基于等時替代模型的老年人久坐行為、體力活動與認知功能的關系

吳志建，王竹影，鄭 賀，張 兵

（1. 南京師范大學 體育科學學院，江蘇 南京 210023；2. 淮北師范大學 體育學院，安徽 淮北 235000；3. 鹽城師范大學 體育學院，江蘇 鹽城 224299）

據估計，全球老年人口將從2015 年的9 億人增加到2050 年的21 億人，其中我國老年人口占30%[1]。此外，我國被診斷患有癡呆（dementia）的老年人口也將從2010 年的900 萬人增加到2030 年的1 800 萬人[2]。據統計，全球癡呆患者每年的治療/護理花費已經達到8 180 億美元，預計2030 年將增長到2 萬億美元[3]，造成巨大醫療負擔。在癡呆發生前認知功能就開始下降，探索與認知功能下降有關的危險因素對預防或延緩癡呆的發生至關重要。體力活動是影響健康的可改變因素之一[4-5]，世界衛生組織也認為成年人進行中高強度體力活動（Moderate to Vigorous Physical Activity，MVPA）有利于降低認知功能下降的風險，尤其是老年人每周進行150 min 中等強度體力活動，有益于維持認知功能[6]。除體力活動外，人們逐漸認識到久坐行為（Sedentary Behavior，SB）對老年人認知健康存在潛在不利影響。有研究[7]發現，40 歲及以上的成年人久坐時長與認知功能存在負相關。然而，以往研究涉及時間使用行為時，主要調查MVPA、低強度體力活動（Light Physical Activity，LPA）、SB 時間與認知功能獨立的相關關系，未考慮這些行為是否相互依賴[8]。正是由于這種相互依賴性，不應將某行為使用時間與其他行為分開考慮。因此，需要運用“時間使用流行病學綜合研究框架”中概述的新綜合范式進行研究[9]。

等時替代模型能解釋時間使用的約束性，其結果更容易被臨床實踐應用。流行病學研究[10]指出，每天30 min 的MVPA 或LPA 等時替代SB 使心血管健康相關的指標呈現有益的變化趨勢；Ehlers 等[11]對28～79 歲成年人的研究發現，以體力活動替代SB 可使其在處理速度和執行功能的認知任務中的表現得到改善。Suzuki 等[12]指出，每天30 min LPA 等時替代SB，可使85 歲以上男性老年人延緩認知功能衰退的概率增加1.47 倍。Wei 等[13]對2011—2014 年全國健康調查數據分析發現，每天30 min MVPA 替代30 min SB可明顯提高老年人的執行功能、記憶功能和空間定向能力。近年來，等時替代模型的運用逐漸引起我國學者的關注，如常振亞等[14]采用此方法探究了不同強度體力活動替代SB 對學齡前兒童體質健康產生的效益，但尚未有研究采用等時替代模型預測行為變化對老年人認知功能的影響，鮮有研究采用客觀測量體力活動、SB 的方法，深入了解動作行為的改變對認知功能的影響。另外，前期研究[15]表明，客觀測量的LPA、MVPA與老年人認知功能呈正相關關系。因此，本文在已有研究的基礎上，利用等時替代模型深入探索30 min MVPA、LPA 和SB 相互替代后對老年人認知功能影響的潛在效益。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

數據于2017 年8 月—2018 年3 月在江蘇省南京市收集。根據“2017 年南京市老年人口白皮書”，南京市老年人口已達141.89 萬人，占總人口的20.85%，已進入深度老齡化階段，其中，鼓樓區22.46 萬人（24.37%）、秦淮區18.92 萬人（26.04%）、玄武區10.34 萬人（22.25%）、棲霞區9.88 萬人（20.12%）、建鄴區5.93 萬人（17.88%），老年人口比例相對較高，故選取鼓樓區、秦淮區、玄武區、棲霞區和建鄴區5 個區，通過多段分級隨機抽樣方法依次按照行政區、社區性質抽取有代表性的18 個小區，每個小區招募30 名受試者。受試者的篩選標準：年齡≥60 歲、居住6 個月以上的常住居民，且能正常進行日?；顒印⒄J知功能正常，同時需簽署知情同意書。為保證抽樣樣本分布的均勻性和代表性，隨機選取540 名（分布于60～64 歲、65～69 歲、70～74 歲、75～79 歲各年齡段，男、女各占50%）老年人作為研究對象，排除認知功能、體力活動無效數據，最終獲取308 個有效體力活動和認知功能數據樣本。

1.2 研究方法

1.2.1 體力活動與SB 測量

三維加速度計（Actigraph GT3X+，USA）可存儲多達22 d 的活動數據，包括體力活動計數、強度和持續時間等。使用三維加速度計測量老年人LPA、MVPA和SB 所花費的時間。老年人連續7 d 將三維加速度計戴在右髖關節上，要求除洗澡、游泳、睡覺外的所有時間均須佩戴，且不能改變日常生活習慣。將非佩戴時間定義為至少60 min 的活動次數（counts 值）為0，判斷參與者的有效佩戴時間是否達到8 h，佩戴7 d 中至少包括2 個工作日和1 個周末日[16]。根據Miller 等[17]研究開發的活動強度切割點將運動強度劃分為SB（＜100 counts/min）、LPA（100～1 951 counts/min）、MVPA（≥1 952 counts/min），進而確定SB、LPA 和MVPA 時間。加速度計的參數內容包括測試儀器、采樣間隔、未佩戴時間、每天佩戴有效時間、納入有效統計分析天數、體力活動強度界值等。選擇現有老年人體力活動研究中使用較多、較為合理的數值對參數賦值，以保證研究結果與同類研究具有一定的可比性，具體設置如表1 所示。

表1 三維加速度計體力活動測量參數設置[17]Table 1 Parameter settings of ActiGraph GT3X+ physical activity measurement

1.2.2 認知功能測量

采用中國版蒙特利爾認知量表（MoCA）進行認知功能測量。MoCA（www.mocatest.org）涵蓋了空間技能、執行功能、記憶力、注意力、計算能力、語言流暢性、抽象思維和定向能力8 個認知功能領域[18]。共計30 分，分數越高表現越好，若受教育年限≤12 年，則在測試結果的基礎上加1 分，以矯正受教育年限偏倚。經過專業培訓的測試人員采用一對一的方式，嚴格按照要求對老年人進行認知功能測量。

1.2.3 協變量

使用自我報告的問卷對性別、年齡、受教育程度、收入水平的基線數據進行評估。先前研究已證明這些因素與體力活動、SB 和認知功能有關，因此本文對其進行了調整。

1.2.4 數理統計法

使用IBM SPSS 24.0 軟件進行統計分析，將P＜0.05 設定為統計學上具有顯著性，數據被表示為正態分布的平均值（M）或分類數據的頻率計數（%）。采用等時替代模型評估SB、LPA、MVPA 與認知功能之間的橫斷面關聯。在運行模型之前，將所有活動模式（SB、LPA 和MVPA）時間除以常數30 作為30 min 的時間單位（根據體力活動指南）[19-21]，即每增加1 個單位代表每天增加30 min。通過將SB、LPA 和MVPA時間相加，建立一個表示加速度計總佩戴時長的變量進行等時替代。

建構等時替代模型包括3 個步驟，分別是構建單因素模型、分配模型和進行等時替代。單因素模型檢驗的是每種活動行為與因變量之間的關系，并根據混雜因素進行調整，但不針對其他類型的活動，也不考慮活動的替換或置換。以SB 為例——單因素模型：因變量=（β1）SB +（β5）協變量，反映了在不考慮總可用時間的情況下參與某一特定體力活動類型絕對時間量增加對因變量的影響。分配模型：因變量=（β1）SB+（β2）LPA+（β3）MVPA+（β5）協變量，其中，活動行為的系數表示在保持其他活動不變的情況下時間變化對其的影響。等時替代模型表示在保持總佩戴時間常數不變的情況下用指定的一種活動類型替換另一種活動類型后的效果。如以LPA 或MVPA 替換SB，等時替代模型：因變量=（β2）LPA+（β3）MVPA+（β4）總活動時間+（β5）協變量。該模型中的系數β2和β3代表用一種活動類型（LPA 或MVPA）等時替代SB，同時保持其他活動類型和總佩戴時間不變的效果。如β2可以解釋為在保持MVPA 和總佩戴時間不變的情況下用30 min LPA 替換30 min SB 后的效果。其中，β1～β5為各種活動的系數或協變量。

在所有的模型設定下，其他解釋變量估計系數的正負情況始終保持一致，表明回歸結果是穩健的?；貧w系數結果表明全要素生產效率更高、資產規模更大、年輕有活力的民營上市公司更容易參與對外直接投資。高資本產出效率的企業特征在一定程度上證實了對外直接投資企業重視生產技術和學習效應。

2 研究結果

2.1 描述性分析結果

最終樣本為308 名老年人，女性占57.47%，老年人的平均年齡為（68.66±5.37）歲，平均BMI 為（26.15±15.33）kg/m2，受教育程度、經濟水平等具體情況如表2 所示。

表2 參與者基本特征（n=308）Table 2 Basic characteristics of participants

2.2 老年人體力活動、SB 和認知功能情況

從表3 可知，參與者每天佩戴加速度計約13.5 h，SB、LPA 和MVPA 持續時間占總佩戴時間的比例分別為73.1%、21.2%和5.7%，表明老年人大部分時間均處于久坐不動的生活狀態。獨立樣本t 檢驗結果顯示，MVPA 時間存在明顯的性別差異，男性老年人MVPA 時間高于女性（P＜0.05）。老年人認知功能總分為（24.39±3.03）分，各認知維度具體得分如表3 所示，經檢驗，命名能力（P＜0.01）、注意力（P＜0.05）、計算能力（P＜0.01）、抽象能力（P＜0.01）存在顯著的性別差異，均表現為男性老年人得分高于女性。經檢驗，不同活動行為的方差膨脹因子均小于4，最大值為2.024，各活動行為之間不存在共線性，可進行下一步分析。

2.3 老年人SB、LPA、MVPA 互相替代對認知功能的影響

表4 中模型1 為單因素回歸分析模型，模型2 為控制其他活動行為的分配回歸分析模型。從模型1 結

果可知：LPA 與老年人命名能力（β=0.001，95%CI：0～0.003，P＜0.05）、注意力（β=0.002，95%CI：0.001～0.003，P＜0.01）和抽象能力（β=0.001，95%CI：0～0.002，P＜0.01）呈正相關關系；MVPA 與老年人命名能力、記憶力、注意力、計算能力、語言流暢性、抽象能力和定向能力之間呈顯著正相關關系（P＜0.01）。

表3 老年人體力活動、SB 與認知功能基本情況Table 3 Basic information of physical activity, SB and cognitive function of the elderly

表4 SB、LPA、MVPA 與老年人認知功能的關系Table 4 The relationship between SB, LPA, MVPA and cognitive function of the elderly

從模型2 結果可知：同時控制協變量和其他活動行為時，LPA 與老年人注意力（β=0.045，95%CI：0.006～0.085，P＜0.05）呈正相關關系，表示LPA 每增加30 min，老年人注意力得分增加0.045；MVPA 與老年人執行功能、命名能力、記憶力、注意力、計算能力、語言流暢性、抽象能力、定向能力呈正相關關系，表示MVPA每增加30 min，老年人執行功能、命名能力、記憶力、注意力、計算能力、語言流暢性、抽象能力、定向能力得分分別增加0.399、0.102、0.614、0.162、0.084、0.264、0.170、0.091。

由于時間不能無限增加，需在有限的時間內評估不同強度體力活動、SB 相互替代對老年人認知功能的影響。表5 是控制總時間后每天30 min LPA、MVPA、SB 相互替代對老年人認知功能的影響結果。從表5可知：30 min LPA 等時替代SB 與更好的計算能力（β=0.080，95%CI：0.015～0.145）、定向能力（β=0.077，95%CI：0.002～0.151）有關。30 min MVPA 等時替代SB與更好的執行功能（β=0.389，95%CI：0.255～0.522）、記憶力（β=0.611，95%CI：0.434～0.787）、注意力（β=0.123，95%CI：0.044～0.203）、計 算 能 力（β=0.085，95%CI：0.022～0.148）、語言流暢性（β=0.250，95%CI：0.042～0.358）、抽象能力（β=0.168，95%CI：0.085～0.251）、定向能力（β=0.080，95%CI：0.008～0.152）有關；反之，30 min SB 等時代替代MVPA 后，老年人執行功能、記憶力、注意力、計算能力、語言流暢性、抽象能力、定向能力均有下降趨勢。30 min MVPA 替代LPA 與 更 好 的 執 行 功 能（β=0.378，95%CI：0.240～0.516）、記憶力（β=0.593，95%CI：0.411～0.775）、注意力（β=0.116，95%CI：0.034～0.199）、計算 能力（β=0.081，95%CI：0.015～0.146）、語言流暢性（β=0.251，95%CI：0.139～0.363）、抽象能力（β=0.147，95%CI：0.062～0.232）、定向能力（β=0.076，95%CI：0.002～0.151）有關；反之，認知功能得分下降。綜上所述，30 min SB 替代30 min 體力活動對老年人認知功能有抑制作用。

表5 30 min SB、LPA、MVPA 等時替代對老年人認知功能的影響Table 5 Effects of 30 min SB, LPA and MVPA on cognitive function of the elderly

2.4 預測等時替代后認知功能的變化情況

圖1 MVPA 和LPA 等時替代后認知功能變化情況預測Figure 1 Predicted changes in cognitive function after isochronous substitution

3 討 論

近年來，隨著人口老齡化程度不斷加深以及人類預期壽命的延長，18%～38%的80 歲及以上老年人患有癡呆，嚴重影響了老年人的生活質量。預防或延緩老年人認知功能下降是人類不得不面對的健康難題，體力活動和SB 一直是學界關注的影響認知功能變化的重要因素。然而，尚未有學者從行為改變的視角預測老年人認知功能的變化。因此，本文以老年群體為調查對象，采用等時替代模型探究30 min MVPA、LPA、SB 相互替代后對老年人認知功能的潛在影響，為“健康中國2030”“體醫融合”以及老齡化背景下我國老年人的科學健身提供合理、有效的運動方案。

本文結果表明，控制年齡、受教育程度、月收入和其他活動行為等變量后，體力活動時間增加30 min 對老年人認知功能有明顯的促進作用，尤其是MVPA 時間增加30 min，老年人認知功能各維度得分均有明顯提高?？梢?，體力活動在維持老年人認知功能方面具有積極作用，說明體力活動可能是一種潛在的非藥物干預手段，可促進老年人認知健康，提高其日常生活能力。體力活動對認知功能的影響機制可能與腦容量、腦血流量、生長因子利用率和信號級聯的變化有關。等時替代模型顯示，每天用30 min LPA 代替30 min SB 會顯著增加老年人的計算能力、定向能力得分，反之明顯下降。Suzuki 等[12]發現，每天用30 min LPA 等時替代SB 與男性老年人認知功能得分呈正相關關系（β=0.385，95%CI：1.06～2.04），這一結果與本文結果基本一致。但也有研究[22]認為，30 min SB 被LPA 等時替代時，老年人執行功能得分更低。相關文獻[23]指出，中高強度有氧運動訓練可改善老年人認知功能和大腦健康，出現上述結果可能是因為LPA 運動強度未達到認知改善強度閾值。本文結果表明，30 min LPA等時替代SB 對老年人計算能力和定向能力有益，說明LPA 對老年人認知功能具有獨特的保護作用。

等時替代研究結果表明，LPA 或MVPA 替代不同時長SB 均能使老年人認知功能得分產生不同程度的增加，意味著對于久坐少動的老年人群而言，多進行LPA 或MVPA 均能產生一定的認知健康收益。但就收益增加量而言，30 min MVPA（β=1.813）等時替代SB 的收益優于LPA（β=0.047），說明同樣的時間進行MVPA 將產生更大的認知健康收益。本文結果與前人研究結果基本一致，如：Ehlers 等[11]發現，30 min MVPA等時替代SB，比30 min LPA 等時替代SB 對老年人的執行功能更為有益；Wei 等[13]發現，30 min MVPA 等時替代SB 與更好的認知功能有關，指出用30 min MVPA 等時替代SB 與睡眠不足7 h 的老年人更高的執行功能、語言能力和總認知功能得分顯著相關。相較于Wei 等[13]采用問卷調查方式收集體力活動數據，本文采用三維加速度計測量體力活動水平，同時通過“一對一、面對面”的方式測量認知功能，研究結果更為準確?？傊?，這些結果都強調了行為改變對認知功能具有重要作用，其中MVPA 時間改變對老年人認知功能變化更為敏感。

有研究[11]發現，用MVPA 等時替代LPA 能為執行功能和處理速度帶來更好的效益。Wei 等[13]發現，每天用30 min MVPA 等時替代睡眠時間大于7 h 老年人的步行時間，其執行功能得分顯著增加（β=0.03，95%CI：0.000 4～0.070 0）。這些研究結果與本文結果類似，同時進一步證明，每天用30 min MVPA 等時替代LPA 會對老年人認知功能產生有益影響。這意味著持續用MVPA 替代LPA 可能延緩或防止老年人隨著年齡增長而出現認知功能衰退。MVPA 與認知功能之間的關聯機制：MVPA 與更大的總腦容量和腦灰質體積增加有關，可能會對與認知功能有關的前額葉皮層和海馬體產生直接影響[24]。另外，MVPA 改善認知功能可能與神經遞質水平（如乙酰膽堿）的增加有關。神經遞質水平的增加刺激海馬中腦源性神經營養因子（BDNF）的釋放，提高大腦的可塑性和血液流動性，促進突觸的生長與分化。因此，參與MVPA 可預防與年齡有關的認知功能衰退[25]。此外，經常參與體力活動會增加社會參與，有助于改善老年人的認知功能。

本文結果表明：隨著替代時間的增加，MVPA 等時替代SB 的上升幅度高于MVPA 等時替代LPA；LPA 等時替代MVPA 的下降速度高于SB 等時替代MVPA。等時替代效益的不對稱性可能與MVPA、LPA 和SB 時間有關，如30 min 變化對于MVPA 而言是一個很大的變化，而對于SB 而言可能是一個微小的調整。考慮到老年人癡呆的高發病率對公共衛生造成的嚴重負擔，以及針對老年人SB 干預措施的缺乏，應對老年人進行體力活動干預，縮短SB 時間、增加體力活動以改善其認知功能。通過體力活動干預，特別是MVPA 干預來改善老年人認知功能是預防癡呆的一種經濟有效的方法。

研究局限：①本文是一項橫斷面調查，無法推斷SB、體力活動和認知功能之間的因果關系，需要進一步展開縱向研究；②三維加速度計只評估了上肢或下肢運動，而未評估軀干運動（如一些家務勞動和騎自行車）和基于水上的體力活動（如游泳或水下行走）。

4 結論與建議

每天30 min LPA 或MVPA 等時替代SB 均能不同程度地改善老年人認知功能，30 min MVPA 等時替代LPA 也能改善老年人認知功能。其中：MVPA 等時替代SB 的效益最佳；LPA 等時替代SB 時認知功能得分緩慢上升，反之緩慢下降；MVPA 等時替代LPA 時認知功能得分緩慢上升，反之迅速下降；MVPA 等時替代SB 時認知功能得分迅速上升，反之緩慢下降。

老年人73.1%醒著的時間處于久坐不動的生活狀態，因此，為了盡可能在有限的時間內減少老年人SB，提高其體力活動水平，提出如下建議：①應減少老年人屏幕活動（如看電視）時間，積極推廣老年社團組織，如太極拳社團、廣場舞社團等，重視日?；顒又蠱VPA對其他活動類型的替代，增加MVPA 時間。②政府部門在將來的體力活動指南的修訂或24 h 活動指南的制定過程中，以及對老年人體力活動管理工作中，應充分考慮每日24 h 時間固定的事實，改變過去獨立考慮體力活動或SB 對認知功能產生影響的思路，重視一天中不同行為時間的合理分配，綜合考慮體力活動與SB 的相互聯系及其對老年人認知功能的影響。

作者貢獻聲明：

吳志建：提出論文主題，設計論文框架，撰寫論文；

王竹影：修改論文框架，修改論文；

鄭 賀：梳理論文邏輯，指導修改論文；

張 兵：修改論文，提供數據分析技術支持。