基于等时替代模型的幼儿身体活动、久坐与睡眠的关系

摘 要：探讨采用等时替代模型模拟中高强度身体活动、低强度身体活动、久坐行为相互替代后幼儿睡眠问题的变化特征，总结不同类型学龄前儿童睡眠问题改善的有效策略。募集9所幼儿园3～6岁幼儿807名，借助三轴加速度计测量身体活动与久坐行为，通过儿童睡眠习惯问卷评估幼儿总体及8个维度睡眠问题，使用63种线性回归模型评估不同强度身体活动、久坐行为与幼儿总体及各维度睡眠问题之间的关系，在此基础上分别评估达标与未达标幼儿中高强度身体活动等时替代低强度身体活动、久坐行为后幼儿总体及各维度睡眠问题的变化。结果发现，中高强度身体活动对幼儿总体睡眠问题及睡眠时间、白天嗜睡等维度具有显著负向作用，同时中高强度身体活动以10 min等时替代低强度身体活动、久坐行为时，全部与未达标幼儿总体睡眠问题均显著下降且均随替代时间的增加而持续下降。在各维度中，中高强度身体活动以10 min等时替代低强度身体活动、久坐行为时全部与达标幼儿睡眠时间均显著下降，未达标幼儿异态睡眠、白天嗜睡均显著下降。此外，等时替代久坐行为时全部幼儿入睡延迟、白天嗜睡均显著下降。研究认为，提升中高强度身体活动水平有利于幼儿保持充足睡眠和缓解白天嗜睡，进而改善幼儿睡眠问题。当幼儿活动时间不变，增加其中高强度身体活动相对比例并相应地减少低强度身体活动或久坐行为比例，是解决幼儿尤其是未达标幼儿睡眠问题的有效策略。此外，以中高强度身体活动等时替代低强度身体活动或久坐行为，可针对性地改善达标或未达标幼儿某一个或几个维度的睡眠问题。

关 键 词：幼儿身体活动；久坐；睡眠；等时替代模型

中图分类号：G807.1 文献标志码：A 文章编号：1006-7116（2024）05-0143-08

The relationship between physical activity， sedentary behavior and sleep in

young children based on the isochronic substitution model

Abstract： To explore the changing characteristics of young children's sleep problems after using the isochronic substitution model to simulate the mutual substitution of moderate to vigorous intensity physical activity， light intensity physical activity， and sedentary behavior， and then summarize the effective strategies for improvement of different types of preschool children's sleep problems. 807 children aged 3 ～ 6 years old from 9 kindergartens were recruited， 63 linear regression models were used to evaluate the relationship between different intensity physical activity， sedentary behavior and children's overall and various dimensions of sleep problems. On this basis， the changes of children's overall and various dimensions of sleep problems after moderate to vigorous physical activity replaced light physical activity and sedentary behavior were also evaluated， respectively. The results showed that moderate to vigorous intensity physical activity had significant negative effects on sleep problems， sleep duration， daytime sleepiness and other dimensions， and that when moderate to vigorous intensity physical activity replaced light intensity physical activity and sedentary behavior with 10 min isochronous time， the total sleep problems of all and substandard children decreased significantly， and all of them continued to decrease with the increase of replacement time. In each dimension， when moderate to vigorous intensity physical activity replaced light intensity physical activity and sedentary behavior with 10 min isochronous time， sleep duration of all children with the standard was significantly decreased， while parasomnias and daytime sleepiness of children without the standard were significantly decreased. In addition， sleep onset delay and daytime sleepiness of all children were significantly decreased when sedentary behavior was replaced by isochronous. The study concluded that increasing the level of moderate to vigorous intensity physical activity is beneficial for young children to maintain adequate sleep and alleviate daytime sleepiness， which in turn improves young children's sleep problems. Increasing the relative proportion of moderate to vigorous intensity physical activity and decreasing the proportion of light intensity physical activity or sedentary behaviors are effective strategies to address sleep problems in young children， especially those who do not meet the standards. In addition， replacing light intensity physical activity or sedentary behaviors with moderate to vigorous intensity physical activity at equal intervals can be targeted to improve one or more dimensions of sleep problems in young children who meet or do not meet these standards.

Keywords： physical activity of young children；sedentary behavior；sleep；isochronic substitution model

当前，幼儿睡眠障碍、睡眠不足等问题已成为全球共同面临的重大公共卫生问题[1]。幼儿睡眠问题流行率高达37.6%[2]，严重影响着幼儿生长发育、注意力保持能力、认知功能、情绪障碍、行为问题、抵抗力等[3]。近年来，世界卫生组织（WHO）以及包括我国在内的许多国家高度重视幼儿睡眠问题[4-5]，学者们也围绕该问题开展涵盖多个学科领域的研究工作[6-8]。可见探索幼儿睡眠问题的解决途径，已成为政府、组织、学界广泛关注的热点问题。

身体活动（physical activity，PA）作为促进幼儿身心健康[9-10]的非药物干预方式，当前已广泛应用于儿童睡眠问题的治疗方案中[11]。诸多研究发现，不同强度PA如中高强度身体活动（moderate to vigorous physical activity，MVPA）、低强度身体活动（light physical activity，LPA）、以及久坐行为（sedentary behavior，SB）等均与幼儿睡眠问题密切相关[12-13]。但相关研究主要基于单一因素与幼儿睡眠问题关系，而研究同一时间维度中MVPA、LPA、SB影响幼儿睡眠问题的综合效应研究，对于制定与完善幼儿睡眠问题的解决方案无疑更具实践价值。当前，已有国外学者尝试采用等时替代方法探讨不同活动行为时间相对分布与幼儿睡眠问题的综合关联[14]，然而由于该研究样本量流失率过大（68%），幼儿MVPA（113.1 min）远高于指南推荐量标准（60 min）且缺乏多维度睡眠问题指标的等时替代[14]，其学术价值的深度和应用价值的广度仍需要进一步拓展。

本研究作为目前国内首个探讨幼儿MVPA、LPA、SB与睡眠问题关系的等时替代研究，聚焦幼儿总体睡眠问题及其8个维度变化，通过开展大样本研究工作探讨不同强度PA与SB不同组合之间的时间重新分配对幼儿睡眠问题变化的“剂量-效应”，在此基础上分别以达到和未达MVPA推荐量标准的幼儿为评估样本，进一步探索MVPA等时替代LPA、SB后幼儿总体及各维度睡眠问题的变化特征。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

采用分层整群抽样法，根据江西省各市人均GDP排行分为3层，每层随机抽取1市，共计3市（鹰潭市、萍乡市、赣州市），每市抽取3所幼儿园，共计9所幼儿园。共募集1 090名幼儿作为受试对象，剔除身体活动数据无效、量表未填写或填写不完整样本后，最后得到有效样本807个，其中男童424名、女童383名；MVPA达到“60 min”推荐量（达标）幼儿311名，未达推荐量（未达标）496名。受试幼儿年龄为3～6岁，无运动性障碍。所有受试幼儿经家长同意参与本研pECcmEwYJ/yjKJ11jL892Q==究并签署知情同意书，受试幼儿在测试期间保持常规身体活动、睡眠等生活习惯。研究方案经南昌大学第二附属医院医学研究伦理委员会批准。

1.2 研究方法

1）身体活动测量。

借助三轴加速度传感器（ActiGraph GT3X-BT，Pensacola，FL，USA）测量幼儿PA与SB水平，测量时间为连续完整的7 d（5个上学日+2个休息日）。为保证数据准确性，测试开始前以家长会形式向受试幼儿家长详细讲解测试内容与注意事项，告知仪器应连续佩戴（除洗澡、游泳时间）直到测试结束。建立包含所有受试幼儿家长与研究人员的微信群，每日提醒家长佩戴事宜并解答相关问题。测试过程中仪器的佩戴与去除工作由家长协助完成，上学日期间研究人员每日早晚各检查1次幼儿仪器佩戴情况并进行调整。测试结束后回收仪器，使用ActiLife（Version 6.13.4）对所获数据进行下载与处理。

参考相关文献对ActiGraph GT3X-BT测量参数进行设定[15]。参数设置主要包括身体活动强度界定（Bute切点）[16]、采样间隔（15 s）、佩戴时间定义（Choi算法+）[17]、每天佩戴多长时间当天数据有效（≥480 min）、有效数据纳入条件（≥3d，包括2个上学日和1个休息日）[17]等。不同强度身体活动与静坐行为界值参数设定为：中高强度身体活动（Counts≥2 120/60 s）、低强度身体活动（240/60 s≤Counts≤2 119/60 s）、久坐行为（Counts≤239/60 s）。幼儿MVPA的推荐量标准设定为60 min[18]。

2）睡眠测量。

幼儿睡眠问题采用美国Brown大学儿科学教授Judith编制的《儿童睡眠习惯问卷》中文版进行测试[19]。PA测试结束后向受试幼儿家长发放问卷，要求家长根据幼儿PA测试期间的睡眠习惯表现作答。问卷共含33个条目，用以评估8个睡眠问题维度，包括睡前抵触、入睡延迟、睡眠时间、睡眠焦虑、夜醒、异态睡眠、睡眠呼吸障碍、白天嗜睡。各维度使用三级评分：“1”表示通常（5～7次/周），“2”表示有时（2～4次/周），“3”表示偶尔（0～1次/周），按照各维度不同赋值方法计算分值并对总体睡眠问题进行评估。本研究采用克隆巴赫α系数对问卷进行内部一致性信度评定，结果显示问卷中的克隆巴赫α系数为0.7，表明其内部一致性较好。KMO系数为0.799，巴特利特球形度检验结果显著（P<0.001），可见问卷具有良好的结构效度。

3）基本信息采集。

参考相关研究设定调整模型的协变量[20-21]并进行信息采集。问卷调查幼儿性别、年龄、城乡种类及父母经济状况，测量幼儿身高、体质量并计算身体质量指数（BMI）。

4）数理统计。

使用IBM SPSS 28.0软件进行统计分析，将P<0.05（双尾）设定为具有统计学上显著性。对纳入对象的基本信息与PA、SB、睡眠问题进行描述性分析，对符合正态分布的数据采用均数±标准差（M±SD）进行描述，对不符合正态分布的数据采用中位数（四分位间距）进行描述，并采用独立样本T检验和曼惠特尼U检验分析PA、SB和总体睡眠问题及各维度得分的性别差异。共建立63种线性回归模型，其中单因素模型（27种）、分配模型（9种），用以评估MVPA、LPA、SB与睡眠问题之间的关联，等时替代模型（27种）用以分析全部及达标、未达标幼儿MVPA、LPA、SB相互替代对睡眠问题的影响。

参考前人研究，选择10 min为初始替代单位[22-23]。在运行模型之前，将所有活动类型（MVPA、LPA和SB）时间除以常数10作为10 min的时间单位，即每增加1个单位代表每天增加10 min。通过将MVPA、LPA和SB时间相加，建立1个表示加速度计总佩戴时长的变量进行等时替代。单因素模型分别评估每个活动成分，调整协变量因素，模型（就SB而言）表示：睡眠变量=（β1）SB+（β5）协变量。分配模型同时检查所有的行为，将总活动时间划分为不同的活动中，表示为睡眠变量=（β1）SB+（β2）LPA+（β3）MVPA+（β5）协变量，等时替代模型为睡眠变量=（β2）LPA+（β3）MVPA+（β4）总活动时间+（β5）协变量。该模型中的系数β2和β3代表用1种活动类型（MVPA或LPA）替代SB 10 min，同时保持其他活动类型和总佩戴时间常数的效果。如β2可以解释为在保持MVPA和总佩戴时间不变的情况下，用LPA替换SB 10 min的效果，其中β1～β5为各自活动的系数或协变量。

2 结果与分析

2.1 幼儿基本情况

身体活动方面，男童MVPA、LPA显著高于女童（P<0.05），而SB显著低于女童（P<0.05）；睡眠问题方面，男童白天嗜睡得分显著低于女童（P<0.05）；其他结果无显著性差异（见表1）。不同活动行为的方差膨胀因子均小于4，最大值为1.879，各活动行为之间不存在共线性，可进行下一步分析。

2.2 幼儿MVPA、LPA、SB与睡眠问题的关联

单因素模型结果发现，MVPA对幼儿总体睡眠问题（β=-0.288，95%CI：-0.51～-0.066，P<0.05）、睡眠时间（β=-0.082，95%CI：-0.140～-0.024，P<0.05）、白天嗜睡（β=-0.125，95%CI：-0.222～-0.028，P<0.05）均有显著负向作用，SB对幼儿睡眠焦虑（β=-0.020，95%CI：-0.036～-0.004，P<0.05）有显著负向作用。分配模型结果可知，MVPA对幼儿总体睡眠问题（β=-0.378，95%CI：-0.66～-0.095，P<0.05）、入睡延迟（β=-0.036，95%CI：-0.072～-0.001，P<0.05）、睡眠时间（β=-0.122，95%CI：-0.196～-0.048，P<0.05）、白天嗜睡（β=-0.143，95%CI：-0.267～-0.019，P<0.05）均有显著负向作用，SB对幼儿睡眠焦虑（β=-0.020，95%CI：-0.036～-0.003，P<0.05）有显著负向作用；其他结果无显著性差异（见表2）。

2.3 幼儿活动行为10 min相互等时替代对睡眠问题的变化情况

1）幼儿总体变化情况。

等时替代模型结果发现，MVPA以10 min等时替代LPA、SB时幼儿总体睡眠问题显著下降（P<0.05），其效应量分别为-0.43分与-0.34分，反之显著上升。在各维度中，MVPA以10 min等时替代LPA时睡眠时间（β=-0.153，95%CI：-0.252～-0.055，P<0.05）显著下降，反之显著上升；以10 min等时替代SB时，入睡延迟（β=-0.036，95%CI：-0.071～-0.002，P<0.05）、睡眠时间（β=-0.124，95%CI：-0.196～-0.051，P<0.05）、白天嗜睡（β=-0.137，95%CI：-0.257～-0.016，P<0.05）均显著下降，反之显著上升。其余替代无显著性差异（见表3）。

以时间顺序来看，各种显著替代维度均呈现出明显对称性。随着MVPA等时替代LPA、SB时间的增加，幼儿总体睡眠问题持续下降。反向替代时，幼儿睡眠问题总分持续上升，下降幅度等于上升幅度。

2）达标与未达标幼儿变化情况。

等时替代模型结果发现，MVPA以10 min等时替代LPA、SB时，未达标幼儿总体睡眠问题显著下降（P<0.05），其效应量分别为-0.85分与-0.74分。在各维度中，MVPA以10 min等时替代LPA、SB时，达标幼儿睡眠时间（P<0.05）均显著下降，未达标幼儿异态睡眠、白天嗜睡（P<0.05）均显著下降。其余替代无显著性差异（见表4）。

以时间顺序来看，各种显著替代维度均呈现出明显对称性。随着MVPA等时替代LPA、SB时间的增加，未达标幼儿总体睡眠问题持续下降。反向替代时，幼儿睡眠问题总分持续上升，下降幅度等于上升幅度。

3 讨论

本研究突破传统研究孤立分析的局限并克服传统线性回归模型的局限性，采用等时替代模型方法，不仅揭示幼儿MVPA、LPA、SB与睡眠问题关联性，还有效探究MVPA、LPA、SB活动行为相互替代对睡眠问题的影响关系。研究发现MVPA对幼儿总体睡眠问题具有显著负向作用，该结果提示MVPA可能是改善幼儿睡眠问题的有效方式，其影响机制可能与昼夜节率、体温、心率、中枢神经系统、生长激素分泌、新陈代谢、免疫系统、情绪、身体成分变化有关[24-25]，该结果与国内外幼儿相关研究结果相一致[26-27]。本研究还发现，MVPA对幼儿入睡延迟、睡眠时间、白天嗜睡均具有显著负向作用，提示MVPA在改善幼儿入睡延迟、睡眠时间、白天嗜睡问题方面均具有健康效益。

如前所述，已有国外学者尝试采用等时替代方法探讨不同活动行为时间相对分布与幼儿睡眠问题的综合关联[14]。结果发现，以MVPA等时替代LPA时幼儿总体睡眠问题并无显著变化，而以MVPA等时替代SB时与幼儿总体睡眠问题却显著上升[14]。从研究对象来看，该研究除存在样本量流失率过大（68%）、有效样本量较少（288个）之外，受试幼儿MVPA高达113.1 min，超出指南推荐量标准达88.5%之多，其结果可能无法广泛适用于普通健康幼儿。相比之下，本研究受试幼儿MVPA水平不高（56.9 min）、样本量流失率较低（26%）而有效样本量远高于该研究。本研究结果显示，MVPA以10 min等时替代LPA、SB时幼儿总体睡眠问题显著下降，其效应量分别为-0.43分与-0.34分，反之明显增加，该结果可能与活动行为之间的协同作用有关。有研究发现MVPA、LPA能改善睡眠问题[28-29]，SB会增加睡眠问题机率[30]，通过增加MVPA比例相应减少LPA、SB比例可能会达到协同作用效应。与本研究结果类似，WHO等颁布的身体活动指南建议，幼儿应在增加PA时间的同时减少SB时间[18]。但指南未涉及不同强度PA的等时替代效应，而本研究可为指南提供有益补充。

然而，本研究与前人研究结果并不一致[14]。为进一步探究导致该差异的原因，本研究以达标和未达标幼儿为评估样本又分别进行等时替代分析，结果发现，MVPA以10 min等时替代LPA、SB时未达标幼儿总体睡眠问题均显著下降，其效应量分别达-0.85分与-0.74分，而达标幼儿总体睡眠问题无显著变化。该结果提示，对于未达MVPA推荐量标准的幼儿而言，在增加MVPA时间的同时相应减少LPA、SB时间可获得明显的睡眠健康效应，但对于已达MVPA推荐量标准的幼儿该效应并不显著，这也在一定程度上佐证MVPA推荐量标准的科学性。对照前人研究来看，本研究未达标、达标幼儿和前人受试幼儿MVPA测量结果的关系为44.3 < 76.9 < 113.1 min，MVPA等时替代LPA的效应量关系为-0.85 < -0.35 < 0.68分，而替代SB的效应量关系为-0.74 < 0.24 < 0.92分。综合两项研究发现，幼儿MVPA水平越低，MVPA等时替代LPA、SB对于幼儿睡眠的健康效应越明显；相反，对于本身已具备高水平MVPA的幼儿来说，该替代并不能为其带来睡眠健康的受益，有时甚至可能会出现损害睡眠健康的不良影响。那么，基于幼儿群体的睡眠健康问题，是否存在最佳的MVPA区间或存在适宜的MVPA、LPA、SB分布范围，值得学者们进一步研究。

各维度研究结果发现，MVPA以10 min等时替代LPA时受试幼儿睡眠时间显著下降，等时替代SB时入睡延迟、睡眠时间、白天嗜睡均显著下降。进一步研究发现，MVPA等时替代LPA、SB时达标幼儿睡眠时间均显著下降，未达标幼儿异态睡眠、白天嗜睡均显著下降。该结果提示以MVPA等时替代LPA或SB，可针对性地改善幼儿某一个或几个维度的睡眠问题。其中，达标幼儿表现为睡眠时间问题的缓解，而未达标幼儿表现为异态睡眠、白天嗜睡状况的改善，该结果可为不同幼儿群体相关维度睡眠问题的应对提供参考依据。

本研究揭示幼儿活动行为两两替代对于睡眠问题的等时替代效应，但各活动行为间多重等时替代的健康效应如何仍需进一步探索。有研究发现，在幼儿PA行为中，有特定目的、明确规则的结构化PA与没有特定目的、形式和规则多样化的非结构化PA，两者所产生的健康效应并不相同[31]。因此探索两者影响幼儿睡眠问题的等时替代效应，对于丰富和完善幼儿园所、家庭和社会的教育实践具有深远意义。同时相比健康幼儿群体，罹患自闭症谱系障碍[32]、多动症[33]、睡眠呼吸障碍[34]的其他特殊儿童群体，其睡眠问题更为突出，活动行为及其他变量更为复杂，而围绕这些群体开展等时替代效应研究的意义也更为重大。本研究虽严格按照方案进行测量，尽可能科学精细地统计分析和创建模型，但仍存在一定的局限性。一方面，受试样本虽采用分层整群抽样法，但均局限于同一省份；另一方面，受大样本测量的限制，睡眠问题质量均采用主观问卷进行测量。

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