基于活动-平衡模型的儿童少年时间使用与体质关联研究_李红娟.pdf

第 46 卷 第 4 期2023 年 4 月北 京 体 育 大 学 学 报Journal of Beijing Sport UniversityVol.46 No.4Apr.2023基于活动-平衡模型的儿童少年时间使用与体质关联研究李红娟1，张婷1，张柳1，武宝爱2，郜艳晖3（1.北京体育大学运动人体科学学院/运动与体质健康教育部重点实验室，北京 100084；2.山西大学体育学院，山西 太原 030006；3.暨南大学基础医学与公共卫生学院，广东 广州 510632）摘要：目的：基于活动-平衡模型，探讨儿童少年24 h活动行为与体质状况及超重肥胖风险的关联。方法：采用Actigraph GT3X+加速度计结合问卷形式测得518名中小学生24 h各种强度身体活动、久坐行为与睡眠时间。按照 国家学生体质健康标准（2014年修订）相关细则与仪器要求，分别测得中小学生相应的体质单项指标并进行体质综合评分评级，根据BMI进行超重肥胖的划分。运用成分数据分析方法进行描述性分析，并通过稳健多元线性回归与稳健logistic回归分别探讨24 h活动行为符合指南推荐量情况与体质综合评分、超重肥胖及体质分级的关联。结果：按照儿童少年身体活动指南及睡眠时间推荐，样本人群中高强度身体活动（moderate-to-vigorous physical activity，MVPA）时间的达标率为11.6%，MVPA与睡眠时间同时达标的比例为 8.9%。与 MVPA 和睡眠均不达标组相比，两者均达标与体质综合评分的提高相关（=4.141，P=0.014）；而MVPA、睡眠的独立或联合达标均与体质优良率无统计学关联；两者均达标（OR=2.451，95%CI=1.249，4.81）以及睡眠达标（OR=1.781，95%CI=1.11，2.857）与超重肥胖存在统计学关联。结论：儿童少年24 h活动行为符合指南推荐的比例较低，其中保证足够的MVPA是关键；儿童少年充足的睡眠联合规律运动有利于体质总分的改善，但其与超重肥胖的因果关联尚需进一步探讨。关键词：体质；24 h活动行为；身体活动；睡眠；肥胖；儿童少年Research on the Association Between Time Use and Physical Fitness of Children and Adolescents Based on the Activity Balance ModelLI Hongjuan1，ZHANG Ting1，ZHANG Liu1，WU Aibao2，GAO Yanhui3（1.School of Sport Science/Key Laboratory of Sports and Physical Health，Ministry of Education，Beijing Sport University，Beijing 100084，China；2.School of Physical Education，Shanxi University，Taiyuan 030006，Shanxi China；3.School of Medicine，Jinan University，Guangzhou 510632，Guangdong China）Abstract:Objective：Based on the Activity Balance Model，this study aims to investigate the association between 24-hour activity behavior and physical fitness and the risk of overweight and obesity in children and adolescents.Methods：24-h physical activity of various intensities，sedentary behavior and sleep time are measured for 518 primary and secondary school students by using an Actigraph GT3X+accelerometer combined with a questionnaire.In accordance with the relevant rules and instruments of the National Student Physical Fitness Standards（Revised in 2014），the corresponding individual physical fitness indicators of primary and secondary school students are measured and the comprehensive physical fitness scores and ratings for it are performed，and overweight and obesity is 体育科学与工程李红娟，张婷，张柳，等.基于活动-平衡模型的儿童少年时间使用与体质关联研究 J.北京体育大学学报，2023，46（4）：76-84.doi：10.19582/ki.11-3785/g8.2023.04.007投稿日期：2022-08-21 修稿日期：2023-03-10基金项目：国家社会科学基金教育学重点课题“中国学生体质健康综合干预和评估体系研究”（项目编号：ALA190015）。作者简介：李红娟，教授，博士，博士研究生导师，研究方向儿童青少年体质与身体活动促进。76第 46 卷李红娟，等：基于活动-平衡模型的儿童少年时间使用与体质关联研究第 4 期classified according to BMI.The compositional data analysis is used for descriptive analysis，and the association between independent and combined adherence to 24-h activity behavior and the composite fitness score，overweight obesity and the excellent and good level of physical fitness is explored by robust multiple linear regression and robust logistic regression，respectively.Results：According to the physical activity guidelines and sleep time recommendations for children and adolescents，11.6%of the sample reach the standard for moderate-to-vigorous physical activity（MVPA），and 8.9%reach the standard for both MVPA and sleep time.Attainment of both is associated with an increase in the composite physical fitness score（=4.141，P=0.014）compared with the substandard group of both MVPA and sleep；however，independent or combined attainment of MVPA and sleep has no statistical correlation with the rate of excellent physical fitness.Adherence to both（OR=2.451，95%CI（1.249，4.81）and sleep（OR=1.781，95%CI（1.11，2.857）is stacistically associated with a higher risk of overweight and obesity.Conclusion：The compliance rate of 24-h activity behavior among children and adolescents is low，with MVPA as a key.Adequate sleep combined with regular exercise in children and adolescents is beneficial to improve composite physical fitness score，but its causal association with overweight and obesity needs to be further explored.Keywords:physical fitness；24-h activity behaviors；physical activity；sleep；obesity；children and adolescents19852014年的7次全国学生体质监测数据显示，儿童青少年的力量与心肺耐力总体呈持续下降趋势，且其他部分身体素质虽有所回升但总体仍处于较低水平1-3。而身体活动是除遗传之外，影响体质发展的重要且可改变的因素。诸多研究显示，儿童青少年的身体活动尤其是中高强度身体活动（moderate to vigorous-intensity physical activity，MVPA），可促进体质的发展4-7，包括体质综合水平、力量和心肺耐力等。另外，适量的睡眠对体质亦有积极的影响4，而久坐行为（sedentary behavior，SB）与体质的下降相关8。个体的SB、低强度身体活动（light-intensity physical activity，LPA）、MVPA 和睡眠的时间使用构成了一天24 h，属于成分数据；由于其“定和限制”的特性，任一行为的时间变化必然导致至少另一行为时间的变化9。因此，整体关注24 h的时间分配对体质的发展至关重要。“活 动-平 衡 模 型”（the Activity Balance Model，AB model）是学者Pedisic针对24 h时间使用相关研究所提出的理论框架10。该模型指出：1）要整体考虑 SB、MVPA、LPA和睡眠之间时间使用的相互影响（由成分数据属性导致的），并推荐采取CoDA方法探讨这些行为相对于剩余行为与健康结局的关联；2）确定24 h活动行为之间的时间使用平衡，对于防止负面的健康效应和实现健康效益具有重要意义。因此，探讨个体24 h时间的分配模式（或24 h活动行为组合模式）与体质健康状况的关联性并在此基础上提出最佳时间使用模式推荐建议是本领域的研究重点。2021年，“双减”政策（关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见）的背景下，中小学生文化课学习时间的减少，必然使得一天内其他行为时间增加。由此关注儿童青少年24 h时间使用与体质的关联显得更加紧迫。2016年，加拿大发布了第一个儿童青少年24 h活动指南11，随后WHO及其他国家亦陆续发布相应指南12-14。这些指南建议儿童青少年有关 SB、身体活动或睡眠的时间使用，可以作为健康24 h时间使用模式的一种可靠参考。目前，诸多研究探讨儿童青少年24 h活动指南达标与肥胖15-19、心脏代谢20和社会心理健康21等之间的关联。然而，关于24 h时间使用模式与儿童青少年体质相关的研究尚缺乏15，17。对于生长发育期的儿童青少年，体质水平的高低，是现时及未来健康风险的理想预测指标22。因此，本研究基于“活动-平衡”模型10，即将24 h活动行为作为整体，关注儿童少年24 h活动行为时间使用的组合情况，及其与体质状况和超重肥胖风险的关联，为有效指导儿童青少年合理分配24 h，促进其体质发展提供科学参考。77北京体育大学学报第 46 卷第 4 期1研究对象与方法1.1研究对象在北京、山西的太原与临汾3地，以方便抽样的方式各选12个学校，并以班级为单位随机整群抽取小学4、5年级与初中7、8年级学生。本研究为探索性研究，考虑到生长发育阶段儿童少年的变异性，在抽样时确保了每个城市的样本量在200名左右。共计获得766名参与者。在排除无有效24 h活动行为数据或体质指标数据的学生后，有效样本为518 名中小学生。研究对象基本情况见表 1。所有的参与者均征得家长同意并签署了知情同意书。所有的测试过程均符合伦理学要求。本研究已获得北京体育大学运动科学实验伦理委员会批准。1.224 h 活动行为的测量通过 Actigraph GT3X+加速度计（Actigraph LLC，Pensacola，FL，US）客观测得 LPA、MVPA、SB。睡眠时间以问卷问题形式获得，如“通常情况下，你的睡眠时间（采用12小时制）为：”相应的回答为晚上睡觉时间与早上起床时间；同时结合加速度计数据，通过Excel工作表手动划分睡眠与起床节点并计算出睡眠时间。以30 Hz的采样频率，10 s的间隔时间收集加速度计数据，并通过 ActiLife 5.6下载数据。加速度计非佩戴时间判定为至少有连续60 min的0值活动计数（counts），但允许连续 12 min 的活动计数在0和100之间23。纳入分析的有效数据判定标准为至少包含4个有效天（含1个周末日），其中一个有效天定义为每天至少有10 h的清醒佩戴时间24。针对有等于或超过半天无时间使用数据的情况，则依据学校课程表判定是否为上学日，如是则排除当天的数据。采用Ward等25验证的切点值划分 SB、LPA、中等强度身体活动（moderate intensity physical activity，MPA）和高强度身体活动（vigorous intensity physical activity，VPA），MPA和VPA相加获得MVPA。24 h活动行为的时间使用数据按有效天取均值后纳入分析。为保证参与者按时佩戴加速度计，测试者定期进行现场检查，同时协调班长、班主任和家长，共同帮助检查与提醒孩子按要求佩戴加速度计。最终，加速计数据采集的有效率达到69.5%。依据国内现有儿童青少年身体活动指南26的建议，以及教育部“睡眠令”的建议27，将参与者分为4组：1）MVPA达标；2）睡眠达标；3）睡眠和MVPA均达标；4）MVPA和睡眠均不达标。目前国内外针对儿童青少年的总体SB时间没有具体的时间限制，因此对其不考虑是否达标。是否达标的截点值为：MVPA为60 min/d；睡眠10 h/d（小学生）或9 h/d（初中生）。1.3体质的测量依据 国家学生体质健康标准（2014年修订）（以下简称“标准”）28规定的中小学生测试项目，分别测得参与者相应的单项体质指标（表2）。通过体重（kg）/身高（m2）获得BMI，并依据“标准”将受试者划分为超重肥胖与非超重肥胖2组。依据“标准”的相关评分、评级细则，进行体质各单项指标的评分与体质综合评分及评级。体质各单项得分与相应单项权重相乘之和获得体质标准分。标准分与附加分相加获得体质综合评分。中小学的附加分为20分，其中小学加分指标为1 min跳绳；初中为男生引体向上和1 000 m跑，女生1 min仰卧起坐和800 m跑，各指标加分幅度最大为10分。体质综合评分按以下标准获得4个等级：优秀，表1研究对象基本特征Table 1Basic Characteristics of Participants指标文化水平性别构成年龄构成样本量（N）年龄/岁（x s）小学初中男女10岁11岁12岁13岁14岁15岁数据（占比）51812.691.35172（23%）347（67%）247（47.70%）271（52.30%）46（8.88%）86（16.60%）40（7.72%）168（32.43%）164（31.66%）14（2.70%）78第 46 卷李红娟，等：基于活动-平衡模型的儿童少年时间使用与体质关联研究第 4 期90分；良好，8089.9分；合格，6079.9分；不合格，59.9分。1.4统计分析LPA、MVPA、SB 与睡眠共同构成了一天24 h，具有“定和限制”特点，属于成分数据；因此，采用成分数据分析的相应方法来进行数据分析29。以几何平均值描述24 h活动行为的集中趋势，以几何均值条形图分别描述不同达标组以及不同体质等级组的24 h活动行为的相对构成特征。采用三元图呈现不同达标组的受试群体24 h活动行为分布特征。通过稳健多元线性回归30分析指南达标与体质综合评分的关联，以稳健logistic回归分析31指南达标与体质是否优良的关联，2个模型均对年龄、性别与BMI进行调整。以稳健logistic回归31分析指南达标与是否超重肥胖的关联，并对年龄、性别进行调整。在上述所有回归模型中，均以MVPA和睡眠建议均不达标组作为参考组。所有分析均采用R 4.1.2软件进行，P0.05）。如表6所示，仅睡眠达标与两者均达标者的超重肥胖率分别是MVPA与睡眠均未达标者的1.78（1.11，2.857）、2.45（1.249，4.81）倍。仅MVPA达标、仅睡眠达标与两者均达标者体质优良率有增高趋势，但差异均无统计学意义。3讨论3.1促进儿童少年中高强度身体活动参与仍是当前体质干预重点本研究样本中儿童少年24 h活动指南的达标率较低，MVPA 的达标率仅为11.6%，MVPA与睡眠的联合达标率更低。国内外多项研究也显示这一特点15，18，20，32-34，表明儿童少年24 h活动行为失衡是一个国际性的问题。保证儿童少年MVPA的达标仍是当前学生身体活动促进的关键，总体上SB时间的减少对体质发展具有积极意义35。本研究结果显示，当MVPA、睡眠或两者均达标时，个体的SB时间趋向减少。因此，关注MVPA和睡眠时间的达标也一定程度包含了SB时间的限制。针对成年人的研究发现仅SB达标组（SB少于8 h）的自评健康36或肥胖（视屏SB少于2 h）16-17与均不达标组之间未显示统计学差异。从倡导积极生活方式的角度，促进MVPA与睡眠时间注：y轴对数比表示各组LPA、MVPA、SB和睡眠时间几何平均与均总样本的几何平均的比值的对数。A：x轴的-睡眠+MVPA=两者均未达标，MVPA=仅MVPA达标，睡眠=仅睡眠达标，睡眠+MVPA=两者均达标。图1不同达标情况与体质等级组的24 h活动行为组合模式Figure 124-h Activity Behavior Composition Patterns for Different Compliance Conditions and Physical Fitness Levels80第 46 卷李红娟，等：基于活动-平衡模型的儿童少年时间使用与体质关联研究第 4 期的合理安排可能是未来儿童青少年体质干预的重点。3.2关注儿童少年24小时时间分配及其综合效应24 h活动行为的联合达标利于体质的发展。基于成分数据分析的研究发现儿童少年MVPA 及睡眠时间与体质呈正相关35，37；睡眠替代 SB35，37或同时替代其他行为与体质增强相关35。本研究显示MVPA与睡眠的联合达标与均不达标相比，对体质的发展有益且效益大于单一行为的达标。类似地，Kastelic 等36发现仅MVPA达标或其联合SB、睡眠和三者均达标与更好的自评健康有关，且三者均达标的效益最大。换言之，仅关注MVPA是否达到每天60 min，不能保证剩余时间的分配是否趋向健康。因为很有可能绝大部分的剩余时间都被分注：1.MVPA、SLP均未达标（橙红），2.仅SLP达标（绿），3.仅MVPA达标（蓝），4.MVPA和睡眠均达标（紫）；MVPA=中高强度身体活动，sleep=睡眠，SB=久坐行为，LPA=低强度身体活动。图2三元图：参与者24 h活动行为分布特征Figure 2Ternary Diagram：Distribution Characteristics of Participants 24-h Activities and Behaviors表5儿童青少年满足不同24 h活动指南与体质综合评分的稳健多元线性回归Table 5Robust Multiple Linear Regression for Children and Adolescents Who Meet Different 24-hour Activity Guidelines and Comprehensive Physical Fitness Scores活动行为MVPA+睡眠均未达标睡眠MVPAMVPA+睡眠均达标R20.221参考组1.3842.7644.141Pr（|t|）0.2070.0580.014注：模型针对性别、年龄、BMI进行了调整。81北京体育大学学报第 46 卷第 4 期配至 SB，故今后研究除关注足量 MVPA 外，应多关注儿童少年整体 24 h时间使用的健康效益。体质达到优良水平是一个较大水平的体质发展，这需要长时间的积极效应累积，在横断面研究难以观察到因果效应。因此本研究中，睡眠或MVPA的独立与联合达标组体质的优良率有增高趋势，但未发现有统计学意义。未来需要更多相关的研究加以证实 24 h活动行为的达标情况与体质优良率的因果关联，并采用纵向研究探讨获得健康效益的最佳时间分配模式。诸多研究显示，满足24 h活动行为指南与儿童肥胖风险降低相关18-20。本研究未能支持这一结论。肥胖的发生是过剩能量长时间累积的结果，与遗传因素、代谢特征、饮食行为等多种因素有关，仅从 24 h活动行为，尤其是横断面资料还不足以解释肥胖发生风险。陈元等17前瞻性研究显示 24 h 活动不同行为组合达标有助于减缓儿童青少年肥胖进展。关于24 h 活动行为与肥胖的因果关联尚需更多的证据。3.3增加中高强度身体活动同时，倡导活动-平衡模式本研究显示体质优秀者的24 h时间使用模式与MVPA和睡眠均达标者不同。虽然体质优秀者的MVPA和睡眠时间均多于整体样本，但均远少于MVPA和睡眠均符合指南推荐者，且前者SB时间较多。儿童少年的活动行为选择受多方面因素的影响，如学校的课程安排、个人的体力与精神状态以及基本动作能力38等等。因此，学生群体经常参与较高强度身体活动的机会较少，这也是MVPA达标率一直以来较低的原因之一。对此，寻求具有健康效益的替代性24 h时间使用模式可能是一个替代解决方案。例如，1）设法增加MVPA时间，同时强调24 h活动-平衡模式。因为对于本身身体活动水平就较低的学生而言，短时间内过渡到较高水平的MVPA是比较困难的；2）强调将SB时间同时分配至MVPA与睡眠时间，以使得24 h时间的分配更加合理化和健康化。事实上，目前也有研究发现MVPA低于60 min/d同样可以获得健康效益39。因此，未来可以基于“活动-平衡”模型，进一步探讨如何权衡24 h活动行为之间的时间使用，平衡不同强度活动与睡眠行为及久坐行为之间的时间使用，为儿童青少年提供有益的指导。3.4本研究优势及局限性本研究通过稳健回归的方式探讨了24 h活动行为的独立或联合达标与体质综合评分、超重肥胖以及体质优良与达标的关联，较好地避免了异常值的影响，所得结果更为稳健。此外，结合成分数据分析的相应方法，从整体视角展示了不同达标组别和体质等级之间，24 h活动行为的时间使用模式或24 h的分布特征，有利于寻得增强体质的24 h时间使用模式，为儿童青少年的24 h时间分配提供指导。本研究也存在一定的局限性，如研究设计属于横断面研究，限制了因果推断的效能。此外，本研究通过方便抽样结合随机整群抽样选取参与者，在反映儿童少年行为模式分布特征方面，样本的代表性受到一定的限制。表6儿童青少年满足不同24 h活动指南与超重肥胖、体质优良有否的稳健logistic回归Table 6Robust Logistic Regression for Children and Adolescents under Various Overweight/Obesity and Physical Fitness Conditions when Meeting Different 24-hour Activity Guidelines指标超重肥胖MVPA+睡眠均未达标睡眠MVPAMVPA+睡眠均达标体质优良MVPA+睡眠均未达标睡眠MVPAMVPA+睡眠均达标OR参考组1.7811.4382.451参考组1.1091.0825.976OR值95%置信区间上限1.110.7361.2490.3460.1040.824下限2.8572.8094.813.55711.23443.351注：是否超重肥胖的模型对性别、年龄进行了调整；体质是否优良的模型，对性别、年龄与BMI进行了调整。82第 46 卷李红娟，等：基于活动-平衡模型的儿童少年时间使用与体质关联研究第 4 期4结论儿童少年 24 h 活动行为符合指南推荐的比例较低，其中保证足够的MVPA是关键；儿童少年充足的睡眠联合规律运动有利于体质总分的改善，但其与超重肥胖的关联尚需进一步探讨。未来应多关注儿童少年 24 h整体的时间分配与体质状况的因果关系研究，并采用纵向研究探讨获得健康效益的最佳时间分配模式。作者贡献声明：李红娟：负责研究设计、数据质量控制、论文撰写与修改；张婷、张柳：参与研究数据的收集与整理，论文资料的收集与部分内容撰写；武宝爱：部分数据资料的收集与分析；郜艳晖：参与研究设计、论文修改等。参考文献：1 吴键，袁圣敏.19852014年全国学生身体机能和身体素质动态分析 J.北京体育大学学报，2019，42（6）：23-32.2 张锐，张弛，吴飞.19852014年7次中国青少年体质健康监测的速度素质研究及长期发展预测 J.北京体育大学学报，2019，42（8）：16-26.3 张洋，何玲.中国青少年体质健康状况动态分析：基于 20002014 年四次国民体质健康监测数据 J.中国青年研究，2016（6）：5-12.4 李玉强，尹小俭，任思恩，等.儿童青少年生活习惯与体能的关系研究 J.体育学刊，2021，28（4）：119-124.5 马晓凯，朱政，孙晨，等.儿童青少年中高强度身体活动时长特征及其与体质健康关系探究 J.体育科学，2022，42（4）：43-49，97.6 李超，王荣辉，费夕，等.1214岁青少年体力活动动作能力与体质状况的关系 J.中国学校卫生，2022，43（1）：23-27.7 李新，李晓彤，王正珍，等.不同运动量对少年心肺耐力和身体成分影响的干预研究 J.中国体育科技，2017，53（5）：110-116.8 刘伟佳，熊莉华，林蓉，等.广州市城区小学生静态行为与运动素质的关系 J.中国学校卫生，2017，38（1）：42-44，47.9 DUMUID D，STANFORD TE，MARTIN-FERNANDEZ JA，et al.Compositional data analysis for physical activity，sedentary time and sleep research J.Stat Methods Med Res，2018，27（12）：3726-3738.10 PEDISIC Z.Measurement issues and poor adjustments for physical activity and sleep undermine sedentary behaviour research：The 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