青春期运动行为中个体差异的遗传影响

抽象的

本研究的目的是研究遗传和环境影响影响青少年运动行为的变化的程度。在8,355名青少年双胞胎中分析了定期休闲运动活动的数据，从三次队列（13-14,15-16和17-19岁）分析。通过关于常规休闲时间锻炼，频率和活动持续时间的调查项目评估运动行为。参与者被归类为久坐，常规运动员或剧烈的运动员。中等运动行为的患病率从13岁到19年下降，久坐行为的平行增加平行增加，而剧烈运动行为的患病率仍然是跨年龄群体的持续态度。采用采用责任阈值模型的遗传结构方程模型分析了运动行为的变化。遗传因素（72％至85％的遗传因素解释了遗传因素）的变化（72％至85％），而共同的环境因素仅占13-14岁的女孩（46％）的大部分变异。我们假设遗传效应对运动能力可以解释这种生活阶段运动行为的高遗传性。

1.介绍

被认为是健康的主要贡献者[1]，而久坐的生活方式被建议是肥胖症崛起的主要原因之一，从越来越小的年龄开始[2］．尽管锻炼良好的效果，但许多人不经常行使[3.］．因此，久坐不动的生活方式和随之而来的肥胖风险仍然是当今社会对健康的主要威胁。研究青少年的运动行为特别有趣，因为一些研究报告说，运动参与的流行程度随着年龄的增长而下降，而且这种下降在青少年时期最为明显[4- - - - - -6］．

为了增加干预这种重要的与健康相关行为的成功，致力于运动行为的决定因素的研究。这些研究的主要重点是社会，人口统计和环境特征，例如社会经济地位低，家庭和同行的低社会支持[7- - - - - -9］．然而，这些因素都没有成为行使行为的强烈因果关系，可能是性别的可能性，表明男孩的运动参与比在女孩身上更高。双语研究提供了评估遗传因素作为运动行为的决定因素的重要性。根据双胞胎的数据，行为的个体差异可以被分解，因为遗传，共享环境（同一家庭成员共享的环境影响）和非洲环境影响（个人的影响）。通过比较单卵（MZ）双胞胎和Dizygotic（DZ）双胞胎之间的运动行为的相似性，可以估算遗传和环境因素的重要性。与遗传相同的MZ双胞胎相比，与DZ双胞胎相同的MZ双胞胎相似，他们分享平均一半的分离基因，构成了对运动行为的遗传影响的证据。如果MZ双胞胎比DZ双胞胎相似，但不是基于他们两倍的遗传相似之处的程度，共享家族因素也可能是重要的[10.］．

一些双胞胎研究表明，遗传因素有助于在青春期和成年期间运动行为和运动频率，持续时间和强度的各个差异[4，11.- - - - - -15.］．已经发现运动行为的遗传建筑在寿命中有所不同，在青春期期间看到的最大差异[16.］．在一项荷兰双胞胎研究中，Stubbe等人[4研究发现，在13- 16岁的青少年中，基因变异对闲暇时间的锻炼并不重要。相反，来自同一个家庭的兄弟姐妹所共有的环境影响在运动行为的差异中占了最大的部分。从17岁开始，共同的环境影响的作用迅速减弱，遗传影响开始主导锻炼行为的个体差异。其他研究也报告了遗传和共同的环境对青少年运动行为的影响[11.，12.］．与Stubbe等人相反。[4这些研究表明，明显的性别差异使得共享环境对男孩的重要性早于女孩。在某种程度上，这些以前的研究中性别特异性基因结构的差异可能反映了统计能力不足，无法通过性别效应来可靠地检测年龄。

在本研究中，我们研究了迄今为止最大的青少年样本中的自我报告的休闲运动行为的遗传和环境因素的相对影响。Due to the large sample size this study was able to estimate genetic and environmental influences within three different age groups (13-14, 15-16, and 17–19 years) and to assess quantitative sex differences (e.g., differences in heritability) as well as qualitative sex differences (are the same genes expressed in boys and girls) in the genetic architecture within these age groups.

2.方法

2.1。主题

参与者在荷兰双人登记处（NTR），于阿姆斯特丹武士大学的生物理学系建立了[17.，18.］．大多数双胞胎都以NTR为新生儿注册。要求青春期双胞胎的父母同意派遣他们的孩子调查。如果他们的父母同意，双胞胎和他们的Nontwin兄弟姐妹在14,16岁和18年时收到了在线或纸和铅笔自我报告调查。调查包含了有关行为，体育，生活方式和福祉的项目。当双胞胎和兄弟姐妹没有按照时间返回调查时，他们通过邮件联系了第一个提醒，接下来，他们通过电话联系了第二个提醒。1986年至1994年间，共有3,645个家庭，在1986年至1994年间出生在这项持续的研究中参加了这项持续的研究。整体家庭响应率为56％。

本文不包括三联网和非文字兄弟姐妹。此外，还没有包括患有疾病或障碍干扰他们日常生活的双胞胎。这导致了来自3,405个家庭的完整和不完整的对的8,355个双胞胎（42％男性）的总样品。对于1,160双胞胎，数据有两个时间点。参与者主要是白种人，他们来自荷兰的所有地区（农村和城市地区）。数据可获得754（17％）不完整，3,614（83％）完成双对。在表格中1，参与双对的Zygosity呈现。对于1,089（36.1％）的相同性双对，基于血液组或DNA键入确定。剩下的剩余性行为双对的Zygosity由关于物理相似性和家庭成员和陌生人的混乱的问卷项目确定。这些项目允许准确测定相同性双对的93％的Zygosity [19.］．

参与者分为年龄组13-14岁（33％），15-16岁（38％）和17-19岁（29％）。三岁群中的平均年龄为14.51岁（SD = 0.31），16.23（SD = 0.61）和18.06（SD = 0.70）。年龄群体并不完全独立，因为对于一小部分参与者，可以在两个时间点提供数据（例如，双胞胎在14岁和16岁时返回调查）。此外，由于参与者参与了飞行员的小组，并且在常规调查收集数据之后，来自2个调查的数据出现在一个年龄组中。对于该参与者的子集，来自试验版本的数据被排除在分析中。可以在表格中看到1，每个年龄组都有足够数量的单一程（MZ）和Dizygotic（DZ）双对。

2.2。行使行为

参与者被要求在评估时指明他们参与了哪种类型的定期休闲运动。共有21项普通个人运动(包括健身中心、慢跑、网球等)和团体运动(足球、曲棍球)，另外还有5项较不常见的活动可供报名。对于被认可的每项运动，参与者还要进一步报告每年进行多少个月、每周进行多少次以及平均持续时间。安斯沃思体力活动纲要[20.]被用来为每项运动活动指定MET评分(代谢当量)，反映其能量消耗为参与该活动的平均受试者基础能量消耗(约1千卡/千克/小时)的倍数。在高中时期，荷兰青少年每周必须上1-3小时的体育课。每周在这些体育课上的MET小时的确切数量作为一个单独的变量进行评估。

对于每个参与者，每周的MET总分是通过计算每周在每种运动活动上花费的小时数及其MET分数的乘积得出的。只有参与者在过去一年中至少参加了三个月的活动才会被评分。在学校上体育课时进行的运动不包括在每周MET得分中。因变量仅反映休闲运动行为。

根据MET总分，参与者被分为三组。第一类是每周MET总分低于5.0的久坐参与者。第二类中度锻炼者包括每周MET总分在5.0到30.0之间的参与者。第三类是剧烈运动者，他们每周MET总分为30.0或更高。

2.3。统计分析

由于运动行为的数据是正偏态的，所以我们使用一个责任阈值模型来分析各年龄组运动行为的个体差异。责任阈值模型的基本假设，最初由Falconer提出[21.]，是一个未观察到的(潜在的)连续的责任基础上的观察变量(即运动行为)的偏态分布。负债假设为标准正态分布(即均值= 0,SD = 1)。利用家庭数据，可以估计负债的家庭成员之间的相关性，而不是观察到的特质。在获得双胞胎之间的负债分布相关性后，我们采用遗传结构方程模型来估计遗传和环境因素对个体运动行为负债差异的相对贡献。

参与者被分为三组(即，久坐，适度运动，剧烈运动)如上所述。通过这种方式，获得了运动行为的顺序分数，分别编码为0、1和2。为了模拟这三类运动行为，需要两个阈值。阈值，表示-Values，由样本中的三类运动行为的患病率定义，并表示上述个人将支持下一类别的潜在责任分布的价值。在图的下半部分1，提出了行使责任的分布。如图所示，由垂直线表示的阈值，将运动责任分布分成三个不同的类别。

在双胞胎之间的运动行为的责任中的相似性在POCECHORY双胞胎相关性中表达。比较与DZ双相关的MZ双相关提供了评估遗传和环境因素对行使行为责任的相对影响的第一步。当MZ相关性高于DZ相关时，推断出遗传变异影响了对运动行为的责任的个体差异。高于MZ相关的DZ相关性意味着共享的环境影响，指的是由同一家族的所有成员共享的环境因素，对运动行为的责任。不是由于遗传和共享环境影响的变化归因于家庭成员不共享的环境影响。Nonshared环境方差分量还包括测量误差方差。比较男孩和女孩的MZ和DZ双关相关性提供了有关定量性别差异的具体信息。当MZ和DZ双相关之间的差异在男孩的差异而不是女孩中，可以得出结论，与女孩相比，男孩的遗传影响更强。关于定性性差异的具体信息可以来自DZ对抗性（DOS）相关性。当DOS双对的双胞胎相关性低于DZ-MALY和DZ-MEANT TWIN对中的相关性时，这可能是由于影响一个性别但不是另一个性别的遗传或共享环境影响[21.］．

作为第一步，使用软件包MX的Zygosity基团（即，MZM，DZM，MZF，DZF和DOS）估计阈值和多氯化双胞胎相关性估计了5个性别中的每一个[22.］．对于男孩和女孩来说，单独估计门槛，以考虑运动行为普遍性的性别差异。该模型被称为饱和模型，简单地指定了通过Zygosite组的每种性别指定来自第一和第二出生的双胞胎的数据，而不尝试将这些相关性模拟作为基因或共享环境的函数。在一系列嵌套模型中，我们测试了是否在男孩和女孩之间约束阈值，导致模型适合的显着恶化。此外，我们测试了对MZ和DZ双胞胎的双相关性是否有显着差异。

接下来，将遗传模型适用于每个年龄组指定了对运动行为的遗传造成责任的遗传建筑。遗传模型的图形表示在图中给出1．通过考虑MZ和DZ双胞胎之间不同水平的遗传亲缘关系，可以估计由加性遗传(A)、共享环境(C)和非共享环境效应(E)引起的潜在责任的方差。MZ双胞胎的基因是相同的，而DZ双胞胎平均有50%的分离基因。因此，在遗传模型中，MZ和DZ双胞胎的遗传相关(rg)分别固定为1.0和0.5。共享环境效应是指家庭中所有兄弟姐妹所共有的环境因素，因此共享环境相关系数(rc)固定为1.0。在图1，RG和RC由连接双头对的潜在遗传（A）和共享环境因子（C）的双头箭头表示。非正式的环境效应是指对家庭中的个人独有的环境因素，因此兄弟姐妹之间是不相关的。A，C和E的影响由路径系数表示一个，c,和e(见图1）。因为假设锻炼的责任是标准正常分布的，因此责任分布下的总差异为1. A，C和E的影响也增加了最多1.根据该模型，遗传学术语解释的方差比例通过平衡相应的路径系数可以获得共同的环境和非线性环境因素a、c、和e．

IFQualitative性别差异对运动行为的责任存在，DOS双胞胎的遗传相关性应低于DZ双胞胎的遗传相关性。为了评估定性性差异，估计DOS双胞胎之间的遗传相关性（RG），我们测试了将RG固定为0.5，导致模型合适的显着恶化。通过允许遗传评估对运动行为的责任的定量性别差异（一个)、共享环境(c)和非共享环境(e）对于男孩和女孩而言，参数估计，我们测试了限制这些参数估计是否与男孩和女孩相同，导致模型适合的显着恶化。通过测试是否固定相应的参数估计来评估方差组分A和C的统计显着性（即，一个和c）至零导致模型适合的显着恶化。

通过对参数施加一个或多个约束，我们拟合了嵌套的各种模型，其中一个模型可以从另一个模型派生出来。采用对数似然比检验(LRT)对不同模型的拟合进行比较。两个嵌套模型之间的-2倍对数似然(-2LL)的差有一个分布与自由度（DF）等于两种模型之间的DF差异。如果一个-Value从高于0.05获得-检验约束模型的拟合度并不明显比更复杂模型的拟合度差。在这种情况下，将约束模型保持为最简洁和最佳拟合模型。通过Akaike 's Information Criterion对遗传模型与完整的ACE模型进行拟合比较，保持AIC最低的模型为最佳拟合模型[22.］．

3.结果

桌子2呈现为三年群体的运动行为普遍存在。该表显示，与年龄，女孩的年龄，遗憾性和中等运动行为在女孩中更为普遍，而剧烈的运动行为在男孩们更普遍。对阈值的正式测试表明这些差异是显着的。在13-14岁之间的男孩和女孩之间的门槛是不同的（，），15-16岁（，)，以及17-19年(，)年龄群体。与其他年龄组相比，在17-19岁的男孩和女孩中，久坐的流行率(即运动行为的减少)有所增加，而适度运动行为的流行率也有所下降。活跃的运动行为在整个青少年时期都很普遍。

表中呈现在不同年龄组中的双相关性3.．对于男孩和女孩来说，MZ双相关性在13-14岁的DZ双相关性显着高于DZ双相关（，），15-16岁（，）和17-19岁（，)，表明个体在运动行为倾向上的差异受到遗传因素的影响。对于最小年龄组的女孩，MZ双胞胎和DZ双胞胎的运动行为相似，说明共同的环境因素在解释个体运动行为差异方面起着重要作用。在两个最年长年龄组的女孩和所有年龄组的男孩中，DZ的双胞胎相关性大约是MZ双胞胎相关性的一半，这表明遗传因素解释了这些年龄组运动行为的大部分变化。

所有年龄组的遗传模型拟合结果呈现在表格中4．在模型2中，RG受约0.5的约束，这并未导致模型适合的模型效果的显着恶化，表明在男孩和女孩方面的行为行为中相同的遗传因素行为。

模型3测试了是否限制了全部单变量模型的参数估计，以适用于男孩和女孩的型号，导致模型适合的显着恶化。在最年轻的年龄组中，差异分数的幅度似乎是对运动行为的责任的个体差异的巨大差异。因此，允许参数估计在这个年龄组的男孩和女孩之间不同。在两个最古老的年龄组中，限制参数估计在男孩和女孩之间的平等程度不导致模型适合的显着恶化。

模型4和5，测试是否将遗传或共享环境参数估计为零，将导致模型适合的显着恶化。对所有年龄组的责任对行使行为的个体差异的添加剂遗传效应在所有年龄组中具有统计学意义。对于最年轻的年龄组的女孩，共同的环境影响是统计学意义。在所有年龄组中，LRT测试和AIC指向AE模型作为最令人愉快的模型，除了最年轻的女孩，其中ACE模型最具典雅的年龄组。

在表中概述了A，C和E负责行使行为行为的方差比例的比例总结在表格中5．在所有年龄组的男孩中，由遗传因素所解释的运动行为倾向的变异比例不等。72 .85。其余的变异由非共享的环境因素造成。对于最年轻年龄组的女孩来说，基因和共同的环境因素导致了锻炼行为的个体差异。38。46respectively. For girls in the two oldest age groups, shared environmental factors did not account for variation in liability to exercise behavior, whereas the proportions of liability explained by genetic factors were  .80 and  .72.

4.讨论

在荷兰青少年双胞胎的大量样本中，我们发现，与青少年早期相比，青少年后期久坐的流行率增加了。在所有年龄段，女孩比男孩更经常久坐。当有规律地进行锻炼时，女孩更多的是进行适度的锻炼，而不是剧烈的锻炼。在青春期早期，对于男孩来说，运动行为倾向的个体差异可以由遗传和非共享的环境因素来解释，而对于女孩来说，共享的环境因素也占了个体差异的很大一部分。在青春期中后期，遗传影响在男孩和女孩的运动行为倾向的变化中占了最大的部分。没有证据表明在遗传因素上存在定性的性别差异，这表明同样的遗传变异似乎会影响男孩和女孩的运动行为。

我们的发现是，适度运动行为的流行率在男孩和女孩的青春期后期下降，而久坐的流行率与其他研究的结果相一致[4- - - - - -6］．然而，剧烈运动的流行率在三个年龄组中并没有变化。这一发现与Van Mechelen等人的研究结果一致。6他观察到轻度体育活动和无组织体育活动的流行率呈下降趋势，但有组织体育活动的流行率没有下降。对此的一种解释是，剧烈运动的人有强烈的内在动机，导致他们继续锻炼行为，而适度运动的人内在动机较低，使他们更有可能久坐不动。

本研究的主要目的是评估遗传和环境因素在多大程度上影响青少年早期到晚期的运动行为。对于男孩来说，遗传因素是青春期早期到后期个体运动行为差异的主要原因。有人认为，运动能力的遗传影响可能部分解释了运动行为的遗传性[23.，24.］．基本的思想是人们会寻找他们擅长的活动。这在男性青少年中尤其如此，因为对这些青少年来说，擅长体育运动是自尊的一个重要来源，体育榜样不断地被媒体加强[25.，26.］．因此，编码运动能力的基因（耐力，强度，柔韧性，电动机协调）可能会成为青少年运动行为的基因。

与同龄男孩相比，共同的环境因素在年轻女孩运动行为的个体差异中占了主要部分，而从15岁起，这些共同的环境因素的影响就完全消失了，取而代之的是遗传因素。共同的环境影响可能包括父母、兄弟姐妹和同伴，他们会确保年轻的青春期女孩经常到操场上玩耍，并对她们的表现提供积极的反馈。来自父母、兄弟姐妹，特别是来自同龄人的积极反馈的程度可能越来越取决于他们的运动能力的基因型。简而言之，共同的环境决定了青少年早期的接触和鼓励，但是，对于男孩来说，实际的运动能力将决定女孩是否喜欢足够的运动(通过在运动中表现出色)来保持行为，当同龄人的知觉相对于父母在青春期中后期的重要性增加时。像运动能力这样的单一因素对男孩和女孩都至关重要的观点被这样一个事实所强化:同样的定性遗传变异被认为是男孩和女孩运动行为遗传的基础。

在过去的研究中已经解决了青春期运动行为的遗传建筑[4，11.，12.］．在荷兰双人队的样本中，来自早期的诞生队列，Stubbe等人。[4)还发现，在青春期，共有的环境影响向基因影响的转变。然而，他们报告说这种转变发生在青春期后期(即16岁左右)，并且发现环境对运动行为的共同影响不仅存在于年轻的青春期女孩中，也存在于男孩中。样本的年龄组与目前的研究非常相似，但数据是在10至15年前收集的，这是在一个出生队列中出生的，比当前的队列早10至15年。本研究更大的样本量和更广泛的休闲运动行为评估可能导致估计参数的精度提高。

本研究发现的青少年运动行为遗传建筑遗传建筑模式的额外支持来自不同国家的其他研究。在一个15岁的双胞胎蜜糖和托马斯的小佛兰芒样本中[12.]发现男孩和女孩的遗传因素分别占运动行为的83％和44％，而且只有在女孩的共同环境因素也被占了54％。在一项基于411岁的葡萄牙双胞胎12-25岁的葡萄牙双胞胎，Maia等人。[11.与女孩（40％）相比，为男孩（68％）找到了更大的遗传性估算。遗憾的是，这两项研究都太小，无法将样品分为不同年龄群体，并且无法确定性别差异是否特定于某些年龄组。

对本研究的限制是使用横截面双重设计来检查遗传和环境影响对运动行为中个体差异的相对影响。在纵向设计中，青春期运动行为的遗传架构最适当地解决。因此，迄今为止两个时间点的数据仅适用于小型子样本，并且在整个青春期（13-18）中的数据不存在。由于我们的数据收集是NTR的连续过程，我们预计未来5年内的足够大的纵向样本量。预期受试者从青春期移动到成年期时，预期遗传架构中的大移位。在成年期间，非正式的环境因素变得更加重要，可遗传性降至约50％[23.］．此外，在成年内发现了显着的定性性差异，具有影响男性和女性运动行为的不同遗传因素[23.，27.］．

5。结论

中度运动行为的流行率从13岁到19岁下降，而剧烈运动行为的流行率在各个年龄组保持不变。在13-14岁的女孩中，运动行为的差异很大程度上是由遗传因素造成的，而共同的环境因素只占了很大一部分。未来的研究应关注运动能力作为运动行为的潜在决定因素的作用。如果在生命的这一阶段，运动行为的高遗传性确实可以用运动能力的遗传效应来解释——这是一个可检验的假设——那么相对高水平的久坐青少年可能反映了当今青少年体育文化中对表现的过分强调而不是对快乐的过分强调。

致谢

资助来自以下拨款:“Spinozapremie”(NWO/SPI 56-464-14192);“行为遗传学和基因组学研究的双胞胎家庭数据库”(NWO 480-04-004)，“遗传和家庭对青少年精神病理和健康的影响”(NWO 463-06-001)，“青少年健康的双胞胎兄弟研究”(NWO- veni 451-04-034)）．M. Bartels由EMGO +机构的高级奖学金提供资金。

参考

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