体力活动与心肺适能与头发皮质醇浓度的强度依赖性关联：基于终生空气污染暴露背景的研究

《Stress》：Intensity-dependent associations of physical activity and cardiorespiratory fitness with hair cortisol concentrations in the context of lifetime air pollution exposure

　　

中文摘要翻译： 头发皮质醇浓度（HCC）被用作慢性应激的生物标志物。尽管将HCC与体力活动联系起来的证据尚不一致，但其与心肺适能的关联仍未得到探索，且长期环境空气污染的贡献尚不明确。本研究检验了HCC与客观及主观评估的中等强度和高强度体力活动、心肺适能以及估算的终生环境空气污染暴露之间的关联。数据来源于参与“工业环境健康老龄化项目4”（4HAIE）研究的成年人亚样本（N = 133；87%为女性）。HCC通过液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）从3厘米头发段中定量，反映约3个月的皮质醇暴露。体力活动通过休闲时间运动问卷（LTEQ）和14天Fitbit监测进行评估，心肺适能通过峰值摄氧量（VO2peak）评估。终生暴露于颗粒物（PM2.5和PM10）及二氧化氮（NO2）根据居住史和历史空气污染模型进行估算。采用多元线性回归和分层模型检验关联。高强度体力活动在自我报告数据（LTEQ：B = 0.010，p = 0.042）和客观测量数据（Fitbit：B = 0.006，p = 0.044）中均与HCC呈正相关。VO2peak最初与较高HCC相关（B = 0.019，p = 0.041），但在纳入高强度体力活动后该关联减弱。中等强度体力活动和终生空气污染暴露均与HCC无显著关联。这些发现表明，高强度体力活动可能有助于提高HCC，凸显了在将HCC解释为慢性应激生物标志物时考虑体力活动强度的重要性。

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一、研究背景与问题

下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）是调节人体多种生理功能的核心系统，其主要产物皮质醇影响几乎全身所有细胞，对代谢、免疫、情绪和认知功能均具有重要作用。皮质醇常被称为“应激激素”，但同时也是日常生理功能所必需的。在人体研究中，皮质醇通常通过血液、唾液或尿液进行测量，但这些方法只能反映数分钟至数小时的短期分泌情况，难以评估长期的皮质醇暴露水平。为弥补这一局限，头发皮质醇浓度（HCC）作为约2000年引入的生物标志物，被越来越多地用于回顾性评估长期皮质醇暴露。HCC反映过去数月的平均分泌水平，采集无创，且不易受昼夜节律或急性应激等短期波动的影响。

然而，HCC量化的是总体皮质醇负荷，无法区分生理性和心理性应激源。已有大规模荟萃分析显示，生理性应激源与较高HCC相关，而感知压力或抑郁症状与HCC无显著关联。关于体力活动与HCC关系的研究结果尚不一致：有研究发现业余耐力运动员的HCC水平比对照组高约46%，且存在训练量的剂量-反应关系；也有研究报道高强度而非中等强度活动与HCC正相关；但另一些研究未发现显著关联。现有证据的不一致性可能源于方法学缺陷，包括仅依赖自我报告、活动测量过于宽泛以及样本同质性高等问题。此外，文献中明确指出了对心肺适能缺乏考量的空白。

另一个值得关注的方面是，许多体力活动形式尤其是户外活动可能涉及空气污染暴露。空气污染可能作为环境应激源激活HPA轴并增加糖皮质激素分泌。然而，既往关于空气污染与皮质醇的研究主要基于唾液和血清等短期标志物，可能无法充分反映长期环境应激暴露对HPA轴调节的潜在影响。截至目前，将环境空气污染与HCC关联起来的证据仅有两项来自比利时佛兰德斯地区的研究，分别报告了青少年和孕妇中较高的HCC，但尚无一般成年人群的数据，也未对体力活动进行调整。

基于上述背景，本研究旨在检验HCC与中等及高强度体力活动（通过自我报告和客观测量两种方式评估）、心肺适能以及终生空气污染暴露之间的关联。研究假设为：较高心肺适能与较低HCC相关，而高强度体力活动和终生空气污染暴露与较高HCC相关。这是首个在成年人样本中综合检验体力活动、心肺适能和长期空气污染暴露与HCC关联的研究。

二、研究方法与关键技术

研究数据来源于捷克共和国“工业环境健康老龄化项目4”（4HAIE，2019-2021）的随机亚样本，该前瞻性研究针对18-65岁成年人，专门招募跑步者和非跑步者作为对照，并分别从历史污染较高和较低的地区招募参与者以覆盖广泛的环境暴露梯度。最终分析样本为133名参与者（平均年龄38.7岁，87%为女性）。

研究采用的主要技术方法包括：头发皮质醇浓度通过液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）定量分析3厘米头发段，反映约3个月的皮质醇暴露；体力活动通过改良版Godin休闲时间运动问卷（LTEQ）进行主观评估，同时使用Fitbit Charge 3设备进行连续14天的客观监测；心肺适能通过跑台递增负荷运动试验（GXT）测定峰值摄氧量（VO₂peak）；终生空气污染暴露基于参与者居住史和捷克水文气象研究所的历史空气污染模型数据，计算PM_2.5、PM₁₀和NO₂的终生平均暴露浓度。

三、研究结果

体力活动与心肺适能与HCC的关联（独立回归模型）

在自我报告的LTEQ指标中，高强度休闲时间体力活动与ln-HCC显著正相关（R2 = 0.086，B = 0.010，p = 0.042），而中等强度活动呈非显著负趋势（p = 0.211）。基于Fitbit的客观测量结果与之一致：每日高强度活动分钟数与ln-HCC显著正相关（R2 = 0.071，B = 0.006，p = 0.044），中等强度活动无显著关联（p = 0.455）。此外，VO₂peak与ln-HCC显著正相关（R2 = 0.072，B = 0.019，p = 0.041），提示心肺适能与HCC之间存在正向关联。

分层回归分析

为探究中等和/或高强度体力活动是否能解释VO₂peak与HCC之间的关联，研究人员进行了分层回归分析。在仅调整年龄、性别和教育的基线模型中，VO₂peak与ln-HCC正相关（B = 0.021，p = 0.045）。加入自我报告的中等强度活动后关联仍然显著（B = 0.023，p = 0.033），但进一步纳入高强度活动后，VO₂peak系数下降且不再显著（B = 0.015，p = 0.237）。使用Fitbit数据的模型呈现类似模式。这表明高强度体力活动可能比中等强度活动或心肺适能本身与HCC的关联更为密切。

敏感性与稳健性分析

纳入额外协变量（BMI、慢性疾病、药物使用、酒精摄入、经济压力等）后，主要结果保持一致。感知压力量表（PSS）与ln-HCC无显著关联（p = 0.386）。自我报告的跑步者身份与ln-HCC显著相关，非跑步对照组的ln-HCC低于跑步者。

终生空气污染暴露与HCC的关联

PM_2.5、PM₁₀和NO₂的终生暴露均与ln-HCC无显著关联（p值分别为0.749、0.740和0.920）。探索性交互分析显示，空气污染暴露与客观测量的高强度体力活动之间无显著交互效应。

四、讨论与结论

讨论部分指出，高强度而非中等强度体力活动与较高HCC相关的发现与HPA轴的强度依赖性激活机制一致。中等至高强度运动（约为最大摄氧量的60-80%）可引发循环皮质醇的急性升高，而低强度活动产生的皮质醇反应极小或没有。反复暴露于这种生理激活可能随时间累积为较高的总体皮质醇输出，反映在头发样本中。另一种可能的解释涉及汗液中的皮质醇掺入头发，但相关证据尚不一致。

关于心肺适能与HCC的正向关联，这与研究初始假设相反，也与既往在儿童和老年男性中的研究结果不同。分层分析提示，VO₂peak与HCC的关联可能更多归因于与高强度体力活动的共享方差，而非适能本身。但心肺适能不仅反映习惯性体力活动，还受遗传、行为和社会经济因素影响，这些因素可能独立影响HPA轴功能。

关于终生空气污染暴露未发现与HCC显著关联，研究人员认为这可能与既往研究聚焦于孕妇和青少年等具有特殊HPA轴特征的人群、暴露评估方法不同（短期居住地模型与终生暴露估算）以及发表偏倚等因素有关。从稳态负荷框架来看，长期或反复激活应激反应系统可能最初增加皮质醇分泌，但随时间推移可能导致适应性下调或分泌模式改变，而非持续升高的皮质醇水平。

研究结论为：这是首个同时检验HCC与主观及客观体力活动指标、心肺适能和终生空气污染暴露关联的研究。未观察到HCC与长期空气污染暴露之间的显著关联，也未发现空气污染与客观测量的高强度体力活动之间的交互作用。相比之下，较高HCC与较高强度而非中等强度体力活动以及较高心肺适能相关，提示HCC可能部分反映与体力活动和适能相关的生理适应。由于HCC越来越多地被用作慢性心理应激的指标，这些发现凸显了在解释HCC水平时考虑高强度体力活动的重要性，尤其是在体力活动活跃人群中，运动相关的生理适应可能对HCC变异有实质性贡献。该论文发表于《Stress》期刊。