24 h活动行为与高海拔地区老年人骨密度、肌质量：基于等时替代模型

Study on the Relationship Between 24-hour Activity Time Distribution and Bone Density and Muscle Mass of Elderly People in High Altitude Areas Based on the Isochronous Substitution Model

摘要

目的 通过等时替代模型考查24 h活动行为与高海拔地区老年人骨密度（Bone Mineral Density，BMD）、肌质量之间的关系，探索活动行为时间再分配与BMD、肌质量之间的“剂量-反应”关系。 方法 采用方便抽样法，招募428名世居高海拔地区60\sim80岁老年人。通过加速度计测量低强度体力活动（Light Physical Activity，LPA）、中高强度体力活动（Moderate-to-Vigorous Physical Activity，MVPA）、久坐行为（Sedentary Behavior，SB）时间，采用自我报告评价睡眠（Sleep，SLP）时间，使用等时替代模型评估LPA、MVPA、SB、SLP相互替代后与BMD、肌质量之间的关系。 结果 （1）LPA与全身BMD（β=0.027）、下肢肌肉含量（Leg Muscle Mass，LMM）（β=0.728）和四肢骨骼肌质量指数（Appendicular Skeletal Muscle Index，ASMI）（β=1.036）呈正相关关系；MVPA与L1~L4椎骨BMD（β=0.059）、股骨颈BMD（β=0.081）、跟骨BMD（β=0.076）、全身BMD（β=0.078）、上肢肌肉含量（Arm Muscle Mass， AMM）（β=0.535）、LMM（β=0.897）和AMSI（β=2.121）呈正相关关系。（2）每天30 min LPA等时替代SB可显著提高老年人AMSI（β=1.061）；每天30 min MVPA等时替代LPA可显著提高老年人股骨颈BMD（β=0.077）；每天30 min MVPA等时替代SB可显著提高老年人L1~L4椎骨BMD（β=0.055）、跟骨BMD（β=0.044）、全身BMD（β=0.071）、AMM（β=0.378）、LMM（β=0.950）和AMSI（β=2.315）；每天30 min MVPA等时替代SLP可显著提高老年人L1~L4椎骨BMD（β=0.024）、跟骨BMD（β=0.036）。（3）随着MVPA替代SB时间增加，全身BMD和AMSI迅速上升，反之缓慢下降；随着MVPA替代LPA、SLP时间增加，全身BMD和AMSI缓慢上升，反之迅速降低。（4）在所有替代形式中，30 min MVPA替代SB对改善BMD和肌质量的效应最佳；30 min MVPA替代LPA、SLP对肌、骨健康部分指标亦有正向影响。 结论 提升MVPA时长有利于改善高海拔地区老年人肌、骨健康。按照等时替代思路，促进SB向MVPA转化，是防治高海拔地区老年人骨质疏松症、肌少症的有效策略。此外，LPA向MVPA、SLP向MVPA、SB向LPA转化可能对肌、骨健康存在限制性增益效应。

Abstract

Objective This study examined the relationship between 24-hour activity behaviors and Bone Mineral Density (BMD) and muscle mass in elderly people living at high altitude areas using an equal time substitution model. The aim was to explore the dose-response relationship between the redistribution of activity behavior time and BMD and muscle mass. Methods Using a convenience sampling method, 428 elderly people aged 60\sim80 years old from high-altitude areas were recruited. By measuring Low-intensity Physical Activity (LPA), Moderate to Vigorous Physical Activity (MVPA), and Sedentary Behavior (SB) time using an accelerometer, Self-reported Sleep (SLP) time was used to evaluate the relationship between LPA, MVPA, SB, and SLP substitution and BMD and muscle mass. Results (1) LPA was positively correlated with whole-body BMD (β=0.027), leg muscle mass (LMM) (β=0.728), and Appendicular Skeletal Muscle Index (ASMI) (β=1.036); MVPA was positively correlated with BMD of L1\simL4 vertebrae (β=0.059), femoral neck BMD (β=0.081), calcaneus BMD (β=0.076), whole-body BMD (β=0.078), Arm Muscle Mass (AMM) (β=0.535), LMM (β=0.897), and AMSI (β=2.121). (2) Reallocating 30 minutes per day from SB to LPA significantly improved AMSI in elderly people (β=1.061); Reallocating 30 minutes per day from LPA to MVPA significantly improved femoral neck BMD (β=0.077); Reallocating 30 minutes per day from SLP to MVPA significantly improved the BMD of L1\simL4 vertebrae (β=0.055), calcaneus BMD (β=0.044), whole-body BMD (β=0.071), AMM (β=0.378), LMM (β=0.950), and AMSI (β=2.315) in elderly individuals; Reallocating 30 minutes per day from SLP to MVPA significantly improved BMD of L1\simL4 vertebrae (β=0.024) and calcaneus BMD (β=0.036) in elderly individuals. (3) As the time reallocated from SB to MVPA increased, whole-body BMD and ASMI increased rapidly, whereas they decreased slowly with the opposite reallocation. In contrast, as the time reallocated from LPA or SLP to MVPA increased, whole-body BMD and ASMI increased slowly but decreased rapidly with the opposite reallocation. (4) Among all substitution patterns, reallocating 30 minutes from SB to MVPA showed the best effect on improving BMD and muscle mass. Reallocating 30 minutes from LPA or SLP to MVPA also had positive effects on some indicators of musculoskeletal health. Conclusion Increasing MVPA duration is beneficial for improving musculoskeletal health in elderly people in high-altitude areas. Following the isotemporal substitution framework, promoting the reallocation of time from SB to MVPA is an effective strategy for preventing and treating osteoporosis and sarcopenia in this population. Additionally, reallocating time from LPA to MVPA, from SLP to MVPA, or from SB to LPA may have limited positive effects on musculoskeletal health.

Graphical abstract

关键词

高海拔地区 / 老年人 / 骨密度 / 肌质量 / 等时替代模型

Key words

high-altitude areas / elder / bone density / muscle mass / equivalent time substitution model

引 言

第七次全国人口普查数据显示，截至2020年我国60岁及以上人口已达2.64亿(占总人口18.7%)，65岁及以上人口1.91亿（占总人口比例13.5%），已进入深度老龄化社会^[1]。《2022年度国家老龄事业发展报告》显示，我国老年人医疗费用占GDP比重从2010年的3.2%升至2022年的6.7%，医保基金支出增速高于收入增速^[2]。随着人口老龄化的持续加深，肌少症与骨质疏松症（Osteoporosis，OP）在老年人群中的发生率不断增加，易导致老年人出现跌倒和骨折，并影响原有疾病的预后。肌少症和骨质疏松症是密切相关的退行性疾病，相伴出现被统称为“活动障碍综合征”（Senile Mobility Disorder Syndrome，SMDS），是跌倒和骨折的直接危险因素^[3]，继而成为老年人群致残、致死的主要原因之一。诸多研究已证实，遗传、环境、年龄、性别、生活方式和健康状况是SMDS的主要诱因^[4]。有研究发现，高海拔地区SMDS发生率高于平原地区^[5]，其潜在机制尚未完全明了，但缺氧可能发挥核心作用。全球范围内约有1.2亿人长期居住在高原地区^[6]，随着西部大开发和对口援疆、援藏等战略的制定实施，西部地区人口输入不断增加，我国高原地区常住人口数量亦持续上升。据报道，世居高海拔老年、中青年人群骨密度（Bone Mineral Density，BMD）及血清骨代谢标志物（碱性磷酸酶（Alkaline Phosphatase，ALP）、骨特异性碱性磷酸酶（Bone-specific Alkaline Phosphatase，BAP）、降钙素（Calcitonin，CT））较世居平原同龄人群下降，诱导个体骨量减少^[7]。动物实验研究证实^[8]，间歇性低氧可下调大鼠血清骨钙素（Osteocalcin，OS-T）并诱导骨细胞凋亡，从而加速骨量丢失。此外，低氧环境会影响个体骨骼肌质量，随海拔上升，缺氧环境会加速骨骼肌分解并抑制蛋白质合成^[9]。研究认为，骨骼肌质量下降是诱导老年人跌倒风险的关键因素^[10]，也可能在活动障碍综合征发生发展过程中发挥重要作用。

机械刺激对组织的结构、形态和功能有着极其重要的影响，同时也是肌、骨形态构建的重要决定因素，体力活动（Physical activity，PA）是机体承受机械应变的主要方式。《中国人群骨质疏松症风险管理公众指南（2024年版）》推荐坚持参与运动来改善骨密度和降低老年骨质疏松症的发生风险^[11]。《中国肌肉减少症诊疗指南(2024版)》亦将运动治疗作为防治老年性骨骼肌萎缩的重要手段^[12]。除体力活动外，学界逐渐认同久坐行为对老年人BMD和肌质量存在不利影响^[13]。但既往研究涉及时间使用行为时，主要考量中高强度体力活动（Moderate to High-intensity Physical Activity，MVPA）、低强度体力活动（Light Physical Activity，LPA）、久坐行为（Sedentary Behavior，SB）、睡眠等4类时间使用单一要素与BMD、肌质量独立的相关关系，未考虑这些行为是否相互依赖。近年来，活动行为研究的核心已从单变量范式（如身体活动、SB和睡眠）转向整合所有日常活动行为的24小时时间使用范式，将睡眠、身体活动和久坐行为的时间使用组成部分视为个体、独立实体的局限性，其在行为流行病学领域越来越得到认可，并正在推向“时间使用流行病学”新范式转变^[14]。

等时替代模型（Isotemporal Substitution Model，ISM）通过固定时间内（例如24小时）对不同运动行为进行假设替换或时间重新分配，从而评价不同替代或分配模型的健康结局。有充分的证据表明，24小时内MVPA或LPA等时替代SB与多种健康结局存在显著关联，例如，全因死亡率、心血管疾病、代谢综合征、2型糖尿病风险增加与低MVPA、高久坐行为和不当睡眠时间有关^[15]。5\sim19岁儿童青少年的纵向队列研究发现，采用60 min MVPA等时替代60 min LPA对BMD及骨发育有益^[16]；Yoshioka等^[17]指出10 min MVPA替代10 min SB会减轻慢性肾病患者BMD的下降。一项前瞻性队列研究显示，每天60 min MVPA替代60 min SB可使65岁以上老年人肌少症罹患风险降低50%^[18]。但遗憾的是，现阶段尚未有研究采用等时替代模型预测24小时时间使用对世居高原老年人BMD和肌质量的影响。本研究旨在探究不同行为间替代相同时间对指标产生的影响，为改善高海拔地区老年人BMD和肌质量，预防OP、肌少症提供科学依据。

1 研究对象及方法

1.1 研究对象

采用方便抽样法，根据格日力等《高原医学》第二版^[19]对“高原环境”的界定，拟选取世居3 000~3 500 m海拔的高原地区60~80岁老年人。选择新疆喀什地区塔什库尔干塔吉克自治县塔什库尔干镇、班迪尔乡、提孜那甫乡和克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县奥依塔克镇、恰尔隆镇、木吉乡6个乡镇为测试点，上述地区属高原荒漠气候，平均海拔3 200 m（3 010~3 370 m），年均气温2.9\sim3.2℃，大气压及氧分压分别为69.8\sim70.9 kpa和14.8 kpa（111 mmHg）。受试者纳入标准包括：①世居（出生至今生活在既定环境）3 000\sim3 500 m海拔的高原地区，近半年无急下高原或急进高原史；②60\sim80岁老年人，男女不限；③身体基本健康，无遗传疾病、无肢体残疾，近1年无外科手术史；④近半年未服用糖皮质激素、抗癫痫、质子泵抑制剂、他汀类等易导致肌、骨质量异常的药物。根据横断面调查样本量估算公式n=\frac{Z_{\mathrm{1}-\alpha /\mathrm{2}}^{\mathrm{2}}\times pq}{d^{\mathrm{2}}}（n为样本量，p为预期检出率，q=1-p，d为容许误差，Z_{\mathrm{1}-\alpha /\mathrm{2}}^{\mathrm{2}}为显著性检验的统计量）^[20]，根据预期检出率32.0%^[11]（骨质疏松症）、33.5%^[12]（肌少症），分别计算得出最小样本量为365名、337名，取高值，即最小样本量为365名。最终，本研究于2023年10月—2023年12月间纳入487名受试者。本研究纳入样本量符合横断面调查的基本要求。数据分析显示，在487名参与测试的老年人中，428名老年人的身体活动测试数据达到有效标准，为有效数据，有效率为87.89%。各测试点气候特征及有效抽样情况见表1。

1.2 研究方法

1.2.1 体力活动、SB与睡眠时间测量

采用ActiGraph wGT3X-BT加速度计（Pensacola，FL，USA）收集加速度数据，并使用Actilife软件（Actiggraph，FL，USA）进行分析，以测评受试者身体活动与久坐行为。将加速度计佩戴于受试者右侧髋部，受试者连续7天（含5个工作日和2个周末日）佩戴，期间除洗澡、游泳、睡眠外其他时间均要求佩戴。测试前由测试人员详细讲解加速度计的使用规范及注意事项，并进行校准和设置，采样频率为30 Hz，采样间隔为60 s，日有效佩戴时间为≥480 min。按照Freedson等^[21]界定标准，将连续60 s Count值为0确定为未佩戴时间。

根据关于身体活动强度的临界点模型，将身体活动区分为：①低强度体力活动（Light Physical Activity，LPA）（100\sim1 951 Counts/min）；②中高强度体力活动（Moderate-to-Vigorous Physical Activity，MVPA）（≥1 952 Counts/min)；③久坐行为（Sedentary Behavior，SB）（0\sim99 Counts/min）。

睡眠（Sleep，SLP）时长由受试者自我报告，回忆受试者佩戴加速度计期间每日SLP时间。

1.2.2 骨密度测试

采用双能X光骨密度测试仪（EXA-3 000，OsteoSys，KR）测定受试者骨密度（Bone Mineral Density，BMD）。受试者着宽松衣物，避免佩戴金属饰品；检查前24 h停服钙制品，避免干扰测试结果。取仰卧位，根据检测部位调整姿势，分别获取受试者L1\simL4椎骨、股骨颈、跟骨BMD、全身BMD值。考虑受试者优势腿与非优势腿股骨颈、跟骨BMD水平可能出现偏差，因此选用非优势腿进行测试。

1.2.3 骨骼肌质量测试

采用体成分测试仪（KBD500，科进，中国）测定受试者骨骼肌质量。受试者着宽松衣物，避免佩戴金属饰品；测量前1 h避免进食、饮水、沐浴及剧烈运动，考虑高原环境干燥，于足底和手掌涂抹生理盐水以增强导电性。受试者赤足站立于电极板，手握电极，保持身体直立，双臂轻微外展，确保电流通路完整；分别获取受试者上肢肌肉含量（Arm Muscle Mass，AMM）、下肢肌肉含量（Leg Muscle Mass，LMM）。根据亚洲肌肉减少症工作组对四肢骨骼肌质量指数（Appendicular Skeletal Muscle Index，ASMI）的计算公式^[22]，即由AMM、LMM之和除以身高的平方计算而得。

1.2.4 协变量

采用自我报告问卷对受试者性别、年龄、身体质量指数（Body Mess Index，BMI）、受教育程度、城乡分类、家庭月收入水平的基线数据进行评估，BMI的分层参照肥胖症中国诊疗指南（2024年版）对BMI的分类方法：BMI18.5 kg/m²为消瘦状态，18.5 kg/m²\leBMI24 kg/m²为正常状态，BMI≥24 kg/m²为超重或肥胖状态^[23]。既往研究已证实上述因素与PA^[17]、SB、SLP^[18]对BMD、骨骼肌质量的影响效应，因此本研究已经对其进行了调整。

1.2.5 统计学方法

运用R 4.4.2软件Compositions包对4类成分（LPA、MVPA、SB和SLP）数据进行统计分析。对收集的4类成分数据进行描述性统计分析，符合正态分布的数据采用平均值±标准差、频率和百分比进行描述，使用变异矩阵来描述成分数据的离散程度。利用等时替代模型评价LPA、MVPA、SB、SLP与BMD、肌质量的横断面关系，以24 h内LPA、MVPA、SB、SLP时间为自变量，校正性别、年龄、BMI、教育程度、城乡分类、收入水平等变量后，以受试者BMD、肌质量为因变量，研究24h不同类型活动成分对BMD、肌质量的影响。

等时替代模型的建构需通过3个步骤，分别为建立单一模型、分割模型及等时替代。①单一模型：仅评估单一活动成分对因变量的影响，不针对其他类型活动。例如，为评估LPA对全身BMD的影响，ΔBMD=(β₀)LPA+(β₁)协变量，以反映不改变总可用时间的基础上，增加某一活动成分对因变量的影响。但该模型仅考虑单一活动成分与因变量的关系，分析过程中不对其他活动成分类型及时间进行控制，所得结果与行为变量的独立效果无直接关系。②分配模型：所有活动成分所占时间均包含在分析模块中，其他活动成分时间不变的前提下，改变某项活动成分时间对因变量的影响。例如，ΔBMD=(β₀)SΒ+ (β₁)LPA+(β₂)MVPA+(β₃)SLP+(β₄)协变量，ΔBMD为结局变量，β₀~β₃为各行为变量系数。③等时替代模型：是指同一时间段内用某一活动成分时间替换另一活动成分时间，以计算成分间相互替换对因变量的影响，前提是总体可用时间不变，进行替换后的虚拟效应估计。例如，为评估24 h内用SB等时代替MVPA对因变量的影响，ΔBMD=(β₀)SΒ+(β₁)LPA+(β₂)总体力活动时间+(β₃)协变量，而公式中的β₀表示24 h内用SB代替MVPA对因变量的影响。

既往研究显示，24 h内30 min活动成分变化可对个体健康结局产生最佳影响效应^[24]，本研究亦选用30 min作为时间刻度，分析24 h内活动行为等时替代对高海拔地区老年人BMD、肌质量的影响。最后，以5 min为增量，绘制24 h内活动行为两两等时替代对全身BMD、AMSI的预期变化趋势图，探究逐步等时替代过程中BMD和AMSI的估计值。

2 结果与分析

2.1 描述性分析

本研究最终纳入428名60~80岁世居高海拔地区老年人，其中老年男性231人（53.97%），老年女性197人（46.03%），平均年龄（69.10±5.88）岁，平均BMI为（25.42±2.57）kg·m²，BMI、年龄、教育程度、城乡居住地及家庭月收入情况见表2。

2.2 老年人身体活动、SB、SLP和BMD、肌质量情况

由表3可知，受试者每天平均佩戴加速度计的时间为960.5 min，佩戴时间不存在性别差异(P0.05)；身体活动成分中LPA、MVPA、SB分别占每天总佩戴时间的28.24%、2.88%、68.88%，表明高海拔地区老年人清醒状态身体活动行为以SB和LPA为主。就24 h活动行为各成分而言（表4），世居高原老年人LPA、MVPA、SB、SLP等4种行为的日均时间分别为271.31 min、27.62 min、661.57 min、477.3 9min，占24 h总时长的算数均值比分别为18.84%、1.92%、45.94%、33.15%；同时，成分几何均值比（18.15%、2.04%、46.52%、34.29%）与算数均值比无显著性差异（P0.05）。老年男性每天MVPA时长显著高于女性（P0.05），LPA、SB、SLP时长不存在性别差异（P0.05）。就BMD和肌质量各指标而言，老年男性L1\simL4椎骨、股骨颈、跟骨、全身BMD及AMM、LMM、AMSI均显著高于女性（P0.05）。

高海拔老年人24 h活动成分变异矩阵可知（表5），矩阵中SB与SLP的对数比方差log（SB/SLP）水平为0.03，为活动成分两两log的最低值，表明SB与SLP的依赖性最高，对高海拔老年人群而言，上述二者间发生替换的可能性最高。此外，矩阵中LPA与其余活动成分对数比方差log水平较高，提示高海拔老年人群LPA消耗时长最为稳定；同时，在MVPA的多组关系中，MVPA与SB的对数比方差log（MVPA/SB）水平仅为0.09，表明上述二者间发生替换的概率最高。

2.3 老年人身体活动、SB、SLP与BMD、肌质量的关系

调整性别、年龄、BMI、教育程度、城乡分类和收入水平等变量后，以24 h内LPA、MVPA、SB、SLP时间为自变量，以高海拔地区老年人BMD、肌质量为因变量执行多元线性回归分析，研究不同类型活动成分结构与BMD、肌质量相关指标的关系（表6）。①单因素模型分析显示：LPA与全身BMD（0.027[0.003\sim0.015]）、LMM（0.728 [0.011\sim1.037]）和AMSI（1.036[0.089\sim2.046]）呈正相关关系；MVPA与L1~L4椎骨BMD（0.059[0.013\sim0.078]）、股骨颈BMD（0.081[0.031\sim0.105]）、跟骨BMD（0.076[0.013\sim0.149]）、全身BMD（0.078[0.011\sim0.123]）、AMM（0.535[0.087\sim0.916]）、LMM（0.897[0.338\sim1.195]）和AMSI（2.121[0.535\sim3.258]）呈正相关关系。②分配模型分析显示：同时控制协变量和其他活动行为时，LPA与LMM、AMSI呈正相关关系（P0.05），即LPA每增加30 min，老年人LMM、AMSI分别上升0.334 kg、1.212 kg/m²；MVPA与L1~L4椎骨BMD、股骨颈BMD、跟骨BMD、全身BMD、AMM、LMM和AMSI呈正相关关系（P0.05），即LPA每增加30 min，L1~L4椎骨BMD、股骨颈BMD、跟骨BMD、全身BMD、AMM、LMM和AMSI分别上升0.066 g/cm²、0.08 g/cm²、0.095 g/cm²、0.09 g/cm²、0.648 kg、1.128 kg、2.136 kg/m²；SB与股骨颈BMD、跟骨BMD、呈负相关关系（P0.05），即SB每增加30 min，股骨颈BMD、跟骨BMD分别降低0.035 g/cm²、0.046 g/cm²；SLP与全身BMD呈正相关关系（P0.05），即SLP每增加30 min，全身BMD上升0.032 g/cm²。

2.4 老年人SB、LPA、MVPA、SLP互相替代对BMD、肌质量的影响

表7为各活动成分间相互替代对高海拔地区老年人BMD和肌质量的影响结果。结果发现，30 min LPA等时替代SB可显著提高AMSI 1.061[0.327\sim1.894]个单位，反之AMSI水平降低1.079[-2.033\sim-0.120]个单位。30 min MVPA等时替代LPA可显著提高股骨颈BMD 0.077[0.043\sim0.115]个单位，反之AMSI水平降低0.033[-0.049\sim0.011]个单位；30 min MVPA等时替代SB可显著提高L1\simL4椎骨BMD、跟骨BMD、全身BMD、AMM、LMM和AMSI水平0.055[0.028\sim0.116]、0.044[0.018\sim0.135]、0.071[0.033\sim0.126]、0.378[0.051\sim0.742]、0.950[0.112\sim1.467]、2.315[0.728\sim3.504]个单位，反之分别下降0.017（-0.017[-0.039\sim-0.001]）、0.054（-0.054[-0.130\sim-0.007]）、0.065（-0.065[-0.102\sim-0.028]）、0.214（-0.214[-0.377\sim-0.112]）、0.831（-0.831[-1.259\sim-0.050]）、2.176（-2.176[-3.351~-1.052]）个单位；30 min MVPA等时替代SLP可显著提高L1\simL4椎骨BMD、跟骨BMD水平0.024[0.013~ 0.079]、0.036[0.012~0.097]个单位，反之分别下降0.076（-0.076[-0.122~-0.034]）、0.07（-0.070[-0.156~ -0.013]）个单位。

2.5 24 h活动行为时间重新分配与全身BMD和AMSI的“剂量-效应”关系

等时替代模型下高海拔地区老年人全身BMD和AMSI的变化情况预测如图1所示。随MVPA等时替代LPA时长增加，全身BMD和AMSI缓慢上升，反之迅速降低，表明等时替代效益具有不对称性特征。当MVPA等时替换SB时间为15 min时，老年人全身BMD和AMSI分别上升0.04 g/cm²、0.8 kg/m²；当等时替换时间上升至45 min时，全身BMD和AMSI分别上升0.08 kg/cm²、0.17 kg/m²。同时，30 min MVPA等时替代SB后，全身BMD增速提高；30 min MVPA等时替代SB后，AMSI增速提高。随着MVPA等时替代LPA、SLP时间的增加，全身BMD和AMSI缓慢上升，反之迅速下降，表明等时替代效益具有不对称性。当MVPA等时替换LPA、SLP时间为15 min时，全身BMD和AMSI依次上升0.02 g/cm²、0.01 g/cm²、0.31 kg/m²、0.50 kg/m²；当等时替换时间上升至45 min时，全身BMD和AMSI分别上升0.05 g/cm²、0.02 g/cm²、2.07 kg/m²、1.39 kg/m²。随LPA等时替代SB、SLP时长增加，全身BMD缓慢上升，反之缓慢降低，表明等时替代效益具有对称性特征。随LPA等时替代SB时长增加，AMSI迅速上升，反之迅速降低；随LPA等时替代SLP时长增加，AMSI缓慢上升，反之缓慢降低，表明等时替代效益具有对称性特征。

3 讨 论

PA、SB和SLP是人类在24 h活动周期内测量的3种主要运动行为分类。有研究指出，鉴于24 h内总时间是固定、有限的，不同行为要素间存在时间竞争与协同作用，某一行为的时间分配变化必然引发其他行为的调整，例如增加MVPA可能通过挤占效应减少久坐时间或睡眠时长^[25]。本研究中24 h活动成分变异矩阵分析结果证实了上述活动成分间等时替代的可能性。因此，在探讨24 h内各活动要素与高海拔地区老年人BMD、肌质量的定量关系时，不应采用传统的局限性分析策略，传统回归分析可能引发成分变量间的伪相关与多重共线性问题。通过等时替代模型结合等距对数比的方法，不仅能规避上述分析缺陷，还可有效揭示行为时间重新分配对健康的影响机制。24 h活动行为与高海拔地区老年人BMD、肌质量的成分线性回归结果，证实了整体协同视角下24 h活动时间等时替代模型的科学性及可行性。24 h活动成分变异矩阵结果显示，高海拔老年人群SB与SLP依赖性最高，二者最有可能发生替换，这可能与高原地区特殊的作息机制有关。高原低氧与衰老诱导的双重负荷加重了高原地区老年人的虚弱程度与睡眠障碍^[26]，而虚弱和睡眠障碍进一步降低老年个体的活动意愿，延长其久坐时间^[27]。本研究亦发现，LPA时间相对稳定，似乎不易与其他活动要素发生转换。随着年龄的增长，老年人普遍面临各项身体机能和感官功能的退行性变化，身体活动能力逐渐衰退，驱使老年人更倾向于选择LPA作为身体活动的主要形式^[28]，因此，LPA似乎很难被其他活动要素替换。

本研究调整性别、年龄、BMI、教育程度、城乡分类和收入水平等变量，以24 h内LPA、MVPA、SB、SLP时间为自变量，以高海拔地区老年人BMD、肌质量为因变量进行多元线性回归分析。结果发现，身体活动时长增加30 min对高原地区老年人BMD、肌质量均有正向促进作用，尤以MVPA时长增加30 min对其BMD、肌质量的影响最为显著，单因素模型、分配模型计量下均存在显著影响；SB与老年人BMD、肌质量呈显著负相关，单因素模型、分配模型计量下均存在显著影响；SLP、LPA可能对老年人BMD、肌质量存在正向影响。该结果与既往采用成分分析方法的研究基本一致^[29,30]，也与单一要素活动成分的研究结果相吻合^[31]。由此可见，体力活动可能作为一种有效的非药物干预手段，对高原地区老年人BMD、肌质量发挥积极影响效应，维持肌、骨健康。

前文提及，单因素模型、分配模型对身体活动与健康结局的研究存在较大的局限性，因此本研究采用等时替代模型分析24 h各活动成分等时替代对高原地区老年人BMD、肌质量的影响效应。等时替代模型显示，每天30 min MVPA等时替代SB显著改善高原地区老年人L1~L4椎骨BMD、跟骨BMD、全身BMD、AMM、LMM、AMSI水平，反之显著下降。Rodríguez等^[32]发现，当每天采用30 min MVPA等时替代SB时间时，老年男性下肢和骨盆BMD显示出积极变化，而老年女性则在全身多个部位（包括四肢和躯干）表现出BMD的改善。Sánchez等^[18]证实，当采用每天30 min MVPA等时替代SB时，老年人肌少症风险显著降低50%，肌肉质量显著上升（β=0.014，[0.004,0.024]）。上述结果与本研究结果基本一致。此外，与既往研究比较，本研究中30 min MVPA等时替代SB对老年人BMD、肌肉质量的影响效应可能更高，提示与高原地区肌、骨质量运动阈值更低有关。高原环境下促进肌、骨健康的锻炼参数存在阈值效应，只有超过特定临界点的身体活动刺激才能触发积极的适应反应，高原条件下相等时间的MVPA的健康效益更高^[33]。可见，每天30 min MVPA等时替代SB可有效改善高原地区老年人肌、骨质量。

Mitchell等^[16]发现，每日MVPA时长与老年人骨体积呈正相关，且将30 min从LPA重新分配到MVPA促进全身BMD和骨体积分别上升0.07（95%CI：0.04\sim0.09）和0.05（95%CI：0.03\sim0.07）个单位。Rodríguez等^[32]亦证实，相较于其他行为元素，MVPA对老年人骨量的积极影响更高，这进一步验证了MVPA替代LPA促进老年人骨健康的可能性。MVPA等时替代LPA对老年人肌肉质量的影响也存在类似的趋势。例如，Veen等^[34]发现，每天10 min MVPA等时替代LPA显著降低老年人肌少症风险评分（β=-0.063，95%CI：-0.098\sim-0.028），显著提高骨骼肌质量指数（β=0.049，95%CI：0.006\sim0.092）及握力（β=0.092，95%CI：0.042\sim0.142）水平。上述结果与本研究基本一致，本研究发现，每天30 min MVPA等时替代LPA显著改善老年人跟骨BMD、AMM水平，反之显著下降，表明采用MVPA持续替代LPA可能对老年人肌、骨功能存在持续的有益影响。此外，本研究亦发现，每天30 min MVPA等时替代SLP显著改善老年人L1\simL4椎骨BMD、跟骨BMD水平，反之显著下降。研究发现^[35]，高海拔地区的低氧环境会导致老年个体睡眠片段化，以及N1期(浅睡眠延长)、N3期(深睡眠)压缩及频繁觉醒。Sakamoto等^[36]认为，低氧环境诱导的频繁觉醒极易促进老年人睡眠行为向SB转化。Kuo等^[37]证实，睡眠时长与老年人骨折风险存在“倒U型”关系，即睡眠时间过短（5 h）或过长（9 h）均会增加其骨折风险。提示既往研究可能低估了LPA等时替代SLP对老年人骨健康的积极影响。

综上所述，本研究采用成分数据分析模型探究24 h活动行为中时间的重新分配对高海拔地区老年人BMD、肌质量的影响。结果发现：24 h内MVPA比例与高海拔地区老年人BMD、肌质量间存在显著的正相关；随替代时间延长，MVPA等时替代SB对老年人BMD、肌质量的影响效应高于MVPA等时替代LPA；MVPA等时替代LPA的影响效应高于MVPA等时替代SLP。此外，本研究中等时替代效益具有显著的不对称性特征，其原因可能与不同活动元素比例构成有关。研究局限：①本研究基于横断面数据，尚无法确定体力活动、久坐行为、睡眠与老年人BMD、肌质量的因果关系，有赖于纵向研究进行进一步验证。②尽管ActiGraph加速计可以准确地估计上肢及下肢活动，但无法捕捉到阻力训练或骑自行车等躯干活动及水上活动。③老年个体的睡眠时长数据来源于受试者自我报告，其精准性有待进一步考证。④鉴于高海拔地区抽样的实际困难，本研究采用方便抽样法，纳入样本量相对较低，且干扰因素未完全明了，仍需大样本量的纵向设计进行深入探析。

参考文献

[1] 国家统计局.第七次全国人口普查公报（第五号）——人口年龄构成情况[J].中国统计,2021(5):10-11.

[2] 中华人民共和国民政部.中华人民共和国2023年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL].(2023-12-14) [2025-3-12].

[3] 郭婷,滕士超. “骨肉不相亲”理论脾肾论治老年活动障碍综合征[J].中国骨质疏松杂志,2024,30(10):1553-1555+1560.

[4] Dos V R, Diniz T A, Batista V C, et al. Practice of physical activity and dysmobility syndrome in community-dwelling older adults[J]. Journal of Exercise Rehabilitation, 2019,15(2):294-301.

[5] Liu X, Ma C, Wang S, et al.Screening of osteoporosis and sarcopenia in individuals aged 50 years and older at different altitudes in Yunnan province: Protocol of a longitudinal cohort study[J]. Front Endocrinol (Lausanne), 2022,13:1010102.

[6] Gatterer H, Villafuerte F C, Ulrich S, et al.Altitude illnesses[J]. Nature Reviews Disease Primers,2024,10(1):43.

[7] Willems H, Leiber F, Kohler M, et al.Altitude, pasture type, and sheep breed affect bone metabolism and serum 25-hydroxyvitamin D in grazing lambs[J]. Journal of Applied Physiology, 2013,114(10):1441-1450.

[8] Guner I, Uzun D D, Yaman M O, et al.The effect of chronic long-term intermittent hypobaric hypoxia on bone mineral density in rats: role of nitric oxide[J]. Biological Trace Element Research, 2013,154(2):262-267.

[9] 唐舒宁,龚丽景,赵小雅,等.低氧影响蛋白质合成和分解的平衡诱导骨骼肌萎缩[J].中国生物化学与分子生物学报,2019,35(12):1352-1360.

[10] 孙雯,王培歌,吴柱峰,等.社区老年人身体成分与骨折跌倒风险的相关性研究[J].中国骨质疏松杂志,2023,29(3):378-384.

[11] 袁金秋.中国人群骨质疏松症风险管理公众指南（2024）[J]. 中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志,2024,17(6):533-548.

[12] 中华医学会老年医学分会,国家老年疾病临床医学研究中心（湘雅医院）.中国肌肉减少症诊疗指南（2024版）[J].中华医学杂志,2025,105(3):181-203.

[13] 徐帅,刘静,徐道明,等.久坐行为诱发肌骨系统疾病及运动干预调控机制[J].中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志,2022,15 (2): 211-217.

[14] Grgic J, Dumuid D, Bengoechea E G, et al.Health outcomes associated with reallocations of time between sleep, sedentary behaviour, and physical activity: a systematic scoping review of isotemporal substitution studies[J]. International Journal of Behavioral Nutrition and Physical Activity, 2018, 15(1):69.

[15] Kracht C L, Burkart S, Groves C I, et al.24-hour movement behavior adherence and associations with health outcomes: an umbrella review[J]. Journal of Activity, Sedentary, and Sleep Behavior Research, 2024,3(1):25.

[16] Mitchell J A, Chesi A, McCormack S E, et al. Physical activity and bone accretion: Isotemporal modeling and genetic interactions[J]. Medicine Science in Sports Exercise, 2018,50(5):977-986.

[17] Yoshioka M, Kosaki K, Matsui M,et al.Replacing sedentary time for physical activity on bone density in patients with chronic kidney disease[J]. Journal of Bone and Mineral Metabolism, 2021, 39(6):1091-1100.

[18] Sánchez J L, Mañas A, García F J, et al.Sedentary behaviour, physical activity, and sarcopenia among older adults in the TSHA: isotemporal substitution model[J]. Journal of Cachexia Sarcopenia and Muscle, 2019, 10(1):188-198.

[19] 格日力.高原医学（第二版）[M].北京：北京大学医学出版社,2021.

[20] 黄悦勤.医学科研中随机误差控制和样本量确定[J].中国心理卫生杂志,2015,29(11):874-880.

[21] Freedson P S, Melanson E, Sirard J. Calibration of the computer science and applications, Inc. accelerometer[J]. Medicine Science in Sports Exercise, 1998,30(5):777-781.

[22] Chen L K, Woo J, Assantachai P, et al.Asian working group for sarcopenia: 2019 consensus update on sarcopenia diagnosis and treatment[J]. Journal of the American Medical Directors Association, 2020, 21(3):300-307.

[23] 中华人民共和国国家卫生健康委员会医政司.肥胖症中国诊疗指南(2024年版)[J].协和医学杂志,2025,16(1):90-108.

[24] Gába A, Hartwig T B, Jašková P, et al. Reallocating time between 24-h movement behaviors for obesity management across the lifespan: A pooled data meta-analysis of more than 9800 participants from seven countries[J]. Sports Medicine, 2025,55(3):641-654.

[25] 宋俊辰,李红娟,王政淞. 时间使用流行病学在身体活动研究领域的应用[J].体育科学,2020,40(1):79-88.

[26] Dong Y, Ma H, Sun H, et al.Association of altitude and frailty in Chinese older adults: using a cumulative frailty index model[J]. Front Public Health, 2024,12:1321580.

[27] McPhee J S, French D P, Jackson D, et al. Physical activity in older age: perspectives for healthy ageing and frailty[J]. Biogerontology, 2016,17(3):567-580.

[28] 王世强,郭凯林,吕万刚.体力活动对中国老年人衰弱的影响——基于中国健康与养老追踪调查的实证分析[J].成都体育学院学报,2023,49(5):114-122.

[29] Onambele G, Wullems J, Doody C, et al. Influence of habitual physical behavior-sleeping, sedentarism, physical activity-on bone health in community-dwelling older people[J]. Front Physiol, 2019,10:408.

[30] Lai T F, Liao Y, Hsueh MC,et al.Effect of isotemporal substitution of sedentary behavior with different intensities of physical activity on the muscle function of older adults in the context of a medical center[J]. BMC Geriatrics, 2023,23(1):130.

[31] Li Y Y, Hsueh M C, Park J H, et al.The association between a minimum amount of physical activity and subsequent muscle strength and balance in older adults: A prospective study[J]. Behavioral Science (Basel), 2023,13(4):316.

[32] Rodríguez I, Mañas A, Losa J, et al.Associations between sedentary time, physical activity and bone health among older people using compositional data analysis[J].PLoS One, 2018,13(10):e0206013.

[33] 王志锋.世居3 500m高原13～18岁中学生乳酸阈心率的实验研究[J].中国体育科技,2014,50(4):102-107.

[34] Veen J, Montiel D, Kadi F, et al. Effects of reallocating time spent in different physical activity intensities on sarcopenia risk in older adults: An isotemporal substitution analysis[J]. Biology (Basel), 2022,11(1):111.

[35] 朱爱琴,钟欣,黄郁玲,等.中高海拔地区老年人睡眠障碍与认知功能相关性及影响因素[J].中国药理学与毒理学杂志,2019,33(6):461-462.

[36] Sakamoto R, Okumiya K, Norboo T, et al. Sleep quality among elderly high-altitude dwellers in Ladakh[J]. Psychiatry Research, 2017,249(16):51-57.

[37] Kuo W Y, Chen M C, Shyu Y L. Predictors of abnormal sleep duration in older adults with hip fracture and diabetes[J]. Journal of Nursing Research, 2023,31(2):e269.

基金资助

南疆体质健康研究中心项目(2025NJTZ001)

南疆体质健康研究中心项目(2024NJTZ002)

新疆维吾尔自治区高校科技计划(XJEDU2021SY040)