学业年级差异及心理生理因素与物理治疗专业学生客观脊柱参数的关联：一项基于DIERS Formetric 4D系统的横断面研究

《BMC Medical Education》：Academic-year differences and psychophysiological associations with objective spinal parameters in physiotherapy students: a cross-sectional DIERS formetric 4D study

　　

摘要 背景：物理治疗专业学生在课堂学习阶段与临床实习阶段面临不同的身体与心理负荷。尽管肌肉骨骼症状、压力、睡眠质量及职业倦怠在医疗卫生专业学生中已被广泛研究，但这些因素很少通过客观三维脊柱评估手段被综合考察。本研究比较了三年级与四年级物理治疗专业学生的脊柱参数，并考察了这些参数与学业年级相关的身体暴露、心理生理因素、睡眠质量及身体活动之间的关联。 方法：本横断面研究纳入132名健康物理治疗专业学生（三年级70名，四年级62名），采用DIERS Formetric 4D系统进行三维脊柱评估，记录躯干长度（trunk length）、后凸角（kyphotic angle）及前凸角（lordotic angle）。睡眠质量、焦虑、职业倦怠及身体活动分别采用匹兹堡睡眠质量指数（Pittsburgh Sleep Quality Index, PSQI）、状态-特质焦虑量表（State-Trait Anxiety Inventory, STAI）、马斯勒职业倦怠量表（Maslach Burnout Inventory, MBI）及国际身体活动问卷（International Physical Activity Questionnaire, IPAQ）进行评估。研究先进行组间比较，继而采用分层多元线性回归分析考察独立关联，并通过Bootstrap中介分析探索间接关联。多变量分析对相关人体测量学变量、学业年级、校内站立与坐位时间及身体活动变量进行了校正。 结果：四年级学生报告的校内站立时间更长、坐位时间更短（两者p < 0.001），同时特质焦虑与职业倦怠得分更低，步行活动量更高。两组学生在躯干长度、后凸角或前凸角方面均未观察到统计学显著差异；四年级学生后凸角数值上较低，但未达到统计学显著水平（p = 0.051）。在完全校正的分层模型中，特质焦虑（β = ?0.148, p = 0.022）及较差的睡眠质量（PSQI；β = ?0.139, p = 0.032）与较短的躯干长度独立相关，而学业年级组及校内站立与坐位时间则无独立关联。最终模型解释了躯干长度68.4%的方差。探索性中介分析发现，情绪耗竭（emotional exhaustion）通过睡眠质量对躯干长度存在显著的间接关联（B = ?0.300, 95% bootstrap CI ?0.686至?0.062, p = 0.048），而相应的直接关联与总关联均未达到统计学显著水平。 结论：尽管三年级与四年级物理治疗专业学生在校内站立与坐位暴露方面存在显著差异，但客观脊柱参数并未表现出显著组间差异。经多变量校正后，躯干长度与特质焦虑及睡眠质量独立相关；探索性分析进一步识别出情绪耗竭通过睡眠质量与躯干长度之间的间接关联。鉴于横断面研究设计，上述发现应被解释为关联而非时间或因果关系。总体而言，研究结果凸显了在物理治疗专业教育中，教育策略的价值可能超越人体工效学考量，需要整合生物力学、心理及恢复相关因素。 试验注册：ClinicalTrials.gov注册号：NCT06851780，注册日期：2024年10月28日。

论文解读：学业年级差异及心理生理因素与物理治疗专业学生客观脊柱参数的关联——基于DIERS Formetric 4D系统的横断面研究

一、研究背景与问题提出

医疗卫生专业人员长期处于高身体负荷与高心理压力的工作环境中，脊柱作为人体主要的承重结构，持续承受轴向压缩力，可导致椎间盘高度与体积的暂时性改变，并在一天中累积性地造成脊柱整体高度的可测量下降。睡眠作为机体恢复的核心过程，对椎间盘再水化及脊柱高度恢复具有关键作用；而焦虑、职业倦怠等心理社会因素则可能通过损害睡眠连续性与深度，间接影响脊柱的恢复效率。既往研究虽已分别探讨了工作量、睡眠质量、职业倦怠、焦虑及身体活动与肌肉骨骼结局的关联，但鲜有研究将这些因素与客观三维脊柱测量参数结合起来综合考察。在物理治疗专业教育中，学生从以课堂理论学习为主的低年级阶段过渡到以临床实习为主的高年级阶段，其身体暴露模式发生显著变化——前三年以长时间坐位和静态姿势为主，最后一年则转向长时间站立、患者搬运及重复性体力任务。然而，学业年级相关的教育情境差异及心理生理因素是否与客观测量的三维脊柱参数存在关联，目前尚不清楚。为此，研究人员开展本研究，旨在比较三年级与四年级物理治疗专业学生的客观脊柱参数，并考察其与学业年级、校内站立与坐位暴露、心理生理因素、睡眠质量及身体活动的关联。

二、研究设计与主要结论

本研究为横断面设计，于2024年1月至2026年1月期间在安卡拉某物理治疗与康复学院面对面开展，经哈杰泰佩大学健康科学伦理委员会批准（编号：SBA 23/427），并在ClinicalTrials.gov注册（NCT06851780）。研究共纳入132名健康物理治疗专业学生，其中三年级70名、四年级62名。研究结果显示：四年级学生校内站立时间显著更长、坐位时间显著更短（均p < 0.001），同时特质焦虑与职业倦怠得分更低、步行活动量更高；但两组在躯干长度、后凸角与前凸角上均无统计学显著差异。在完全校正的分层回归模型中，特质焦虑（β = ?0.148, p = 0.022）与较差的睡眠质量（β = ?0.139, p = 0.032）与较短的躯干长度独立相关，最终模型解释躯干长度68.4%的方差。探索性中介分析发现，情绪耗竭通过睡眠质量对躯干长度存在显著间接关联（B = ?0.300, 95% CI ?0.686至?0.062, p = 0.048），而直接与总关联均不显著。该研究的重要意义在于：首次将客观三维脊柱测量与心理生理因素、睡眠质量及学业年级相关身体暴露整合考察，揭示了脊柱特征可能受心理与恢复相关因素影响而不仅是教育情境身体暴露的单一作用，为物理治疗教育中超越人体工效学范畴、整合心理与恢复因素的多维预防策略提供了实证依据。

三、关键技术与方法

研究人员采用DIERS Formetric 4D光栅立体摄影系统（rasterstereography）对受试者背部表面进行三维重建，自动检测解剖标志点，获取躯干长度（VP–DM）、后凸角（ICT–ITL max）与前凸角（ITL–ILS max）三项客观脊柱参数。心理生理评估工具包括：匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）评估睡眠质量，状态-特质焦虑量表（STAI-1和STAI-2）评估状态与特质焦虑，马斯勒职业倦怠量表（MBI）评估情绪耗竭、去人格化与个人成就感三个维度，国际身体活动问卷短版（IPAQ）评估身体活动水平。统计方法包括独立样本t检验或Mann–Whitney U检验进行组间比较，分层多元线性回归分析考察独立关联，以及基于5000次Bootstrap重抽样的中介分析探索间接关联。所有DIERS评估均在上午由同一经验丰富的评估者按标准化流程完成。

四、研究结果

（一）组间比较结果：四年级学生校内站立时间显著更长、坐位时间显著更短（均p < 0.001），特质焦虑与职业倦怠得分更低、步行活动量更高。但两组在躯干长度、后凸角与前凸角上均无统计学显著差异；四年级后凸角数值上较低但未达显著水平（p = 0.051）。

（二）相关热图分析：全局Spearman相关热图显示，脊柱参数与心理生理及工作量相关变量呈现不同的关联模式。后凸角与校内站立和坐位时间的相关性较躯干长度和前凸角更强；职业倦怠与睡眠相关指标彼此呈聚集性正相关，提示心理负担、睡眠紊乱与脊柱姿势特征之间存在相互关联；身体活动与多数脊柱参数的相关性较弱。

（三）躯干长度分层回归分析：模型1纳入人体测量学与工作量相关变量，显著解释躯干长度变异（R2 = 0.623, p < 0.001），其中身高与躯干长度强正相关（β = 0.880, p < 0.001），体重负相关（β = ?0.218, p = 0.002）。模型2加入心理生理变量后解释方差显著提升（ΔR2 = 0.042, p = 0.021），特质焦虑（STAI-2）成为躯干长度的显著负向预测因子（β = ?0.174, p = 0.007）。模型3加入睡眠质量后进一步贡献解释方差（ΔR2 = 0.015, p = 0.023），较差的睡眠质量与较短的躯干长度独立相关（β = ?0.147, p = 0.023）。模型4加入身体活动未显著改善模型（ΔR2 = 0.004, p = 0.246）。最终模型解释68.4%的躯干长度方差。

（四）后凸角与腰前凸角分层回归分析：后凸角的初始模型显著解释其变异（R2 = 0.144, p = 0.006），学业年级组与体重为主要贡献因素，体重与后凸角正相关；但心理生理变量、睡眠质量及身体活动的加入未提供显著额外解释。腰前凸角的初始模型显著解释其变异（R2 = 0.281, p < 0.001），年龄与体重正相关、身高强负相关；学业年级组、校内站立与坐位时间无独立关联，后续变量块的加入均无显著贡献。

（五）中介分析结果：以PSQI全局得分为中介变量、躯干长度为结局，同时纳入状态焦虑、特质焦虑、情绪耗竭、去人格化与个人成就感作为心理预测因子，校正年级、年龄、体重、身高、身体活动、站立与坐位时间后，发现情绪耗竭（MBI-EE）通过睡眠质量对躯干长度存在显著间接效应（B = ?0.300, SE = 0.152, 95% bootstrap CI [?0.686, ?0.062], β = ?0.062, p = 0.048），而直接效应（B = 0.403, p = 0.311）与总效应（B = 0.103, p = 0.789）均不显著，提示情绪耗竭通过睡眠质量对躯干长度存在统计上显著的间接关联。

五、讨论总结与研究结论

讨论部分指出，四年级学生校内站立时间更长、坐位时间更短的模式与其临床实习性质一致；后凸角在临床暴露更多组中数值较低的方向性发现与既往纵向研究一致，但横断面设计不足以归因于临床训练。特质焦虑与躯干长度的独立关联提示心理特征可能是脊柱姿势的重要维度；睡眠质量与躯干长度的关联与椎间盘日间负荷与恢复循环的生理机制相容。情绪耗竭通过睡眠质量对躯干长度的间接关联与职业倦怠损害睡眠的既有证据一致，但应视为统计关联而非时间路径。身体活动未显著改善模型，提示总体活动水平可能无法完全反映与脊柱姿势相关的特定机械暴露。DIERS Formetric 4D光栅立体摄影作为无辐射、非侵入性的客观三维评估手段构成方法学优势。教育层面，研究支持将脊柱健康置于超越人体工效学暴露的更广泛框架中，预防教育可拓展至压力认知与管理、睡眠健康与恢复、身心自我监测等方面。

研究结论：三年级与四年级物理治疗专业学生的客观脊柱参数无显著差异，尽管其校内站立与坐位暴露存在显著差异。特质焦虑与较差的睡眠质量与较短的躯干长度独立相关，探索性分析识别出情绪耗竭通过睡眠质量与躯干长度之间的间接关联。这些发现凸显了在物理治疗专业教育中，心理幸福感与睡眠相关恢复因素与身体及人体工效学因素同等重要。未来需开展纵向及教育干预研究，以确定这些因素在训练过程中的演变规律，并检验综合预防策略能否改善学生幸福感与肌肉骨骼结局。