身體活動量與肥胖兒童青少年骨密度改善的劑量-效應關系

陳澤愷，朱 琳，李展權

（1.廣州體育學院 研究生院，廣東 廣州 510500；2.廣州體育學院 運動與健康學院，廣東 廣州 510500）

兒童青少年時期不僅是速度、力量等身體素質的快速增長期，同時也是骨量的快速增長期，這一時期的骨量增加對獲得最佳峰值骨量至關重要［1］，峰值骨量增加3%～5%就可以使骨折的風險減少20%～30%［2］。骨密度（Bone Mineral Density，BMD）與骨量有關，是反映骨健康的重要指標，同時還可預測骨折的發生風險。骨密度除了受遺傳、飲食等因素影響外，還與身體成分密切相關，有研究表明［3］，學齡兒童青少年肥胖程度與骨密度具有相關性，隨著肥胖程度加劇，骨密度呈現下降的趨勢，且這一趨勢不存在性別差異。

劑量-效應關系源于藥理學中表示藥物劑量與效應間的量化關系，在體育學領域中常被用于反映身體活動與健康效應之間的量化相關或因果關系［4］。美國國家疾病控制中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）在2005年完成了第一個針對身體活動與青少年健康關系的綜述，為每日身體活動推薦量的制定提供了依據，但同時認為身體活動與健康效應間的劑量-效應關系需進一步研究［5］。而目前我國及美國的兒童青少年身體活動指南中也指出身體活動與健康效應間的劑量-效應關系仍不是很清楚，有待進一步研究探明［6-7］。截止2014年，我國7～18歲學生超重及肥胖檢出率已接近20%［8］，通過運動改善肥胖兒童青少年體質健康是一種重要手段，但肥胖兒童青少年由于體重過大加上日常缺乏身體活動，盲目地增加運動量可能會帶來損傷。現有的干預性研究雖證實了身體活動對兒童青少年骨健康的促進作用［9-10］，但未明確兩者的劑量-效應關系，特別是在肥胖兒童青少年這一群體中。探究身體活動量與肥胖兒童青少年骨密度改善之間的劑量-效應關系可以查明達到最佳改善效果所需的身體活動量以及身體活動量與骨密度改善間的變化趨勢，這對高效且安全地維持和促進肥胖兒童青少年骨健康意義重大。

本研究以劑量-效應關系為切入點，分析身體活動量與肥胖兒童青少年骨密度改善效果間是否存在劑量-效應關系及其變化趨勢，以期為有關肥胖兒童青少年骨健康政策和干預方案的制定提供科學依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究受試者為10～17歲的肥胖兒童青少年，所有受試者均來自深圳減肥達人訓練營營，測試前受試者及家屬需簽署知情同意書。受試者納入標準：1）兒童青少年肥胖標準參照《學齡兒童青少年超重與肥胖篩查》［11］；2）智力水平發育正常；3）通過運動風險篩查；4）具有良好依從性，能夠積極配合運動干預及完成相應指標采集。受試者排除標準：1）病理性肥胖；2）患有嚴重肥胖并發癥；3）正在接受藥物治療；4）存在運動受限無法完成基本運動。研究方案獲得廣州體育學院人體倫理委員會審批通過，審批編號為2018LCLL-008。受試者根據身體活動量的綜合矢量計數（Vector Mangiture，VM3）被分為低、中、高劑量組，每組20人。

表1 受試者基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 體格測量

由經過培訓的同一測量人員測定受試者的身高（精確到0.1cm）和體重（精確到0.1kg），并計算身體質量指數（Body Mass Index，BMI），BMI=體重/身高2（kg/m2）。測試儀器均符合國家體質監測標準的要求。

1.2.2 身體活動量監控

使用ActiGraph GT3X+三軸運動加速度計（ActiGraph，Pensacola，FL，USA）對受試者在整個訓練周期內訓練日的身體活動情況進行記錄。儀器佩戴位置統一為身體右側腋窩中線與髂脊水平線相交處［12］，采樣頻率和采樣間隔分別為30Hz和60s，每天至少佩戴7h［13］，由測試人員在每天早上9點發放儀器，并在晚上21點回收，使用儀器配套軟件ActiLife Version 6.13.3對采集數據導出與分析，將連續60min未監測到活動數據的時間段設定為未有效佩戴加速度計［14］。肥胖兒童青少年身體活動量VM3計算公式如下［15］：VM3=（x2+y2+z2）1/2，x、y、z分別代表矢狀軸、額狀軸、垂直軸的矢量計數。

1.2.3 骨密度測定

由測試人員使用由日本古野電氣株式會社生產的CM-200超聲波骨密度測定儀對受試者左腳跟骨骨密度進行測定，此測試方法既能準確的檢測兒童青少年骨發育狀況，又兼顧無創、快速等特點。主要測試結果包括跟骨聲波傳導速度（speed of round，SOS）值和T值。SOS值越高代表骨密度越高，T值根據測得的SOS值對應得出，反映受試者骨密度與同性別兒童青少年平均值的差距，單位以標準差表示，T值判斷標準如下：T值＞-1認為正常；-2.5≤T值≤-1代表有骨質疏松的傾向；T值＜-2.5代表骨質疏松［1，16］。正式測試前按照儀器說明要求嚴格執行校準程序，同時確保測試在室溫穩定的環境中進行。

1.2.4 運動干預

受試者在訓練營集中進行運動訓練，每天訓練時間共240min，上午下午各120min，每周訓練6天，共持續4周。運動以有氧類型運動為主，主要項目包括快走、慢跑、體育游戲、有氧操、娛樂性的球類運動等。

1.2.5 統計分析

2 結果

2.1 不同身體活動劑量組干預前后骨密度對比

研究結果顯示（表2），經過4周的運動干預后，肥胖兒童青少年的整體跟骨SOS值和T值與干預前相比均顯著增加（p＜0.01），方差分析結果顯示（表2），不同劑量組間的跟骨SOS值、跟骨T值存在顯著差異（p＜0.01），事后比較發現，高劑量組的SOS值和T值顯著高于低劑量組（p＜0.05）。

表2 不同劑量組干預前后骨密度指標變化

2.2 身體活動量與骨密度改善的劑量-效應關系分析

限制性立方樣條分析結果顯示 （圖1、圖2），VM3與△跟骨SOS值及△跟骨T值間均不存在顯著的非線性關系（p-nonlinear＞0.05）。線性回歸結果顯示（表3），VM3每增加10 000counts/day，跟骨SOS值改善量增加0.31m/s（95%CI:0.084，0.530）、跟骨T值改善量增加0.01（95%CI:0.002，0.016）；校正年齡、性別、BMI后，VM3每增加10 000counts/day，跟骨SOS值改善量增加0.29m/s（95%CI:0.053，0.534）、跟骨T值改善量增加0.01（95%CI:0.001，0.016）。

表3 VM3與骨密度指標改善效果的劑量-效應關系分析

圖1 日身體活動量與跟骨SOS值改善效果的劑量-效應關系圖

圖2 日身體活動量與跟骨T值改善效果的劑量-效應關系圖

3 討論

結果顯示，在4周的干預周期內，肥胖兒童青少年身體活動量與骨密度的改善效果之間存在正向的劑量-效應關系，骨密度的改善效果隨身體活動量的增加而提升。

既往的橫斷面研究發現身體活動量水平與肥胖人群的骨密度相關，而干預性研究則表明身體活動對肥胖人群骨密度的改善效果可能受到如年齡、運動方式及干預周期等多種因素的影響。張金等［17］探究肥胖學齡兒童骨密度影響因素時發現，身體活動水平高的兒童骨密度要顯著高于身體活動水平低的兒童。與上述研究類似，本文結果顯示肥胖兒童青少年骨密度改善效果隨身體活動量水平增加而提升，不同身體活動劑量組之間改善效果的趨勢性檢驗差異顯著。王梓涵［18］對12～19歲肥胖青少年進行6周抗阻結合有氧運動干預后發現，其骨密度和骨礦量較干預前均得到了增長。而國外一項針對肥胖老年人的研究則發現，無論是進行有氧運動還是抗阻運動亦或兩者聯合的方式運動，干預后骨密度均低于基線值［19］。本研究發現，經過4周的運動干預后各身體活動劑量組肥胖兒童青少年的骨密度均高于干預前，這與王梓涵［18］的研究結果類似。與Campos等［20］的研究結果不同，本研究結果發現即使進行以有氧運動為主的身體活動仍然可改善肥胖兒童青少年骨密度，而造成這種差異可能的原因是干預周期不同，即短期內有氧運動足以顯著改善肥胖兒童青少年骨密度，而長期進行有氧運動可能需要結合其他干預方式例如抗阻類運動才能改善骨密度。

身體活動對機體健康的積極作用已被大量研究證實，隨著研究的不斷深入，學者們發現身體活動與部分健康改善效應間存在著一種劑量-效應關系，并進行了相應的研究。Stoner等［21］研究發現，肥胖兒童青少年身體活動量每增加1MET-h/week，BMI和體重分別下降0.13kg/m2和0.33kg。Ishikawa等［22］發現，每周進行更高運動頻率負重運動的女生與低運動頻率的女生相比，骨礦量和骨密度增加更明顯。Gay［23］在一項研究中發現，中高糖尿病風險人群的每日身體活動量與HbA1c水平之間存在負向的劑量效應關系，隨著身體活動量的增加，HbA1c水平逐漸下降。與上述既往研究類似，本研究發現肥胖兒童青少年身體活動量與骨密度改善效果之間存在正向的劑量-效應關系，這一關系在校正了年齡、性別、BMI等因素后仍然存在。值得注意的是，身體活動與健康改善之間的劑量-效應關系并不總是直線相關的，全明輝等［24］發現，當每日累計中高強度身體活動時間超過65min后，中高強度身體活動時間的增加并不能顯著提升男童達到高體質健康水平的比例，中高強度身體活動量與男童達到高體質健康水平的比例之間存在非線性的劑量-效應關系。除此之外，LeBlanc［25］在一項針對青少年的研究中也發現，身體活動量與高甘油三酯風險之間的劑量-效應關系為曲線而非直線。本文研究發現，在4周的干預周期內，肥胖兒童青少年身體活動量與骨密度改善之間的劑量-效應關系呈近似直線，意味著無論是較低活動量或者較高活動量水平的肥胖兒童青少年都可以4周內通過增加身體活動量獲得更明顯的骨密度改善效果。但考慮到本研究的干預周期較短，關于身體活動量與肥胖兒童青少年骨密度改善效果間的劑量關系具體如何，本文研究結果尚不能完全回答。綜上所述，在短期內通過進行以有氧運動為主的身體活動可以改善肥胖兒童青少年骨密度，且高身體活動量較低身體活動量可帶來更大的骨密度改善收益。

本研究的局限性主要有以下兩點：1）研究納入的樣本量偏小，且本研究的研究設計為前后對照；2）運動干預時間較短，研究結果需要縱向研究和擴大樣本量加以證實。

4 結論與展望

4周以有氧運動為主的身體活動可改善肥胖兒童青少年的跟骨骨密度；在4周內身體活動量的增加能提升肥胖兒童青少年跟骨密度改善效果，兩者之間存在劑量-效應關系。

有氧運動通常運動強度不高，且機體主要以有氧供能為主不易導致血乳酸大量堆積，是一種利于肥胖兒童青少年堅持進行下去的運動類型。本文結果證實了在短期內進行以有氧運動為主的干預即可改善肥胖兒童青少年骨密度，并且適當地增加身體活動量可帶來更可觀的改善效果。因此，減肥訓練營在制定短期訓練課程以及家長在假期指導孩子運動時應以有氧運動為主，且在身體可承受的范圍內逐漸增加運動量，以改善肥胖兒童青少年骨健康水平。未來的研究應針對身體活動與肥胖兒童青少年骨密度改善間的劑量-效應關系開展更精細化的探究，以明確改善肥胖兒童青少年骨密度所需運動頻率、運動周期、運動強度的最佳劑量，使肥胖兒童青少年能通過進行身體活動高效且安全地改善骨質健康。