直立时间对负重背心在老年人减重期间骨密度变化影响的调节作用：INVEST骨健康随机对照试验的二次分析

本综述基于INVEST骨健康随机对照试验的二次分析，探讨了直立时间（站立/行走）是否调节负重背心（WL+VEST）或抗阻训练（WL+RT）对老年人减重期间髋部骨密度（BMD）的影响。研究发现，在单纯减重（WL）组中，更长的直立时间与髋部面积骨密度（aBMD）的显著下降相关；而在负重背心组，该负相关被消除，表明结合日常直立活动可能对维持骨健康具有协同保护作用，为优化老年人减重期间的骨骼干预策略提供了新视角。

1 引言

肥胖在老年人中与较差的生活质量、身体功能以及更高的衰弱风险相关，而这些结局可以通过有意的体重减轻得到改善。然而，临床医生和健康促进专业人士往往对向该人群推荐减重持谨慎态度，因为减去的体重中约有四分之一是无脂肪质量。这会增加肌肉减少症和骨折的风险，而骨折是老年人发病和死亡的主要驱动因素。INVEST in Bone Health随机对照试验近期公布了其主要结局，该试验旨在测试在减重期间穿着负重背心是否比单纯减重能更好地保护骨骼健康，以及这是否可与减重配合结构化抗阻训练——一种常与改善骨骼健康和生活质量相关的健康行为——相媲美。所有组别均减轻了相似程度的体重（9%–11%），但与单纯减重组相比，穿着背心或进行结构化抗阻训练的参与者并未保留更高的骨密度。

一个可能解释组间差异缺失的原因是，负重背心的骨骼保护益处可能受到个体站立时间（即暴露于额外负荷的时间）的调节。换言之，那些穿着负重背心并花费更多时间处于非久坐姿势（如站立、行走）的个体将暴露于更大的负荷量，因此可能比那些花费较少时间在这些姿势中的个体表现出更大的背心效果。早期数据表明，在脊髓损伤患者中，更长的站立时间与更好的BMD相关，而在女性中，更长的久坐时间与较差的骨骼健康相关。大量证据强调，卸载（如卧床休息或太空飞行期间）会迅速对骨骼产生负面影响，尤其是在承重区域。然而，迄今为止，尚无关于参与减重（无论是否使用负重背心或进行抗阻训练）的老年人中，直立时间与BMD变化之间关系的数据。本文旨在检验在INVEST in Bone Health试验中，客观监测的直立时间是否调节了分组分配与骨矿物质密度变化之间的关系。研究假设是，那些接受负重背心（WL+VEST）并进行更多直立活动的个体将表现出更好的髋部BMD。相比之下，鉴于缺乏全天一致的 external loading 刺激，假设单纯减重或减重加抗阻训练条件下的个体不会表现出直立时间与BMD之间的显著关系。

2 方法

2.1 研究设计

INVEST in Bone Health试验的方案已在别处描述。简而言之，这是一项为期12个月的随机对照试验。参与者以1:1:1的比例被随机分配参与单纯饮食减重（WL）、减重加抗阻训练（WL+RT）或减重加负重背心使用（WL+VEST）。所有研究程序均经机构审查委员会批准，所有参与者均提供了书面知情同意。

2.2 参与者

参与者为社区居住的老年人（年龄60–85岁），体重稳定（过去6个月内体重减轻≤5%），且患有肥胖[体重指数（BMI）：30–40 kg/m²]或超重（BMI：27 - <30 kg/m²）并至少有一种肥胖相关合并症，并愿意参与研究程序。有兴趣的个体如果在前6个月内定期进行抗阻和/或有氧运动>60分钟/天且>5天/周，患有严重的心代谢疾病、存在妨碍使用负重背心或运动训练肌肉骨骼损伤、认知障碍，或在过去一年内使用过处方骨质疏松或减肥药物，则不符合资格。样本的详细特征可在先前的出版物中找到。

2.3 干预措施

参与者被随机分配到三个组之一：WL、WL+VEST或WL+RT。WL干预包括提供营养全面的部分代餐计划，旨在12个月内诱导初始体重减轻10%。所有条件下的参与者都参加团体营养课程（前6个月每周一次，后6个月每两周一次），旨在提供社会支持、营养概念教育以及饮食行为自我调节策略的实践。WL+VEST组的参与者被要求在最活跃的时段每天穿着负重背心目标时长为8小时。背心最初未加载重量，然后根据减轻的总体重每周进行调整，使用1/8磅的负重块，最大负载为初始体重的10%。平均而言，减轻的体重中有78% ± 30%被替换到背心中。参与者被要求记录每日穿着时间、背心负荷以及任何与穿着相关的并发症。如前所述，12个月内自我报告的平均每日穿着时间为7.1 ± 1.5小时。与此分析相关的是，参与者没有收到关于改变日常坐姿或站立行为的具体指导。最后，WL+RT组的参与者每周在三个不连续的日子参加监督下的、以中心为基础的渐进式抗阻训练计划。参与者旨在以70%–75%的一次重复最大重量完成三组，每组10–12次重复的八种上下肢练习。

2.4 测量指标

参与者在基线时自我报告关键人口统计学特征，包括年龄和性别。髋部BMD是INVEST in Bone Health试验的一个焦点结局。试验的主要结局是12个月时定量计算机断层扫描（CT）获取的髋部总体小梁体积骨矿物质密度（vBMD）的变化；因此，这些测量在基线、第6个月和第12个月进行收集。每个时间点还收集了髋部总体积分（以下简称“总体髋部”）和皮质vBMD。除CT外，参与者在基线、6个月和12个月时完成了双能X线吸收测定法（DXA）评估。从中提取了总体髋部面积骨矿物质密度（aBMD）的测量值，以及股骨颈和腰椎的aBMD。为了计算每个时间点的BMI，身高通过测距仪不穿鞋测量至最接近0.1厘米，体重使用校准和认证的平衡梁秤记录至最接近0.1公斤。最后，为了测量姿势，参与者在每个时间点（基线、6个月、12个月）在其非优势大腿中线佩戴ActivPAL 4加速度计7天。ActivPAL 4能够出色地分类久坐姿势、站立和踏步行为。在本研究中，我们汇总了每日站立和踏步的时间（即直立时间），以深入了解经历背心负荷的总时间。ActivPAL数据通过PALBatch版本9下载，遵循24小时佩戴方案，行为通过CREA版本1.3算法进行分类。数据在给定时间点跨有效天数（即，佩戴时间至少20小时，符合ActivPAL 24小时佩戴方案的标准）进行平均，并且至少需要3个有效天数才能纳入分析。

2.5 统计分析

计算了样本总体和每组的基线描述性统计量。为了研究直立时间是否调节干预对BMD的影响，我们拟合了一系列线性混合模型，每个模型包含一个参与者特定的随机截距。对于每个模型，BMD的变化（计算为从基线到6或12个月时aBMD（mg/m²）或vBMD（mg/m³）的变化）作为因变量，预测变量包括基线BMD值、访视时间（6或12个月）、分组和平均每日直立持续时间。此外，模型包含了直立持续时间与分组的交互项，以探究分组分配与BMD变化之间的关系是否因参与者在给定时间点的直立时间量而异。额外的协变量包括BMI（为了研究直立持续时间与BMD之间的关系，独立于体重）、年龄和性别。交互项在p < 0.10时（由边际omnibus检验确定）保留在模型中。显著的交互作用通过绘制固定预测值图和进行组间估计边际趋势的事后检验来检查。此外，为了便于解释，涉及直立时间的系数乘以30，以代表平均每日直立持续时间的30分钟差异。统计学显著性设定为p < 0.05。为了研究年龄和性别对每个模型的影响，我们进行了最终一组不包含这些协变量的敏感性分析。它们的去除不影响我们的结果和解释。所有分析均在R版本4.5.1中完成。

3 结果

3.1 参与者特征

参与者描述性统计如表1所示。共有150名参与者完成了母试验。其中，134名（WL n = 43, WL+RT n = 45, WL+VEST n = 46；年龄67 ± 4.8岁）拥有足够的数据纳入DXA和/或CT模型。在这些参与者中，131名有足够的DXA数据纳入分析（WL n = 41; WL+RT n = 45; WL+VEST n = 45），132名参与者有足够的CT数据纳入分析（WL n = 43, WL+RT n = 44, WL+VEST n = 45）。那些没有足够数据纳入DXA模型（n = 3）或CT模型（n = 2）的参与者特征在正文中描述。

3.2 双能X线吸收测定法评估的面积骨密度结果

DXA变量混合模型的固定效应见表2。总体髋部aBMD模型揭示了分组与直立时间之间存在显著的交互作用（p = 0.023），事后对比显示，这主要是由WL与WL+VEST之间（p = 0.009）以及WL与WL+RT之间（p = 0.043）平均每日直立时间与总体髋部aBMD变化关系的显著差异所驱动，而WL+RT与WL+VEST之间无显著差异（p = 0.450）。直立时间与总体髋部aBMD变化的预测关联如图1所示。对估计边际趋势的调查显示，在WL组内，平均每日直立时间与aBMD之间存在显著的负相关（B = −0.08, p = 0.001），表明平均每日直立时间每增加30分钟，与总体髋部aBMD减少2.4 mg/cm²相关。相比之下，在WL+VEST组（B = 0.013, p = 0.603）或WL+RT组（B = −0.013, p = 0.584）中，直立时间与髋部aBMD之间没有显著关联。换言之，平均每日直立时间每增加30分钟，WL+VEST组的总体髋部aBMD增加0.39 mg/cm²，而WL+RT组的总体髋部aBMD减少0.39 mg/cm²。

模型未揭示股骨颈或脊柱aBMD的分组与直立时间之间存在显著交互作用（分别为p = 0.158和p = 0.109）。对于股骨颈aBMD，访视时间存在显著主效应[B = −5.52; p = 0.027; 95% CI (−10.39, −0.65)]，表明在调整基线后，aBMD在第6个月和第12个月之间减少了5.52 mg/cm²。直立时间的主效应接近统计学显著性[B = −0.04; p = 0.065; 95% CI (−0.08, 0.00)]，表明平均每日直立时间每增加30分钟，与股骨颈aBMD减少1.2 mg/cm²相关。

3.3 定量计算机断层扫描测量的体积骨密度结果

CT变量混合模型的固定效应见表3。积分vBMD模型未揭示显著的分组与直立时间交互作用（p = 0.601），因此该交互项未保留在最终模型中。时间存在显著主效应[B = −2.88, p < 0.001, 95% CI (−3.80, −1.97)]，表明在控制基线后，积分vBMD在第6个月和第12个月之间减少了2.88 mg/cm³。关于小梁vBMD，混合模型揭示分组分配与直立时间的交互作用被保留在最终模型中（p = 0.094）。探索性事后对比表明，这主要是由WL与WL+VEST条件之间直立时间与vBMD变化关系的显著差异所驱动（p = 0.043）；其他对比均不显著（所有p ≥ 0.080）。该交互作用如图2所示。对估计边际趋势的调查显示，在WL条件下，小梁vBMD与平均每日直立时间之间存在不显著的负相关关系（B = −0.005, p = 0.077），表明直立时间每增加30分钟，与vBMD减少0.15 mg/cm³相关。在WL+VEST条件下，直立时间每增加30分钟，与vBMD不显著增加0.12 mg/cm³相关（B = 0.004, p = 0.267）。时间也存在显著主效应[B = −1.47; p < 0.001; 95% CI (−1.87, −1.07)]，表明在控制基线后，小梁vBMD在第6个月和第12个月之间减少了1.47 mg/cm³。请注意，拟合不含交互项的模型并未有意义地改变此解释。最后，对于髋部皮质vBMD，没有分组与直立时间的交互作用（p = 0.480），在不含交互项的模型中也未发现任何显著的主效应。

4 讨论

INVEST in Bone Health试验的主要发现表明，平均而言，那些参与负重背心计划或抗阻训练计划并结合饮食减重的个体，在保存骨量方面并未比单纯进行饮食减重的个体表现出更大程度的效果。本文旨在探讨直立时间（即站立、踏步）是否调节了干预对通过DXA和CT测量的BMD的影响。研究假设是，那些花费更多时间直立、因此暴露于负重背心提供的刺激更长时间的个体，在饮食减重计划期间将表现出比那些花费更多时间久坐的个体更好的BMD保存效果——尤其是在髋部。假设在WL+RT或WL条件下，直立时间与BMD变化之间没有显著关系。结果部分支持了假设，因为干预分配——特别是WL与WL+VEST或WL+RT之间——与直立时间在基线调整后的髋部aBMD上存在显著的交互作用。与假设有些相反的是，这主要是由WL条件下平均每日直立持续时间与总体髋部aBMD之间的负相关关系驱动的。对于WL条件下的个体，平均每日直立时间每增加30分钟，与总体髋部aBMD统计学显著减少2.4 mg/cm²相关。相比之下，对于WL+VEST或WL+RT条件下的个体，平均每日直立时间每增加30分钟，分别与总体髋部aBMD不显著增加0.39 mg/cm²和不显著减少0.39 mg/cm²相关。在CT衍生的小梁vBMD中也观察到了类似的关系，尽管该交互作用未达到统计学显著性。

在WL组中，更长的直立时间与更大的BMD损失相关这一发现引人深思，表明更多地暴露于减轻的体重可能信号骨骼适应，正如机械稳态假说所提出的。该假说最初由Frost于1987年提出，认为机械负荷是骨骼生物学的一个关键驱动因素。具体来说，骨骼内的细胞检测外部负荷——这可能通过外部负载增加或维持，或因体重减轻而减少——进而调节建模和重塑反应。同样值得注意的是，被随机分配接受RT的个体在直立时间与DXA衍生的髋部aBMD变化之间表现出中性关系，尽管这种关系在CT衍生的髋部vBMD中不存在。有证据表明，因抗阻训练而暴露于更大负荷有助于减轻减重期间的BMD损失，尽管荟萃分析报告这些效果有些不一致。然而，观察到RT似乎中和了直立时间与aBMD变化之间的任何关系，值得进一步研究。最后，我们未观察到脊柱aBMD存在任何此类交互作用；这是一个不足为奇的结果，因为髋部往往比其他部位对体重变化更敏感。

这些探索性发现对于关注负重背心使用对老年人减重期间骨骼健康影响的研究者具有重要意义。它们表明，除了针对日常背心使用的行为规划外，干预措施还应旨在增加个体站立或踏步的时间。幸运的是，过去十年中，出于促进减少久坐时间或增加身体活动量的兴趣，针对这一精确行为结局的干预措施迅速发展。事实上，我们的研究小组已经开发了一种此类干预措施，该措施侧重于将饮食减重与全天候运动相结合，使用远程提供的团体行为干预策略和数字健康工具的组合来促进频繁参与身体活动。与传统运动模式相比，这种方法有几个好处。参与者被鼓励识别各种愉快的活动模式，通常包括活动领域的组合（例如，闲暇时间锻炼、家务活动、交通活动），以应对变化的日常时间使用需求、季节性和个人偏好。经常活动有助于减少享乐性进食，个体学会将运动概念化为全天发生的行为，而不是单次发作，从而减少了通常在开始结构化运动时伴随出现的非运动性身体活动的补偿性减少和久坐行为的增加。我们已经证明，参与全天候运动和减重计划的老年人在短期内减轻了相似的体重，但长期来看比那些参与减重和结构化跑步机运动的个体能更好地维持体重减轻。值得注意的是，参与者参与的活动往往是有氧和步行性质的。将负重背心纳入与全天候运动干预的精神非常契合，因为它将抗阻训练融入日常生活。本文呈现的结果还表明，使用负重背心可能有助于在减重期间保存骨量。未来的工作有必要检验结合负重背心、减重和全天候运动在减轻体重、维持骨骼健康和增加身体活动量方面的可接受性和有效性。

4.1 优势与局限性

本次二次分析有几个显著优势。例如，INVEST in Bone Health是一项新颖的随机对照试验，允许比较单纯饮食减重与配合负重背心使用或抗阻训练的效果。此外，直立时间使用ActivPAL加速度计进行客观量化，该设备提供高质量的姿势分类，避免了自我报告的偏倚。也存在几个显著的局限性。作为一项二次分析，我们未进行事前效能分析，因此可能存在效能不足无法检测到直立时间与分组分配对CT衍生的BMD测量值之间显著交互作用的情况。此外，样本主要由女性、白人和受过大学教育的参与者组成。由于这些因素与不同的日常时间使用模式相关（例如，男性、非白人身份以及教育水平较低的个体从事更高水平的职业性身体活动），研究属于更多样化社会人口群体和生活在更多样化环境中的个体受负重背心使用的影响将是有益的。最后，未来的工作将受益于开发背心使用的客观标记（例如，传感器衍生的背心佩戴），以促进检查在减重期间维持BMD所需的处于直立姿势时的每日背心使用量和持续时间。

5 结论

管理肥胖对老年人健康和生活质量的影响是一个持续的公共卫生挑战。减轻体重带来许多健康益处，但也伴随着无脂肪质量的损失，这可能通过瘦体重和骨量的损失使个体易患肌肉减少症和骨折风险增加。探索性研究结果表明，在进行饮食减重的同时穿着负重背心的老年人，如果他们在一天中花费更多时间站立或踏步，则能维持更好的骨矿物质密度。这些结果指出，需要进行额外的研究，以调查结合全天候运动的负重背心干预在老年人减重期间维持骨骼健康方面的功效。