计算机模拟促进糖尿病患者步行的效果

简介

2型糖尿病(T2DM)在美国影响了大约2400万人，并与显著的发病率和早期死亡率有关[1］．有规律的体育活动已被证明可以改善血糖控制[2，3.]，降低血压[4]，减少血脂[4]，并改善2型糖尿病患者的心肺健康[5］．这些中间结果与糖尿病相关的发病率和死亡率相关[6］．尽管体育活动被认为是糖尿病自我管理的三大支柱之一[7]，大多数2型糖尿病患者没有进行足够的运动[8］．

有很多原因导致T2DM患者不能进行适当的自我管理行为，如积极活动。在这项研究中，我们使用了一个简短的叙述模拟来解决我们认为适合信息学干预的两个因素:行为对疾病影响的不准确心理模型[9-11]以及将良好意愿转化为行动的困难[12］．

葡萄糖曲线

本研究的干预是基于模拟血糖曲线。血糖曲线表示一个人一天中血糖的变化。先前的研究表明，葡萄糖曲线可以作为教育和动机干预的接口。对1型糖尿病患者的小型试验表明，使用模拟血糖曲线的课堂教育对知识有积极影响[13]，即发生低血糖事件的频率[14]，以及糖化血红蛋白[14］．在2型糖尿病患者中，观察血糖曲线前后对个体的访谈表明，观察血糖曲线似乎能让个体更好地了解葡萄糖的每日变化(特别是餐后峰值)，并可能导致更大的自我护理活动意愿，包括更积极地锻炼身体[15］．我们相信血糖曲线具有价值，因为它们提供了个人自我监测血糖值所不能提供的上下文信息。

计划行为理论

根据计划行为理论，个人执行行为的意图是他们信念的函数。在这项研究中，我们专注于一种特定类型的信念:outcome期望．结果预期是一个人对特定行为可能产生的结果的信念。我们的模拟的干预版本显示了随着时间的推移，单次步行和常规步行对葡萄糖曲线的预期变化。

先前的研究表明，结果预期与2型糖尿病患者的自我护理行为有关[16-192型糖尿病患者通常对运动对血糖的影响有较低的预期结果[19］．我们不知道有研究试图这样做改变这一人群的预期结果。一般而言，针对与体育活动相关的预期结果的干预措施在大多数人群中效果有限[20.］．

实现意图

虽然计划行为理论中包含的信念已被证明可以预测2型糖尿病患者进行身体活动的意图[16]，行为意图的改变只能适度预测行为的实际变化[21］．实现意图是将环境中的特定线索与预期行为联系起来的“如果-那么”计划。实施意图已被发现在将意图转化为行动方面非常有效[12，22］．最近的证据表明，那些在创造实施意图时在心理上模拟行为的人在按照他们的意图行动时甚至更成功。23，24］．

我们的模拟干预版指导参与者撰写行走的行动计划，同时在心理上模拟所计划的行为。在这个计划中，参与者要注明下周每天在哪里、什么时候、和谁一起走，以及要走多长时间。

我们在本试验中的假设是:(1)观看叙述模拟的干预版的个体会比对照组参与者在接下来的一周报告更多的步行，(2)干预参与者的结果预期变化将作为模拟中呈现的效果与个体先前信念之间差异的函数而变化。最后，我们假设，总的来说，两组人都会在接下来的一周增加他们的步行行为意图和他们的糖尿病相关知识。

方法

参与者

2010年3月至2011年8月，我们在退伍军人事务医疗中心George E. Whalen部门(美国犹他州盐湖城)的初级保健诊所、糖尿病教育和体重管理课程、犹他大学两周一次的糖尿病锻炼小组、社区糖尿病健康博览会以及通过电子邮件向糖尿病相关服务机构招募了参与者。

我们的纳入标准是参与者年龄在30 - 70岁之间，被诊断为T2DM，并且能够流利地说英语。排除了诊断为痴呆或严重精神疾病、使用胰岛素或患有糖尿病微血管或大血管并发症的参与者。这最后两个标准的基本原理有两个方面:首先，叙述模拟的内容是针对服用口服药物的个体的，其次，我们希望最大限度地降低行走诱发的低血糖、足部溃疡或心脏事件的风险。最初的招募工作仅限于盐湖城退伍军人管理局医疗保健系统的退伍军人，年龄在40-60岁之间;然而，由于招聘缓慢，在2010年6月，我们扩大了招聘到更大的社区和更大的年龄范围。

设置

这项研究是在一个对参与者很方便的地方进行的。这些地点包括盐湖城VA图书馆、糖尿病运动小组运动室隔壁的房间、糖尿病健康博览会的桌子、公共图书馆的会议室和私人办公室。所有的会议都是在首席研究员(BG)和个人参与者之间进行的。

模拟描述

叙述模拟是基于模拟葡萄糖曲线[25］．概念是用没有数字的曲线来表示的，辅以简单的图标。旁白和音乐配乐伴随着叙述模拟(见多媒体附件1而且多媒体附件2干预和控制模拟)。表1列出叙述模拟中涉及的概念以及用于解释每个概念的时间。

参与者被展示了两个版本的模拟。干预版本和控制版本在前8分30秒是相同的(图1)．

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绘画的任务

在叙述模拟的这一点上，参与者看到了一个“患有糖尿病几年”的人的血糖曲线，画外音要求他们想象这条曲线是他们昨天的血糖曲线。在屏幕上使用曲线的纸质副本(图2，参与者被要求画出他们认为的曲线，如果他们“昨天在早餐后一小时散步30分钟”。在第二个绘制任务中，参与者被展示了一个“患有糖尿病几年”的人的相同曲线，要求他们想象这是他们昨天的曲线，并要求他们画出他们认为的曲线，如果他们在过去的3个月里每周步行5天，每次30分钟。这两项绘图任务的目的是捕捉个体关于单次步行时葡萄糖变化和定期步行时糖化血红蛋白变化的预期结果。这种方法的优点是，它允许我们从三个维度衡量个体的预期结果:曲线变化的幅度、方向和持续时间。

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控制条件与干预条件的差异

叙述模拟的控制版本在完成两次绘图任务后结束。在叙述模拟的干预版本中，在完成每个绘图任务后，观看者会看到曲线的预期变化。然后，他们在画外音的指导下完成一份下周步行的纸质计划:他们将步行几天，在哪天步行，每次步行多长时间，在什么地点步行，在一天的什么时间，和谁一起步行，以及他们将采取任何准备行动来促进计划(例如，把步行鞋放在他们的车里)(图3)．当参与者完成纸上的计划时，画外音引导他们在心里模拟这个计划。这些程序是专门设计的，以便在参与者的头脑中形成执行意图。

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两个模拟版本的动机成分

我们假设模拟的两个组成部分可能会增加两组人的行为意图。首先，在通过绘画任务引出个人的结果预期时，锻炼的潜在结果被框定为一个向上的反事实(事情怎么可能更好:“什么?会如果你锻炼过就会发生”)。这是基于理论的[26]，有证据表明向上反事实思维有利于行为意图[27］．其次，叙述模拟向两组人展示了久坐不动的长期结果(“这是如果你不正确饮食和定期锻炼，葡萄糖曲线多年来的变化”)。我们根据Williams及其同事的建议纳入了这一组成部分，即在体育活动研究中构建预期结果应同时考虑增加活动的积极影响和久坐不动的消极影响[20.］．我们加入这些成分是因为我们想在干预组写下下周步行的行动计划之前最大化他们的意图;这是基于先前的证据，即当意图强烈时，执行意图最有效[28］．在本研究中，我们没有在不同条件下操纵这些结构，因为我们的目标是通过实验确定呈现潜在结果和行动计划结合对行为的影响。

程序

在获得参与者的知情同意后，我们收集了以下措施:(1)人口统计信息(表1)、(2)一套十项的糖尿病计算测验[29[]，(3)一份14个项目的问卷，用于衡量基于计划行为理论的建构;这是在试点测试中使用Azjen描述的程序开发的[30.)(见多媒体(4)简短的电话版国际体育活动问卷(IPAQ)，这是一种经过验证的自我报告过去7天体育活动的测量方法[31]及(5)14项糖尿病知识测验[32]和5项ABC测试[33]，两者都是糖尿病相关知识的测试。

然后，参与者戴着耳机在笔记本电脑上观看叙述模拟。在叙述模拟过程中，所有参与者都完成了上述两项绘图任务。为了最小化需求效应，研究人员在参与者观看动画时离开了房间;大多数问卷都是纸质的。然而，由于IPAQ将在一周后通过电话进行重新管理，因此该问卷由研究者在面对面会议期间进行口头管理。

在参与者观看叙述模拟后，重复14项计划行为相关问卷理论和两项糖尿病相关知识测试。此外，为了衡量参与者认为动画中的信息与个人相关的程度，参与者回答了两个7点李克特式问题:“我认为电影中的葡萄糖曲线与我的糖尿病和“我认为电影中表现的复杂。可能发生在我身上”。

为了结束面对面的会议，我们询问了参与者对叙述模拟的定性印象:他们喜欢什么，不喜欢什么，模拟中是否有让他们感到困惑的部分，以及他们希望以这种方式呈现的概念是否包含在叙述模拟中。这些问题都是口服的。

1周后，我们通过电话联系了参与者，并重新使用IPAQ测量过去7天的身体活动。31］．随后是一份问卷，询问参与者在观看叙述模拟后的一周内是否考虑过葡萄糖曲线，如果是，他们是否在进食、运动或测试葡萄糖之前、期间或之后考虑过它们。这些问题背后的目的是为未来的工作提供探索性的干预。

分析

我们使用免费的统计计算软件R version 2.10.0进行所有分析[34］．我们从分析中排除了2人:1名对照组参与者报告在基线时每周步行35小时，1名干预参与者报告每周步行18小时;这些个体的基线步行时间高于平均值≥2.5个标准差。此外，在我们的主要假设中，包括这些个体会高估干预的效果。

为了测试我们的主要假设(叙述模拟的干预版本会更积极地影响个体的行走)，我们使用了一个以干预状态和动画前行走(分钟/周)为协变量的线性模型。我们调整了组间年龄的显著差异和基线行为意图的近乎显著差异(见表2)．

为了检验我们的第二个假设(在干预参与者中，结果期望[信念]的变化将是先前信念与叙述模拟中呈现的信念之间差异的函数)，我们首先需要计算结果期望的变化，然后计算反映呈现结果与个人预期结果之间差异的分数。一旦计算出这些分数，我们使用一个线性模型，在调整年龄和基线意图后，将差异分数和干预状态之间的相互作用作为协变量。

使用计划行为问卷理论中的以下问题来测量结果预期:“至少步行30分钟将降低我的血糖”和“每周至少步行30分钟/天，每周5天在接下来的三个月里会降低我的糖化血红蛋白。”参与者同意或不同意李克特7分制量表(见多媒体)．正如Azjen所建议的，对于计划行为测量的前理论和后理论，个体在这两个问题上的得分被平均，以反映结果预期的整体结构[30.］．通过从干预后测量中减去干预前的预期结果测量来计算变化评分。

我们通过测量葡萄糖曲线的变化与个体在绘图任务中引出的结果期望之间的差异来计算结果期望差异评分。我们根据个体的结果预期是消极的、中性的还是积极的，对个体的结果预期的每个维度(方向、持续时间和量级)进行评分。例如，如果个人绘制曲线的下降幅度大于呈现曲线的下降幅度(正期望)，则该维度被记为1。如果参与者的期望大小与所呈现的曲线相同，则得分为0(准确理解)。如果绘制的幅度小于所呈现的曲线，参与者得分为-1(负期望)。由于曲线变化的方向只能增加或减少，如果他们的画反映了下降(积极的期望和准确的理解)，那么得分为1，如果他们的画反映了运动后血糖的增加(负期望)，得分为-1。回归中使用的差异分数是两个绘图任务的所有维度分数的总和，范围可能为-6到6。图4是差异分数分布的直方图。

为了测试我们的次要假设(总的来说，两个版本的叙述模拟都会对行为意图和知识产生积极影响)，我们使用了配对t比较模拟前和模拟后测量的测试。

最后，我们进行了探索性分析，通过检查参与者对定性问题的回答，如他们在叙述模拟中喜欢什么和不喜欢什么，他们觉得困惑的是什么，以及他们希望在未来的版本中看到经常性主题的什么，来为未来的工作提供信息。我们还检查了下周报告考虑血糖曲线的人的比例，以及他们报告考虑血糖曲线的环境。

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结果

样品描述

表2介绍干预组和对照组的基线特征。随机化的结果是，除了年龄外，在所有指标上都是平等的组;对照组的平均年龄略高于干预组;此外，在干预组中，关于步行的基线意图存在近乎显著的差异。

假设1

我们的第一个也是最具临床意义的假设得到了支持:干预参与者比对照组参与者增加了更多的步行时间。在考虑了基线步行量并根据年龄和基线行为意图进行调整后，干预的平均效果增加了61.0分钟(SE 30.5，t_{58 = 1.9，}P= . 05)。年龄(coef = -1.2, SE 1.9，t_{58 = -0.6，}P= .5)或基线行为意图(coef = 3.6, SE 9.5，t_{58 = 0.3，}P= .7)是步行变化的重要预测因素。图5按干预状态显示行走的变化。

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假设2

我们的第二个假设得到了支持:在干预参与者中，个人先前的信念与所呈现的结果之间的差异与他们的结果预期变化有关。干预状态与差异评分之间的交互系数为- 0.25(SE。t_{57 = -3.2，}P< .01)，表明平均而言，在观看模拟后，基线信念为负的个体的信念变得更加积极，而基线信念为过乐观的个体的信念变得更加消极。

假设3和4

我们的次要假设也得到了支持:两组都增加了行为意图，平均差异0.66(7分)。t_{62 = 4.5，}P< .001)和知识，在14分量表上的平均差异为0.38 (t_{62 = 2.4，}P= .02点)。表3总结假设1和假设2及其结果。表4总结假设3和假设4及其结果。表5呈现所有结果测量的平均值和标准差。

定性的主题

我们将定性问题的回答编码为一般主题，并确定每个主题的比例。当被问到“你喜欢模拟游戏的哪些方面?”31/65的参与者的回答被编码为信息丰富的:这些评论包括“我认为模拟非常清楚”和“我认为它比我在糖尿病教育中得到的要好。”出现的其他主题是惊喜: 11/65的参与者评论说，他们对步行对葡萄糖曲线的影响感到惊讶。第三个主题是并发症: 7/65的参与者报告喜欢包含并发症患者的照片;正如一位参与者所说，她觉得这“让人们看到可能发生在他们身上的事情很重要”。最后，5名参与者报告说，他们以前从未见过或认为葡萄糖是一条曲线，4名参与者报告说，他们以前不知道黎明现象。

当被问到“你对模拟游戏有不喜欢的地方吗?”大多数参与者(52/65)回答“没有”。在那些提供具体负面反馈的人(13/65)中，有4人报告说模拟“没有任何新意”或“无趣”。共有2名参与者报告说，他们感觉模拟的内容与他们无关，他们都是晚上工作，白天睡觉。另外，3人表示不喜欢音乐或画外音，1人表示不喜欢葡萄糖曲线，1人表示不喜欢绘图任务，1人表示不喜欢计算测试，还有1人表示开始时模拟速度太慢。

当被问到“模拟游戏中是否有让你感到困惑或疑惑的部分?”大多数参与者(59/65)回答“不”。在那些提供具体反馈的人中，有3人表示绘图任务令人困惑，2人表示不理解曲线的含义。

当被问到“你希望在这样的模拟中看到模拟中没有的东西吗?”“9名参与者表示希望看到不同食物对葡萄糖曲线的影响，5名参与者希望获得更多关于疾病如何随着时间发展以及是否可逆的信息，4名参与者表示希望看到曲线上的数字，3名参与者表示希望看到模拟叙述中解决的测试问题的更多答案(并非所有知识测试的问题都在模拟中得到解决)，2名参与者评论说他们想看看胰岛素的效果，2名对照组参与者想看看运动对曲线的影响。

尽管在模拟后的一周内，根据不同条件报告思考血糖曲线的个体比例有微小差异(干预参与者27/33，对照组22/32)，但这种差异不显著(χ²_{1 = .88，}P＝.35)。当被问及他们是否在特定的自我管理行为的背景下考虑葡萄糖曲线时，所有参与者的比例如下:运动时(38/65)，吃饭时(35/65)，测试血糖时(30/65)。在这些情况下，两组在思考血糖曲线的发生率上没有差异。

讨论

这项研究有两个主要发现。首先，在下周完成步行行动计划的干预参与者在接下来的一周报告的步行量明显多于对照组参与者。这一发现与大量实验室和临床研究一致，这些研究都发现了实施意图和行动计划的积极影响[12］．我们使用行动计划和同时对计划进行心理模拟并不新奇。然而，之前的研究使用的是健康的大学生群体[23，24];这项研究使用了老年糖尿病人群。

我们的第二个主要发现是，干预参与者的信念随着他们先前的信念与模拟中呈现的结果之间的差异而变化。计算机模拟可以改变预期结果的想法是由班杜拉在1999年提出的[35]这与他早期的工作相一致，表明个人的信念会随着他们对自己和他人行为影响的观察而改变[36］．我们不知道有任何研究将这些想法转化为面向患者的干预措施。我们认为，这一发现表明，计算机模拟可以更广泛地用于改变个人的健康观念。

我们知道只有另一项研究涉及血糖曲线，以促进2型糖尿病患者的身体活动。Allen等人随机分配52个人参加一对一的教育课程[37］．干预阶段纳入葡萄糖曲线，以证明体育活动对葡萄糖的影响。会议还包括讨论增加活动的好处，评估个人进行体育活动的障碍和锻炼的自我效能，并提供适当的锻炼处方。控制组提到但没有强调体育活动是2型糖尿病的自我管理行为。在8周的随访中，干预组的个体在体育活动的自我效能、加速度计测量的体育活动、血红蛋白A1c和体重指数方面有明显的改善。我们的研究和Allen及其同事的研究都使用葡萄糖曲线来促进2型糖尿病患者的身体活动，但存在重要的差异。首先，提出的机制是不同的:Allen干预旨在通过提高参与者的自我效能来增加身体活动，而我们的干预旨在通过改变结果预期和实施行动计划来增加身体活动。第二，实验控制的程度是不同的:我们的研究是两个计算机模拟之间的比较，仅在包含两个组件方面有所不同;艾伦和同事的研究比较了在许多方面不同的亲自干预。我们认为，这两项研究共同提供了证据，证明使用葡萄糖曲线建模可以积极影响T2DM患者的结果预期和自我效能。

翻译的启示

这项研究的结果强调了心理学文献中具体证据转化为基于信息学的行为干预设计的潜力。我们使用行动计划干预来促进干预参与者的后续行动。这项技术在促进健康相关行为方面大有希望，特别是在基于手机的干预方面。事实上，最近的证据表明，发送短信提醒计划的行动会进一步促进所期望的行动[38］．我们还将潜在结果作为向上的反事实(事情本来可能会更好)来展示，以最大化参与者的行为意图。这种信息框架可以更广泛地应用于消费者健康信息学，以增加用户的动机;然而，由于我们没有对干预措施的这一组成部分进行实验测试，需要进一步的工作来验证这一想法。

的优势

这项研究有几个优点。首先，我们利用心理学文献中的先前发现设计了一个简短的、独立的干预措施，并对干预措施各组成部分的功效进行了假设驱动的测试。其次，我们使用葡萄糖曲线来表示和引出结果，允许在三个维度上测量个体的结果预期:效果的大小、持续时间和方向。我们认为这种方法优于更常见的李克特量表的信念测量，并且基于计算机的绘图任务可以进一步提高本研究中使用的差异评分。本研究中使用的差异评分的一个局限性是，它没有解释个体期望的幅度和持续时间的差异(较大的差异比较小的差异反映了更不准确的信念)。一个更好的衡量差异的方法是个体曲线和所呈现结果之间曲线下面积的差异。在这项研究中，使用在纸上绘制的复杂曲线是不可行的，但基于计算机的绘图任务可以很容易地计算出这种差异。

限制

这项研究有局限性。首先，我们的主要结果测量，身体活动，是通过自我报告来测量的。由于所有参与者使用了相同的衡量标准，我们认为这不会破坏结果;然而，我们的干预对随后身体活动的影响的真实程度需要在未来的工作中通过客观的测量来确定。此外，我们的一些参与者并不代表本次干预的目标人群:一些参与者具有足够的糖尿病相关计算能力，对结果有积极的预期和锻炼的意图，对他们的疾病有了解，并且已经进行了体育锻炼。我们计划在未来通过将干预措施整合到目标人群的糖尿病教育课程中来解决这一问题，特别是新诊断为2型糖尿病和低糖尿病计算能力的人群。本研究的第三个局限性是用于测量知识的测试与模拟内容的呈现没有很好地一致。基于理论，我们围绕我们认为重要的gist开发了模拟[39]、我们的临床经验和试点工作。糖尿病相关知识的可用测量，包括本研究中使用的测量，测量个体对事实的知识。目前还没有测量糖尿病自我管理概念理解的工具。在未来的工作中，像本研究中使用的那些简单的模拟可以作为一种方法来教授和测试对糖尿病相关概念的理解。本研究的最后一个局限性是，虽然我们试图尽量减少研究者和参与者之间的互动，但一些互动是必要的(例如，IPAQ的管理)。需要进一步的工作来确定完全基于计算机的干预的有效性。

未来的研究

这种干预的下一代将测试在基于电话的交互式干预中提供的个性化反馈的有效性。基于电话的干预可能有助于将模拟整合到用户的日常生活中，可能比传统的糖尿病教育更容易获得，其覆盖人群有限[40]，而且可能比亲自干预成本更低[41］．最近，Fisher等人[42]和Polonsky等人[43]报道了一种被称为结构化测试协议的面对面干预。这项干预的核心是使用7点血糖监测来估计个体的血糖曲线，为期3天。在他们的研究中，估计曲线促进了患者和提供者之间的共同决策，导致糖化血红蛋白、糖尿病自我效能、糖尿病护理的自主动机有了更大的改善，对葡萄糖自我监测的态度比常规护理更积极[42］．该方案集中了自我监测的时间，但不要求净增加葡萄糖监测量[43]，因此可能是一种成本中性和微创的方法来裁剪模拟中呈现的曲线。我们假设，所呈现曲线的个性化，结合运动预测效果的个性化(当前研究的一个主题)，可能会导致更大的干预效果。

结论

在这项研究中，我们测试了一种简单的基于计算机的模拟形式。参与者的结果预期根据他们之前的信念和呈现的结果之间的差异而变化。结合行动计划，模拟对短期行为有积极的影响。