智能穿戴設備中不同量化目標設定對老年人有氧運動影響分析

謝碧榮

(黎明職業大學 通識教育學院，福建 泉州 362000)

新冠肺炎疫情爆發蔓延給國家經濟、社會發展和人民群眾生活帶來重大影響。疾病危機的情境下，人們生活軌跡和運動習慣發生了變化，戶外運動大幅降低。到了疫情防控常態化階段，人們更加關注自身運動健康的管理，運動健身作為一種提升免疫力的有效方式，其重要性更加凸顯。新一輪健身熱潮在人民群眾對身體認知的自我反省中興起，體育和健康的關聯更加緊密。[1]作為易感群體，疫情引發老年人健康意識的覺醒，讓他們重新認識了運動價值所在，參與體育運動的意愿更加強烈。如何通過有效的方式來實現老年人對運動鍛煉的自我管理和監督，提高其機體免疫力，豐富“以體養老”的實施路徑，已成為社會和體育工作者的重點研究熱點。同時，智慧養老產業在疫情的催化下得到迅速發展。政府相繼出臺保障和扶持政策，推動服務智慧化升級，豐富智能服務產品供給，運用大數據、人工智能等技術手段，實現精準服務和精細管理，智慧養老終端投入與使用率顯著提升。

在消費需求升級的大環境下，人們利用最新的智能技術運動管理已成為一種趨勢。智能技術為人們提供了很多的手段，通過運動健康數據采集，實現對運動強度和效果的監測及反饋。尤其是智能手機中嵌入了各式各樣的傳感器來監控和評估運動強度，數據客觀有效。有文獻研究得出，運用智能手機對人體活動狀態識別類型和精度的準確率達93.6%的結論。[2]但是手機位置的改變會導致運動狀態識別性能的下降，也給運動過程帶來不便。而智能穿戴設備因其攜帶便利性為越來越多的人所使用，成為運動模式下智能手機的替代品，使用者能夠更為精準、方便地進行自我身體監控，并接收個性化的運動建議。[3]通過提供運動監測和追蹤數據(如步數、時間、卡路里等)、推送健康信息和個性化運動處方，能夠讓老年人進行自我身體活動的管理和監測，全面檢測健康狀況，提高了運動過程中的趣味性，使居家運動更具有可操作性，同時降低了聚眾運動被感染的風險，其功能模塊符合后疫情時期老年人運動健身的需求。研究發現，通過智慧運動設備監控老年人的身體活動，能顯著提高其運動量，對于老年人的身體健康有正面影響。[4]本研究主要探討如何利用智能穿戴設備，設定不同的量化目標對老年人運動行為進行干預，分析干預前后監測數據變化情況，檢驗不同的目標設定對老年人有氧運動效果的影響是否具有差異性，進而提出老年人參與運動時自我監督和管理的建議量化目標值，為老年人參與體育健身活動提供創新的方式和服務。

1 名詞解釋

身體活動機能指數(PAI)是一種主要基于人體心率數據、綜合每日活動強度和其他生理數據(年齡、性別、靜息心率和最大心率等)，通過監測有一定強度和持續性的運動，智能計算出的動態綜合評估值。該數值為健康狀況提供最真實的反饋，是一種更準確的測量方式，直接體現出身體對活動的反應。PAI指數打破傳統步數計量的方式，可以根據不同的人群構建不同的運動指標，可配合醫療智能穿戴產品指導用戶運動。PAI指數的加入為老年群體每日運動水平與疾病預防、延長壽命之間的緊密聯系提供了精確的數據參考，更好地幫助老年人守護身體健康。

2 研究設計

2.1 問卷調查，隨機分組

通過PAR-Q了解試驗群體身體健康和身體活動的基本情況。篩除認知障礙、患冠狀動脈硬化、房室阻滯型心血管疾病、常有心悸、頭暈、胸悶、嚴重關節炎等具有運動風險的個體，確保測試過程中的安全性。在試驗前，向群體說明試驗目的、流程以及安全注意事項，簽訂知情同意書。最終確定某社區自愿參加的35名健康的試驗對象，隨機分成2組，每人配發一個穿戴設備，對使用方法和功能設置進行詳細說明，開啟每天提醒功能。利用國際體力活動量表(IPAQ短版)，調查試驗群體日常運動習慣和強度等級的自我評價情況。試驗過程中因個人身體健康原因日均步數未超過500步和周均PAI未達到20的對象不在統計范圍內，本研究共統計30名，每組15名。

2.2 試驗測試，數據采集

客觀測試主要包括統計5分鐘平均靜息心率值、6分鐘步行試驗距離及試驗結束即刻心率。主觀測試采用運動自覺量表(RPE)，要求對測試完后感覺的吃力程度進行自我評定，了解群體主觀感受。很多研究把RPE表和心率監測在運動實驗中同步使用，并得出RPE與心率的監測呈線性相關，相關系數為0.80～0.90。[5]

2.3 目標設定，行為干預

設計出6周運動處方課程指導，理論部分涉及到運動康復基本理論常識、運動損傷和預防、功能性體適能鍛煉方法等；實踐部分包含有氧耐力、肌肉力量、柔韌性活動等。除充電時間外，要求試驗全程佩戴設備。A組設定“周PAI值≥100”運動量目標，B組設定“每日萬步”的運動量目標。每次上課前反饋前一周每日步數均值和周PAI累加值。依據循序漸進的原則，第1周按照原先運動習慣紀錄其身體活動量的數值，從第2周開始分別進行統計。

2.4 對比變化，檢驗成效

再次進行6分鐘步行試驗和運動自覺量表測試，對比干預前后的靜息心率、步行距離、RPE值和結束時的即刻心率的變化量，并對試驗周期內日均步數、PAI值變化和達成目標比例數的變化進行統計，分析不同目標干預前后的變化量是否有差異性，檢驗哪種目標設定更適合老年人有氧運動自我監督和管理。

3 結果與分析

3.1 樣本的基本情況

由表1可知，通過獨立樣本T檢驗，兩組在年齡、BMI值和靜息心率無顯著性差異，符合分組試驗對比的要求。隨著年齡增大，生理上的變化導致老年人BMI值會高于正常范圍標準，[6]試驗群體BMI平均值為26.8±1.4 Kg/m2，略高于我國成人體質指數正常范圍標準18.5 Kg/m2～25 Kg/m2，肥胖程度和健康狀況符合測試標準。在運動情況上有73.3%的群體自評為有運動習慣。

表1 測試指標基本情況

3.2 6分鐘步行試驗測試指標

6分鐘步行試驗是一項次級量的測試項目，主要測試6分鐘內以最快步行速度所完成的距離，是一種簡便易行的心肺功能評估方法，可以有效推測出老年人的有氧耐力水平，具有客觀性、可靠性和有效性。[7]為了更好地檢驗不同目標設定的有效程度，試驗前后分別采集兩組的靜息心率、行走距離、測試結束即刻心率和RPE值，具體數據如表2、表3所示。

表2 A組健步走測試指標變化情況

表3 B組健步走測試指標變化情況

(1)靜息心率和距離

干預前后A組靜息心率變化為8.9±3.1，具有顯著性差異，而B組靜息心率變化率為3.5±4.1，未到顯著性差異。說明通過一段時間的運動后，兩組靜息心率都有一定程度地降低，且A組下降幅度更為明顯。靜息心率是衡量機體心率儲備功能的重要指標，心率儲備能夠反映出個體的運動能力水平。靜息心率下降的原因主要有兩點，一是有氧運動提高了心迷走神經的興奮性，節后纖維末梢所釋放的乙酰膽堿能使心率減緩。二是耐力鍛煉能增強心肌收縮力量，提高了心臟的工作效率，從而使心臟的每搏輸出量增加，增加了心率儲備。[8]A組的目標設置對老年人心率儲備功能提升效果更加明顯。專家將6分鐘步行距離劃為4個等級，依次為<300、300～374.9、375～449.9、>450，級別越低說明心肺功能越差。[9]干預前兩組步行距離分別為432±66.35 m和458.2±50.2 m，說明兩組的心肺功能處于正常水平。干預后兩組6分鐘的步行距離達顯著性差異，A組變化量為148.7±45.6 m，B組變化量為100±41.5 m。A組除了完成的距離遠于B組，距離的變化量也高于B組。

(2)結束即刻心率和RPE值

RPE值是反映身體負荷強度的主觀感覺，是對運動過程中個人的身體適應能力水平、身體疲勞情況、外界環境影響等方面的綜合評價。它在測試機體對運動負荷方面是個可信賴、有價值的指標。[10]該指標經常和有氧耐力運動實驗中各項客觀指標(心率、攝氧量、肺通氣量和乳酸水平)結合分析，用來評定運動負荷強度。有研究表明，RPE與各項客觀指標具有高度線性相關[11],運動強度越大，心率越高，RPE指數也越高。人體運動時的心率應根據不同運動強度，控制在靶心率的有效范圍內。當心率低于靶心率的下限時，激發心肺功能儲備的基本強度不足，無法引起機體的反應，達不到預期效果。超過上限則又可能會給心臟系統帶來過大的負擔，甚至會引起運動損傷的風險及病理的傷害。目前普遍認為老年人適合進行的中等運動強度為最大心率60%～80%，按照靶心率計算公式(220-年齡-靜息心率)×(60%～80%)+靜息心率[12]，測試群體達到中等強度運動效果的靶心率值應該在124～140之間。

干預前兩組的即刻心率分別為137.1±10.5和135.7±9.8，接近靶心率的上限值140，RPE值為7.3±1.3和7.5±0.9，主觀感覺達到費力的程度，說明測試接近中等負荷強度上限值，客觀反映出兩組對象平常并無進行一定負荷強度的運動習慣甚至是無運動習慣，無法達到刺激和改善心肺功能的目的和效果。這與測試群體主觀評定自身運動習慣的結果不相符合，說明老年人對運動負荷強度主觀認識存在偏差，常把身體活動當作是一種運動，而非進行有效負荷強度的運動，達不到鍛煉效果和健康效益，同時也可以解釋為什么老年人長期參與運動后身體代謝性疾病仍無法改善的疑惑。進一步對兩組干預前后數據進行對比分析，兩者數據均與干預前的數據有顯著性差異，都有不同程度下降低。A組干預后即刻心率和RPE值分別為125±9.1和4.6±0.7，變化值為11.8±5.2和2.8±0.8。B組即刻心率和RPE值有分別為127.5±6.4和6.5±0.5，變化值8.9±5.6和1.1±0.6。對比兩組的變化值，A組的變化幅度高于B組。通過對運動負荷指標客觀監測和評價量化主觀的數據，說明兩組進行的目標設置對其行為的干預都能提高老年人心肺功能，A組在有氧耐力心率指標和自我感覺吃力程度改善效果更佳。

4 實驗周期內步數、PAI值變化和目標達成情況

4.1 步數變化情況

表4數據顯示，實驗周期內兩組步數達顯著性差異，都有不同程度提升。其中A組日均步數從3 993步增加到6 538步(p<0.05)，B組日均步數從4 213步增加到9 314步(p<0.05)。進一步分析兩組步數的每周日均變化情況(圖1)，A組于第2周步數變化明顯，具有顯著性差異。B組于第2、3周步數變化明顯，具有顯著性差異，兩組步數都于第4～6周相對平穩階段，說明B組通過目標設定干預后，步數改變效果更加迅速，短期效益更加明顯。干預前后的兩組的步數變化量分別為2 545步和5 101步，兩組組間變化量p<0.05，具有顯著性差異。

圖1 6周步數日均變化曲線圖

表4 日均步數和周PAI值變化表

4.2 PAI值變化情況

通過圖2走勢得知，第1周因測試群體對穿戴設備的性能和實驗的流程不是很熟悉，仍維持干預前的運動狀態，導致兩組的PAI值偏低。但隨著每周運動知識講解、功能性運動處方的制定和運動益處的正面導向，從第2周開始，兩組的PAI均值均呈上升趨勢，A組的PAI均值呈遞增趨勢，干預后提升幅度接近5倍。雖然B組步數變化量高于A組，但B組PAI均值于第2周開始保持平穩緩慢上升的狀態，并無明顯變化。傳統“日行萬步”這種用步數計量運動量的弊端在于并不是所有的步數都會增加心率，對于每一個不同的個體而言，每天走多少步，進行多少的運動量都不一樣。用傳統方式對運動量進行評估，可能會因同質化、主觀性、以及科學性不足等，無法實現精準的身體狀態量化，以“日行萬步”為目標來衡量運動強度是否達到并不合理。而通過PAI分值設定，方法簡單明了，目標直觀明確，也不會受到運動項目的限制。通過設備運動記錄和部分受測者訪談，發現A組老年人除了日常步行鍛煉外，還進行了其他接近靶心率上限強度的運動(如游泳、太極拳、八段錦、廣場舞、游泳等)，PAI值累積主要來源于中高強度負荷運動。

4.3 目標達成情況

分析設定目標的完成情況如圖3所示，在實驗周期內兩組達成目標的人數比例均有提高。A組完成目標的人數比例從第2周43%提升到72%，B組呈現持平和微幅增長的狀態，說明A組在運動習慣持續上更具有穩定性和有效性。采用PAI目標設定能提供個性化的參考分值，而非固定“目標心率”和“每日萬步”的絕對要求。除了步行鍛煉外，老年人仍可以選擇自己喜歡的運動項目進行運動。另外，用穿戴設備PAI值監測老年人運動量缺乏衡量標準，設置“周PAI值≥100”也是參照成年人標準上的理論設想。年齡的增長引起機體生理功能的衰變，呼吸系統、心血管系統和骨骼肌系統相應退化，尤其對于平常習慣久坐和無進行一定強度負荷的運動老年人，設置“周PAI值≥100”的目標值顯然并不現實和科學。目標能引導活動指向與目標有關的行為，使人們根據難度的大小調整努力的程度，并影響行為的持久性。目標具有激勵的作用，能把個人的需要轉化為動機行為，但如果目標設置過大、難以實現，將會失去達成目標的信心和動機。反之，目標過小將會失去達成目標的成就感和效果。為了使老年人保持有效負荷強度的運動量，避免負荷過大帶來的運動損傷，結合6周PAI值變化規律如圖2所示，在不高于靶心率上限的前提下設置PAI值每周10%遞增的目標，此結論與Tang的研究結果相似。[13]通過循序漸進地遞增PAI目標值，讓老年人能夠適應逐步遞增運動強度，同時也可以獲得達成目標所帶來的成就感。

圖2 6周PAI變化曲線圖

圖3 目標完成比例圖

5 結論

利用智能穿戴設備，分別設定“周PAI值≥100”(A組)和“每日萬步”(B組)運動量化目標。通過運動量監測和追蹤的試驗數據，分析不同的目標設定對老年人有氧運動影響是否有差異性。從6分鐘步行試驗指標數據上看：靜息心率方面，A組的目標設置對老年人心率儲備功能提升效果更加明顯；距離方面，A組除了完成的距離遠于B組，距離變化量也高于B組；在結束即刻心率和運動量自我感覺值方面，干預前兩組在運動習慣主觀認識上均存在偏差，干預后兩組的即刻心率和RPE值數據下降，A組在有氧耐力心率指標和自我感覺吃力程度改善效果更佳。從試驗周期整體性看：步數變化方面，B組運動量改變效果更加迅速，短期效益更加明顯，但以“日行萬步”為目標來衡量運動負荷強度是否達到并不合理；PAI值方面，A組PAI均值變化更加明顯，PAI值累積主要來源于中高強度負荷運動；在目標達成方面，A組在運動習慣持續上更具有穩定性和有效性；在PAI目標設定合理性上，建議在不高于心率上限值的前提下應設置周10%遞增量。既容易實現，又符合維持身體健康需一定有效負荷強度運動量的要求。