转换器，当身体加速时，置于悬杆上的换能器感应，并产生相应的电量。内置的计算机芯片整合加速减速的信息，在一定曲线范围内进行计算。
随着科学技术的发展，加速度计被越来越多地使用。加速度计是一种使用电池的小装置，通常戴在髋关节处（也可放在臂部和踝关节处），用来测量活动和活动的加速度。最常用压电式感应器来探测一到三个维度的运动。加速度计可用来评估不同时间间隔（如：每分钟）的运动，并可储存数据（如：每分钟记录一次，可储存数天的数据）。存储的数据可下载到计算机，利用回归方程计算各种参数，进行体力活动水平分级。
目前使用的加速度计包括单轴和多轴加速度计。单轴加速度计测量一个平面内的运动，通常是垂直运动的数量和加速度；多轴加速度计测量三维空间的运动，常用的如RT3。除了单轴和多轴加速度计外，目前还有其他新出现的加速度计，如对身体不同部位进行多种测量的加速度计、与生理指标（心率、体温等）联系起来的加速度计、置于脚部或踝处的加速度计等。多感应性加速度计，可提高能量消耗预测的准确性。
选择加速度计的优点是：体力活动是客观测量的，不需要受试者自己回顾，因而消除了影响信度和效度的自我报告偏倚。与双标水法相比，加速度计的信度和效度较高，尤其是对成年人常见的的走跑运动方式很敏感。理论上，多轴加速度计比单轴加速度计的精确性高，这是因为它可更好地在所有几何平面（前后、左右、上下）上识别和测量人的运动。缺点是加速度计在测量上肢运动、力量训练、水中活动和复杂活动时不是很有效，不适合静力性运动和身体重心的微小运动，如划船、骑车等。另外加速度计较昂贵的价格会限制其使用，例如，在大人群研究中不太适用。目前，加速度计主要作为评价自陈式体力活动报告效度的效标使用。
在可行性方面，加速度计给参与者带来的负担不大。但是不适当的佩戴方式会影响精确性，比如忘记佩戴、没有全天佩戴、将设备丢失等。因此，参与者的依从性是很重要的。由于每个人的体力活动每天都有所不同，为提高可靠性，推荐成人佩戴3～5天，儿童佩戴7天。
四、计步器
计步器（pedometer）的思想来源于500年前Leonardo da Vinci，他研制了一种老式的、齿轮驱动的机械计程装置，但即使在严格的实验室条件控制下，这些装置在记录步数方面信度效度都很低。值得欣慰的是，近些年来出现了很多信效度较高的电子计步器（如Digi-Walker）。Bassett（1996）等人对20个成年人利用Digi-Walker在室外进行了左侧和右侧步数的实验，表明对实际步数仅有1%的高估。同样， Welk等（2000）对31个成年人在跑台和跑道上用Digi-Walker测试步数，与实际值的误差在3%～5%以内。
由于花费低，计步器常作为加速度计的替代测量工具。使用计步器时，为保证较高的信度，需要至少测量3天。步行速度较慢时，计步器的运行不是很好，而且它不能评估上肢活动、力量训练和水中活动等体力活动类型。在肥胖人群中，计步器的类型和安放是很重要的，尤其是步行速度比较慢的时候。计步器不能提供与活动类型、强度、持续时间和何时进行运动有关的信息。
与加速度计一样，使用计步器给参与者带来的负担也不大。但是同样要求参与者较高的的依从性。另外，由于参与者可以自行读出当日的步数等信息，参与者可能会由于佩戴了计步器而自觉增加其体力活动。因此，佩戴计步器也可作为体力活动干预中促进步行的动机因素。
随着技术的进步，运动传感器价格越来越便宜，未来的流行病学研究中，运动传感器将会更多地用来收集大样本人群数天的体力活动。同时，便携式加速度计和计步器仍然可作为评价自我报告式体力活动测量工具效度的有用的效标使用。
五、自陈式体力活动报告
自我报告是体力活动评估中用得最为频繁的一种方法，这很大程度上归因于它的经济性和简便易行。自我报告式的测量方法包括问卷调查、面对面访谈及体力活动记录与日志。
用自我报告的方法可以测量的体力活动包括休闲娱乐活动、运动、锻炼、家务劳动、庭院劳动、与乘坐交通工具有关的活动和与照看小孩有关的活动，还可获得他们具体参与的活动类型、频率和持续时间等信息。历史性自我报告问卷可以评定过去12个月或者一生中的体力活动方式。这些测量方法在评定体力活动方式、与长期进行体力活动或不活动对健康的影响时是有用的。
（一）体力活动问卷（Physical Activity Questionnaires）
在1970年以前，关于体力活动与冠心病的24项研究中，有20项采用了职业分类法作为体力活动水平的标志。尽管这些研究对体力活动与心脏病间的潜在关联关系提供了有用的线索，但是他们都忽略了休闲活动的影响。直到20世纪60年代中期，Montoye在Tecumseh社区健康研究中利用问卷法定量研究了职业体力活动与休闲体力活动（Montoye 1975）。
自陈式体力活动问卷或访谈是流行病学研究中最实用也最常用的评价体力活动水平的方法。这种方法使得研究者可以快速经济地获得大量研究对象体力活动相关的信息。从20世纪70年代早期开始，已有30多种调查工具被用于体力活动评价，包括国际体力活动问卷（IPAQ，BOOTH 2000）的使用使各国间可以有一个标准化的测量工具。这些问卷在几个方面有所不同，首先是评估的时间段不同，分别从几周到一生中体力活动情况；体力活动类型包括休闲体力活动、家务劳动、交通、职业中的活动等；问卷长度不同、使用方式不同（自填或访谈）、测量结果表达形式不同（如千卡、梅脱—小时，分值等）。目前在流行病学研究中常用体力活动问卷多由以下几种问卷发展而来：国际体力活动问卷（IPAQ）、明尼苏达休闲时间体力活动问卷（Minnesota Leisure Time Physical Activity Questionnaire，MLTPAQ）、哈佛校友/Paffenbarger体力活动调查、斯坦福七日体力活动回顾（Stanford seven day physical activity recall interview）。
明尼苏达体力活动问卷（Minnesota Leisure Time Physical Activity Questionnaire）
明尼苏达体力活动问卷是一种面对面访谈式的测量工具，询问被访者过去一年中休闲时间从事体力活动的情况，要求被访者提供参加每种体力活动的月数，每月平均活动次数及时间等，结果用打分的形式形成每周活动代谢指数（用ME T表示）。许多研究表明该问卷有较好的信效度。多项危险因素干预试验研究的两份报告显示：明尼苏达体力活动问卷测试所得的体力活动水平与冠心病风险有关。
哈佛校友/Paffenbarger体力活动调查（Harvard Alumni/Paffenbarger Physical Activity Survey）
该调查工具用于研究哈佛校友人群体力活动习惯与慢性病风险的关系，时间涉及过去几周到数年。调查比较简短，包括以下项目：你通常每天步行几个街区？你每天爬多少次楼梯？列出过去一年中您参加的较活跃的运动或娱乐活动。结果以千卡计算步行、爬楼梯、休闲活动的能量消耗，并得到每周能量消耗得分。结果表明哈佛校友中体力活动水平与慢性病风险相关。
斯坦福7日体力活动回顾（Stanford Seven-Day Physical Activity Recall Interview）
这项问卷是为斯坦福5城市项目而设计的，是一个访谈式调查问卷，包括受试者过去7天中睡眠和体力活动的信息，如有氧运动、工作相关的体力活动、园艺、步行、休闲时间中等及以上强度体力活动。受试者除中等及以上体力活动以外，其余时间默认为低强度体力活动，结果用每周或每天Kcal/kg体重表示。
中国全国群众体育现状调查问卷
中国全国群众体育现状调查问卷将体力活动分为日常体力活动与体育锻炼两部分，其中日常体力活动又分为家务劳动、工作中的体力活动及交通中的体力活动等。2007年第三次群众体育现状调查采用入户调查的方式，对全国31各省市区16岁及以上人群体力活动及参加体育锻炼的现状进行了调查。
现时体力活动水平评价
在中国卫生部内部发行的《生活方式危险因素社区干预手册》中，将体力活动分为与工作有关的体力活动和工作以外的体力活动，对二者进行综合评分之后划分体力活动水平等级。
有研究表明，成年人使用体力活动问卷有较高的重测信度。但体力活动问卷往往是一种回顾性调查，因此回忆偏倚和报告偏倚是最常见的，尤其应注意社会期望效应和预期结局效应。
（二）体力活动记录和日志
另一种自我报告法是体力活动记录和日志。体力活动记录要求参与者详细记录他一天或一周中进行的活动类型，报告他所参加的所有活动、持续时间以及用力程度，也有一些不太严格的记录只要求参与者记录在特定时间进行的活动。这种方法和膳食日记相似，伴随人们一天的活动完成记录。接近实时性的记录使得回顾性偏差减少到最小，详细的体力活动记录可作为评价其他体力活动的测量效度的辅助方法，但这种方法对参与者要求很高，测量给参与者所带来的负担也较多，因为要求参与者每隔一定时间（如15分钟）要填写活动清单和活动强度等的记录。
体力活动日志与记录相似，但其给参与者带来的负担较小。日志是在每天结束时完成的，记录一天中参与的每项活动，然后从体力活动对照表中找出每项活动的强度值。体力活动日志的范例有Bouchard体力活动日志和Ainsworth体力活动日志。在干预性研究中，常用非常简单的日志来记录体力活动。例如：在一项步行的研究中，参与者可以在日历上记录每天行走的总时间，然后按月把日志交给研究人员。
体力活动记录和日志，虽没有像自我报告问卷一样得到广泛应用，但是由于这些记录和日志通常是在一天当中或每天结束时完成，其回顾性偏差较问卷调查小，从而提高了信度和效度。详细的体力活动记录有时可用来验证自我报告测量法的可靠性。体力活动记录有相对较高的效标效度。若记录能在短期内完成，则参与者的负担相对也较低。体力活动日志，尤其是简单的活动日志，给参与者施加的负担也很小。但是，如果是详细的记录则给参与者施加的负担较大，同时也需要相当数量的研究人员来处理这些记录信息。因此，可行性是由记录的详细程度和持续时间长短决定的。与客观测量法相比，社会期望效应和预期结局效应对体力活动问卷和日志影响更大。
尽管在评估体力活动时并没有一种完美的方法，但是在选择最佳方法时，必须要考虑研究目的、设备和资源。在采用一种测量方法之前，调查者必须要仔细评估该方法需要的测量器材和对所研究人群的适用性。