儿童少年体质场地测试手段标准关联效度的研究:系统评价
2013-10-25杨贤罡
杨贤罡,于 洋
(1.河北省体育科学研究所,河北石家庄050011;2.沈阳体育学院运动人体科学学院,辽宁沈阳110102)
儿童少年体质场地测试手段标准关联效度的研究:系统评价
杨贤罡1,于 洋2
(1.河北省体育科学研究所,河北石家庄050011;2.沈阳体育学院运动人体科学学院,辽宁沈阳110102)
目的:系统评价针对儿童少年人群体质场地测试手段的标准关联效度,根据证据等级形成效度水平的综合框架。方法:制定文献检索策略,检索1990年1月—2012年6月公开发表的英文全文文献;根据受试者例数、受试人群描述和统计方法对纳入文献进行质量评估,根据研究例数和研究结果的一致性确定各场地测试手段效度的证据等级。结果:最终纳入53项高质量研究。下列测试手段的证据等级充分:20m往返跑评价心肺耐力,握力评价上肢肌肉最大力量,皮褶厚度、身高体重指数和腰围评价身体成分,其中腰围评价中心性肥胖。下列测试手段的证据等级中等:1mile跑/走和Anderson测试评价心肺能力,立定跳远和纵跳评价下肢爆发性力量。目前尚无针对运动能力场地测试手段效度的高质量研究。结论:基于目前的证据等级,提出了儿童少年体质场地测试方法的标准关联效度框架。
儿童少年;体质;场地测试;标准关联效度
场地测试方法是大样本群体体质研究中,作为实验室标准测试的替代手段。在过去20年间,国内外对儿童少年的体质问题极大关注,形成了大量针对该人群的场地测试方法。信度和效度是选择某项场地测试手段时考虑的首要问题。前期研究已采用系统评价方法,提供了儿童少年体质场地测试手段的信度框架[1]。效度是指场地测试方法能够准确测出其所需测量的体质成分的程度[10]。由于场地测试方法对体质水平的评价效果取决于预测技术,易出现误差,所以本研究主要选择的是标准关联效度(Criterion-related validity),即该场地测试方法与标准测试方法——“金标准”之间的相关程度,在证据等级水平基础上提出儿童少年体质场地测试方法的效度综合框架,为将来的基础研究和实践应用提供参考。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
公开发表的针对儿童少年体质场地测试手段的效度研究。主要提取高质量研究中的体质类型、人群特征、场地测试方法、标准测试方法、统计方法、主要结果与结论(将P<0.05定为具有统计学显著性)方面的信息。
1.2 研究方法
1.2.1 文献检索策略 在 Medline、Embase、Highwire、PubMed、Scopus和SportsDiscus六大电子数据库中进行文献检索,关键词从“validity”和“fitness”两方面进行组合检索。检索时间限定为1990年1月—2012年6月,语种限制为英文的全文文献,采用文献追溯的方法以保证查全。研究群体界定为健康儿童和少年(0~18岁)。
1.2.2 质量评估 由作者1和作者2独立评价各纳入文献。采用质量评估表对纳入文献进行质量评分。质量评估表包括受试者例数、对研究群体的描述和统计方法,共3个条目。每1条目的得分为0~2分,各条目得分相加为总质量得分。各条目详细评分标准如下:受试者例数:≤10人的被评为0分,11~50人的评为1分,≥51人的评为2分。对研究群体的描述:对研究人群的描述包括年龄、性别、健康状况、体质状况、发育状况、种族、体力活动模式、体成分等。其中至少包括年龄、性别、健康状况和体质状况的被评为1分,少于1分标准所包含条目的被评为0分,多于1分标准所包含条目的被评为2分统计方法:采用误差相关指标或回归分析的被评为1分,采用≥3个误差相关指标(包括误差百分比(%E,percentage error),误差平方和(SSE,sum of squared errors),误差平方和均值(MSE,mean of squared errors),误差平方和均方根(RMSE,root mean squared errors),预测标准误(SEE,standard error of estimate)等)或 Bland-Altman法和/或重复测量方差分析的被评为2分;未包含在1分标准内的统计方法被评为0分。总质量评分为5~6分被评为高质量研究,3~4分被评为低质量研究,0~2分的被评为极低质量研究。
1.2.3 证据等级 体质场地测试方法信度的证据等级分为3级:证据充分:存在3项或以上,结果一致的高质量研究。证据中等:存在2项,结果一致的高质量研究。证据有限:结果一致,但来自于多项低或极低质量研究,或存在多项研究但结果不一致,或结果仅来自于一项研究。
2 研究结果
文献检索确定了76项针对儿童少年场地测试手段的标准关联效度研究,其中53项为高质量研究,23项为低质量研究,无极低质量研究。两位评价者的总一致率为91.2%(k=0.83),评价结果不一致的通过协调解决。
在心肺耐力方面,分别有8项针对20m往返跑,3项针对1mile跑/走,2项针对Anderson测试和1项针对Yo-Yo测试的效度研究。其中气体代谢分析和道格拉斯袋是作为评价氧气摄入量的标准方法,采用递增负荷至极限强度的跑台试验来测试最大摄氧量(maximal oxygen consumption,VO2max)或摄氧量峰值(peak oxygen consumption,VO2peak)。
将肌肉能力分为力量和柔韧性两方面。在肌肉力量方面,分别有3项针对握力,2项针对屈臂悬挂、俯卧撑和引体向上,2项针对立定跳远和纵跳的效度研究。在柔韧性方面,分别有1项针对坐位体前屈和1项针对俯卧躯干上抬的研究。肌肉力量的标准测试主要采用已知重量,1次重复最大力量(One repetition maximum,1RM)或一定百分比1RM的重复次数(如50%~70%×1RM)和等速肌力。柔韧性方面则采用X射线和角度测量作为标准测试方法。
运动能力方面,无1项高质量研究。
身体成分方面,有22项针对BMI,18项针对皮褶厚度和7项针对腰围(Waist circumference,WC)和/或腰臀比(waistto-hip ratio,WHR)的效度研究。主要选择影像学手段(即轴位 CT和核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI))、双能量X线吸收法(dual energy X-ray absorptiometry,DXA)、超声波扫描法、空气置换法和生物电阻抗法(Bioelectrical impedance analysis,BIA)作为体脂肪的标准测试方法。
3 分析与讨论
3.1 心肺能力
3.1.1 折返跑或多级跑 20m往返跑是用于评价儿童少年心肺耐力最常用的手段。多项研究通过20m往返跑来构建用于预测VO2max的公式,如McVeigh的研究发现在回归模型中包括皮褶厚度可以提高20m往返跑预测VO2peak的准确性。特别是针对女孩,其中女孩的R2=0.85,SEE=2.40 ml/kg/min;男孩的 R2=0.68,SEE=3.23ml/kg/min[29],这与Barnett针对中国香港[5]和Matsuzaka针对日本人群等的研究一致[27]。但Mahar等针对12~14岁少年的研究发现,包括性别,完成级数和体重(或BMI)的模型不能准确地预测VO2peak,其中 R2=0.65,SEE=6.35ml/kg/min[26]。Ruiz等最近在13~19岁的青少年中,采用人工神经元网络数学模型(artificial neural network modeling,ANN)构建了通过20m往返跑完成级数、性别、年龄、体重和身高的多变量预测VO2max的公式,其 R2=0.92,%E=7.30%,SEE=2.84ml/kg/min[37]。还有一些研究横向比较了上述预测公式的效度[35,37,38]。Pitteti横向比较了 Léger和 Fernhall公式,结果发现预测值和实测值之间均存在显著相关,r分别为0.57和0.66[35]。Ruiz等选择了48名13~19岁儿童,比较了 Ruiz,Léger,Barnett(a),Barnett(b)和 Matsuzaka共 5种利用 20m往返跑预测VO2max公式的效度,结果显示上述公式不能在个体水平上进行应用,其中Barnett(b)和Ruiz公式的预测准确性最高[37]。此外,Anderson等针对6~9岁、10~11岁普通少年和14~15岁足球运动员的研究发现,Anderson测试与VO2max的r2分别为0.53,0.46和0.36,其中6~9岁儿童中经性别和体重校正后的r2提高到0.85[2,3]。在6~9岁儿童中,Yo-Yo测试与 VO2max的 r2=0.47(P<0.002),经性别和体重校正后的 r2=0.81(P=0.001)[2]。
3.1.2 长距离的跑/走 通过 1mile跑/走测试预测VO2peak最常用的是来自于FITNESSGRAM测试体系的Cureton公式[14]。Castro-Pińero等在 8~17岁接受耐力性训练的少年中,观察到基于Cureton公式的预测值与实测值之间的 SEE=10.1ml/kg/min(P<0.001),当考虑性别、年龄和体重时,结果未发生改变,提示Cureton公式用于预测该类人群的VO2peak并不准确[12]。而Buono通过1mile跑/走用时构建的用于预测 VO2peak公式的 R2=0.84,SEE=4.3ml/kg/ml[8]。1mile跑/走应用在儿童少年人群中存在的主要问题,是受试者难以在全程中掌握适合的速度节奏。目前已经形成一系列的改进测试方法,如1mile走、亚极量强度1mile慢跑、1/2mile跑/走等。Castro-Pińero评估了在 6~17岁儿童中1/2mile跑/走的标准关联效度,及10~17岁亚组中Fernhall公式的效度[13],结果发现完成时间、年龄和 BMI与VO2peak之间存在显著相关,预测值与实测值间无显著系统偏差,RMSE和%E分别为6.5ml/kg/min和13.9%。在亚组中,新构建公式较Fernhall公式的RMSE和%E更低,分别为7.2和 17.7ml/kg/min,16.0%和 50.4%(P<0.001)。
3.2 肌肉能力
3.2.1 上肢最大力量 握力是评价上肢最大力量最常用的方法。在儿童少年中,使用TKK测力计,肘关节处于伸直状态,同时根据个体手的尺寸获取最佳的握距,该状态下获得的测试结果被认为是评价最大握力最合适的方案[18]。Espańa-Romero等选取12~16岁少年,采用已知重量作为标准,比较了使用Jamar、DynEx和TKK测力计进行握力测试的标准关联效度,结果发现Jamar和DynEx与标准测试之间均存在显著的负性系统误差,而TKK则存在显著的正性系统误差[19]。Artero等的研究中,以等速肌力为标准测试,平均年龄为14.4岁的少年使用TKK测力计的握力与上肢峰力矩和上肢功率之间的r分别为0.87和0.86。Milliken等在7~12岁儿童中,分析了握力(TKK测力计)和1RM胸前推之间的效度,也认为握力是评价上肢最大力量有效的手段[30]。
3.2.2 上肢力量耐力 用于评价上肢力量耐力的场地测试手段多为体重对抗测试。Woods等选取9~11岁儿童,采用1RM和50%*1RM的重复次数作为标准,发现屈臂悬垂、俯卧撑和引体向上均不能有效评价肌肉力量耐力,其中体脂百分比是影响测试结果的主要因素[45]。Castro-Pińero等也观察到在6~17岁儿童中,肌肉力量很大程度上受到体重的影响[11],其中60%的男孩和85%的女孩甚至不能完成1次俯卧撑测试,39%的女孩和28%的男孩的屈臂悬垂不能坚持超过1s,也提示俯卧撑和屈臂悬垂不是测量上肢力量耐力适宜的测试手段。但Artero的研究发现,屈臂悬垂与上肢峰力矩和上肢功率之间的r分别为0.56和0.58,伸臂悬垂与上肢峰力矩和上肢功率之间的r均为0.59,经体重校正后的r值,前者提高至0.67和0.68,后者分别提高至0.78和0.77[4]。
3.2.3 下肢力量爆发力 立定跳远和纵跳是评价下肢爆发性力量常用的测试手段。Milliken等[30]在7~12岁儿童中,以1RM腿部推举作为标准测试,结果发现结合BMI后,立定跳远和纵跳对于1RM腿推举的解释程度分别为44.4%和40.8%。Artero的研究也得出立定跳远与下肢峰力矩和功率之间的r分别为0.62和0.72,经体重校正后提高至0.64和0.82;不同形式的纵跳与下肢峰力矩的r为0.48~0.49,与下肢功率之间的r为0.55~0.63,经体重校正后分别提高到0.57~0.58和0.76~0.82[4],认为立定跳远是较纵跳用于评价下肢爆发力更为有效的手段。
3.2.4 柔韧性 Patterson等选择11~15岁儿童少年,分别以角度测量和MacRae&Wright方法作为标准测试,结果发现坐位体前屈用于评价大腿后侧肌群的效度适宜(r=0.51~0.72),而评价后背柔韧性的效度很低(r=0.10~0.25)[33]。Patterson的研究发现平均年龄为15岁少年的俯卧躯干上抬与角度测量之间的r达到0.68~0.70效度适宜[32]。
3.3 体成分
3.3.1 皮褶厚度 Ihmels等的研究显示BIA测试结果和肱三头肌处+肩胛下处皮褶厚度总和的总一致性较好,分类一致性达到82.8%~92.6%[25]。Guida等报道,三头肌处皮褶厚度结合BIA的电阻抗分布用于评价体脂百分比的效度适宜,r=0.79(P<0.001),且不受人体尺寸的影响[23]。Goran的研究发现通过种族、肩胛下处和腹部皮褶厚度预测腹内脂肪组织的效度最佳,R2=0.82,SEE=9.8cm2;而通过身高、腰围、肩胛下处和腹部皮褶厚度预测腹部皮下脂肪组织的效度最佳,R2=0.92,SEE=28.8cm2[22]。但在肥胖儿童少年中,以超声作为标准,三头肌处和肩胛下处皮褶厚度并无良好的效度水平,r分别仅为0.13~0.34和0.02~0.37[40]。
在通过皮褶厚度预测体脂肪百分比的公式中,研究最为深入的是Slaughter公式和Brook公式。Rodríguez等报道了通过三头肌处和肩胛下处或三头肌处和小腿处进行计算的Slaughter公式在男、女性少年中均存在最佳的一致性[36]。Treuth等也报道了Slaughter公式是评价青春期前多种族女孩的有效手段,R2=0.69[44],但 Gutin等报道 Slaughter公式和标准测试之间虽然具有高度相关,但一致性界限很高,其中DXA与皮褶厚度之间为-3.65~9.50,BIA与皮褶厚度之间达到 -10.81~9.89[24]。针对 Brook公式,Buison等发现该公式是预测7~10岁儿童体脂百分比有效的方法,其差异均值为 -1.4%,一致性界限为 ±12.2%[7]。Campanozzi等在肥胖儿童中通过比较Brook公式、BIA和DXA也得出了相似的结果,但不同方法之间的差异似乎随肥胖程度的增加而增大,表明异质性的存在[9]。由于标准测试方法、统计手段和皮褶厚度测量技术不同,比较不同研究结果存在困难。
3.3.2 BMI BMI和标准测试方法获得的体脂肪之间的相关系数一般都超过0.50,通常会更高,但是也有多项研究强调,在比较具有不同人口学特征的组别和采用DXA作为标准测试时,对于 BMI的使用应该谨慎[34,42]。如 Daniels等针对7~17岁少年的研究发现,BMI与性别、种族、性成熟和脂肪分布因素一样,是与体脂百分比显著相关的独立因素之一,其R2=0.77[15]。但Ellis等报道在3~10岁儿童中,男孩的体脂百分比和BMI之间的R2为0.34(P<0.001),女孩为0.70(P<0.001),但采用线性模型时,BMI预测体脂肪的准确性很差,男孩和女孩的SEE分别为7.3%和4.7%[17]。
为了进一步探测体成分的变化,Guida等选择8岁儿童,以BIA作为标准,发现脂肪重量和去脂体重与BMI之间的r分别为0.92(P<0.001)和 0.58(P<0.001)[23]。然而,BMI不能区分体重变化是由于脂肪重量或是去脂体重的变化所引起的,这与其他的研究相一致[15,40]。Moreno等选择 13~17岁少年,研究了国际肥胖工作组(International Obesity Task Force)基于BMI的划分标准对体脂百分比的预测准确性,认为BMI分界点可以作为判断肥胖程度的近似标准,但是并不能准确地预测特定个体的体脂百分比[31],因此建议可以将BMI作为一个筛查测试,但在临床上,体脂百分比应该通过更为准确的方法进行测试。
部分研究比较了通过BMI和皮褶厚度来预测体脂肪的准确性。Steinberger等报道在11~17岁少年中,Slaughter公式和BMI与DXA测试之间均存在高度相关[41]。Sarria等在7~16岁男孩中以水下称重密度法作为标准测试。结果发现在所有年龄组中,身体密度和log∑4皮褶厚度之间的相关程度均高于其与BMI,两者的r分别为-0.78~0.82和-0.59~-0.80,其中对于身体密度的最佳预测变量是log∑4皮褶厚度或BMI结合三头肌处皮褶厚度[39]。Freedman等研究发现在5~18岁儿童少年中,在BMI的基础上增加皮褶厚度总和,使对体脂百分比的总预测错误减少了20%~30%,然而在超重儿童中,增加皮褶厚度总和后,对体脂百分比的总预测错误仅减少7%~9%[21]。在体型瘦的女孩中,以DXA作为标准测试,BMI相比较皮褶厚度总和对于肥胖程度的预测准确性降低,其中BMI、皮褶厚度总和与由DXA得出的体脂百分比之间的 r分别为 0.67(P<0.001)和 0.80(P<0.001)[16]。
综上所述,尽管BMI划分标准作为诊断肥胖的准确性受到肥胖程度的影响,其准确性在BMI高水平时会显著地提高[40,31,41,21,20],但相比较 BMI,皮褶厚度仍是儿童肥胖更好的预测变量[41,39,21]。
3.3.3 WC和WHR Goran等的研究选择青春发育期前儿童,以DXA作为标准,结果发现WHR与腹内脂肪和腹部皮下脂肪的r分别为0.32和0.40,相关程度均较低;但是腰围与腹内脂肪和腹部皮下脂肪的r分别为0.84和0.93,相关程度均很高[22]。Taylor等的研究同样发现腰围是测量儿童少年中心性肥胖的有效手段,r=0.92(P<0.001),而WHR则不是有效手段,男孩和女孩的r均仅为-0.40[43],与前者结论相一致。Brambilla等在更大样本中,以MRI作为标准,结果同样显示WC是脂肪分布很好的预测变量,其对内脏脂肪和皮下脂肪的解释程度分别为64.8%和80.4%,且WC是内脏脂肪最佳的单一预测变量[6]。Semiz的研究以超声作为标准测试,结果发现在肥胖儿童中,BMI对于内脏脂肪的预测最佳(R2=0.53),皮褶厚度,WC和WHR的相关程度均较低,r分别仅为0.02~0.37,0.08~0.42,0.08~0.42;正常儿童的内脏脂肪组织与BMI,皮褶厚度和WC均显著相关,而与WHR不存在显著相关[40]。
4 结论
由于在试验设计和结果报道上缺乏一致性,同时大多数场地测试手段的信度证据有限,主要是由于研究例数有限,其中对于运动能力测试方法的效度研究无一项高质量研究。此外,大多数针对肌肉能力的测试手段,很难确定其对应的标准测试方法,因此在评估这些手段的标准相关效度时存在很大的难度。肌肉工作类型的特异性,所使用能量代谢系统的差异,是建立最大力量和力量耐力测试方法的两个主要挑战[28]。因此,对于本系统评价的结果需要谨慎对待。
尽管存在一定的局限性,目前仍可以形成一个基于证据等级水平的儿童少年体质场地测试手段效度框架,详见图1。
图1 基于证据等级水平构建的儿童少年体质场地测试手段的效度框架
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Criterion-related Validity of Field-based Fitness Tests in Children and Adolescent:System Review
YANG Xiangang1,YU Yang2
(1.Research Institute of Hebei Sport Science,Shijiazhuang 050011,Hebei,China;2.School of Human Sports Science,Shenyang Sport University,Shenyang 110102,Liaoning,China)
Purpose:To assess the criterion-related validity level of existing field-based fitness tests in children and adolescents,and form the overall framework according to levels of evidence.Method:Searched related English full text document published from Jan.1990 to Jun.2012,according to quality assessment criteria including number of study subjects,description of the study population,statistical analysis included in the study.Three levels of evidence were constructed according to the number of studies and the consistency of the findings.Result:53 high quality studies were finally analyzed.Strong evidence was found that 20 m shuttle run was a valid test to estimate cardiorespiratory fitness,hand-grip strength was a valid test to estimate musculoskeletal fitness,especially for upper body maximal isometric strength,skin fold thickness,body mass index and waist circumference were valid tests to estimate body composition,and waist circumference was a valid measure to estimate central body fat.Moderate evidence was found the both 1-mile run/walk test and Anderson test were valid tests to estimate cardiorespiratory fitness,stand long jump and vertical jump were valid tests to estimate musculoskeletal fitness,especially for lower body explosive strength.To date,there is no high quality study of test to estimate motor fitness.Conclusion:This research provided an evidence-based proposal for valid framework of field-based fitness tests for use with children and adolescents.
children and adolescent;fitness;field-based test;criterion-related validity
G804.49
A
1004-0560(2013)05-0084-05
2013-05-11;
2013-07-26
国家体育总局重点研究领域课题《肠肽类激素介导低氧下有氧锻炼改善肥胖青年体质水平的机理研究》(编号:2012B061)。
杨贤罡(1984-),男,助理研究员,博士,主要研究方向为运动员基因选材及低氧训练。
于 洋(1961-),女,教授,主要研究方向为特殊人群体育锻炼疗法机制。
责任编辑:郭长寿