基于等时替代模型的老年人久坐行为、体力活动与认知功能的关系

吴志建，王竹影，郑 贺，张 兵

（1. 南京师范大学 体育科学学院，江苏 南京 210023；2. 淮北师范大学 体育学院，安徽 淮北 235000；3. 盐城师范大学 体育学院，江苏 盐城 224299）

据估计，全球老年人口将从2015 年的9 亿人增加到2050 年的21 亿人，其中我国老年人口占30%[1]。此外，我国被诊断患有痴呆（dementia）的老年人口也将从2010 年的900 万人增加到2030 年的1 800 万人[2]。据统计，全球痴呆患者每年的治疗/护理花费已经达到8 180 亿美元，预计2030 年将增长到2 万亿美元[3]，造成巨大医疗负担。在痴呆发生前认知功能就开始下降，探索与认知功能下降有关的危险因素对预防或延缓痴呆的发生至关重要。体力活动是影响健康的可改变因素之一[4-5]，世界卫生组织也认为成年人进行中高强度体力活动（Moderate to Vigorous Physical Activity，MVPA）有利于降低认知功能下降的风险，尤其是老年人每周进行150 min 中等强度体力活动，有益于维持认知功能[6]。除体力活动外，人们逐渐认识到久坐行为（Sedentary Behavior，SB）对老年人认知健康存在潜在不利影响。有研究[7]发现，40 岁及以上的成年人久坐时长与认知功能存在负相关。然而，以往研究涉及时间使用行为时，主要调查MVPA、低强度体力活动（Light Physical Activity，LPA）、SB 时间与认知功能独立的相关关系，未考虑这些行为是否相互依赖[8]。正是由于这种相互依赖性，不应将某行为使用时间与其他行为分开考虑。因此，需要运用“时间使用流行病学综合研究框架”中概述的新综合范式进行研究[9]。

等时替代模型能解释时间使用的约束性，其结果更容易被临床实践应用。流行病学研究[10]指出，每天30 min 的MVPA 或LPA 等时替代SB 使心血管健康相关的指标呈现有益的变化趋势；Ehlers 等[11]对28～79 岁成年人的研究发现，以体力活动替代SB 可使其在处理速度和执行功能的认知任务中的表现得到改善。Suzuki 等[12]指出，每天30 min LPA 等时替代SB，可使85 岁以上男性老年人延缓认知功能衰退的概率增加1.47 倍。Wei 等[13]对2011—2014 年全国健康调查数据分析发现，每天30 min MVPA 替代30 min SB可明显提高老年人的执行功能、记忆功能和空间定向能力。近年来，等时替代模型的运用逐渐引起我国学者的关注，如常振亚等[14]采用此方法探究了不同强度体力活动替代SB 对学龄前儿童体质健康产生的效益，但尚未有研究采用等时替代模型预测行为变化对老年人认知功能的影响，鲜有研究采用客观测量体力活动、SB 的方法，深入了解动作行为的改变对认知功能的影响。另外，前期研究[15]表明，客观测量的LPA、MVPA与老年人认知功能呈正相关关系。因此，本文在已有研究的基础上，利用等时替代模型深入探索30 min MVPA、LPA 和SB 相互替代后对老年人认知功能影响的潜在效益。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

数据于2017 年8 月—2018 年3 月在江苏省南京市收集。根据“2017 年南京市老年人口白皮书”，南京市老年人口已达141.89 万人，占总人口的20.85%，已进入深度老龄化阶段，其中，鼓楼区22.46 万人（24.37%）、秦淮区18.92 万人（26.04%）、玄武区10.34 万人（22.25%）、栖霞区9.88 万人（20.12%）、建邺区5.93 万人（17.88%），老年人口比例相对较高，故选取鼓楼区、秦淮区、玄武区、栖霞区和建邺区5 个区，通过多段分级随机抽样方法依次按照行政区、社区性质抽取有代表性的18 个小区，每个小区招募30 名受试者。受试者的筛选标准：年龄≥60 岁、居住6 个月以上的常住居民，且能正常进行日常活动、认知功能正常，同时需签署知情同意书。为保证抽样样本分布的均匀性和代表性，随机选取540 名（分布于60～64 岁、65～69 岁、70～74 岁、75～79 岁各年龄段，男、女各占50%）老年人作为研究对象，排除认知功能、体力活动无效数据，最终获取308 个有效体力活动和认知功能数据样本。

1.2 研究方法

1.2.1 体力活动与SB 测量

三维加速度计（Actigraph GT3X+，USA）可存储多达22 d 的活动数据，包括体力活动计数、强度和持续时间等。使用三维加速度计测量老年人LPA、MVPA和SB 所花费的时间。老年人连续7 d 将三维加速度计戴在右髋关节上，要求除洗澡、游泳、睡觉外的所有时间均须佩戴，且不能改变日常生活习惯。将非佩戴时间定义为至少60 min 的活动次数（counts 值）为0，判断参与者的有效佩戴时间是否达到8 h，佩戴7 d 中至少包括2 个工作日和1 个周末日[16]。根据Miller 等[17]研究开发的活动强度切割点将运动强度划分为SB（＜100 counts/min）、LPA（100～1 951 counts/min）、MVPA（≥1 952 counts/min），进而确定SB、LPA 和MVPA 时间。加速度计的参数内容包括测试仪器、采样间隔、未佩戴时间、每天佩戴有效时间、纳入有效统计分析天数、体力活动强度界值等。选择现有老年人体力活动研究中使用较多、较为合理的数值对参数赋值，以保证研究结果与同类研究具有一定的可比性，具体设置如表1 所示。

表1 三维加速度计体力活动测量参数设置[17]Table 1 Parameter settings of ActiGraph GT3X+ physical activity measurement

1.2.2 认知功能测量

采用中国版蒙特利尔认知量表（MoCA）进行认知功能测量。MoCA（www.mocatest.org）涵盖了空间技能、执行功能、记忆力、注意力、计算能力、语言流畅性、抽象思维和定向能力8 个认知功能领域[18]。共计30 分，分数越高表现越好，若受教育年限≤12 年，则在测试结果的基础上加1 分，以矫正受教育年限偏倚。经过专业培训的测试人员采用一对一的方式，严格按照要求对老年人进行认知功能测量。

1.2.3 协变量

使用自我报告的问卷对性别、年龄、受教育程度、收入水平的基线数据进行评估。先前研究已证明这些因素与体力活动、SB 和认知功能有关，因此本文对其进行了调整。

1.2.4 数理统计法

使用IBM SPSS 24.0 软件进行统计分析，将P＜0.05 设定为统计学上具有显著性，数据被表示为正态分布的平均值（M）或分类数据的频率计数（%）。采用等时替代模型评估SB、LPA、MVPA 与认知功能之间的横断面关联。在运行模型之前，将所有活动模式（SB、LPA 和MVPA）时间除以常数30 作为30 min 的时间单位（根据体力活动指南）[19-21]，即每增加1 个单位代表每天增加30 min。通过将SB、LPA 和MVPA时间相加，建立一个表示加速度计总佩戴时长的变量进行等时替代。

建构等时替代模型包括3 个步骤，分别是构建单因素模型、分配模型和进行等时替代。单因素模型检验的是每种活动行为与因变量之间的关系，并根据混杂因素进行调整，但不针对其他类型的活动，也不考虑活动的替换或置换。以SB 为例——单因素模型：因变量=（β1）SB +（β5）协变量，反映了在不考虑总可用时间的情况下参与某一特定体力活动类型绝对时间量增加对因变量的影响。分配模型：因变量=（β1）SB+（β2）LPA+（β3）MVPA+（β5）协变量，其中，活动行为的系数表示在保持其他活动不变的情况下时间变化对其的影响。等时替代模型表示在保持总佩戴时间常数不变的情况下用指定的一种活动类型替换另一种活动类型后的效果。如以LPA 或MVPA 替换SB，等时替代模型：因变量=（β2）LPA+（β3）MVPA+（β4）总活动时间+（β5）协变量。该模型中的系数β2和β3代表用一种活动类型（LPA 或MVPA）等时替代SB，同时保持其他活动类型和总佩戴时间不变的效果。如β2可以解释为在保持MVPA 和总佩戴时间不变的情况下用30 min LPA 替换30 min SB 后的效果。其中，β1～β5为各种活动的系数或协变量。

在所有的模型设定下，其他解释变量估计系数的正负情况始终保持一致，表明回归结果是稳健的。回归系数结果表明全要素生产效率更高、资产规模更大、年轻有活力的民营上市公司更容易参与对外直接投资。高资本产出效率的企业特征在一定程度上证实了对外直接投资企业重视生产技术和学习效应。

2 研究结果

2.1 描述性分析结果

最终样本为308 名老年人，女性占57.47%，老年人的平均年龄为（68.66±5.37）岁，平均BMI 为（26.15±15.33）kg/m2，受教育程度、经济水平等具体情况如表2 所示。

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

2.2 老年人体力活动、SB 和认知功能情况

从表3 可知，参与者每天佩戴加速度计约13.5 h，SB、LPA 和MVPA 持续时间占总佩戴时间的比例分别为73.1%、21.2%和5.7%，表明老年人大部分时间均处于久坐不动的生活状态。独立样本t 检验结果显示，MVPA 时间存在明显的性别差异，男性老年人MVPA 时间高于女性（P＜0.05）。老年人认知功能总分为（24.39±3.03）分，各认知维度具体得分如表3 所示，经检验，命名能力（P＜0.01）、注意力（P＜0.05）、计算能力（P＜0.01）、抽象能力（P＜0.01）存在显著的性别差异，均表现为男性老年人得分高于女性。经检验，不同活动行为的方差膨胀因子均小于4，最大值为2.024，各活动行为之间不存在共线性，可进行下一步分析。

2.3 老年人SB、LPA、MVPA 互相替代对认知功能的影响

表4 中模型1 为单因素回归分析模型，模型2 为控制其他活动行为的分配回归分析模型。从模型1 结

果可知：LPA 与老年人命名能力（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）呈正相关关系；MVPA 与老年人命名能力、记忆力、注意力、计算能力、语言流畅性、抽象能力和定向能力之间呈显著正相关关系（P＜0.01）。

表3 老年人体力活动、SB 与认知功能基本情况Table 3 Basic information of physical activity, SB and cognitive function of the elderly

表4 SB、LPA、MVPA 与老年人认知功能的关系Table 4 The relationship between SB, LPA, MVPA and cognitive function of the elderly

从模型2 结果可知：同时控制协变量和其他活动行为时，LPA 与老年人注意力（β=0.045，95%CI：0.006～0.085，P＜0.05）呈正相关关系，表示LPA 每增加30 min，老年人注意力得分增加0.045；MVPA 与老年人执行功能、命名能力、记忆力、注意力、计算能力、语言流畅性、抽象能力、定向能力呈正相关关系，表示MVPA每增加30 min，老年人执行功能、命名能力、记忆力、注意力、计算能力、语言流畅性、抽象能力、定向能力得分分别增加0.399、0.102、0.614、0.162、0.084、0.264、0.170、0.091。

由于时间不能无限增加，需在有限的时间内评估不同强度体力活动、SB 相互替代对老年人认知功能的影响。表5 是控制总时间后每天30 min LPA、MVPA、SB 相互替代对老年人认知功能的影响结果。从表5可知：30 min LPA 等时替代SB 与更好的计算能力（β=0.080，95%CI：0.015～0.145）、定向能力（β=0.077，95%CI：0.002～0.151）有关。30 min MVPA 等时替代SB与更好的执行功能（β=0.389，95%CI：0.255～0.522）、记忆力（β=0.611，95%CI：0.434～0.787）、注意力（β=0.123，95%CI：0.044～0.203）、计 算 能 力（β=0.085，95%CI：0.022～0.148）、语言流畅性（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）有关；反之，30 min SB 等时代替代MVPA 后，老年人执行功能、记忆力、注意力、计算能力、语言流畅性、抽象能力、定向能力均有下降趋势。30 min MVPA 替代LPA 与 更 好 的 执 行 功 能（β=0.378，95%CI：0.240～0.516）、记忆力（β=0.593，95%CI：0.411～0.775）、注意力（β=0.116，95%CI：0.034～0.199）、计算 能力（β=0.081，95%CI：0.015～0.146）、语言流畅性（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）有关；反之，认知功能得分下降。综上所述，30 min SB 替代30 min 体力活动对老年人认知功能有抑制作用。

表5 30 min SB、LPA、MVPA 等时替代对老年人认知功能的影响Table 5 Effects of 30 min SB, LPA and MVPA on cognitive function of the elderly

2.4 预测等时替代后认知功能的变化情况

图1 MVPA 和LPA 等时替代后认知功能变化情况预测Figure 1 Predicted changes in cognitive function after isochronous substitution

3 讨 论

近年来，随着人口老龄化程度不断加深以及人类预期寿命的延长，18%～38%的80 岁及以上老年人患有痴呆，严重影响了老年人的生活质量。预防或延缓老年人认知功能下降是人类不得不面对的健康难题，体力活动和SB 一直是学界关注的影响认知功能变化的重要因素。然而，尚未有学者从行为改变的视角预测老年人认知功能的变化。因此，本文以老年群体为调查对象，采用等时替代模型探究30 min MVPA、LPA、SB 相互替代后对老年人认知功能的潜在影响，为“健康中国2030”“体医融合”以及老龄化背景下我国老年人的科学健身提供合理、有效的运动方案。

本文结果表明，控制年龄、受教育程度、月收入和其他活动行为等变量后，体力活动时间增加30 min 对老年人认知功能有明显的促进作用，尤其是MVPA 时间增加30 min，老年人认知功能各维度得分均有明显提高。可见，体力活动在维持老年人认知功能方面具有积极作用，说明体力活动可能是一种潜在的非药物干预手段，可促进老年人认知健康，提高其日常生活能力。体力活动对认知功能的影响机制可能与脑容量、脑血流量、生长因子利用率和信号级联的变化有关。等时替代模型显示，每天用30 min LPA 代替30 min SB 会显著增加老年人的计算能力、定向能力得分，反之明显下降。Suzuki 等[12]发现，每天用30 min LPA 等时替代SB 与男性老年人认知功能得分呈正相关关系（β=0.385，95%CI：1.06～2.04），这一结果与本文结果基本一致。但也有研究[22]认为，30 min SB 被LPA 等时替代时，老年人执行功能得分更低。相关文献[23]指出，中高强度有氧运动训练可改善老年人认知功能和大脑健康，出现上述结果可能是因为LPA 运动强度未达到认知改善强度阈值。本文结果表明，30 min LPA等时替代SB 对老年人计算能力和定向能力有益，说明LPA 对老年人认知功能具有独特的保护作用。

等时替代研究结果表明，LPA 或MVPA 替代不同时长SB 均能使老年人认知功能得分产生不同程度的增加，意味着对于久坐少动的老年人群而言，多进行LPA 或MVPA 均能产生一定的认知健康收益。但就收益增加量而言，30 min MVPA（β=1.813）等时替代SB 的收益优于LPA（β=0.047），说明同样的时间进行MVPA 将产生更大的认知健康收益。本文结果与前人研究结果基本一致，如：Ehlers 等[11]发现，30 min MVPA等时替代SB，比30 min LPA 等时替代SB 对老年人的执行功能更为有益；Wei 等[13]发现，30 min MVPA 等时替代SB 与更好的认知功能有关，指出用30 min MVPA 等时替代SB 与睡眠不足7 h 的老年人更高的执行功能、语言能力和总认知功能得分显著相关。相较于Wei 等[13]采用问卷调查方式收集体力活动数据，本文采用三维加速度计测量体力活动水平，同时通过“一对一、面对面”的方式测量认知功能，研究结果更为准确。总之，这些结果都强调了行为改变对认知功能具有重要作用，其中MVPA 时间改变对老年人认知功能变化更为敏感。

有研究[11]发现，用MVPA 等时替代LPA 能为执行功能和处理速度带来更好的效益。Wei 等[13]发现，每天用30 min MVPA 等时替代睡眠时间大于7 h 老年人的步行时间，其执行功能得分显著增加（β=0.03，95%CI：0.000 4～0.070 0）。这些研究结果与本文结果类似，同时进一步证明，每天用30 min MVPA 等时替代LPA 会对老年人认知功能产生有益影响。这意味着持续用MVPA 替代LPA 可能延缓或防止老年人随着年龄增长而出现认知功能衰退。MVPA 与认知功能之间的关联机制：MVPA 与更大的总脑容量和脑灰质体积增加有关，可能会对与认知功能有关的前额叶皮层和海马体产生直接影响[24]。另外，MVPA 改善认知功能可能与神经递质水平（如乙酰胆碱）的增加有关。神经递质水平的增加刺激海马中脑源性神经营养因子（BDNF）的释放，提高大脑的可塑性和血液流动性，促进突触的生长与分化。因此，参与MVPA 可预防与年龄有关的认知功能衰退[25]。此外，经常参与体力活动会增加社会参与，有助于改善老年人的认知功能。

本文结果表明：随着替代时间的增加，MVPA 等时替代SB 的上升幅度高于MVPA 等时替代LPA；LPA 等时替代MVPA 的下降速度高于SB 等时替代MVPA。等时替代效益的不对称性可能与MVPA、LPA 和SB 时间有关，如30 min 变化对于MVPA 而言是一个很大的变化，而对于SB 而言可能是一个微小的调整。考虑到老年人痴呆的高发病率对公共卫生造成的严重负担，以及针对老年人SB 干预措施的缺乏，应对老年人进行体力活动干预，缩短SB 时间、增加体力活动以改善其认知功能。通过体力活动干预，特别是MVPA 干预来改善老年人认知功能是预防痴呆的一种经济有效的方法。

研究局限：①本文是一项横断面调查，无法推断SB、体力活动和认知功能之间的因果关系，需要进一步展开纵向研究；②三维加速度计只评估了上肢或下肢运动，而未评估躯干运动（如一些家务劳动和骑自行车）和基于水上的体力活动（如游泳或水下行走）。

4 结论与建议

每天30 min LPA 或MVPA 等时替代SB 均能不同程度地改善老年人认知功能，30 min MVPA 等时替代LPA 也能改善老年人认知功能。其中：MVPA 等时替代SB 的效益最佳；LPA 等时替代SB 时认知功能得分缓慢上升，反之缓慢下降；MVPA 等时替代LPA 时认知功能得分缓慢上升，反之迅速下降；MVPA 等时替代SB 时认知功能得分迅速上升，反之缓慢下降。

老年人73.1%醒着的时间处于久坐不动的生活状态，因此，为了尽可能在有限的时间内减少老年人SB，提高其体力活动水平，提出如下建议：①应减少老年人屏幕活动（如看电视）时间，积极推广老年社团组织，如太极拳社团、广场舞社团等，重视日常活动中MVPA对其他活动类型的替代，增加MVPA 时间。②政府部门在将来的体力活动指南的修订或24 h 活动指南的制定过程中，以及对老年人体力活动管理工作中，应充分考虑每日24 h 时间固定的事实，改变过去独立考虑体力活动或SB 对认知功能产生影响的思路，重视一天中不同行为时间的合理分配，综合考虑体力活动与SB 的相互联系及其对老年人认知功能的影响。

作者贡献声明：

吴志建：提出论文主题，设计论文框架，撰写论文；

王竹影：修改论文框架，修改论文；

郑 贺：梳理论文逻辑，指导修改论文；

张 兵：修改论文，提供数据分析技术支持。