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时间使用流行病学在身体活动研究领域的应用

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发表于 2021-2-19 14:40:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
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时间使用流行病学在身体活动研究领域的应用
宋俊辰1,2,李红娟1,2*,王政淞1,2
(1.北京体育大学 运动人体科学学院,北京100084;2.北京体育大学 运动与体质健康教育部重点实验室,北京100084)
摘 要:身体活动与健康促进是公共卫生及运动科学领域研究的重点方向之一。个体一日24 h由睡眠、久坐及各种强度的身体活动组成,已有研究多从单一维度探讨这些行为对健康的影响,忽视了身体活动、久坐、睡眠等行为之间的内在联系及对健康结果的综合影响,可能使相应行为与健康效应间的关联产生偏差。时间使用流行病学研究方法的引入克服了这一不足。以“时间分配”作为切入点,综述国际学术界关于身体活动、久坐和睡眠行为对健康影响的研究现状,并系统阐述了等时替代研究方法、活动-平衡模型、时间使用流行病学的发展及其研究框架。基于此,展望了时间使用流行病学相关理论在身体活动研究领域的应用前景:1)开发新式测量工具并完善数据收集和分析方法;2)建立有关时间使用模式的综合评价体系;3)制订我国大众人群的活动-平衡时间分配推荐指南方案。
关键词:身体活动;健康促进;等时替代;活动-平衡模型;时间使用流行病学
社会经济的高速发展,科技手段的日新月异,人类的生活方式也在不断发生改变。随着日常生活水平的逐渐提升,不论是在欧美等发达国家,还是在亚非等发展中国家及地区,人们越来越趋向于静坐少动的生活方式。截至2016年,全球年龄标准化的身体活动不足流行率达到27.5%(95%CI:25.0-32.2),女性身体活动不足问题尤为严重(Guthold et al.,2018)。世界卫生组织(World Health Organization,WHO)2018年指出,身体活动缺乏已经成为继高血压、烟草使用和高血糖之后的第4 大导致人类死亡的危险因素。现阶段,每年约有320 万例人类死亡事件与身体活动缺乏有关。大量研究表明,身体活动量不足、静坐少动行为增多、睡眠质量下降等人类生活方式问题与肥胖、心血管疾病、2-型糖尿病及癌症等许多非传染性疾病的日益增多密切相关(Brown et al.,2012;Cappuccio et al.,2010;Diaz et al.,2013;Rezende et al,.2016)。研究身体活动、静坐行为、睡眠时间等的分配与健康的关系,成为公共健康研究领域的重要方向。因此,引入科学流行病学研究思想,推进大众健康教育及身体活动促进实践工作的进一步开展,是当前公共卫生及运动科学领域的研究热点。
从行为学研究角度来看,人在一天(24 h)当中的活动时间包括睡眠、静坐行为及不同种类的身体活动(Chaput et al.,2014)。长期以来,科研人员将睡眠、静坐少动行为以及身体活动作为孤立的研究因素,来探讨这些因素对人类疾病发生、公共健康管理、锻炼行为改变等诸多方面产生的具体影响。但在2008年,行为阶段改变理论提出者、美国罗德岛大学癌症预防研究中心主任Prochaska 教授却指出,为解决目前日益严峻的公共健康问题,应当更多采用“共变”(Co-Variation)方法,不能仅考虑单一行为(如身体活动行为)对个体健康状况产生的影响,而是应该整合考虑个体的多个行为,充分探究多种行为变化对个体健康结果产生的综合效应。2009年,美国哈佛大学公共卫生学院Mekary 博士采用等时替代模型(Isotemporal Substitution Model),将个体在一天当中的多种行为加以详细记录,并分析了不同行为所占有的时间与人体身心健康状况之间的关联性。而后,澳大利亚学者Pedišić(2017)进一步提出了时间使用流行病学(Time-Use Epidemiology)这一新理念。本文梳理了当前国际身体活动、静坐少动及睡眠行为与健康关联的研究概况,并探讨时间使用流行病学在身体活动等研究领域的发展前景,以期为我国人群身体活动与健康促进领域的研究提供有益的参考。
1 身体活动、静坐少动及睡眠行为研究概述
身体活动(Physical Activity)是指由骨骼肌收缩所引起的、导致机体能量消耗增加的任何身体活动,包括工作期间的身体活动、家务相关的身体活动、交通出行相关的身体活动以及闲暇时间参与的锻炼类身体活动(WHO,2018)。经常参与锻炼类身体活动,如跑步、篮球、游泳等能起到强身健体、促进健康的积极作用。从人群健康促进的角度,一般通过引导各人群定期参加锻炼类身体活动,达到降低其非传染性疾病发病风险,促进身心健康全面发展的目的(Fan et al.,2015;Lindwall et al.,2011;Richards et al.,2015;Waleh,2016)。近年来,世界各国陆续出台了以改善身体活动、促进国民健康为目标的身体活动指南,但这些指南所推荐的身体活动量仅够保证个体达到基本的健康状态(Centers for Disease Control and Prevention,2018a)。最近有国外学者提出不同观点,认为更高的身体活动水平会对人体的身心健康产生更为积极的影响(Andersen et al.,2006;Moore et al.,2012;Zhang et al.,2017),即花费更长的时间参与更多的锻炼类身体活动可以充分降低疾病发病风险,保障身体健康。理论上,随着日常身体活动水平的不断提升,个体的健康收益也应随之增加。但实际上,身体活动水平的提升与个体健康结果之间并不存在完全正向的线性关系。美国国立健康研究院国家癌症研究所Moore 教授团队就曾分析了闲暇时间身体活动与全因死亡率的剂量-效应关系,并指出当个体的日常身体活动水平达到身体活动推荐量的3~5 倍时,因身体活动水平提升而导致全因死亡率下降产生的收益会触发“天花板效应”,即全因死亡率风险不会再进一步降低(HR=0.61,95%CI 0.59-0.62)(Arem et al.,2015)。
虽然从运动科学的发展历史来看,有关人体日常身体活动的研究一直聚焦于中高强度(MVPA)身体活动(Pate et al.,2008)。但在过去30年,随着行为科学研究思路被不断运用于身体活动相关研究,学术界逐渐将低强度身体活动(Light Intensity Physical Activity,LIPA)及久坐行为等一系列身体活动相关行为纳入到身体活动健康促进研究领域中。在2012年,久坐行为研究联盟(Sedentary Behaviour Research Network,SBRN)公开发表了关于明确区分“久坐行为”和“身体活动不足”二者定义的公开声明,正式提出应当将“久坐行为”与“身体活动不足”区分开来,且分别将其进行精准定义(Barnes et al.,2012)。2017年,加拿大身体活动指南项目主席、渥太华大学Tremblay教授等学者邀请了87 名SBRN 成员,共同完成了一系列关于久坐行为研究相关术语制定及规范工作,将久坐行为定义为人类处于清醒状态下的具有下列特征之一的行为,具体表现为人体处于坐姿、倚靠和静躺等姿势,且能量消耗≤1.5 代谢当量(METs)。近年来,人类的生活方式愈来愈趋近于便利化,久坐行为所占用的时间在不断增加。21 世纪初,西方发达国家的调查指出儿童青少年的久坐时间过长,此外,还有学者认为,个体的久坐时间会随其年龄的增长而不断增加,不仅是儿童青少年人群,成年人的久坐少动问题同样严峻(Centers For Disease Control And Prevention,2015;Matthews et al.,2008;Pate et al.,2011;Saidj et al.,2015;Steele et al,2010)。过多的久坐行为使儿童青少年群体受困于肥胖、代谢综合征等慢性疾病,进而导致学习成绩下降、认知功能减退甚至抑郁等严重的心理健康问题(Costigan et al.,2013;Hoare et al.,2014)。对于成年人群体而言,久坐时间的增加更会导致心血管疾病、糖尿病、代谢综合征等慢性疾病的发病率甚至全因死亡率明显提高(Chau et al.,2013;Edwardson et al.,2012;Ford et al.,2012;Patterson et al.,2018)。从实验研究获取的相关证据可知,人群的久坐行为时间过多并不等同于其日常高强度身体活动(MVPA)不足(Healy et al.,2008;Owen et al.,2010)。实际上,多数个体在一天之内可能会同时积累大量的MVPA 和久坐行为时间,甚至由于MVPA 时间较高而出现补偿性的久坐时间过长。对于这类人群来说,虽然其具备较高的MVPA水平,但因日常久坐时间过长,仍然会面临较高的健康风险。有学者指出,无论对于儿童青少年还是成年人群体,久坐行为是影响健康的独立影响因素,与是否有充足的身体活动无关(Biddle et al.,2017;Van Der Ploeg et al.,2012)。
睡眠(Sleep)是人类的重要生理现象,表现为持续一定时间的各种有意识的主动行为消失,对外界环境刺激的反应能力减弱(赵忠新等,2016)。现阶段,全球大众人群普遍存在睡眠障碍、睡眠质量下降以及睡眠持续时间不足的问题(Gradisar et al.,2013;Knutson et al.,2010;Kronholm et al.,2008;Liu et al.,2016)。大量研究证据表明,睡眠持续时间不足、睡眠障碍、睡眠质量差以及睡眠时间过多等对人类心血管健康、代谢健康、心理健康和免疫健康等身心健康内容产生消极影响(Dawson et al.,1997;Kwok et al.,2018;Pandi-Perumal et al.,2006;Shan et al.,2015;Xi et al.,2014;Yin et al,2017)。与此同时,个体的实际睡眠时间需求受到遗传、行为、环境等多种因素的影响,需要根据不同人群的具体需求给出其相对应的睡眠时间,如美国疾控中心等相关科研单位最近已根据不同人群的生理需求给出了不同的睡眠推荐时间(Centers for Disease Control and Prevention,2018b)。
综上,身体活动、久坐行为以及睡眠和健康结果之间均密切相关。但现阶段关于身体活动和健康结果之间的量效关系的研究仍然不足;身体活动促进人类健康的相关研究主要集中于调查分析人体的日常身体活动水平上,久坐行为时间给人体带来的具体影响尚未得到足够重视;已发表的大多数研究只单独关注睡眠时间等变量与人体身心健康之间的关系。
从个体的角度来讲,应尽可能合理分配身体活动、久坐行为以及睡眠时间,根据科学原则,在一定范围内尽可能提高身体活动水平,减少久坐行为时间,保证适当睡眠,从而促进身心健康发展。因此,科研人员应从时间分配角度出发,设计更多的实验性研究,深入探讨并量化研究身体活动对健康产生的积极影响,并将个体不同强度的身体活动时间、久坐时间以及睡眠时间充分纳入到研究变量体系之中,综合考量身体活动、久坐行为以及睡眠时间给人体身心健康带来的综合效应,为个性化身体活动指南制订工作的进一步开展提供科学的证据支持。
2 时间使用流行病学在身体活动研究领域应用研究进展
2.1 等时替代研究方法的引入
对于每个人来说,一天中的总时间是恒定的(24 h),在同段时间内,个体无法从事两种不同行为活动(如在进行身体活动时不可能进行久坐)(Mekary et al.,2013)。理论上,在同一时间内,不同的行为活动给人体带来的健康影响有所不同。例如,某一个体每天会有30 min 的静坐或者低强度身体活动,而将这30 min 的时间替换为中高强度的身体活动时间,应会产生不同的健康效应。由于个体在一天内可以自由支配的时间是有限的,因此,通过设计相应的实验方案,探究在同等时间内替换不同的行为活动类型给人体健康带来的具体影响,能够为大众公共卫生政策的制订和身体活动指南的完善提供充分的证据支撑。
2009年,Mekary 等(2009)首次将等时替代研究方法(Isotemporal Substitution Model,ISM)引入到了身体活动健康促进研究领域之中,通过重新分配人的身体活动及久坐行为各自所占有的时间,而后再观察上述变量替换情况与人体体重变化之间的关系。等时研究方法所采用的数据分析方法以多元线性回归分析为核心,具体过程是先用一个时间使用变量去代替另一个时间使用变量,而后建立多元回归模型,其具体公式如下:

用快走替换看电视后,公式变为:

以该公式为例,拟使用快走/慢跑(MVPA)时间来替代看电视(久坐行为)时间,进而观察替换后多种自变量对体重变化(因变量)的影响。等时分析的核心之处在于,通过“等时替代”的方式,消除参与活动或替换活动的异质性,进而提供了身体活动取代久坐行为时间后产生的精准效果,其优点在于能够给个体提供更为精确和个性化的身体活动建议。Mekary 博士所采用ISM 方法的创新点在于,首次尝试将时间变量替换作为最主要的研究方法运用于身体活动及久坐行为等一系列大众健康相关研究之中。实际上对于个体而言,1 天只有24 h,但在Mekary 等(2009)的等时替代模型中,只是部分调整了身体活动和久坐行为等变量在1 天中时间分配情况,及其与健康结果之间的关系。然而,针对不同的个体,究竟在身体活动、久坐行为等多种类型上,分配给其不同的具体时间所产生的综合健康效应尚不明确,而且上述模型并没有纳入低强度身体活动时间和睡眠时间等自变量,同时在具体的数据分析过程中也会相应出现存在伪相关以及多重共线性的问题。
但最近有学者指出,人类在1 天中的总时间为24 h,在24 h 内的所有行为活动均可以囊括在睡眠、久坐行为、低强度身体活动以及中高强度的身体活动内,因此上述行为变量的时间总和加起来为24 h(一个固定常量),任何一个变量增加或减少都会引起其他变量的相应变化(Chastin et al.,2015)。因而,这种为真实空间中的向量型数据(连续型数据)设计的统计方法(多元线性回归,包括Mekary 等人提出的等时替代模型),可能不适用于时间数据(Pedišić et al.,2017)。从另一个角度来看,实际上时间数据应当被视作为成分数据(Compositional Data),同时应在成分数据的框架下使用等时替代的逻辑进行分析,这样既可以避免多重共线性,又可以整体分析所有变量的综合影响。
为解决上述的时间数据统计分析问题,英国学者Chastin 等(2016)使用了基于等距对数比(Isometric Logratio,ILR)数据转换和变化预测矩阵的组合方法对时间数据进行初步处理,而后进一步采用标准回归统计方法进行检验,最后再将结果转化回原始单位(时间单位)。根据这种统计分析思路,1 天24 h 内的所有四种行为(睡眠,久坐行为,LIPA,MVPA)所花费的时间被当作自变量,同时采用后退法(Backward Elimination)将混杂因素作为协变量加入到回归模型中(P<0.2,则保留混杂因素),最后分析各种自变量与健康结果之间的线性关系。Chastin 等(2015)的方法与Mekary 等(2009)的等时替代方法相比,有以下两个优势之处:1)可以估计所有行为相对分布的综合影响,且相对解决了多重共线性的问题;2)每一种自变量与健康结果之间的关联,会根据一种自变量及其他自变量所占用的时间份额进行调整。
Dumid 等(2018)则进一步提出,按照具体的时间(如10 min/天)来重新分配是虚假的,如果时间使用成分数据能够按照百分比来操作,则重新分配时间的持续时间也可以用百分比表示。
等时替代方法的思想来自营养流行病学调查中,因不同种类的营养素所含能量各不相等,故在相互替代时需要考虑总能量摄入的稳定,从而观察不同营养素摄入与多种疾病之间的关系的模型,是一种基于多元回归线性模型的虚拟分析方法,其应用价值在于:1)能够更具体地量化出不同身体活动行为互相替换后与健康结果之间的联系(即在替换后会出现对于健康结果改变的相关效应量,如10 min 久坐行为替代10 min MVPA 时,个体的BMI会增加1%);2)可以使个体更加直观地了解不同身体活动行为时间分配模式与不同健康结果之间“点对点”式的具体联系,进而给出对于个体而言,更加具体的、合理的、对其健康结果更有积极影响的时间分配建议,通过引导个体科学地参与身体活动,达到促进其健康、提高其生活质量的目的。等时替代方法开创性地对不同身体活动行为类型进行替换,为时间使用流行病学的提出奠定了方法学上的基础。
2.2 活动—平衡模型的建立
在2014年,澳大利亚学者Pedišić(2014)发表了一项关于个体不同身体活动、睡眠及久坐行为之间相关关系的综述,该文指出,若将MVPA 和睡眠作为混杂因素,考虑久坐行为时间对人体健康结果产生的具体效应时,如果不能够采取合适的方法有效消除MVPA、LIPA 和睡眠等因素对健康结果产生的相对影响,那么会导致分析结果的效应量相对增加,假阳性结果的出现等一些不可靠的研究结果。据此提出了活动-平衡(Activty-Balance)模型(图1),在该模型中,将睡眠时间、久坐行为、站立、LIPA和MVPA 作为自变量,将选定的健康结果作为因变量,同时在特定情况下,可针对不同的群体相应调整潜在的混杂因素。

图1 活动平衡模型(Pedišić,2014)
Figure 1.Activity-Balance Model
活动-平衡模型的实践价值在于:1)全面调查睡眠时间、久坐行为、站立、LIPA 和MVPA 与健康结果的独立和联合联系;2)明确判定与负面健康结果风险最高的行为相关的时间分配类型;3)精准定位在上述不同行为中所花费时间的最佳平衡点,以充分预防负面的健康结果的发生,并使健康效益最大化。活动-平衡模型是为了克服多个自变量调整不足的问题,而对所有的行为进行综合分析,所有自变量的总和时间为24 h(1 整天),因此将所有自变量看作成分数据,并使用相应的成分数据分析方法进行统计分析,为探讨睡眠、久坐行为和身体活动时间等自变量对健康结果的综合影响进一步提供了相应的理论基础。
2.3 时间使用流行病学概念及其研究框架的正式提出
从行为科学的研究角度来看,时间使用(time-use)相关研究是一个横跨多学科,且研究重点在特定时期(通常为1 天或1 周)内个人和社会时间分配,以及影响时间使用选择的因素(AAS,1982)。在2017年,Pedišić 在他提出的活动-平衡模型基础上,同时参考了流行病学研究思想,创新地提出了时间使用流行病学这一新概念,同时阐述并描绘了时间使用流行病学与其他流行病学研究主题之间的关系(图2)。他将时间使用流行病学定义为研究人口中与健康有关的时间使用模式的决定因素、发病率、分布和影响等,以及预防不健康的时间使用模式、实现个体健康的最佳时间分配策略的一种研究思路。与此同时,他还提出了基于时间使用流行病学思路的综合研究框架(Framework for Viable Integrative Research in Time-Use Epidemiology,简称“VIRTUE 框架”,图3),该框架纳入了社会生态学方法的关键要素、行为流行病学理论框架、以及活动平衡模型(Owen et al.,2000;Pedišić,2014;Sallis et al.,2000,2006;Stokols,1996)。

图2 时间使用流行病学与先前建立的流行病学学科之间的关系(Pedišić et al.,2017)
Figure 2.Relationship between Time-Use Epidemiology and Previously Established Epidemiological Disciplines
最佳时间使用是该框架的核心因素,目前为止,关于如何使得在睡眠、久坐行为、LIPA 和MVPA 上的时间使用之间达到最佳平衡仍然缺少可靠的证据,找到最佳的时间使用平衡除了需要考虑时间使用中与健康相关的决定因素和结果外,还需将时间使用的持续时间也纳入进来,最佳的时间使用平衡并不意味着会产生最大的健康益处,而是要成为大多数个体的时间使用习惯,同时在生理、心理、社会等方面的可操作性也需同步考量。

图3 时间使用流行病学的综合研究框架(Pedišić et al.,2017)
Figure 3.The Framework of Viable Integrative Research in Time-Use Epidemiology(VIRTUE framework)
由此可见,在未来开展更多的健康教育与健康促进的科学研究及实践工作时,应当从上述VIRTUE 框架提出的5 个部分内容作为理论基础,从寻找最佳时间使用模式平衡点的角度入手,全方位开展时间使用决定因素、时间使用方法学、时间使用组成、时间使用与健康结果之间的关系以及时间使用干预5 个方面的相关研究,着重关注个体时间使用的个性化习惯模式以及这种模式给自身健康结果带来相应的具体影响,并逐步将其推广至大众健康促进实践领域,进而深入了解和认识时间使用对人体健康促进起到的积极作用。
2.4 时间使用相关方法应用现状总结
综上所述,“等时替代模型”开创性的使用了时间变量替换作为研究方法,探讨不同类型活动时间之间与健康结果的关系,但其纳入的时间变量种类较少,同时存在着多重共线性的问题;而“活动-平衡模型”为解决多种不同时间变量的共线性问题,采用前人学者从生理学能量消耗的角度将一天之内所有行为分为了睡眠、久坐、轻身体活动(light physical activity,LPA)、中等强度身体活动(moderate physical activity,MPA)、高强度身体活动(vigorous physical activity,VPA),认为一天中的所有行为应该相互调整,该模型综合了一天中的所有行为,为将时间数据视为成分数据继而运用等时替代方法的逻辑进行分析奠定了理论上的基础;“时间使用流行病学框架”则是从前瞻性角度切入,是在系统性地总结了前人研究的同时参照流行病学其他研究领域后,从时间使用出发,对未来整体研究思路进行试探性的讨论。现阶段,西方学者对等时替代方法的使用已较为常见,并且广泛研究各种人群时间使用分配与其健康结果之间的关系。
就目前而言,大多数研究集中在探究时间使用与BMI以及肥胖之间的关系。于2017年发表的一篇Meta 分析中对使用等时替代方法重新分配久坐时间和MVPA 进行了总结,探究了其与青少年肥胖之间的关系,该研究结果显示使用MVPA 对久坐时间进行替换与受试者全身脂肪总量降低有统计学上的意义(β=-2.512;P=0.003),但是与BMI 以及腰围无关(García-hermoso et al.,2017)。加拿大学者Colley 等(2018)也使用等时方法在对加拿大成人肥胖与健康状况进行了研究,他们认为将30 min/天的久坐行为、LIPA 或者睡眠替换为MVPA,与更低的BMI 以及更小的腰围有关。在心血管健康标志物方面,Buman 等(2013)同样使用等时替代方法对美国2 000 多名20 岁以上成人进行睡眠、久坐行为和身体活动时间进行了重新分配,发现将30 min/天的久坐时间替换为睡眠、LIPA 或MVPA 均会使心血管健康相关指标呈现有益的变化趋势,并且得出MVPA 可以最大化促进健康,将久坐行为重新分配给LIPA 以及睡眠时间时可以获得额外的益处的结论。此外,美国宾夕法尼亚大学人口研究中心Fishman 等(2016)发现,用LIPA 替代30 min 的久坐时间可以使人群死亡风险降低20%,(5年后的随访:HR = 0.80,95% CI:0.75,0.85),而同样地用MVPA 替代30 min/天的久坐时间亦可降低死亡风险(HR = 0.49,95% CI:0.25,0.97)。还有学者发现,使用60 min/天的VPA 去替换相同时间的久坐后,研究对象的抑郁症发病风险显著降低(β=–1.215,P=0.021)(Rethorst et al.,2017)。
综上所述,等时替代方法的应用在西方发达国家现已比较成熟。在过去的10年内,西方国家的部分学者已发表了60 余篇与其相关的研究论文,但是需要注意的是目前已有的“等时替代方法”不甚统一,故在未来的研究中,需要进一步考量各种替代方法的科学性与可行性。同时,睡眠这一行为对健康的效应与身体活动以及久坐行为对健康的效应有所不同,因而在将其作为时间成分进行替代时需慎重考虑。
3 时间使用流行病学在身体活动研究领域应用前景展望
活动-平衡模型的建立、时间使用流行病学概念及其研究框架的正式提出,使得科研人员可以将人体一天之内的睡眠时间、久坐行为时间和身体活动时间结合起来,综合观察不同活动形式所占时间分配的比例情况对人体健康结果的具体影响,并逐步寻找出能够针对不同个体的个性化最佳时间使用模式。但总体来看,时间使用流行病学有关研究才刚刚起步,在研究思路、实验设计、测量方法、评价机制等方面仍有许多问题有待解决。1)现有的各类实验研究所采用久坐行为和睡眠测量工具的科学性和有效性尚显不足,数据收集和分析方法更要不断地完善与更新。2)需增加有关个体日常行为活动的评价内容及具体方法,建立人群日常行为时间使用分配模式的综合评价体系。3)应投入更多科研资源,制订关于我国大众人群的24 h 身体活动及休息时间推荐的可行性方案。据此本文根据时间使用流行病学在未来身体活动研究领域中的应用前景,提出以下几点讨论性建议。
3.1 开发新式测量工具、完善数据收集和分析方法
现阶段,关于人类日常身体活动的测量方法主要包括主观测量法(身体活动问卷、身体活动日记等)和客观测量法(双标水法、间接测热法、心率监测、计步器和加速度计等)两大类,双标水法虽然是身体活动测量的“金标准”,但由于其成本过于高昂,故目前国内外相关研究经常采用的且结果较为准确的方法是客观加速度计测量法。但若要从时间记录和分析的角度展开更多的相关研究,就需要在久坐行为时间和睡眠时间的精准测量方向取得进一步的突破。就目前而言,就久坐行为时间测量及评价的“金标准”问题,学术界尚未就此达成共识。多数情况下,科研人员大都只是将主观测量法与客观测量法相结合,进而对个体的久坐和睡眠时间进行间接性的推断。现有的客观测量方法,其测量手段的核心在于对个体的“能量消耗”属性进行间接计算,进而定义其活动类型,如当推算出的能量消耗在3~6 METs 时,则定义其为中等强度身体活动(Ainsworth et al.,2000)。但实际上,仅就久坐行为来说,它同时具备了“能量消耗”和“姿势”两个属性,在实际测量过程中,目前应用较广的Acti-Graph GT3X 三轴加速度计只能记录和分析人体的能量消耗情况,却忽略了人体的“姿势”属性。因而建议,在未来的研究中可适当引入新式测量设备,尽可能做到将能量消耗与人体姿态等情况完整记录。
另一方面,在客观运动传感器的算法设置方面也需进一步根据具体测量情况调整升级。例如,目前学术界在测量人体的久坐行为时,通常将加速度计的计算切点设置为<100 cpm(KERR et al.,2013)。但最近有学者明确提出,在测量青少年人群的久坐行为时,照搬成年人久坐行为测量的“阈值”切点并不合适(Saint-maurice et al.,2016)。此外,人体在参与日常身体活动过程中,会出现相应的“休息”时间,而在使用加速度计测量这些身体活动变量时,就会将休息时间误识别为久坐时间。但从生理学理论上来讲(Kang et al.,2015),运动过程中出现的片刻“休息”时间对于人体健康而言是有益的,“久坐”却是有害的,因此这样的误差就会对整个身体活动测量与身心健康关系之间研究的结果及结论产生一定的影响,在未来的算法更新和设置时,应当充分考虑这一类问题。然后关于睡眠测量方面,学者们通常采用睡眠(在床上)时间作为衡量睡眠质量的主要变量,但这一变量测量的难度很大。在人体生理学研究领域,通常采用多导睡眠仪分析方法作为测量睡眠变量的金标准(Ferrie et al.,2011),但在实际应用过程中,脑电记录和分析仪器的使用很不方便,同时实验成本会大大增加,另外从舒适度的角度考虑也难以保证被测者的依从性,无法再大规模流行病学研究中使用。然而如果仅仅采用被测者的自我报告来评估其睡眠时间,则无法保证测量结果的精确性,如一位被测者报告自己当晚22 点就寝,但实际情况却是该被测者直至次日凌晨1 点才真正进入睡眠状态。总体来说,当前有关睡眠变量的客观测量和自我报告方法的可行性和可靠性值得商榷,在未来需开发新式的测量工具来准确评估人体的睡眠情况。
就时间数据的统计分析方法来说,目前已发表的各个研究多采用的ISM 模型及其替代方法相互之间存在着一定的异质性,且大多集中探讨与身体活动相关的行为(如中高强度的身体活动等),而缺乏对其他行为如睡眠时间等的分析;同时,ISM 模型是一种虚拟的替代方法,且研究数据大都来源于横断面研究,故其量效关系的准确性有待考量,因而还需进一步开展更多相关实验(尤其是纵向追踪实验研究)对ISM 模型替换后的结果进行检验,验证已有研究证据的有效性和实际意义。综上所述,应当注重开发新式测量工具并完善数据收集和分析方法,尽可能对人类个体在一天(24 h)之内的所有行为进行调查和记录,分析不同的时间使用模式与个体健康结果之间的关联性,为时间使用流行病学研究思路在身体活动与健康促进领域中的进一步普及推广提供坚实的证据支持。
3.2 建立有关时间使用模式的综合评价体系
近年来,国内外已分别针对身体活动、久坐行为和睡眠等问题,陆续发布了一系列相应的指南或评价体系。如世界卫生组织(World Health Organization)在2010年发布的“身体活动有益健康的全球建议”,美国国家睡眠基金会提出的推荐睡眠时间等(Hirshkowitz et al.,2015)。但就这些指南或评价体系的具体内容来看,大多只是对人群或个体单一的日常行为,如身体活动、睡眠时间进行指导或评价,而没有把一天(24 h)内的所有日常行为进行整合。若直接采用这些指南或推荐标准用于评价人群或个体的日常行为活动情况,则会使得评价结果产生一定的偏差。例如,要评价个体是否“活跃”,那么评价依据就仅仅是观察该个体是否满足国际身体活动指南中推荐的日常MVPA 活动量,如果他的MVPA 水平达到了60 min/天时,就直接认定该个体是“活跃的”。但实际上,即便一个人的MVPA 水平达到了60 min/天,同时它的日均久坐时间(包括工作、学习、使用手机等电子产品时间)可能高达10 h 以上,那么仍然将其视作“活跃”就显得不甚合理。所以在大众健康促进科研领域,需建立个体日常行为时间使用分配模式的综合评价体系,尽可能准确评价某一特定人群或个体的日常行为活动情况和具体的时间使用分配模式。
3.3 制订我国大众人群的活动-平衡时间分配推荐指南
自21 世纪起,国外学者陆续从“时间分配”的研究角度出发,发表了一系列关于时间分配模式与人体健康促进相关的研究成果,同时相关科研单位根据这些成果制订出了相应的人群日常行为推荐指南。在2016年,加拿大运动生理学学会使用成分数据替代分析方法,对加拿大儿童和青少年的睡眠持续时间、久坐行为时间、身体活动时间和健康指标的关联性进行了探讨(Carson et al.,2016),并由加拿大身体活动指南项目主席、渥太华大学Tremblay 教授牵头,制定了专门针对加拿大儿童青少年群体的24 h 身体活动及休息活动指南(Tremblay et al.,2016)。该方案首次纳入了包括睡眠,久坐行为,LIPA 和MVPA 等诸多活动类型的推荐方案,是目前国际上第1 个全面纳入身体活动、久坐行为和睡眠等多个内容的24 h身体活动指南。在2017年,新西兰卫生部(Ministry of Health NZ)随即根据加拿大的24 h 身体活动指南,也发布了专门针对新西兰儿童青少年群体,关于睡眠,久坐行为以及身体活动的联合建议。
就我国而言,目前现有的一些针对我国不同人群的身体活动指南缺乏综合精确的定量化评价内容,其重点大都主要关注人群是否达到MVPA 推荐量上,而对于个体一天(24 h)之内其他行为(睡眠,久坐行为,LIPA 等)的建议和指导部分虽有但并不全面,如在最近发布的“中国儿童青少年身体活动指南”中(张云婷 等,2017),只是针对儿童青少年给出了针对“屏幕时间”(Screen time)的定量推荐量,缺乏对久坐行为的总体量化指导(除去“屏幕时间”外的其他久坐时间,如课堂时间、作业时间等),同时对活动的类型和活动量与具体健康结果(某种特定慢性疾病)之间的联系解读部分也不甚明确。因此,在未来应开展更多的实验性研究,从时间使用模式干预的角度,探究其与人群或个体健康效益改变的具体关系,进而结合可靠的实验性研究证据,针对不同的人群或个体给出个性化的身体活动、久坐及休息时间使用推荐方案,促使其获得最大的健康效益。例如,对肥胖人群而言,应建议其在必须达到60 min/天的MVPA 外,还需在日常生活过程中尽可能减少看电视、玩电子游戏等久坐时间,以增加自身的每日能量消耗;倘若目标人群普遍患有高血压,则在给出合理的体育锻炼推荐时间方案时,还要建议其一定要保证每天具备足够的睡眠时间(如8 h 左右),同时尽可能提高睡眠质量。
身体活动健康促进一直是我国政府相关主管部门的关注重点,我国当前正大力推广全民健身等一系列大众健康促进计划,“体医融合”目前已成为公共卫生和体育科学研究领域未来发展的新兴交叉点。我国科研人员应适当借鉴时间使用流行病学研究思路及方法,开展相关研究深入了解不同身体活动及休息行为与个体健康结果之间的关系,制订专门针对我国大众人群的活动-平衡时间分配推荐指南,为大众健康有关政策的制订和实施提供相应的理论依据。
4 结语
身体活动健康促进一直是全世界公共卫生及体育科学领域研究的重点问题之一。近年来,随着等时替代研究方法被不断引入到身体活动健康促进研究领域之中,国外学者总结相应的研究成果,初步建立了活动-平衡模型,并提出时间使用流行病学的科学概念及其研究框架。本文以“时间分配”思路作为切入点,详细阐述了当前国际学术界身体活动、久坐行为和睡眠的研究现状,并对时间使用流行病学理论在身体活动研究领域中的应用前景进行了介绍。而后从开发新式测量工具并完善数据收集和分析方法,建立有关时间使用模式的综合评价体系,制订我国大众人群的活动-平衡时间分配推荐指南方案等3个角度提出相应的可行性建议,以为时间使用流行病学研究思想和方法在身体活动健康促进领域中的推广和应用提供坚实的理论基础。
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Application of Time-use Epidemiology in the Research Field of Physical Activity
SONG Junchen1,2,LI Hongjuan1,2*,WANG Zhengsong1,2
1.Beijing Sport University,School of Sport Science,Beijing 100084,China;2.Beijing Sport University,Exercise and Physical Fitness Key Laboratory of Ministry of Education,Beijing 100084,China
Abstract: Physical activity (PA) and health promotion is one of the key directions in the research field of public health and sports science.The 24 hours of an individual’s day consist of sleep, sedentary and various PA.Previous studies usually investigate the impact of these behaviors on health from a single dimension,but ignoring the inherent connections between PA,sedentary and sleep,and the comprehensive impact on health outcomes, which may lead to deviations between these behaviors and health effects.While the time-use epidemiological research methods overcome this shortcoming.Taking“Time Allocation”as the key point, this article reviews the current researches on the impact of PA, sedentary and sleep behaviors on health in the international academic community, and systematically expounds the research methods of Isotemporal Substitution Model,Activity-Balance Model, and the development of Time-Use Epidemiology and its research framework.The application of time-use epidemiology-related theories in the research field of PA can be carried out in these three aspects: 1) developing the advanced measuring tools and improving data collection and analysis methods; 2) establishing the comprehensive evaluation system on time-use patterns; 3) formulating activitybalance time allocation recommendation guidelines for Chinese.
Keywords:physical activity and health promotion;Isotemporal Substitution Model;Activity-Balance Model;Time-Use Epidemiology
中图分类号:G804.49
文献标识码:A
文章编号:1000-677X(2020)01-0079-10 DOI:10.16469/j.css.202001008
收稿日期:2018-11-14
修订日期:2019-12-26
基金项目:国家重点研发计划主动健康和老龄化科技应对重点专项2018年度部分项目(2018YFC2000600)。
第一作者简介:宋俊辰(1993-),男,在读硕士研究生,主要研究方向为身体活动与健康促进,E-mail:songjunchen93@163.com
*通信作者简介:李红娟(1972-),教授,博士研究生导师,主要研究方向为身体活动与健康促进,E-mail:janerobin@126.com
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