国外心肺耐力/心肺适能与学前儿童健康相关性研究的系统综述

吴华 ,张新定 ,阮 辉 ,Wichai Eungpinichpong

学前阶段是儿童身体发育和机能发展极为重要的时期[1],该时期的健康状况不仅关系到个体今后的健康水平,还关乎整个民族的身体素质和国家的长远发展。当前制约学前儿童健康最突出的问题是超重和肥胖,近期的报告指出全球有4 000 万5 岁以下儿童出现超重或肥胖[2],国内研究推测肥胖已在我国7 岁以下儿童中开始流行[3]。

儿童早期超重与青少年肥胖[4]和心脏代谢危险因素[5]有关,并且增加成年人慢性病风险[6],而儿童早期超重和肥胖的状态容易持续到成年,且难以治疗[7]。最近一项研究认为包含肥胖在内的儿童早期心脏代谢风险因素集群已经在1～5 岁幼儿中找到[8],新生儿主动脉上也发现与急性心血管事件相关的内膜改变[9],1～5 岁的幼儿中95.3%的冠状动脉节段出现了内膜增生[10]。对3～4 岁不同种族儿童的调查中发现了13%的幼儿出现高血压、血脂异常,并且与体型密切相关[11]。不难看出,从儿童早期开始关注心血管健康已经逐步得到了学者们的共识[12-13]。

心肺适能/心肺耐力(cardiorespiratory fitness,CRF)是体适能的重要组成部分,被认为是儿童青少年健康的重要指标[14]。研究发现,改善儿童期心肺适能可以降低青春期体重超重/肥胖的风险[15],还对缓解抑郁、焦虑等有积极的影响[14]。然而,在1958-2003 年的45 年间,全球约两千多万6～19 岁儿童CRF 平均每年下降0.46%[16],这种现象不得不引起我们的重视。

我国对学前儿童体质健康的评判指标中并没有涉及CRF 的评价指标[17]。相较于近些年对学前儿童动作发展等的研究,CRF 研究显得极为匮乏[18]。究其原因,是忽视CRF在学前儿童阶段的重要性? 或是认为学前儿童处于生长发育阶段,难以有统一的评价标准? 目前没有一致的结论。鉴于CRF 与健康关联的重要性以及对学前儿童研究的有限性,本文整理了近10 年来国外关于学前儿童CRF 研究的文献,试图从CRF 与健康指标的相关性,CRF 测量与评价来系统综述学前儿童心肺适能的研究,以期为完善学前儿童CRF的测评办法提供理论与实践参考。

1 方法

1.1 关键词界定

心肺适能是机体在持续的身体活动中为骨骼肌提供氧气的能力,是反映个体心、肺、血管及组织细胞有氧能力的综合指标。心肺适能、心肺耐力、心血管适能、有氧适能、有氧能力和最大摄氧量等术语与此概念相关。

健康指标(health indicator)是反映关于健康状态和健康表现的不同维度的相关信息简明的测量体系[19]。依据文献专家共识[20-21]及广泛纳入有关健康指标的重要性,将5 项与学前儿童密切相关的健康指标纳入讨论①心血管健康②肥胖③身体活动④动作发展⑤认知。

1.2 信息来源和检索策略

对PubMed,Scopus 2 个数据库进行检索,检索截止日期为2019 年10 月21 日。检索词(式)包括2 组:(1)人群:preschool*(OR kindergarten OR early child* OR young child*) ；(2)心肺适能cardiorespiratory fitness(OR cardiovascular fitness OR aerobic fitness OR aerobic capacity OR aerobic power OR ˙VO2max ；使用布尔逻辑词“AND”“OR”连接各检索词进行计算机检索,并导入Zotero 文献管理软件,用Zotero 软件删除重复文献。其次,对满足检索条件的文献全文和参考文献进行人工检索,增补检索过程中漏检的文献。

1.3 纳入标准

(1)研究对象为包含2.5～6.9 岁儿童。(2)文献中涉及的各种心肺适能测定方法均纳入。(3)与本文健康指标设定相关的文献。(4)所有的研究设计都被纳入,对于纵向研究,只要在学前儿童的起始年龄范围内,任意的随访之前至少有1 次基线测试即可；横断面研究要求至少有100 名参与者。随机对照试验和其他干预要求干预组至少有30 名参与者。

1.4 排除标准

(1)排除临床上疾病儿童及特殊儿童的干预研究；(2)排除全文或摘要中未报告详细数据结果、综述以及与主题无关的研究,剔除无法查看到摘要或全文的文献。限定英文期刊文章,其他语言类文章、学位论文、会议论文不在检索范围内。(3)排除评定为低质量的文献。

1.5 提取研究信息

由2 位作者分别依据文献标题、摘要完成初次筛选,再依据文献内容进行2 次筛选,并提取文献信息,记录在Excel软件中。不一致的信息,由第3 位作者依据文献做出判断。

1.6 研究质量评价

2 位作者借助观察性研究报告质量评估工具条目[22]分别对纳入文献中质量进行评价(≥85 分属于优,70 分～84分属于好,50 分～69 分属于中等,＜50 分属于低质量),不一致的观点通过讨论解决。

2 结果

2.1 文献的基本信息

如图1 所示,共搜索到2 248 篇文献,经过筛选,最终纳入21 篇文献。

图1 文献检索流程Figure 1 Process of literature retrieval

2.2 文献基本情况

本文依据健康测评指标的5 个类别,将文献进行分类,CRF 与心血管健康、肥胖、身体活动、动作技能能力及认知的相关性研究(表1),部分文献贡献了多种健康测评。

表1 CRF 与学前儿童5 类健康指标的相关性研究Table 1 Studies on the correlation between CRF and health indicators

3 讨论

3.1 心肺适能与心血管健康

CRF 是反映心血管风险的重要指征,已被纳入临床评估的第五大生命体征[44]。但对于CRF 与学前儿童心血管健康的关联研究并不多,共有4 篇文献研究了CRF 与学前儿童心血管健康的关系。

Veijalainen 等发现较低CRF 的儿童有更高动脉硬化程度和更低的动脉扩张能力,而拥有较高CRF 的儿童相反,认为CRF 是影响动脉硬化程度和内皮功能的独立因素[25]。3个不同周期的纵向研究发现,心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)风险因素集群的出现与低CRF 高度相关,并且风险集群的存在还具有稳定性。Andersen LB 等[23]认为心血管疾病风险因素集最初在6 岁儿童中并没有出现而在9岁后13.8%的个体出现了3 个或3 个以上CVD 风险因素。在6～7 岁时的低CRF 儿童更有可能在9 岁出现CVD 风险因素集群。有研究[26]发现CRF 是CVD 风险因素的一个强有力的预测因子,并提出男孩39.0 mL/kg/min 或以上和女孩37.5 mL/kg/min 或以上的CRF 临界点可用于鉴别儿童心血管疾病风险,能预测2 年后CVD 风险。Bugge A 等发现心血管风险因素集群在儿童时期具有稳定性,6 岁时测得的风险因素集群高Z 分数的儿童,3 年后是仍为风险集群高Z分数是其他儿童的2.3～30 倍[24]。建议从儿童早期开始进行监测,以识别有潜在CVD 风险的儿童,并采取预防策略。

3.2 心肺适能与肥胖/超重

共有9 篇文献探讨了CRF 与肥胖的关系。几乎所有的观点都支持CRF 与肥胖负相关,主要的差异在于选定的肥胖判断依据不同。

Salonen 等的队列研究发现,儿童时期的生长发育会影响成年后的CRF,他们观察到在2 岁,7 岁和11 岁身高较高的孩子,成年后CRF 水平较高,而11 岁时较大体重指数(body mass index,BMI)意味着成年后较低水平的CRF[27]。通过BMI 分组,Niederer 等发现肥胖组与体重正常组学前儿童的CRF 水平存在显著性差异,并且这种差异在稍大年龄组(6 岁组)更加明显,肥胖组CRF 值较正常组低24%[29]。事实上仅仅以BMI 来评判肥胖程度还是存在不足,美国心脏协会认为等纳入腰围测量指标等指标,可以提高检测肥胖相关心血管疾病风险的敏感性,甚至是BMI 标准符合之前[45]。Tellez 发现CRF 与BMI、腰围显著负相关(β=-0.034,P=0.003；β=-0.012,P＜0.001)[31],Labayen Goñi也认为CRF 差的学前儿童与高BMI 和腰围较粗相关[33]。Riso 等认为CRF 与BMI、体脂(fat mass,FM)负相关,但较高的瘦体重(fat free mass,FFM)与CRF 仍负相关,因为FFM主要反映的是上下肢的力量[46]。Henriksson 等认为脂肪指数[fat mass (kg)/height2(m),FMI]与CRF(standardizedβ=-0.17,P=0.002)负相关,而去脂指数[fat-free mass(kg)/height2(m),FFMI]与CRF 正相关(β=0.18,P=0.002)[30]。在BMI、FMI、FFMI 3 种分类下的学前儿童超重与肥胖划分,Tuan 等发现无论BMI 或FFMI 分组中,高体脂的学前儿童CRF 均低于体脂正常组,可能体内多余脂肪的能量消耗影响递增测试中的表现有关[35]。由于儿童期身高和CRF 之间的相关性独立于混杂因素(包括儿童和成人的社会经济环境、成人的体育活动、吸烟习惯等)[27]。因此FMI、FFMI 应为更科学的评价指标。

3.3 心肺适能与学前儿童身体活动

本综述筛选出5 篇文献讨论了学前儿童CRF 与身体活动(Physical Activity,PA)的关系,作者们一致认为PA 将影响CRF 的水平,甚至将预测CRF 的发展,但存在的主要分歧在于是何种强度的PA 会影响学前儿童CRF。Proudfoot等[40]跟踪研究学前儿童3 年确定中高强度(moderate to vigorous-intensity PA,MVPA)对男女童CRF 发展均有良好作用,且不受年龄和生长的影响,但总身体活动水平似乎只提高了女童的CRF,男童需要更剧烈的身体活动来改善CRF。Hui Fang 等[38]也认为MVPA 与CRF 显著性正相关(β=0.378,P＜0.01)。Leppänen MH 等发现日常有高强度身体活动(vigorous-intensity PA,VPA)和/或MVPA 身体活动水平的学前儿童,具有更好的CRF,并且这种相关性在1 年后随访中显示仍然保持[37,47]。F Bürgi 等[48]支持只有VPA 与CRF 之间的相关性更强(P=0.046),发现基线PA 是CRF的一个重要决定因素,这种关系在学前儿童可能比青少年更密切,因此,从学前儿童期就应促进其积极的身体活动。

3.4 心肺适能与动作技能能力

学龄前(3～5 岁)阶段被称为动作技能能力发展的黄金时期[49],文献中动作技能能力(motor competence,MC)的评估方法各异,术语表述也不一致[50]。但是对于探讨学前儿童MC 与CRF 关系研究较少,本文找到的3 篇文献测试了CRF 和动作技能,均采用面向结果的评价。但2 篇并未探讨CRF 与运动技能的关系[42],只有1 篇Luz 等[41]对6～9 岁的学生进行研究,认为CRF 与立定跳远具有相互联系,却没有给出具体的相关系数。对学前儿童使用面向过程的测试与CRF 的相关性研究比儿童青少年人群[51-52]更少。此外Harrietren 发现运动技能表现较差的学前儿童不如运动技能发展较好的学前儿童活跃[53]。因此,我们认为处在动作发展关键期的学前儿童,其动作水平与CRF 及体适能的关联性研究有待更多的证据。

3.5 心肺适能与认知

已有的青少年[54]和老年人[55-56]的研究表明,CRF 和认知能力之间存在联系。而只有2 篇文献探讨了学前儿童CRF 与认知的关系:Niederer 的研究发现CRF 与更好的注意力密切相关(r=0.16,P=0.03),追踪9 个月后基线的CRF水平与注意力的改善独立相关(r=0.16,P=0.03)与空间记忆能力相关[42]；Haapala EA 等[43]认为儿童阅读流利度、阅读理解和算术技能与CRF 无关,与动作技能负相关。2 篇文献研究结论不一致,可能与认知的分类评估不同有关。学前儿童阶段,尤其CRF 对执行功能影响的长期性有待进一步研究。

3.6 测试方法

最大摄氧量 ˙VO2max 被认为是测量CRF 的金标准,然而,直接测量耗财耗时。本文所搜索的文献大多数研究使用场地测试,尤其是20 m 折返跑(20 m shuttle run,20 m SRT)以及改良的20 m 折返跑(PREFIT 20 m shuttle-run test)使用最为广泛。

Léger 及其团队[57]最早创建20 m SRT,受试者跟随有节奏的音乐进行20 m 折返跑,初始速度为8.5 km/h,每分钟跑速以0.5 km/h 递增,直至受试者不能再跟随音乐节奏或因为疲惫而中止的测试,记录成绩以往返次数/级别表示,利用回归方程间接推算出˙VO2max(ml/kg* min)。此测试方法已被用于超过177 项研究,累积超过100 多万儿童和青少年[58]使用,在涉及儿童和青少年的流行病学研究中,被认为是评估与健康相关的CRF 信度[59]和效度[60]最好的工具。

然而,该测试方法在学前儿童中的使用仍存在争议,Cadenas-Sánchez 等[61]发现3～5 岁的儿童测试20 m SRT,初始速度8.5 km/h 可能要求过高,有些儿童一次往返都无法完成。他们将起始速度降为6.5 km/h,但不改变递增速度,改良为20 m SRT-PREFIT(学前儿童健康评估,PREschoolers FITness assessment,PREFIT)。推算公式修改为Y=44.657+1.795X1-2.601X2+0.0852X1X2(Y为˙VO2max,X1是最大速度km/h,X2是年龄),他们认为20 m SRT-PREFIT 测试对于学前儿童有极高的信度,而本文的大多数研究也正使用了该方法。

4 结论

虽然心肺适能对于健康的重要性已在成人研究中证实,但对于普通学前儿童人群的研究近年才逐渐得以关注。本文通过系统综述发现,学前儿童低水平的CRF 与高CVD 风险、肥胖密切相关,较高强度的体力活动水平有助于学前儿童CRF 的提高,但在学前儿童动作和认知发展与CRF 的关系方面还需要更多的证据。学前儿童的CRF 重要性值得重新审视,并应获得更多的证据。