大學生日常行為活動對焦慮影響的成分等時替代模型研究

譚健怡，黃寶瑩，黃珍惠，徐華富，劉 晴，陳青松，莊文敏，李子雄，張巖波，郜艷暉

1)廣東省公共衛生檢測與評價工程技術研究中心 廣州 510315 2)廣東藥科大學公共衛生學院流行病與衛生統計學系 廣州 510315 3)山西重大疾病風險評估重點實驗室 太原 030001 4)山西醫科大學公共衛生學院流行病與衛生統計學教研室 太原 030001

缺乏身體活動是大學生面臨的重要公共衛生問題之一。身體活動不足不僅導致學生身體素質下降,增加成年期慢性病患病風險[1-2]，而且影響學生心理健康，誘發焦慮、抑郁等情緒[3-4]。有研究[5-6]探討了中高強度身體活動(moderate-to-vigorous-intensity physical activity，MVPA)、久坐行為(sedentary behavior，SB)對焦慮、抑郁的影響。但從最近發展起來的時間使用流行病學[7-8]的角度分析，單日各種行為活動時間總和恒定為24 h，某一項行為(如身體活動)時間的變化必然導致另一項或多項行為(如久坐行為或睡眠)時間的補償性改變。因此，孤立地關注某行為活動時間的健康效應是片面的，應全面研究身體活動(包括低、中和高強度)、靜坐行為和睡眠等因素與健康結局的關系[8-9]。實際上，各行為活動時間屬于典型的成分數據，如采用成分數據分析方法進行統計分析可以更深入地描述身體活動、久坐行為和睡眠的健康效應[7-8,10]。

本研究調查了大學生身體活動、久坐和睡眠等行為以及焦慮狀況，采用成分等時替代模型(isotemporal substitution model，ISM)[9]分析各種行為活動時間重新分配后對焦慮得分的影響，為制定大學生身體活動促進和心理健康干預策略提供數據參考。

1 對象與方法

1.1調查對象2020年2月25日至3月27日，在廣東省和山西省各一所醫藥類高校，采用網絡問卷進行調研，共收集問卷10 948份，其中有效問卷10 341份，有效率為94.46%。

1.2人口學特征問卷調查調查內容包括年齡、性別、專業、年級、居住地屬性和父母文化程度等。學生專業分為醫護和非醫護專業，醫護專業指臨床醫學、預防醫學和護理等專業。年級分為本科低年級(包括本科一和二年級)、本科高年級(本科三、四和五年級)和研究生。居住地屬性分為鄉村和城鎮。父親或母親文化程度分為小學及以下、初中/高中/中專、大學專科/本科及以上。

1.324h行為活動譜調查身體活動調查問卷參考國際體育活動問卷(International Physical Activity Questionnaires，IPAQ)[11]和美國健康與營養調查(National Health and Nutrition Examination Survey，NHANES)[12]等制定并修改。調查內容有：近1周進行過哪些劇烈/中等強度的身體活動，進行該項身體活動的次數(次/周)，以及每次進行該項活動的時間(min/次),獲得身體活動的類型、頻率和持續時間，計算平均每日MVPA時間。近1周，早上起床時間、午睡時長和晚上睡眠時長，計算平均每日睡眠(SLP)時間。近1周每天SB時間,計算平均值。用24 h減去MVPA、SLP、SB時間得到近似的每日低強度身體活動(light-intensity physical activity，LPA)時間。由于等時替代模型無法直接擬合零值，故本研究參考Martín-Fernández等[13]處理成分數據中關于零值的建議并結合數據特征，使用基于成分數據的EM算法，將單項時間為0的觀測進行填補。

1.4焦慮自評量表(self-rating anxiety scale, SAS)調查采用SAS評價研究對象的焦慮情緒得分。SAS含20個反映焦慮主觀感受的條目，根據各癥狀出現的頻度進行評分。由20項的總分乘以1.25獲得標準分。總分≥50分判斷為焦慮。該量表信度系數為0.931，效度系數為0.810[14]。

1.5ISM過程假設有D元成分數據x=(x1,x2,…,xD)∈SD，采用等距對數比轉換(isometric log ratio，ilr)后，建立向量zi(i=1,2,…,D-1)對結局變量的多元線性回歸模型[15]。

(1)

式中，y為因變量；β0,β1,…,βD-1為回歸系數；ε為隨機誤差項。回歸系數βi解釋為與除第i成分外的其他成分相比，第i成分所花時間與y的關聯強度。

由于替換前后隨機誤差項不變，故隨機誤差項被抵消，得到用t替代另一成分導致群體水平上y的平均變化量：

Δy=β0+β1Δz1+β2Δz2+β3Δz3

(2)

1.6統計學處理使用R3.5.2和SAS 9.4進行數據整理和統計分析。對24 h行為活動時間比例采用成分數據方法[10]，用幾何均數描述各變量的集中趨勢，用變異矩陣描述變量間的離散趨勢和成分間相關關系。其中變異矩陣元素越接近0，表示相應的兩個成分對數比方差越小，成分間比例共同依賴性越強。以大學生焦慮得分作為結局變量，以用1.5方法得到的24 h行為活動時間作為自變量，應用成分ISM探究MVPA、LPA、SB和SLP時間分別以10 min為增量，重新分配10到60 min，對焦慮得分的影響。檢驗水準α=0.05。其中，成分ISM分析采用R軟件中的compositions和robCompositions包。

2 結果

10 341名調查對象中，2 428人沒有進行MVPA，即MVPA時間為0，故采用EM算法進行填補。全人群大學生平均每日MVPA、LPA、SLP和SB時間的幾何均數及在24 h中的占比見表2。其中，焦慮人群MVPA、SLP和SB時間略短，LPA時間較長。

2.2四項行為活動時間的關系大學生24 h四項行為活動時間的變異矩陣見表3。全人群大學生中，LPA和SLP時間共同依賴性最大，LPA和SB時間次之。在焦慮人群結果類似。

2.3成分ISM分析結果和SLP相比，長時間SB具有較大的健康危害。本研究著重分析采用每日MVPA/LPA替代SB后，焦慮得分預測值的變化情況，結果見表4。可以看出：在全人群大學生中，用10 min及以上MVPA替代SB可降低焦慮得分；60 min MVPA替代SB后焦慮得分的平均變化量最大，平均變化量(95%CI)為-0.63(-0.85～-0.41)。而在焦慮人群中，60 min以上MVPA替代SB的效應有統計學意義，平均變化量(95%CI)為-0.56(-1.09～-0.03)。

在LPA替代SB分析中，全人群中用LPA替代SB的效應均無統計學意義。而在焦慮人群中，用60 min以上LPA替代SB可降低焦慮得分，平均變化量(95%CI)為-0.13(-0.24～-0.01)。

表1 調查對象的基本特征 例(%)

表2 調查對象24 h行為活動情況

表3 調查對象24 h行為活動成分對數比的變異矩陣

表4 每日MVPA、LPA替代SB后焦慮得分預測值的平均變化量(95%CI)

由于MVPA比LPA有更大的效應量，我們繼續分析以10 min為增量，將MVPA分別替代LPA、SLP和SB，從10至60 min重新分配時間后焦慮得分預測值的變化，結果見圖1。可以看到，隨著重新分配給MVPA時間的增加，焦慮得分預測值均降低。在全人群中，MVPA替代LPA和SB的效應較為接近，但在焦慮人群中MVPA替代SB的效應最大，其次是替代LPA。

上：全人群;下：焦慮人群

3 討論

近年來大學生身體活動不足、久坐行為增加和心理健康等問題日益嚴重[1,16]，促進身體活動、減少久坐行為被認為是緩解心理問題的有效方法，但身體活動強度、持續時間及各行為活動時間的重新分配所帶來的健康效應仍不明確。ISM可以分析24 h內各類行為活動相互替代產生的健康效應[17-19]。由于24 h行為活動屬于典型的成分數據，存在定和限制，故無法直接采用傳統分析方法。ilr是目前成分數據分析中應用最為廣泛的轉換方法，通過構建標準正交基可將成分數據從單形空間映射到歐式空間，從而消除成分數據的定和限制[20]。本研究利用基于ilr轉換后的ISM[15]，分析MVPA和LPA替代SB和SLP對大學生焦慮得分的影響，以期為通過促進大學生身體活動來預防心理健康問題提供數據依據。

多項身體活動指南已指出學生應平均每日活動1 h以上[21-22]，考慮到學生每日的實際活動習慣，本研究以10 min為增量，分析10到60 min MVPA或LPA替代其他行為活動產生的健康效應。本研究結果顯示，MVPA具有抗焦慮作用，且該作用存在劑量效應關系。在全人群大學生中10 min及以上的MVPA替代SB可有效降低焦慮得分；在焦慮大學生中，MVPA或LPA替代SB需要積累較長時間(如60 min以上)才能產生一定的抗焦慮效果。此外，以同等時間的MVPA替代SB，焦慮大學生焦慮得分減少量低于全人群。這與現有研究[23-24]結果相一致。正常人群每日維持一定強度的身體活動量(如10 min及以上的MVPA)有助于緩解焦慮情緒，而焦慮人群則要“多動少坐”才能獲得抗焦慮效果。

研究[25-26]表明身體活動可以通過抗炎、調節下丘腦-垂體-腎上腺軸、分泌腦源性神經營養因子和內源性神經營養因子等多種神經生物學機制來發揮抗焦慮作用。但受焦慮、壓力情緒影響，焦慮人群往往心率變異性較低，交感神經長期處于興奮狀態，需要更長時間的身體活動積累才能調節自主神經系統，達到緩解焦慮情緒的目的[27]。此外，長時間的身體活動暴露有助于降低焦慮患者對壓力、焦慮情緒的敏感性[26-27]。這是因為運動過程中產生的生理感覺與焦慮和恐慌情緒相似，長時間、規律的運動暴露使人習慣于這種恐懼感覺，從而提高了他們對恐慌情緒的耐受性。

除MVPA外，本研究還發現，60 min及以上的LPA替代SB在焦慮人群中也會有抗焦慮效應。而LPA(如散步、做家務等)比MVPA更易實現，所以更具可行性。因此，對焦慮大學生的身體活動干預可以先從LPA促進開始，再逐步引導至規律的MVPA。

本研究亦存在一定的局限性。受限于疫情原因，本研究只對兩所醫藥類高校進行了網絡問卷調查，無法用客觀測量方法(如可穿戴設備)來收集身體活動數據，故可能存在一定的研究對象選擇偏倚及測量偏倚。對于問卷調查數據，也有研究[7]建議盡可能地采用成分數據分析方法分析。

綜上，本研究發現大學生日常行為活動與焦慮情緒之間存在關聯，MVPA、LPA增加將減少SB并緩解焦慮，這一效應在焦慮人群中亦有體現。建議大學生每日用10 min及以上的MVPA替代SB，焦慮大學生用60 min及以上的MVPA或LPA替代SB，可有效緩解焦慮情緒。