身体活动量与肥胖儿童青少年骨密度改善的剂量-效应关系

陈泽恺，朱 琳，李展权

（1.广州体育学院 研究生院，广东 广州 510500；2.广州体育学院 运动与健康学院，广东 广州 510500）

儿童青少年时期不仅是速度、力量等身体素质的快速增长期，同时也是骨量的快速增长期，这一时期的骨量增加对获得最佳峰值骨量至关重要［1］，峰值骨量增加3%～5%就可以使骨折的风险减少20%～30%［2］。骨密度（Bone Mineral Density，BMD）与骨量有关，是反映骨健康的重要指标，同时还可预测骨折的发生风险。骨密度除了受遗传、饮食等因素影响外，还与身体成分密切相关，有研究表明［3］，学龄儿童青少年肥胖程度与骨密度具有相关性，随着肥胖程度加剧，骨密度呈现下降的趋势，且这一趋势不存在性别差异。

剂量-效应关系源于药理学中表示药物剂量与效应间的量化关系，在体育学领域中常被用于反映身体活动与健康效应之间的量化相关或因果关系［4］。美国国家疾病控制中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）在2005年完成了第一个针对身体活动与青少年健康关系的综述，为每日身体活动推荐量的制定提供了依据，但同时认为身体活动与健康效应间的剂量-效应关系需进一步研究［5］。而目前我国及美国的儿童青少年身体活动指南中也指出身体活动与健康效应间的剂量-效应关系仍不是很清楚，有待进一步研究探明［6-7］。截止2014年，我国7～18岁学生超重及肥胖检出率已接近20%［8］，通过运动改善肥胖儿童青少年体质健康是一种重要手段，但肥胖儿童青少年由于体重过大加上日常缺乏身体活动，盲目地增加运动量可能会带来损伤。现有的干预性研究虽证实了身体活动对儿童青少年骨健康的促进作用［9-10］，但未明确两者的剂量-效应关系，特别是在肥胖儿童青少年这一群体中。探究身体活动量与肥胖儿童青少年骨密度改善之间的剂量-效应关系可以查明达到最佳改善效果所需的身体活动量以及身体活动量与骨密度改善间的变化趋势，这对高效且安全地维持和促进肥胖儿童青少年骨健康意义重大。

本研究以剂量-效应关系为切入点，分析身体活动量与肥胖儿童青少年骨密度改善效果间是否存在剂量-效应关系及其变化趋势，以期为有关肥胖儿童青少年骨健康政策和干预方案的制定提供科学依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究受试者为10～17岁的肥胖儿童青少年，所有受试者均来自深圳减肥达人训练营营，测试前受试者及家属需签署知情同意书。受试者纳入标准：1）儿童青少年肥胖标准参照《学龄儿童青少年超重与肥胖筛查》［11］；2）智力水平发育正常；3）通过运动风险筛查；4）具有良好依从性，能够积极配合运动干预及完成相应指标采集。受试者排除标准：1）病理性肥胖；2）患有严重肥胖并发症；3）正在接受药物治疗；4）存在运动受限无法完成基本运动。研究方案获得广州体育学院人体伦理委员会审批通过，审批编号为2018LCLL-008。受试者根据身体活动量的综合矢量计数（Vector Mangiture，VM3）被分为低、中、高剂量组，每组20人。

表1 受试者基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 体格测量

由经过培训的同一测量人员测定受试者的身高（精确到0.1cm）和体重（精确到0.1kg），并计算身体质量指数（Body Mass Index，BMI），BMI=体重/身高2（kg/m2）。测试仪器均符合国家体质监测标准的要求。

1.2.2 身体活动量监控

使用ActiGraph GT3X+三轴运动加速度计（ActiGraph，Pensacola，FL，USA）对受试者在整个训练周期内训练日的身体活动情况进行记录。仪器佩戴位置统一为身体右侧腋窝中线与髂脊水平线相交处［12］，采样频率和采样间隔分别为30Hz和60s，每天至少佩戴7h［13］，由测试人员在每天早上9点发放仪器，并在晚上21点回收，使用仪器配套软件ActiLife Version 6.13.3对采集数据导出与分析，将连续60min未监测到活动数据的时间段设定为未有效佩戴加速度计［14］。肥胖儿童青少年身体活动量VM3计算公式如下［15］：VM3=（x2+y2+z2）1/2，x、y、z分别代表矢状轴、额状轴、垂直轴的矢量计数。

1.2.3 骨密度测定

由测试人员使用由日本古野电气株式会社生产的CM-200超声波骨密度测定仪对受试者左脚跟骨骨密度进行测定，此测试方法既能准确的检测儿童青少年骨发育状况，又兼顾无创、快速等特点。主要测试结果包括跟骨声波传导速度（speed of round，SOS）值和T值。SOS值越高代表骨密度越高，T值根据测得的SOS值对应得出，反映受试者骨密度与同性别儿童青少年平均值的差距，单位以标准差表示，T值判断标准如下：T值＞-1认为正常；-2.5≤T值≤-1代表有骨质疏松的倾向；T值＜-2.5代表骨质疏松［1，16］。正式测试前按照仪器说明要求严格执行校准程序，同时确保测试在室温稳定的环境中进行。

1.2.4 运动干预

受试者在训练营集中进行运动训练，每天训练时间共240min，上午下午各120min，每周训练6天，共持续4周。运动以有氧类型运动为主，主要项目包括快走、慢跑、体育游戏、有氧操、娱乐性的球类运动等。

1.2.5 统计分析

2 结果

2.1 不同身体活动剂量组干预前后骨密度对比

研究结果显示（表2），经过4周的运动干预后，肥胖儿童青少年的整体跟骨SOS值和T值与干预前相比均显著增加（p＜0.01），方差分析结果显示（表2），不同剂量组间的跟骨SOS值、跟骨T值存在显著差异（p＜0.01），事后比较发现，高剂量组的SOS值和T值显著高于低剂量组（p＜0.05）。

表2 不同剂量组干预前后骨密度指标变化

2.2 身体活动量与骨密度改善的剂量-效应关系分析

限制性立方样条分析结果显示 （图1、图2），VM3与△跟骨SOS值及△跟骨T值间均不存在显著的非线性关系（p-nonlinear＞0.05）。线性回归结果显示（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）；校正年龄、性别、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与骨密度指标改善效果的剂量-效应关系分析

图1 日身体活动量与跟骨SOS值改善效果的剂量-效应关系图

图2 日身体活动量与跟骨T值改善效果的剂量-效应关系图

3 讨论

结果显示，在4周的干预周期内，肥胖儿童青少年身体活动量与骨密度的改善效果之间存在正向的剂量-效应关系，骨密度的改善效果随身体活动量的增加而提升。

既往的横断面研究发现身体活动量水平与肥胖人群的骨密度相关，而干预性研究则表明身体活动对肥胖人群骨密度的改善效果可能受到如年龄、运动方式及干预周期等多种因素的影响。张金等［17］探究肥胖学龄儿童骨密度影响因素时发现，身体活动水平高的儿童骨密度要显著高于身体活动水平低的儿童。与上述研究类似，本文结果显示肥胖儿童青少年骨密度改善效果随身体活动量水平增加而提升，不同身体活动剂量组之间改善效果的趋势性检验差异显著。王梓涵［18］对12～19岁肥胖青少年进行6周抗阻结合有氧运动干预后发现，其骨密度和骨矿量较干预前均得到了增长。而国外一项针对肥胖老年人的研究则发现，无论是进行有氧运动还是抗阻运动亦或两者联合的方式运动，干预后骨密度均低于基线值［19］。本研究发现，经过4周的运动干预后各身体活动剂量组肥胖儿童青少年的骨密度均高于干预前，这与王梓涵［18］的研究结果类似。与Campos等［20］的研究结果不同，本研究结果发现即使进行以有氧运动为主的身体活动仍然可改善肥胖儿童青少年骨密度，而造成这种差异可能的原因是干预周期不同，即短期内有氧运动足以显著改善肥胖儿童青少年骨密度，而长期进行有氧运动可能需要结合其他干预方式例如抗阻类运动才能改善骨密度。

身体活动对机体健康的积极作用已被大量研究证实，随着研究的不断深入，学者们发现身体活动与部分健康改善效应间存在着一种剂量-效应关系，并进行了相应的研究。Stoner等［21］研究发现，肥胖儿童青少年身体活动量每增加1MET-h/week，BMI和体重分别下降0.13kg/m2和0.33kg。Ishikawa等［22］发现，每周进行更高运动频率负重运动的女生与低运动频率的女生相比，骨矿量和骨密度增加更明显。Gay［23］在一项研究中发现，中高糖尿病风险人群的每日身体活动量与HbA1c水平之间存在负向的剂量效应关系，随着身体活动量的增加，HbA1c水平逐渐下降。与上述既往研究类似，本研究发现肥胖儿童青少年身体活动量与骨密度改善效果之间存在正向的剂量-效应关系，这一关系在校正了年龄、性别、BMI等因素后仍然存在。值得注意的是，身体活动与健康改善之间的剂量-效应关系并不总是直线相关的，全明辉等［24］发现，当每日累计中高强度身体活动时间超过65min后，中高强度身体活动时间的增加并不能显著提升男童达到高体质健康水平的比例，中高强度身体活动量与男童达到高体质健康水平的比例之间存在非线性的剂量-效应关系。除此之外，LeBlanc［25］在一项针对青少年的研究中也发现，身体活动量与高甘油三酯风险之间的剂量-效应关系为曲线而非直线。本文研究发现，在4周的干预周期内，肥胖儿童青少年身体活动量与骨密度改善之间的剂量-效应关系呈近似直线，意味着无论是较低活动量或者较高活动量水平的肥胖儿童青少年都可以4周内通过增加身体活动量获得更明显的骨密度改善效果。但考虑到本研究的干预周期较短，关于身体活动量与肥胖儿童青少年骨密度改善效果间的剂量关系具体如何，本文研究结果尚不能完全回答。综上所述，在短期内通过进行以有氧运动为主的身体活动可以改善肥胖儿童青少年骨密度，且高身体活动量较低身体活动量可带来更大的骨密度改善收益。

本研究的局限性主要有以下两点：1）研究纳入的样本量偏小，且本研究的研究设计为前后对照；2）运动干预时间较短，研究结果需要纵向研究和扩大样本量加以证实。

4 结论与展望

4周以有氧运动为主的身体活动可改善肥胖儿童青少年的跟骨骨密度；在4周内身体活动量的增加能提升肥胖儿童青少年跟骨密度改善效果，两者之间存在剂量-效应关系。

有氧运动通常运动强度不高，且机体主要以有氧供能为主不易导致血乳酸大量堆积，是一种利于肥胖儿童青少年坚持进行下去的运动类型。本文结果证实了在短期内进行以有氧运动为主的干预即可改善肥胖儿童青少年骨密度，并且适当地增加身体活动量可带来更可观的改善效果。因此，减肥训练营在制定短期训练课程以及家长在假期指导孩子运动时应以有氧运动为主，且在身体可承受的范围内逐渐增加运动量，以改善肥胖儿童青少年骨健康水平。未来的研究应针对身体活动与肥胖儿童青少年骨密度改善间的剂量-效应关系开展更精细化的探究，以明确改善肥胖儿童青少年骨密度所需运动频率、运动周期、运动强度的最佳剂量，使肥胖儿童青少年能通过进行身体活动高效且安全地改善骨质健康。