大学生日常行为活动对焦虑影响的成分等时替代模型研究

谭健怡，黄宝莹，黄珍惠，徐华富，刘 晴，陈青松，庄文敏，李子雄，张岩波，郜艳晖

1)广东省公共卫生检测与评价工程技术研究中心 广州 510315 2)广东药科大学公共卫生学院流行病与卫生统计学系 广州 510315 3)山西重大疾病风险评估重点实验室 太原 030001 4)山西医科大学公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室 太原 030001

缺乏身体活动是大学生面临的重要公共卫生问题之一。身体活动不足不仅导致学生身体素质下降,增加成年期慢性病患病风险[1-2]，而且影响学生心理健康，诱发焦虑、抑郁等情绪[3-4]。有研究[5-6]探讨了中高强度身体活动(moderate-to-vigorous-intensity physical activity，MVPA)、久坐行为(sedentary behavior，SB)对焦虑、抑郁的影响。但从最近发展起来的时间使用流行病学[7-8]的角度分析，单日各种行为活动时间总和恒定为24 h，某一项行为(如身体活动)时间的变化必然导致另一项或多项行为(如久坐行为或睡眠)时间的补偿性改变。因此，孤立地关注某行为活动时间的健康效应是片面的，应全面研究身体活动(包括低、中和高强度)、静坐行为和睡眠等因素与健康结局的关系[8-9]。实际上，各行为活动时间属于典型的成分数据，如采用成分数据分析方法进行统计分析可以更深入地描述身体活动、久坐行为和睡眠的健康效应[7-8,10]。

本研究调查了大学生身体活动、久坐和睡眠等行为以及焦虑状况，采用成分等时替代模型(isotemporal substitution model，ISM)[9]分析各种行为活动时间重新分配后对焦虑得分的影响，为制定大学生身体活动促进和心理健康干预策略提供数据参考。

1 对象与方法

1.1调查对象2020年2月25日至3月27日，在广东省和山西省各一所医药类高校，采用网络问卷进行调研，共收集问卷10 948份，其中有效问卷10 341份，有效率为94.46%。

1.2人口学特征问卷调查调查内容包括年龄、性别、专业、年级、居住地属性和父母文化程度等。学生专业分为医护和非医护专业，医护专业指临床医学、预防医学和护理等专业。年级分为本科低年级(包括本科一和二年级)、本科高年级(本科三、四和五年级)和研究生。居住地属性分为乡村和城镇。父亲或母亲文化程度分为小学及以下、初中/高中/中专、大学专科/本科及以上。

1.324h行为活动谱调查身体活动调查问卷参考国际体育活动问卷(International Physical Activity Questionnaires，IPAQ)[11]和美国健康与营养调查(National Health and Nutrition Examination Survey，NHANES)[12]等制定并修改。调查内容有：近1周进行过哪些剧烈/中等强度的身体活动，进行该项身体活动的次数(次/周)，以及每次进行该项活动的时间(min/次),获得身体活动的类型、频率和持续时间，计算平均每日MVPA时间。近1周，早上起床时间、午睡时长和晚上睡眠时长，计算平均每日睡眠(SLP)时间。近1周每天SB时间,计算平均值。用24 h减去MVPA、SLP、SB时间得到近似的每日低强度身体活动(light-intensity physical activity，LPA)时间。由于等时替代模型无法直接拟合零值，故本研究参考Martín-Fernández等[13]处理成分数据中关于零值的建议并结合数据特征，使用基于成分数据的EM算法，将单项时间为0的观测进行填补。

1.4焦虑自评量表(self-rating anxiety scale, SAS)调查采用SAS评价研究对象的焦虑情绪得分。SAS含20个反映焦虑主观感受的条目，根据各症状出现的频度进行评分。由20项的总分乘以1.25获得标准分。总分≥50分判断为焦虑。该量表信度系数为0.931，效度系数为0.810[14]。

1.5ISM过程假设有D元成分数据x=(x1,x2,…,xD)∈SD，采用等距对数比转换(isometric log ratio，ilr)后，建立向量zi(i=1,2,…,D-1)对结局变量的多元线性回归模型[15]。

(1)

式中，y为因变量；β0,β1,…,βD-1为回归系数；ε为随机误差项。回归系数βi解释为与除第i成分外的其他成分相比，第i成分所花时间与y的关联强度。

由于替换前后随机误差项不变，故随机误差项被抵消，得到用t替代另一成分导致群体水平上y的平均变化量：

Δy=β0+β1Δz1+β2Δz2+β3Δz3

(2)

1.6统计学处理使用R3.5.2和SAS 9.4进行数据整理和统计分析。对24 h行为活动时间比例采用成分数据方法[10]，用几何均数描述各变量的集中趋势，用变异矩阵描述变量间的离散趋势和成分间相关关系。其中变异矩阵元素越接近0，表示相应的两个成分对数比方差越小，成分间比例共同依赖性越强。以大学生焦虑得分作为结局变量，以用1.5方法得到的24 h行为活动时间作为自变量，应用成分ISM探究MVPA、LPA、SB和SLP时间分别以10 min为增量，重新分配10到60 min，对焦虑得分的影响。检验水准α=0.05。其中，成分ISM分析采用R软件中的compositions和robCompositions包。

2 结果

10 341名调查对象中，2 428人没有进行MVPA，即MVPA时间为0，故采用EM算法进行填补。全人群大学生平均每日MVPA、LPA、SLP和SB时间的几何均数及在24 h中的占比见表2。其中，焦虑人群MVPA、SLP和SB时间略短，LPA时间较长。

2.2四项行为活动时间的关系大学生24 h四项行为活动时间的变异矩阵见表3。全人群大学生中，LPA和SLP时间共同依赖性最大，LPA和SB时间次之。在焦虑人群结果类似。

2.3成分ISM分析结果和SLP相比，长时间SB具有较大的健康危害。本研究着重分析采用每日MVPA/LPA替代SB后，焦虑得分预测值的变化情况，结果见表4。可以看出：在全人群大学生中，用10 min及以上MVPA替代SB可降低焦虑得分；60 min MVPA替代SB后焦虑得分的平均变化量最大，平均变化量(95%CI)为-0.63(-0.85～-0.41)。而在焦虑人群中，60 min以上MVPA替代SB的效应有统计学意义，平均变化量(95%CI)为-0.56(-1.09～-0.03)。

在LPA替代SB分析中，全人群中用LPA替代SB的效应均无统计学意义。而在焦虑人群中，用60 min以上LPA替代SB可降低焦虑得分，平均变化量(95%CI)为-0.13(-0.24～-0.01)。

表1 调查对象的基本特征 例(%)

表2 调查对象24 h行为活动情况

表3 调查对象24 h行为活动成分对数比的变异矩阵

表4 每日MVPA、LPA替代SB后焦虑得分预测值的平均变化量(95%CI)

由于MVPA比LPA有更大的效应量，我们继续分析以10 min为增量，将MVPA分别替代LPA、SLP和SB，从10至60 min重新分配时间后焦虑得分预测值的变化，结果见图1。可以看到，随着重新分配给MVPA时间的增加，焦虑得分预测值均降低。在全人群中，MVPA替代LPA和SB的效应较为接近，但在焦虑人群中MVPA替代SB的效应最大，其次是替代LPA。

上：全人群;下：焦虑人群

3 讨论

近年来大学生身体活动不足、久坐行为增加和心理健康等问题日益严重[1,16]，促进身体活动、减少久坐行为被认为是缓解心理问题的有效方法，但身体活动强度、持续时间及各行为活动时间的重新分配所带来的健康效应仍不明确。ISM可以分析24 h内各类行为活动相互替代产生的健康效应[17-19]。由于24 h行为活动属于典型的成分数据，存在定和限制，故无法直接采用传统分析方法。ilr是目前成分数据分析中应用最为广泛的转换方法，通过构建标准正交基可将成分数据从单形空间映射到欧式空间，从而消除成分数据的定和限制[20]。本研究利用基于ilr转换后的ISM[15]，分析MVPA和LPA替代SB和SLP对大学生焦虑得分的影响，以期为通过促进大学生身体活动来预防心理健康问题提供数据依据。

多项身体活动指南已指出学生应平均每日活动1 h以上[21-22]，考虑到学生每日的实际活动习惯，本研究以10 min为增量，分析10到60 min MVPA或LPA替代其他行为活动产生的健康效应。本研究结果显示，MVPA具有抗焦虑作用，且该作用存在剂量效应关系。在全人群大学生中10 min及以上的MVPA替代SB可有效降低焦虑得分；在焦虑大学生中，MVPA或LPA替代SB需要积累较长时间(如60 min以上)才能产生一定的抗焦虑效果。此外，以同等时间的MVPA替代SB，焦虑大学生焦虑得分减少量低于全人群。这与现有研究[23-24]结果相一致。正常人群每日维持一定强度的身体活动量(如10 min及以上的MVPA)有助于缓解焦虑情绪，而焦虑人群则要“多动少坐”才能获得抗焦虑效果。

研究[25-26]表明身体活动可以通过抗炎、调节下丘脑-垂体-肾上腺轴、分泌脑源性神经营养因子和内源性神经营养因子等多种神经生物学机制来发挥抗焦虑作用。但受焦虑、压力情绪影响，焦虑人群往往心率变异性较低，交感神经长期处于兴奋状态，需要更长时间的身体活动积累才能调节自主神经系统，达到缓解焦虑情绪的目的[27]。此外，长时间的身体活动暴露有助于降低焦虑患者对压力、焦虑情绪的敏感性[26-27]。这是因为运动过程中产生的生理感觉与焦虑和恐慌情绪相似，长时间、规律的运动暴露使人习惯于这种恐惧感觉，从而提高了他们对恐慌情绪的耐受性。

除MVPA外，本研究还发现，60 min及以上的LPA替代SB在焦虑人群中也会有抗焦虑效应。而LPA(如散步、做家务等)比MVPA更易实现，所以更具可行性。因此，对焦虑大学生的身体活动干预可以先从LPA促进开始，再逐步引导至规律的MVPA。

本研究亦存在一定的局限性。受限于疫情原因，本研究只对两所医药类高校进行了网络问卷调查，无法用客观测量方法(如可穿戴设备)来收集身体活动数据，故可能存在一定的研究对象选择偏倚及测量偏倚。对于问卷调查数据，也有研究[7]建议尽可能地采用成分数据分析方法分析。

综上，本研究发现大学生日常行为活动与焦虑情绪之间存在关联，MVPA、LPA增加将减少SB并缓解焦虑，这一效应在焦虑人群中亦有体现。建议大学生每日用10 min及以上的MVPA替代SB，焦虑大学生用60 min及以上的MVPA或LPA替代SB，可有效缓解焦虑情绪。