【可穿戴技术】运动手表上的卡路里你看懂了吗？

关于“卡路里”你究竟了解多少？是食物包装热量表上的数字？还是帕梅拉的燃卡训练？

卡路里是一种热量单位，由英文单词Calorie音译而来，被广泛应用于营养计量和运动健身领域，可以用来描述机体摄入或者消耗的能量。

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我们体重的变化是由膳食摄入的卡路里和机体消耗卡路里之间的复杂平衡决定的。不管你的目标是维持体重还是增重、减脂，“量出为入”——准确评价每日的能量消耗，都是制定科学合理的膳食和运动计划的重要依据。

目前市面上的大部分运动手表都能够为用户提供身体活动建议或热量消耗目标。今天，我们就来带领大家探索运动手表中“卡路里”测量的究竟是什么？又是否准确？

能量消耗的组成和测量

人体一天的能量消耗主要由基础代谢、食物热效应和身体活动能量消耗组成，其中身体活动能量消耗包括有目的的体育锻炼（运动能量消耗）和非运动能量消耗，即日常生活（工作、做家务、通勤等）以及非自主肌肉活动（如颤抖、烦躁）产生的能量消耗。

科研领域是如何测量能耗的？

目前，科研界用于评估机体能量消耗的方法较多，其中较为常见的包括间接测热法（气体代谢仪）以及身体活动监测仪法（如加速度计、心率表）等。不同能耗测试方法可以测量和估算人体能耗的不同组分，大部分测试方法测量的都是身体活动能量消耗，能同时做到精准测量和适宜在大众中推广的设备相对较少。

金标准

目前研究界公认的测量身体活动能耗最为准确的方法之一是间接测热法。

其余能耗测试方法一般以间接测热法的结果为基准，以各自采集到的数据作为因变量，建立相应的能耗预测方程，但其准确性受各种因素影响，需要进行验证。

运动手表是如何预测能耗的？

运动手表对于卡路里的测量主要依赖于内置传感器以及每个用户输入/测量的信息（身高、体重、性别等）。通过手表中的惯性传感器（加速计、陀螺仪）、GPS系统测量和提供的运动数据（速度、距离等）以及采集到的实时心率等数据，使用算法预测出用户的能量消耗。但是由于涉及商业机密，这些算法并不公开，因此每款手表究竟选择了哪些指标进行能耗预测并不透明。

那么就以结果导向来看，目前市面上的手表预测身体活动能耗准确吗？预测的究竟是我们全天的能量消耗，还是运动能量消耗呢？

运动手表预测能耗是否准确？

运动手表评价的能量消耗究竟是哪一部分？这个问题也一直困扰着笔者。某天，笔者在实验室工作了一上午，打开健康软件发现自己过去半小时的热量消耗竟然小于1千卡（岂不是不用吃饭也能成为“永动”打工人了？），并且软件界面也没有对“热量”是什么进行解释。

经过几天的调研以及对多款智能手表的用户和相关业内人士的咨询，我们可以简单地总结下：目前市面上大部分商用设备测量的能耗/热量一般不包含由于基础代谢产生的能耗，而坐着办公、阅读等低强度身体活动也可能由于采样频率、身体活动类型识别、能耗预测模型等方面的不足而被忽略。尽管越来越多的厂家开始关注日常生活中的身体活动的能耗测量，但准确度还有待提高。此外，这些不足还会导致打开/关闭特定运动模式时能耗数据的差异。

针对具体运动模式的能耗预测应该算是运动手表预测能耗中最为准确的一环，但是今年年初发表的一项最新研究提示，在使用多款商用智能手表预测抗阻训练、蹬车、跑步、坐姿下的能量消耗时，所有设备的准确性都非常糟糕。近年来的许多验证研究也都得到了类似的结论，运动手表预测活动能耗的准确度需要进一步提升。

可穿戴设备预测能量消耗难点 & Next Step

1.    正确识别身体活动类型是能耗预测准确的重要前提，对于商用和科研使用的可穿戴设备而言，这都是需要攻克的难点。

2.    目前，许多运动手表中的每日活动目标中仅将中、高强度身体活动的能量消耗进行计算，而忽略了日常生活中一些低强度身体活动。实际上，研究证实了低强度的身体活动（＜3 METs）和运动时长小于10分钟的运动也有可能成为影响能量平衡组成部分的主要因素，对于机体的长期健康至关重要。

3.    目前，运动手表提供的运动模式选项越来越多，未来应依据项目特征，提高每一项运动能耗预测的准确性，如：高强度间歇类运动除了采集运动中数据外，运动后恢复阶段的数据也不应被忽略，因为其能够反映机体由于运动带来的持续高能量消耗（运动后过量氧耗——后燃效应）；而关于短时间高强度以及抗阻运动，目前该类运动中能耗被严重低估的一个重要原因是忽略了无氧供能。

4.    目前，鲜有手表能够测量基础代谢的能耗数据，而基础代谢约占人体全天能量消耗的60%。未来建议提供用户能量消耗的整体图示（组分及占比），以帮助用户进一步了解自身代谢水平。

5.    手腕部的生物信息识别能否预测机体的能耗有待进一步的探讨，未来可以考虑联合其他设备（如：放在大腿/腰部口袋的手机；耳机；眼镜等）协助完成身体活动模式识别以及其他信息采集。

参考文献 

Hajj-Boutros G, Landry-Duval M A, Comtois A S, et al. Wrist-worn devices for the measurement of heart rate and energy expenditure: A validation study for the Apple Watch 6, Polar Vantage V and Fitbit Sense[J]. European Journal of Sport Science, 2022: 1-13.

策划制作 

文字：陈演

审校：梁祎珩

排版：卢智慧

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