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24 h活动行为与大学生体质健康关系的成分分析

泰然健康网
2024-12-09 09:02

体质健康问题不仅关系到大学生当前和未来的发展，更是影响国民健康素质的提高。第八次全国学生体质与健康调研结果显示，大学生体质健康水平整体呈现下降趋势，身体素质持续下滑[1]。研究表明，缺乏身体活动(physical activity，PA)是影响体质健康的危险因素之一[2]。此外，长时间久坐和睡眠不足对体质健康具有一定的消极影响[3-4]。以往研究主要关注单一行为对健康的独立影响，事实上，特定活动行为组合(如充足的PA和睡眠、低久坐)与健康的关系更为密切[5]。从活动行为角度看，24 h活动可划分为睡眠、久坐和身体活动，这些行为之间相互依存且有共线性，一种行为的改变必然会导致其他行为的相应调整[6]。因此，一种整合24 h内所有活动行为的成分分析方法被引入至身体健康促进领域[7-10]。基于此，本研究使用成分分析探讨大学生24 h活动行为与体质健康的关系，为大学生身体活动促进和体质健康干预策略的制定提供参考。

1. 对象与方法

1.1 对象

采用方便抽样方法，于2022年9月23日至11月12日在上海市、湖北省和浙江省各抽取1所综合性高校进行数据收集。采用分层抽样方法，按专业类型将大学所有学院分为文科(包括经济学、管理学、法学、教育学、文学和历史学)和理科(包括理学、工学、农学和医学)两层。在每所学校每层采用直接抽取法选取1个学院，每个学院采用直接抽取法抽取2个班级，共计抽取453名全日制大一至大三年级学生(大四年级外出实习，参与有一定困难)，纳入446名无运动禁忌症且自愿参与的学生，其中104名活动数据未达到有效标准，最终纳入342名。其中，男生134名，女生208名；大一学生138名，大二134名，大三70名；被试平均年龄(19.49±1.04)岁。本研究所有学生均自愿参与且知情同意, 研究通过了浙江师范大学人体实验伦理委员会的伦理审查(批号：ZSRT2022102)。

1.2 方法1.2.1 一般情况

采用自编问卷进行调查，内容包括年龄、性别、专业(文科类、理科类)、吸烟(是、否)和饮酒[从不，偶尔(≤2次/月)]，经常(1≥次/周)。

1.2.2 24 h活动行为测量

使用ActiGraph wGT3X-BT加速度计对身体活动和久坐行为进行连续一周的测量，除涉水活动外，受试者需全时佩戴。此外，受试者填写睡眠日志以确定睡眠时间。测试前指导受试者加速度计的使用方法及注意事项，要求将加速度计放置在右侧髋部。加速度计采样频率为30 Hz，以60 s的间隔时间在ActiLife 6.0软件对数据进行有效性筛选，计量单位为每分钟计数(counts per minute, CPM)。活动强度界定：久坐行为为0~99 CPM，低强度身体活动(light physical activity, LPA)为100~1 951 CPM，中高强度身体活动(moderate to vigorous physical activity, MVPA)为≥1 952 CPM[11]。有效日定义为加速度计佩戴≥10 h的清醒时间，受试者需至少有3个有效日(包括2个工作日和1个休息日)的数据才被纳入分析。连续60 min无数据被视为未佩戴。

1.2.3 体质健康测量

根据教育部发布的《国家学生体质健康标准(2014年修订)》中规定的仪器和方法对大学生身体形态、身体功能和身体素质进行测量[12]。身体形态的测量指标为体质量指数(body mass index, BMI)=体重(kg)/[身高(m)]2；身体功能指标为肺活量；身体素质指标为50 m跑、立定跳远、坐位体前屈、仰卧起坐(女)、引体向上(男)、800 m跑(女)和1 000 m跑(男)。总分由标准分与附加分之和构成，满分为120分，标准分为各单项指标得分与权重乘积之和，满分为100分。附加分根据成绩超过100分的加分项目进行加分，满分为20分。加分项目为男生引体向上和1 000 m跑，女生为仰卧起坐和800 m跑，各指标加分幅度均为10分。根据学生总分评定为优良(≥80分)，及格(60~79.9分)和不及格(≤59.9分)[12]。

1.3 质量控制

正式测试前，所有测试人员均接受统一培训，并进行小样本的预测试与预分析。施测过程中，由测试人员向参与者说明本次研究的目的和意义，获得知情同意后，指导参与者进行测试，测试过程由测试人员和教师监督。测试结束后，测试人员对数据进行汇总、校对，对缺失数据者进行补测或不纳入统计分析，以确保数据的完整性和可靠性。

1.4 统计学方法

使用SPSS 27.0和R 3.6.3软件进行数据整理和统计分析。计数资料(性别、年级)描述其频数和构成比，计量资料(年龄、体质健康总分)满足正态分布，描述其(x±s)。使用R软件中“Compositions”包进行成分数据分析。采用几何均值描述各活动变量的集中趋势，使用变异方差矩阵描述各活动变量间的离散趋势，其中方差越接近0，两个行为之间依赖性越强。采用成分多元线性回归分析探讨24 h活动行为与体质健康之间的关联，在回归分析前将活动行为数据进行等距对数比(isometric log ratio, ILR)转换，获得每种活动行为的ILR坐标[13-14]。以每种行为的ILR坐标为自变量，以体质健康总分为因变量，协变量为年龄、性别、专业、吸烟和饮酒，建立成分多元线性回归模型。基于拟合的成分多元线性回归模型，采用等时替代方法，以15 min为替代时间，将某一行为重新分配给另一种行为，总时间保持不变，以预测体质总分发生的变化。并针对具有显著替代效应的活动行为，以5 min为一个单位，持续增加至60 min，以探讨不同替代时间与体质健康的“剂量—效应”关系。检验水准α=0.05。

2. 结果

2.1 研究对象基本情况与24 h活动行为特征

大学生睡眠、久坐行为、LPA、MVPA的几何均值和构成比分别为515.89，678.88，196.30，48.92 min/d和35.83%，47.14%，13.63%，3.40%。体质健康综合评分为(73.09±8.55)分，及格率为72.51%(248名)，优良率为20.76%(71名)，不及格率为6.73%(23名)。活动行为间方差均大于0，说明行为之间存在不同程度的依赖性。其中，久坐行为与睡眠的ILR方差最小(ln睡眠/久坐行为=0.05)，说明这两种行为的相互依赖性最高，最有可能发生转换。MVPA与其他3种行为均存在较高的ILR方差(ln MVPA/睡眠=0.39，ln MVPA/久坐行为=0.39，ln MVPA/LPA=0.43)，说明MVPA时间较为稳定，相对其他行为更不容易发生转换。

2.2 大学生24 h活动行为与体质健康的成分线性回归分析

结果显示，大学生MVPA(β=2.55)、LPA(β=5.88)与体质健康总分呈正相关(t值分别为2.58，2.66，P值均＜0.05)；睡眠(β=-5.18)、久坐行为(β=-3.24)与体质健康总分的关联无统计学意义(t值分别为-1.62，-0.99，P值均＞0.05)。

2.3 大学生24 h活动行为15 min等时替代与体质健康总分的预测值变化

以15 min为替代时间，探讨不同行为之间相互替代对体质健康总分的影响。结果显示，用MVPA替代睡眠和久坐行为，学生体质健康总分分别增加0.71，0.64分；用LPA替代睡眠和久坐行为体质健康总分分别增加0.50，0.43分；用睡眠时间等时替代LPA和MVPA，体质健康总分分别下降0.50和0.91分；久坐时间替代LPA和MVPA，体质健康总分下降0.43和0.84分。睡眠和久坐行为以及LPA和MVPA之间的相互替代无统计学意义(P值均＞0.05)。见表 1。

表 1 大学生睡眠、久坐行为和身体活动之间15 min等时替代与体质健康总分的预测值变化(n=342)

Table 1. Predicted changes in 15-min isotemporal substitution between sleep, sedentary behavior, and PA with the total scores of physical fitness among college students(n=342)

变量睡眠↑ 久坐行为↑ LPA↑ MVPA↑ 睡眠↓ — 0.07(-0.19~0.33) 0.50(0.15~0.90)* 0.71(0.18~1.24)* 久坐行为↓ -0.07(-0.33~0.20) — 0.43(0.09~0.78)* 0.64(0.13~1.15)* LPA↓ -0.50(-0.90~-0.15)* -0.43(-0.78~-0.10)* — 0.17(-0.41~0.75) MVPA↓ -0.91(-1.60~-0.22)* -0.84(-1.51~-0.17)* -0.41(-1.13~0.31) —注： ↑表示该活动行为时间增加15 min，↓表示该活动行为减少15 min；*P＜0.05。()内数据为95%CI。2.4 大学生24 h活动行为重新分配时间与体质健康总分的剂量—效应关系

以5 min为增量，逐渐增加分配时间至60 min，探讨体质健康总分可能发生的变化。如图 1所示，LPA和睡眠、久坐行为之间的相互替代呈现线性关系且具有对称性，即在重新分配的60 min内，LPA每增加5 min，睡眠和久坐行为减少，体质健康总分分别提高0.16，0.14分，反之，睡眠和久坐行为每增加5 min，LPA减少，体质健康总分分别下降0.16，0.14分。

图 1 LPA与其他活动行为相互替代对大学生体质健康的影响

Figure 1. Impacts of mutual substitution between LPA and other movement behaviors on physical fitness among college students

MVPA与久坐行为和睡眠之间的相互替代具有明显的不对称性，即MVPA替换久坐和睡眠对体质健康总分的提升效果低于睡眠和久坐替代MVPA对体质健康总分的降低效果。用5 min的MVPA时间替代睡眠和久坐行为时，体质健康总分分别增加0.25，0.23分；在随后的10~60 min，体质健康总分的上升速度逐渐减慢，分别为0.15~0.23，0.13~0.21分。用5 min的睡眠和久坐行为等时替代MVPA时，体质健康总分分别下降0.27，0.25分。随后的10~25 min时间内，体质健康总分逐渐下降0.30~0.44，0.28~0.41分。在睡眠和久坐替代MVPA时间为30~45 min时，体质健康总分骤降0.53~1.51，0.51~1.49分。见图 2。

图 2 MVPA与其他活动行为相互替代对大学生体质健康的影响

Figure 2. Impacts of mutual substitution between MVPA and other movement behaviors on physical fitness among college students

3. 讨论

本研究中，大学生24 h时间分布主要集中在久坐行为和睡眠，其中久坐时间在24 h活动中占比为47.14%，而MVPA仅占3.40%，总体呈现“静坐少动”的活动模式。变异矩阵数据表明，睡眠与久坐行为之间依赖程度最高，最容易发生转换，与谭健怡等[15]的分析结果一致。可能是由于睡眠和久坐都是相对静态的活动，需要较少的身体活动量和能量消耗，在进行这类活动时，身体状态相对稳定，容易发生转换。而MVPA需要较高的能量消耗、心肺负荷和肌肉功能，不容易与其他活动行为发生转换。

线性回归分析结果显示，增加MVPA时间有利于大学生体质健康，与目前学界的观点一致[16-17]。MVPA能够促进能量消耗和脂肪氧化，产生更大的负能量平衡以及改善神经募集运动单元能力[18]，增加肌纤维维度[19]，提高身体供能系统的效率[20]，从而有助于改善身体形态，增加肌肉力量和爆发力。LPA对体质健康的影响尚存争议。本研究中，LPA的增加与大学生体质健康呈正相关，而张婷等[10]的研究发现LPA与体质健康存在负相关。研究结果的不一致可能源于结局指标和身体活动强度切点值的差异。首先，张婷等[10]对体质健康评分细则进行了部分修订，且排除了BMI和引体向上2个项目。本研究则是按照《国家学生体质健康标准(2014年修订)》[12]对所有测试项目进行加权和统计，且有研究揭示LPA的健康效应主要体现在改善身体成分和提高心肺功能[21-22]，从而使得研究结果之间存在不一致。其次，不同研究者建立的身体活动强度切点值差异较大。本研究中LPA的切点值为100~1 951 CPM，张婷等[10]则为101~2 295 CPM，切点值的差异导致LPA和MVPA水平划分不同，从而导致LPA对体质健康影响的结果不一致。提示LPA对体质健康的影响需要更多的研究进一步验证。此外，线性回归分析显示睡眠和久坐时间的增加与体质健康之间关联无统计学意义。然而，等时替代分析表明，睡眠和久坐行为与MVPA、LPA之间的相互替代对体质总分产生了显著的效益。每天15 min的睡眠替代相同时长的MVPA对体质健康的效应最高，其次为LPA；久坐行为替代MVPA、LPA同样会产生不利影响。提示应该鼓励不活跃或不够活跃的大学生参与任何强度的身体活动，与《中国人群身体活动指南(2021)》提倡“动则有益”的原则一致[23]。考虑到充足的睡眠对大学生健康的重要性[24-25]，不宜牺牲睡眠时间来增加身体活动，应尽可能减少久坐时间，增加PA，尤其是MVPA，从而达到增进体质健康的效果。

剂量—效应分析显示，MVPA与睡眠和久坐行为之间的替代效益不对称，即睡眠和久坐行为替代MVPA对体质健康的负面影响远大于反向替代的积极作用。Chastin等[13]指出不对称性可能与分配时间占活动行为时间的比例有关，一般情况下，MVPA时间比久坐和睡眠时间短得多，因此这些活动行为任一时间的重新分配都会造成每个行为占比之间的巨大差异。本研究中大学生MVPA时间为48.92 min，占总时间的3.40%；而久坐时间为678.88 min，占总时间的47.14%。就MVPA时间而言，5 min约占本研究大学生MVPA时间的1/10，MVPA时间大比例的减少势必会引起较大的变化，而对久坐行为而言，5 min的占比不超过1/100，微小的变化带来的影响也较小。表明MVPA水平越低的个体可以从分配给MVPA时间的小幅增加中获得更显著的益处。此外，剂量—效应曲线还观察到，在60 min内，MVPA时间替代睡眠和久坐行为对体质健康的益处呈递减趋势，而用睡眠或久坐行为替代MVPA的不利影响随时间延长而递增。根据可逆性和超负荷的运动生理学原理，身体活动缺乏到某一程度时身体代谢和身体素质会迅速下降，而增加身体活动时身体功能的逐渐适应使增益变慢[26]。因此，大学生在日常活动中应尽可能增加MVPA时间，如果增加MVPA时间具有挑战性，那么保持现有MVPA水平同样重要。

LPA与睡眠和久坐行为的剂量—效应分析表明，LPA替代睡眠和久坐同样能对体质健康产生积极影响。相对于将久坐行为转换为MVPA而言，LPA与久坐行为的依赖程度更高，在日常活动中更容易发生转换，如在学习或使用电子设备时，可进行走动、伸展等低强度身体活动，不仅减少了久坐，同时增加了身体活动量。此外，通过多次短时间LPA间断久坐行为也被证明具有一定的健康效益[27]。建议大学生将LPA穿插在日常的生活中，如每隔30~45 min进行5~10 min的伸展、散步或做简单的体操等[28-29]，降低久坐带来的危害。

本研究在整体视角下探讨了24 h活动行为与大学生体质健康的关系，同时结合等时替代和剂量—效应分析，预测了不同活动行为之间的相互替代对体质健康的影响。但本研究的抽样方法可能对样本的代表性造成一定的限制，未来的研究可选取大范围、具有代表性的样本进行分析。

志谢:感谢上海财经大学和长江大学文理学院师生对本次研究测试提供的支持与帮助。