第三節 常用體力活動測量方法
一、雙標水法
雙標水（doubly labeled water，DLW）技術是目前測量日常能量消耗最好的方法，這一技術是由明尼蘇達大學的Lifson教授及其同事在觀察呼出的二氧化碳中的氧原子與體內同位素標記的水的關系基礎上發明的。該種方法認為，體內水清除的動力學與呼吸相聯系。利用這種方法，受試者飲用一定量的同位素標記的水（氫和氧雙標記，2 H1 H18 O）。當雙標水進入體內后，很快就進入到體液中并與普通水一樣參與代謝，2H以2HHO的形式消除；O2 以H218O2 和C18O2 兩種形式消除，收集一段時間的尿樣（5～14天），根據這兩種同位素消除率的差異，可以計算出這段時間內的CO2產量，進而計算出能量消耗量。
雙標水法首先在動物實驗中被證明是有效的，之后在人體試驗中得以驗證其可行性。理論上說，雙標水法測量能量消耗的變異系數在4%～8%，但是當機體代謝紊亂、或條件控制不良時，誤差可能會增大。
（一）雙標水法的優勢
1. 采用非放射性同位素，對人體無害。
2. 無創性，易于接受，適用于各種人群。
3. 可以評價較長時間內的能量消耗情況（1～2周）。
4. 測試精度高。以上這些優點使得雙標水法成為目前公認的體力活動測量的金標準。
（二）雙標水法的缺點
1. 雙標水價格昂貴，而且需要較昂貴的儀器（質譜分析儀）對尿樣進行分析。
2. 雙標水法可以反映一段時間內總的能量消耗，但缺乏由特異性體力活動帶來能量消耗的直接信息，以及一段時間體力活動能量消耗的模式，也不能給出基礎代謝、食物特殊動力學作用及各種體力活動所消耗能量的比例。
3. 雙標水法測量能量消耗至少需要3天以上，需要收集測試期間所有的尿液，比較繁瑣。
盡管雙標水技術被認為是最準確的日常能量消耗測定技術，但是在使用中必須考慮幾種誤差來源：①體內水的變化（可通過測量體重來估計）可能會帶來能量消耗估計誤差；②大約4%的2 H和1%的18 O形成化合物進入非水組織，這將造成對其在體內稀釋空間的高估；③重氫同位素（2H）作為氣體的速度小于1H分子，可造成能量消耗估計時2.5%的誤差；④大約2%的同位素經糞便而不是尿液排泄；⑤呼吸商（RQ）的假設值是0.85，每0.01的變異會造成1%的估計誤差。這種誤差在大量飲酒的個體更容易發生，因為乙醇代謝利用的H減少了2 H和18 O清除速率的差異，導致能量消耗的低估。
20世紀80年代中期以來，雙標水法更加普遍地應用于測量人體能量消耗的研究中，但是其主要價值在于作為其他體力活動測量方法的效標使用。雙標水法提供了一種人們在實驗室外自然生活狀態測得總能量消耗的最好方法。然而，昂貴的同位素示蹤劑18 O以及需要使用質譜儀分析尿液中同位素的清除率使得雙標水技術在大人群流行病學研究中并不可行。
二、心率監測
目前市場上已有各種心率監測儀器（heart rate monitors），通常通過胸部電極及發射器將心電信號發送到腕表接收器上，可以檢測到心臟的電活動，腕表中的電子芯片通過R-R間期計算出心率，并可將連續的心電信號導出到計算機進行分析。已有研究證明這種心率監測儀可以非常準確地監測心率。
心率監測儀器可以評估一天中體力活動的類型與強度。然而，將心率轉化為能量消耗值是基于心率與耗氧量的回歸方程。通常心率與耗氧量的相關關系是通過跑臺或功率自行車實驗建立的，而實際日常心率值可能是靜坐、站立、及其他體力活動過程中收集的，使用實驗室方法建立的回歸方程計算耗氧量和能量消耗時就會有偏差。由于日常心率平均值往往在心率—耗氧量相關曲線的低測，相關關系往往不是線性。對每個人建立一個心率—能耗曲線是耗時且費錢的，因而實際大樣本研究中不可能做到。另外，心率—耗氧量曲線隨體位、環境溫度、情緒狀態、肌肉收縮的類型（靜態或動態、小肌肉還是大肌肉）、心肺耐力、疲勞等因素的影響而改變，所有這些都可能是誤差的來源。有研究提示個體安靜心率與一日平均心率比值指數可以作為體力活動水平的有用信息。
三、加速度計
加速度計（accelerometers）的研究始于20世紀50年代后期，首先是實驗室研究表明垂直加速度與能量消耗相關。威斯康辛大學的Montoye及其同事首先利用這個原理發明了便攜式加速度計的雛形，后來形成產品命名為CALTRAC。CALTRAC利用由兩層壓電陶瓷組成的能量轉換器，當身體加速時，置于懸桿上的換能器感應，并產生相應的電量。內置的計算機芯片整合加速減速的信息，在一定曲線范圍內進行計算。
隨著科學技術的發展，加速度計被越來越多地使用。加速度計是一種使用電池的小裝置，通常戴在髖關節處（也可放在臂部和踝關節處），用來測量活動和活動的加速度。最常用壓電式感應器來探測一到三個維度的運動。加速度計可用來評估不同時間間隔（如：每分鐘）的運動，并可儲存數據（如：每分鐘記錄一次，可儲存數天的數據）。存儲的數據可下載到計算機，利用回歸方程計算各種參數，進行體力活動水平分級。
目前使用的加速度計包括單軸和多軸加速度計。單軸加速度計測量一個平面內的運動，通常是垂直運動的數量和加速度；多軸加速度計測量三維空間的運動，常用的如RT3。除了單軸和多軸加速度計外，目前還有其他新出現的加速度計，如對身體不同部位進行多種測量的加速度計、與生理指標（心率、體溫等）聯系起來的加速度計、置于腳部或踝處的加速度計等。多感應性加速度計，可提高能量消耗預測的準確性。
選擇加速度計的優點是：體力活動是客觀測量的，不需要受試者自己回顧，因而消除了影響信度和效度的自我報告偏倚。與雙標水法相比，加速度計的信度和效度較高，尤其是對成年人常見的的走跑運動方式很敏感。理論上，多軸加速度計比單軸加速度計的精確性高，這是因為它可更好地在所有幾何平面（前后、左右、上下）上識別和測量人的運動。缺點是加速度計在測量上肢運動、力量訓練、水中活動和復雜活動時不是很有效，不適合靜力性運動和身體重心的微小運動，如劃船、騎車等。另外加速度計較昂貴的價格會限制其使用，例如，在大人群研究中不太適用。目前，加速度計主要作為評價自陳式體力活動報告效度的效標使用。
在可行性方面，加速度計給參與者帶來的負擔不大。但是不適當的佩戴方式會影響精確性，比如忘記佩戴、沒有全天佩戴、將設備丟失等。因此，參與者的依從性是很重要的。由于每個人的體力活動每天都有所不同，為提高可靠性，推薦成人佩戴3～5天，兒童佩戴7天。
四、計步器
計步器（pedometer）的思想來源于500年前Leonardo da Vinci，他研制了一種老式的、齒輪驅動的機械計程裝置，但即使在嚴格的實驗室條件控制下，這些裝置在記錄步數方面信度效度都很低。值得欣慰的是，近些年來出現了很多信效度較高的電子計步器（如Digi-Walker）。Bassett（1996）等人對20個成年人利用Digi-Walker在室外進行了左側和右側步數的實驗，表明對實際步數僅有1%的高估。同樣， Welk等（2000）對31個成年人在跑臺和跑道上用Digi-Walker測試步數，與實際值的誤差在3%～5%以內。
由于花費低，計步器常作為加速度計的替代測量工具。使用計步器時，為保證較高的信度，需要至少測量3天。步行速度較慢時，計步器的運行不是很好，而且它不能評估上肢活動、力量訓練和水中活動等體力活動類型。在肥胖人群中，計步器的類型和安放是很重要的，尤其是步行速度比較慢的時候。計步器不能提供與活動類型、強度、持續時間和何時進行運動有關的信息。
與加速度計一樣，使用計步器給參與者帶來的負擔也不大。但是同樣要求參與者較高的的依從性。另外，由于參與者可以自行讀出當日的步數等信息，參與者可能會由于佩戴了計步器而自覺增加其體力活動。因此，佩戴計步器也可作為體力活動干預中促進步行的動機因素。
隨著技術的進步，運動傳感器價格越來越便宜，未來的流行病學研究中，運動傳感器將會更多地用來收集大樣本人群數天的體力活動。同時，便攜式加速度計和計步器仍然可作為評價自我報告式體力活動測量工具效度的有用的效標使用。
五、自陳式體力活動報告
自我報告是體力活動評估中用得最為頻繁的一種方法，這很大程度上歸因于它的經濟性和簡便易行。自我報告式的測量方法包括問卷調查、面對面訪談及體力活動記錄與日志。
用自我報告的方法可以測量的體力活動包括休閑娛樂活動、運動、鍛煉、家務勞動、庭院勞動、與乘坐交通工具有關的活動和與照看小孩有關的活動，還可獲得他們具體參與的活動類型、頻率和持續時間等信息。歷史性自我報告問卷可以評定過去12個月或者一生中的體力活動方式。這些測量方法在評定體力活動方式、與長期進行體力活動或不活動對健康的影響時是有用的。
（一）體力活動問卷（Physical Activity Questionnaires）
在1970年以前，關于體力活動與冠心病的24項研究中，有20項采用了職業分類法作為體力活動水平的標志。盡管這些研究對體力活動與心臟病間的潛在關聯關系提供了有用的線索，但是他們都忽略了休閑活動的影響。直到20世紀60年代中期，Montoye在Tecumseh社區健康研究中利用問卷法定量研究了職業體力活動與休閑體力活動（Montoye 1975）。
自陳式體力活動問卷或訪談是流行病學研究中最實用也最常用的評價體力活動水平的方法。這種方法使得研究者可以快速經濟地獲得大量研究對象體力活動相關的信息。從20世紀70年代早期開始，已有30多種調查工具被用于體力活動評價，包括國際體力活動問卷（IPAQ，BOOTH 2000）的使用使各國間可以有一個標準化的測量工具。這些問卷在幾個方面有所不同，首先是評估的時間段不同，分別從幾周到一生中體力活動情況；體力活動類型包括休閑體力活動、家務勞動、交通、職業中的活動等；問卷長度不同、使用方式不同（自填或訪談）、測量結果表達形式不同（如千卡、梅脫—小時，分值等）。目前在流行病學研究中常用體力活動問卷多由以下幾種問卷發展而來：國際體力活動問卷（IPAQ）、明尼蘇達休閑時間體力活動問卷（Minnesota Leisure Time Physical Activity Questionnaire，MLTPAQ）、哈佛校友/Paffenbarger體力活動調查、斯坦福七日體力活動回顧（Stanford seven day physical activity recall interview）。
明尼蘇達體力活動問卷（Minnesota Leisure Time Physical Activity Questionnaire）
明尼蘇達體力活動問卷是一種面對面訪談式的測量工具，詢問被訪者過去一年中休閑時間從事體力活動的情況，要求被訪者提供參加每種體力活動的月數，每月平均活動次數及時間等，結果用打分的形式形成每周活動代謝指數（用ME T表示）。許多研究表明該問卷有較好的信效度。多項危險因素干預試驗研究的兩份報告顯示：明尼蘇達體力活動問卷測試所得的體力活動水平與冠心病風險有關。
哈佛校友/Paffenbarger體力活動調查（Harvard Alumni/Paffenbarger Physical Activity Survey）
該調查工具用于研究哈佛校友人群體力活動習慣與慢性病風險的關系，時間涉及過去幾周到數年。調查比較簡短，包括以下項目：你通常每天步行幾個街區？你每天爬多少次樓梯？列出過去一年中您參加的較活躍的運動或娛樂活動。結果以千卡計算步行、爬樓梯、休閑活動的能量消耗，并得到每周能量消耗得分。結果表明哈佛校友中體力活動水平與慢性病風險相關。
斯坦福7日體力活動回顧（Stanford Seven-Day Physical Activity Recall Interview）
這項問卷是為斯坦福5城市項目而設計的，是一個訪談式調查問卷，包括受試者過去7天中睡眠和體力活動的信息，如有氧運動、工作相關的體力活動、園藝、步行、休閑時間中等及以上強度體力活動。受試者除中等及以上體力活動以外，其余時間默認為低強度體力活動，結果用每周或每天Kcal/kg體重表示。
中國全國群眾體育現狀調查問卷
中國全國群眾體育現狀調查問卷將體力活動分為日常體力活動與體育鍛煉兩部分，其中日常體力活動又分為家務勞動、工作中的體力活動及交通中的體力活動等。2007年第三次群眾體育現狀調查采用入戶調查的方式，對全國31各省市區16歲及以上人群體力活動及參加體育鍛煉的現狀進行了調查。
現時體力活動水平評價
在中國衛生部內部發行的《生活方式危險因素社區干預手冊》中，將體力活動分為與工作有關的體力活動和工作以外的體力活動，對二者進行綜合評分之后劃分體力活動水平等級。
有研究表明，成年人使用體力活動問卷有較高的重測信度。但體力活動問卷往往是一種回顧性調查，因此回憶偏倚和報告偏倚是最常見的，尤其應注意社會期望效應和預期結局效應。
（二）體力活動記錄和日志
另一種自我報告法是體力活動記錄和日志。體力活動記錄要求參與者詳細記錄他一天或一周中進行的活動類型，報告他所參加的所有活動、持續時間以及用力程度，也有一些不太嚴格的記錄只要求參與者記錄在特定時間進行的活動。這種方法和膳食日記相似，伴隨人們一天的活動完成記錄。接近實時性的記錄使得回顧性偏差減少到最小，詳細的體力活動記錄可作為評價其他體力活動的測量效度的輔助方法，但這種方法對參與者要求很高，測量給參與者所帶來的負擔也較多，因為要求參與者每隔一定時間（如15分鐘）要填寫活動清單和活動強度等的記錄。
體力活動日志與記錄相似，但其給參與者帶來的負擔較小。日志是在每天結束時完成的，記錄一天中參與的每項活動，然后從體力活動對照表中找出每項活動的強度值。體力活動日志的范例有Bouchard體力活動日志和Ainsworth體力活動日志。在干預性研究中，常用非常簡單的日志來記錄體力活動。例如：在一項步行的研究中，參與者可以在日歷上記錄每天行走的總時間，然后按月把日志交給研究人員。
體力活動記錄和日志，雖沒有像自我報告問卷一樣得到廣泛應用，但是由于這些記錄和日志通常是在一天當中或每天結束時完成，其回顧性偏差較問卷調查小，從而提高了信度和效度。詳細的體力活動記錄有時可用來驗證自我報告測量法的可靠性。體力活動記錄有相對較高的效標效度。若記錄能在短期內完成，則參與者的負擔相對也較低。體力活動日志，尤其是簡單的活動日志，給參與者施加的負擔也很小。但是，如果是詳細的記錄則給參與者施加的負擔較大，同時也需要相當數量的研究人員來處理這些記錄信息。因此，可行性是由記錄的詳細程度和持續時間長短決定的。與客觀測量法相比，社會期望效應和預期結局效應對體力活動問卷和日志影響更大。
盡管在評估體力活動時并沒有一種完美的方法，但是在選擇最佳方法時，必須要考慮研究目的、設備和資源。在采用一種測量方法之前，調查者必須要仔細評估該方法需要的測量器材和對所研究人群的適用性。