客觀測量的學齡前兒童體力活動、靜坐行為與執(zhí)行功能的關系

常振亞,王樹明

相關研究表明,兒童青少年的體力活動(physical activity,PA)與認知功能顯著相關[1],且已在動物和老年群體的研究中發(fā)現(xiàn)了PA 和認知功能的關聯(lián)機制[2]。執(zhí)行功能被認為是人類認知活動的最高級過程,幾乎體現(xiàn)了人的所有認知功能,且在兒童早期發(fā)展迅速[3]。然而當前關于兒童早期PA 與執(zhí)行功能的關系,研究對象主要為成年人或?qū)W齡兒童,較少涉及學齡前兒童。在有限的以學齡前兒童為被試的研究中,主要揭示了結(jié)構(gòu)化體力活動,如健美操[4]、足球游戲[5]、網(wǎng)球游戲[6]對執(zhí)行功能有積極影響。這些不同項目對執(zhí)行功能的促進作用存在差異,背后的原理可能是兒童的非結(jié)構(gòu)化體力活動本身就存在較大差異。由此近些年也開始有學者揭示非結(jié)構(gòu)化體力活動與執(zhí)行功能的關聯(lián)[7]。另外,伴隨當今社會生活的日趨便利,靜坐行為(sedentary behavior,SB)即清醒狀態(tài)下能量消耗≤1.5 METs 的任何坐式或斜躺行為[8],受到學者日益關注。由此也產(chǎn)生了新的疑問,與PA 相對的SB 能否獨立影響執(zhí)行功能,抑或是與PA 共同作用于學齡前兒童的執(zhí)行功能? 本研究從這一角度出發(fā),系統(tǒng)探討學齡前兒童PA、SB 與執(zhí)行功能的關系,并在此基礎上探究不同強度PA 和SB 相互替代部分時間后對執(zhí)行功能的影響,進而為兒童早期開展體力活動健康促進工作提供實證支持。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究采用分層隨機取樣,從長沙市城區(qū)和婁底市某鎮(zhèn)分別選取一所城市幼兒園和一所鄉(xiāng)村幼兒園。班級選取隨機取樣,每個幼兒園隨機選取一個中班和一個大班。共選取幼兒152 名。研究過程中由于數(shù)據(jù)的測量缺失和無效數(shù)據(jù)的剔除,最后剩余有效數(shù)據(jù)144 個(見表1)。

1.2 研究方法

1.2.1 問卷調(diào)查

使用學齡前兒童執(zhí)行功能問卷(BRIEF-P)對幼兒的執(zhí)行功能狀況進行測評。該問卷由Gioia 等編制,包括抑制(inhibition),轉(zhuǎn)換(shift),情感控制(emotional control),工作記憶/刷新(working memory/refresh),計劃/組織(planning/organization)等5個維度,其中抑制和情緒控制相加為抑制自我控制(inhibitory self-control),轉(zhuǎn)換和情緒控制相加為認知靈活性(cognitive flexibility),工作記憶和計劃/組織相加為元認知(metacognition)[9]。北大六院王玉鳳教授將其引入國內(nèi)并進行了校驗,重測信度為0.54～0.72,內(nèi)部一致性系數(shù)為0.78～0.95,適用于中國文化背景[10]。

表1 研究對象基本情況Table 1 Basic information of the subjects

1.2.2 體力活動測量

使用ActiGraph GT3X-BT 三軸加速度計(Pensacola,FL,USA)測量兒童的體力活動和靜坐行為。學齡前兒童在一周內(nèi)連續(xù)7 天(5 個工作日和2個周末日)佩戴,期間除洗澡、游泳、睡覺外其他時間均要求佩戴。佩戴于右側(cè)骼棘上部。

加速度計主要測評學齡前兒童以下幾項指標:(1)靜坐行為;(2)低強度體力活動(light physical activity,LPA);(3)中等強度體力活動(moderate physical activity,MPA);(4)高強度體力活動(vigorous physical activity,VPA)。在此基礎上可以進一步計算出中高強度體力活動(moderate-to-vigorous physical activity,MVPA)和總體力活動(total of physical activity,TPA)等指標。

采用Butte Preschoolers VM (2013)[11]對學齡前兒童體力活動強度進行分級,該方法采用室內(nèi)量熱法、雙標水法和心率監(jiān)測等方法進行校驗,體力活動分級可靠度高,具體情況見表2。

表2 ActiGraph GT3X-BT 體力活動測量參數(shù)設置Table 2 Physical Activity Measurement Parameter Setting List of GT3X-BT

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計

對于正態(tài)分布的連續(xù)變量,計算均值和標準差,并通過t 檢驗進行分析。對于非正態(tài)變量,計算中位數(shù)和四分位距,然后使用Mann-Whitney U 檢驗進行分析。使用Pearson 相關分析雙變量相關性。使用多元回歸分析探究不同強度PA、SB 對執(zhí)行功能的影響。模型1 的控制變量為性別,年齡,城鄉(xiāng)和監(jiān)測時間。對于MPA,VPA 和MVPA,模型2根據(jù)模型1 中控制變量和SB 進行調(diào)整。對于SB,模型2 根據(jù)模型1 中控制變量和MVPA 進行調(diào)整。最后,采用等時替代分析(Isotemporal substitution analysis)來考察一種行為等時替代另一種行為部分時間(通常是30 min)后執(zhí)行功能的變化[12]。

2 結(jié)果

2.1 研究的基本情況

男童SB 顯著低于女童,但MPA、VPA、MVPA 和TPA 均顯著高于女童;城市兒童抑制、轉(zhuǎn)換和刷新得分均顯著低于鄉(xiāng)村兒童(見表3)。按照世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《5 歲以下兒童的體力活動、靜坐行為和睡眠指南》[13]推薦量標準,學齡前兒童MVPA 達標率為59%,其中男童和女童MVPA 達標率依次為71.1%和45.6%,城市和鄉(xiāng)村兒童MVPA 達標率依次為62.8%和54.5%。

2.2 學齡前兒童體力活動、靜坐行為與執(zhí)行功能的相關性

不同強度PA 均與SB 呈負相關(r=-0.315～-0.533,P ＜0.01),不同強度PA 之間均呈正相關(r=0.259～0.969,P ＜0.01),不同強度PA 與執(zhí)行功能部分維度得分之間均存在負相關(r=-0.177～-0.252,P ＜0.05),而SB 與執(zhí)行功能各指標均無相關性(表4)。

表3 相關研究變量的基本情況(單位:min)Table 3 Basic situation of important variables in preschool children

表4 學齡前兒童體力活動、靜坐行為與執(zhí)行功能的相關性(r:相關系數(shù))Table 4 Correlation between physical activity level,sedentary time and executive function of preschool children

2.3 學齡前兒童體力活動、靜坐行為對學齡前兒童執(zhí)行功能的影響

控制性別、年齡、城鄉(xiāng)和佩戴時間等因素后,MPA(b=-0.296,P=0.004)、VPA(b=-0.513,P=0.004)和MVPA(b=-0.212,P=0.002)對執(zhí)行功能得分依然保持負向的影響力,而SB(b=0.070,P=0.009)開始具有正向的影響力。在上述基礎上,增加控制SB,僅MVPA(b=-0.062,P=0.048)和VPA(b=-0.126,P=0.046)對抑制功能依然具有顯著的影響力,在執(zhí)行功能其他維度上體力活動對執(zhí)行功能的影響力不再顯著,增加控制MVPA,SB 對執(zhí)行功能的影響也不再顯著(見表5)。另外,模型1 和模型2 兩種條件下,學齡前兒童LPA與執(zhí)行功能的關聯(lián)均不顯著[模型1 中bLPA=-0.069(95%CI:-0.139,0.002),P=0.055;模型2中bLPA=0.176(95% CI:-0.031,0.384),P=0.095],因此鑒于表格的精簡性,本研究不再單獨加以呈現(xiàn)。

2.4 不同強度體力活動及靜坐行為的等時替代變化對執(zhí)行功能的影響

MVPA 等時替代SB 30min/d 后,學齡前兒童抑制(b=-1.830,P=0.010)、刷新(b=-1.980,P=0.009)、抑制自我控制(b=-2.400,P=0.025)、元認知得分(b=-2.640,P=0.024)和執(zhí)行功能總得分(b=-5.820,P=0.015)均顯著下降,相反,抑制(b=1.830,P=0.010)、刷新(b=1.980,P=0.009)、抑制自我控制(b=2.400,P=0.025)、元認知得分(b=2.640,P=0.024)和執(zhí)行功能總得分(b=5.820,P=0.015)均顯著上升;MVPA 等時替代LPA 后,抑制功能得分(b=-1.860,P=0.048)顯著下降,但在其他執(zhí)行功能維度上得分變化沒有顯著性(見表6)。

表5 不同強度PA、SB 對學齡前兒童執(zhí)行功能的影響Table 5 Effects of different PA intensity and SB on executive function of preschool children

表6 不同強度PA 及SB 30min/d 替代變化對執(zhí)行功能的影響Table 6 Effect of different PA intensity and SB 30 min/d substitution changes on executive function

3 討論

本研究運用近些年備受學者關注的“整體研究范式”——等時替代回歸分析結(jié)合傳統(tǒng)的相關分析和回歸分析系統(tǒng)探討了學齡前兒童體力活動、靜坐行為與執(zhí)行功能關系,主要有以下幾個主要發(fā)現(xiàn)。

首先,MVPA 與學齡前兒童執(zhí)行功能的緊密關聯(lián),其中VPA 相對于MPA 與學齡前兒童執(zhí)行功能的關聯(lián)更為緊密。研究表明,積極參與運動游戲[14]有利于改善學齡前兒童的執(zhí)行功能。中等強度的體育鍛煉可以改善學齡前兒童的執(zhí)行功能,持續(xù)時間均在30 min 左右,干預時間基本都在8 周以上[4-6]。然而,最近也有研究表明,MPA 與學齡前兒童執(zhí)行功能沒有顯著關聯(lián)[7],這可能是由于體力活動強度分界值標準選用不同導致的,相關研究表明,不同體力活動強度分界值會顯著影響學齡前兒童體力活動水平的測量[15],也有可能是因為執(zhí)行功能使用的測評工具不同,該研究選用早期兒童執(zhí)行功能測量工具包可能更多反映的是學齡前兒童計算機情景化操作背景下的兒童執(zhí)行功能水平,而本研究選用的執(zhí)行功能測試量表則更加注重兒童執(zhí)行功能的日常生活表現(xiàn),生態(tài)效度更佳[16]。盡管如此,本研究和該研究結(jié)果相近,均揭示了VPA 與學齡前兒童執(zhí)行功能顯著相關,同時這一結(jié)果與以往以非學齡前兒童群體為被試的研究結(jié)果也基本一致[17]。經(jīng)幼兒園一線教師訪談發(fā)現(xiàn),幼兒園教師在組織幼兒體育活動時出于安全考慮,往往不敢組織或者較少組織中高強度的體育活動[18]。因此,未來幼兒園需要努力嘗試破解組織中高強度體力活動的現(xiàn)實“窘境”,在實踐中進一步探究MPA 和VPA對學齡前兒童的執(zhí)行功能的積極健康效益。另外,本研究表明,學齡前兒童MVPA 與執(zhí)行功能的抑制功能維度關聯(lián)最為密切,與以往研究的側(cè)重點基本一致。以往相關研究通常只關注執(zhí)行功能的某一維度與體力活動的關系,其中關注最多的是體力活動與抑制自我控制的關系[17,19],本研究進一步表明,抑制功能與學齡前兒童執(zhí)行功能的緊密關聯(lián)有可能導致了抑制自我控制這個執(zhí)行功能二階因子與學齡前兒童執(zhí)行功能的緊密關聯(lián)。

其次,SB 不能獨立影響學齡前兒童執(zhí)行功能,而是與體力活動共同發(fā)揮作用。學齡前兒童MVPA與執(zhí)行功能得分負向關聯(lián),而SB 卻與執(zhí)行功能得分正向關聯(lián)。那么MVPA 和SB 是獨立地還是共同作用于學齡前兒童執(zhí)行功能呢? 通常來說,每天的時間是固定的,MVPA 時間增加的同時,學齡前兒童的LPA、SB 或睡眠中必然有一部分或幾部分的時間會下降。由此,我們割裂式的探究MVPA 或SB 與執(zhí)行功能的關聯(lián)并不適宜,從本文研究結(jié)果來看,一旦在MVPA 與執(zhí)行功能的關聯(lián)中納入SB 或在SB與執(zhí)行功能的關聯(lián)中納入MVPA,諸多關聯(lián)效果均發(fā)生了改變,表明MVPA 和SB 可能存在較高的共線性,二者對執(zhí)行功能的影響作用并不獨立,需要進一步考查二者與執(zhí)行功能的綜合關聯(lián)。近些年,將體力活動和靜坐時間的使用視為獨立成分的研究局限性在行為流行病學中也越來越受重視,然而目前為止將體力活動和靜坐行為聯(lián)系起來,考察這些行為的綜合影響依然證據(jù)有限,主要是因為一旦同時考慮這些因素,分析數(shù)據(jù)建構(gòu)模型時會出現(xiàn)多重共線性的問題,這使得研究人員無法同時將SB、LPA、MPA 和VPA 等作為常用回歸模型中的解釋變量[20]。2009 年,由Mekary 等人提出了一種新的研究范式——“等時替代分析”,該方法推動了體力活動健康效益研究“整體研究范式”的發(fā)展[21]。其基于多元線性回歸模型,模型中包含了研究者所有感興趣的時間使用組件以及總時間(所有時間使用組件的總和),每次除去一個用作解釋變量,由于在被排除組件時間的減少,就相當于其余部分組件中花費的時間相等的增加。之后等時替代方法得到了廣泛的關注,并且被逐步地運用于流行病學研究[22]。本研究即運用這一“整體研究范式”對學齡前兒童體力活動、靜坐行為和執(zhí)行功能之間的關聯(lián)進行了考察,結(jié)果表明,體力活動和靜坐行為不僅不獨立而且所花費的時間還可能相互轉(zhuǎn)換,進而會對執(zhí)行功能產(chǎn)生不同的影響。

最后,促使SB 和LPA,尤其是SB 向MVPA 適度轉(zhuǎn)化可以有效改善學齡前兒童的執(zhí)行功能表現(xiàn)。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《5 歲以下兒童的體力活動、靜坐行為和睡眠指南》[13]強調(diào)要減少學齡前兒童的靜坐行為,提高學齡前兒童的體力活動水平,本研究不僅強化了這一點,而且指出了這一觀點在學齡前兒童執(zhí)行功能上的特異性,為體力活動健康促進實踐提供了方向和路徑。具體來說,MVPA 等時替代SB 時,執(zhí)行功能得分顯著下降,相反,SB 等時替代MVPA 時,執(zhí)行功能得分顯著上升,然而MVPA 等時替代LPA 時,執(zhí)行功能得分沒有顯著變化。啟示我們要逐步改變“減少靜坐=體力活動充足=認知健康效益提升”的錯誤認知,人們在學齡前兒童的健康促進工作中往往認為,只要減少幼兒的靜坐行為,即提高了幼兒的體力活動水平,然后就促進了學齡前兒童的認知健康效益。殊不知SB 雖然減少了,有可能只是轉(zhuǎn)化為LPA,加上一天的時間有限,不可能無限制地減少幼兒的靜坐行為,這種簡單的干預行為對于提升學齡前兒童的執(zhí)行功能表現(xiàn)并無太大幫助。教育工作者應該在有限的時間內(nèi)尋求合理的活動時機,適當提高MVPA 的比例,以更好地提升學齡前兒童的執(zhí)行功能表現(xiàn)。需要注意的是,本研究雖然將等時替代分析應用于探究體力活動、靜坐行為與執(zhí)行功能的關聯(lián),但更有意義的組合方法有賴于更多活動類型的拆解與分析。例如,可以考慮將靜坐行為細分為屏幕時間、電子游戲時間和學習時間等,不同類型的靜坐行為可能與執(zhí)行功能的關聯(lián)不同。Ruiz 等認為屏幕時間、電子游戲時間和學習時間與兒童認知表現(xiàn)(言語,數(shù)字和推理)沒有顯著關聯(lián)[23],而Syvaoja 等卻報告,屏幕時間和學習成績反向關聯(lián)[24]。另外,本研究限于統(tǒng)計手段因素的制約,僅探討了不同強度體力活動和靜坐行為之間一對一等時替代以后對執(zhí)行功能的影響情況,未來研究可以借助更加完善的統(tǒng)計手段探究一對多或多對一條件下執(zhí)行功能的變化,例如可以同時將靜坐行為減少10 min、低強度體力活動減少10 min,而中高強度體力活動相應增加20 min,在此條件下探究學齡前兒童體力活動、靜坐行為對執(zhí)行功能的影響?？傊?體力活動、靜坐行為與學齡前兒童執(zhí)行功能之間的具體關聯(lián)機制目前研究還十分有限,未來學者需要綜合使用主客觀工具在該領域進一步深入探究,以期更好地指導實踐。

4 結(jié)論

加速度計客觀監(jiān)測的MVPA 與學齡前兒童的執(zhí)行功能尤其是抑制功能關聯(lián)緊密,促使SB 和LPA,尤其是SB 向MVPA 適度轉(zhuǎn)化可以有效改善學齡前兒童的執(zhí)行功能表現(xiàn)。