國外心肺耐力/心肺適能與學前兒童健康相關性研究的系統綜述

吳華 ,張新定 ,阮 輝 ,Wichai Eungpinichpong

學前階段是兒童身體發育和機能發展極為重要的時期[1],該時期的健康狀況不僅關系到個體今后的健康水平,還關乎整個民族的身體素質和國家的長遠發展。當前制約學前兒童健康最突出的問題是超重和肥胖,近期的報告指出全球有4 000 萬5 歲以下兒童出現超重或肥胖[2],國內研究推測肥胖已在我國7 歲以下兒童中開始流行[3]。

兒童早期超重與青少年肥胖[4]和心臟代謝危險因素[5]有關,并且增加成年人慢性病風險[6],而兒童早期超重和肥胖的狀態容易持續到成年,且難以治療[7]。最近一項研究認為包含肥胖在內的兒童早期心臟代謝風險因素集群已經在1～5 歲幼兒中找到[8],新生兒主動脈上也發現與急性心血管事件相關的內膜改變[9],1～5 歲的幼兒中95.3%的冠狀動脈節段出現了內膜增生[10]。對3～4 歲不同種族兒童的調查中發現了13%的幼兒出現高血壓、血脂異常,并且與體型密切相關[11]。不難看出,從兒童早期開始關注心血管健康已經逐步得到了學者們的共識[12-13]。

心肺適能/心肺耐力(cardiorespiratory fitness,CRF)是體適能的重要組成部分,被認為是兒童青少年健康的重要指標[14]。研究發現,改善兒童期心肺適能可以降低青春期體重超重/肥胖的風險[15],還對緩解抑郁、焦慮等有積極的影響[14]。然而,在1958-2003 年的45 年間,全球約兩千多萬6～19 歲兒童CRF 平均每年下降0.46%[16],這種現象不得不引起我們的重視。

我國對學前兒童體質健康的評判指標中并沒有涉及CRF 的評價指標[17]。相較于近些年對學前兒童動作發展等的研究,CRF 研究顯得極為匱乏[18]。究其原因,是忽視CRF在學前兒童階段的重要性? 或是認為學前兒童處于生長發育階段,難以有統一的評價標準? 目前沒有一致的結論。鑒于CRF 與健康關聯的重要性以及對學前兒童研究的有限性,本文整理了近10 年來國外關于學前兒童CRF 研究的文獻,試圖從CRF 與健康指標的相關性,CRF 測量與評價來系統綜述學前兒童心肺適能的研究,以期為完善學前兒童CRF的測評辦法提供理論與實踐參考。

1 方法

1.1 關鍵詞界定

心肺適能是機體在持續的身體活動中為骨骼肌提供氧氣的能力,是反映個體心、肺、血管及組織細胞有氧能力的綜合指標。心肺適能、心肺耐力、心血管適能、有氧適能、有氧能力和最大攝氧量等術語與此概念相關。

健康指標(health indicator)是反映關于健康狀態和健康表現的不同維度的相關信息簡明的測量體系[19]。依據文獻專家共識[20-21]及廣泛納入有關健康指標的重要性,將5 項與學前兒童密切相關的健康指標納入討論①心血管健康②肥胖③身體活動④動作發展⑤認知。

1.2 信息來源和檢索策略

對PubMed,Scopus 2 個數據庫進行檢索,檢索截止日期為2019 年10 月21 日。檢索詞(式)包括2 組:(1)人群:preschool*(OR kindergarten OR early child* OR young child*) ；(2)心肺適能cardiorespiratory fitness(OR cardiovascular fitness OR aerobic fitness OR aerobic capacity OR aerobic power OR ˙VO2max ；使用布爾邏輯詞“AND”“OR”連接各檢索詞進行計算機檢索,并導入Zotero 文獻管理軟件,用Zotero 軟件刪除重復文獻。其次,對滿足檢索條件的文獻全文和參考文獻進行人工檢索,增補檢索過程中漏檢的文獻。

1.3 納入標準

(1)研究對象為包含2.5～6.9 歲兒童。(2)文獻中涉及的各種心肺適能測定方法均納入。(3)與本文健康指標設定相關的文獻。(4)所有的研究設計都被納入,對于縱向研究,只要在學前兒童的起始年齡范圍內,任意的隨訪之前至少有1 次基線測試即可；橫斷面研究要求至少有100 名參與者。隨機對照試驗和其他干預要求干預組至少有30 名參與者。

1.4 排除標準

(1)排除臨床上疾病兒童及特殊兒童的干預研究；(2)排除全文或摘要中未報告詳細數據結果、綜述以及與主題無關的研究,剔除無法查看到摘要或全文的文獻。限定英文期刊文章,其他語言類文章、學位論文、會議論文不在檢索范圍內。(3)排除評定為低質量的文獻。

1.5 提取研究信息

由2 位作者分別依據文獻標題、摘要完成初次篩選,再依據文獻內容進行2 次篩選,并提取文獻信息,記錄在Excel軟件中。不一致的信息,由第3 位作者依據文獻做出判斷。

1.6 研究質量評價

2 位作者借助觀察性研究報告質量評估工具條目[22]分別對納入文獻中質量進行評價(≥85 分屬于優,70 分～84分屬于好,50 分～69 分屬于中等,＜50 分屬于低質量),不一致的觀點通過討論解決。

2 結果

2.1 文獻的基本信息

如圖1 所示,共搜索到2 248 篇文獻,經過篩選,最終納入21 篇文獻。

圖1 文獻檢索流程Figure 1 Process of literature retrieval

2.2 文獻基本情況

本文依據健康測評指標的5 個類別,將文獻進行分類,CRF 與心血管健康、肥胖、身體活動、動作技能能力及認知的相關性研究(表1),部分文獻貢獻了多種健康測評。

表1 CRF 與學前兒童5 類健康指標的相關性研究Table 1 Studies on the correlation between CRF and health indicators

3 討論

3.1 心肺適能與心血管健康

CRF 是反映心血管風險的重要指征,已被納入臨床評估的第五大生命體征[44]。但對于CRF 與學前兒童心血管健康的關聯研究并不多,共有4 篇文獻研究了CRF 與學前兒童心血管健康的關系。

Veijalainen 等發現較低CRF 的兒童有更高動脈硬化程度和更低的動脈擴張能力,而擁有較高CRF 的兒童相反,認為CRF 是影響動脈硬化程度和內皮功能的獨立因素[25]。3個不同周期的縱向研究發現,心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)風險因素集群的出現與低CRF 高度相關,并且風險集群的存在還具有穩定性。Andersen LB 等[23]認為心血管疾病風險因素集最初在6 歲兒童中并沒有出現而在9歲后13.8%的個體出現了3 個或3 個以上CVD 風險因素。在6～7 歲時的低CRF 兒童更有可能在9 歲出現CVD 風險因素集群。有研究[26]發現CRF 是CVD 風險因素的一個強有力的預測因子,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 臨界點可用于鑒別兒童心血管疾病風險,能預測2 年后CVD 風險。Bugge A 等發現心血管風險因素集群在兒童時期具有穩定性,6 歲時測得的風險因素集群高Z 分數的兒童,3 年后是仍為風險集群高Z分數是其他兒童的2.3～30 倍[24]。建議從兒童早期開始進行監測,以識別有潛在CVD 風險的兒童,并采取預防策略。

3.2 心肺適能與肥胖/超重

共有9 篇文獻探討了CRF 與肥胖的關系。幾乎所有的觀點都支持CRF 與肥胖負相關,主要的差異在于選定的肥胖判斷依據不同。

Salonen 等的隊列研究發現,兒童時期的生長發育會影響成年后的CRF,他們觀察到在2 歲,7 歲和11 歲身高較高的孩子,成年后CRF 水平較高,而11 歲時較大體重指數(body mass index,BMI)意味著成年后較低水平的CRF[27]。通過BMI 分組,Niederer 等發現肥胖組與體重正常組學前兒童的CRF 水平存在顯著性差異,并且這種差異在稍大年齡組(6 歲組)更加明顯,肥胖組CRF 值較正常組低24%[29]。事實上僅僅以BMI 來評判肥胖程度還是存在不足,美國心臟協會認為等納入腰圍測量指標等指標,可以提高檢測肥胖相關心血管疾病風險的敏感性,甚至是BMI 標準符合之前[45]。Tellez 發現CRF 與BMI、腰圍顯著負相關(β=-0.034,P=0.003；β=-0.012,P＜0.001)[31],Labayen Go?i也認為CRF 差的學前兒童與高BMI 和腰圍較粗相關[33]。Riso 等認為CRF 與BMI、體脂(fat mass,FM)負相關,但較高的瘦體重(fat free mass,FFM)與CRF 仍負相關,因為FFM主要反映的是上下肢的力量[46]。Henriksson 等認為脂肪指數[fat mass (kg)/height2(m),FMI]與CRF(standardizedβ=-0.17,P=0.002)負相關,而去脂指數[fat-free mass(kg)/height2(m),FFMI]與CRF 正相關(β=0.18,P=0.002)[30]。在BMI、FMI、FFMI 3 種分類下的學前兒童超重與肥胖劃分,Tuan 等發現無論BMI 或FFMI 分組中,高體脂的學前兒童CRF 均低于體脂正常組,可能體內多余脂肪的能量消耗影響遞增測試中的表現有關[35]。由于兒童期身高和CRF 之間的相關性獨立于混雜因素(包括兒童和成人的社會經濟環境、成人的體育活動、吸煙習慣等)[27]。因此FMI、FFMI 應為更科學的評價指標。

3.3 心肺適能與學前兒童身體活動

本綜述篩選出5 篇文獻討論了學前兒童CRF 與身體活動(Physical Activity,PA)的關系,作者們一致認為PA 將影響CRF 的水平,甚至將預測CRF 的發展,但存在的主要分歧在于是何種強度的PA 會影響學前兒童CRF。Proudfoot等[40]跟蹤研究學前兒童3 年確定中高強度(moderate to vigorous-intensity PA,MVPA)對男女童CRF 發展均有良好作用,且不受年齡和生長的影響,但總身體活動水平似乎只提高了女童的CRF,男童需要更劇烈的身體活動來改善CRF。Hui Fang 等[38]也認為MVPA 與CRF 顯著性正相關(β=0.378,P＜0.01)。Lepp?nen MH 等發現日常有高強度身體活動(vigorous-intensity PA,VPA)和/或MVPA 身體活動水平的學前兒童,具有更好的CRF,并且這種相關性在1 年后隨訪中顯示仍然保持[37,47]。F Bürgi 等[48]支持只有VPA 與CRF 之間的相關性更強(P=0.046),發現基線PA 是CRF的一個重要決定因素,這種關系在學前兒童可能比青少年更密切,因此,從學前兒童期就應促進其積極的身體活動。

3.4 心肺適能與動作技能能力

學齡前(3～5 歲)階段被稱為動作技能能力發展的黃金時期[49],文獻中動作技能能力(motor competence,MC)的評估方法各異,術語表述也不一致[50]。但是對于探討學前兒童MC 與CRF 關系研究較少,本文找到的3 篇文獻測試了CRF 和動作技能,均采用面向結果的評價。但2 篇并未探討CRF 與運動技能的關系[42],只有1 篇Luz 等[41]對6～9 歲的學生進行研究,認為CRF 與立定跳遠具有相互聯系,卻沒有給出具體的相關系數。對學前兒童使用面向過程的測試與CRF 的相關性研究比兒童青少年人群[51-52]更少。此外Harrietren 發現運動技能表現較差的學前兒童不如運動技能發展較好的學前兒童活躍[53]。因此,我們認為處在動作發展關鍵期的學前兒童,其動作水平與CRF 及體適能的關聯性研究有待更多的證據。

3.5 心肺適能與認知

已有的青少年[54]和老年人[55-56]的研究表明,CRF 和認知能力之間存在聯系。而只有2 篇文獻探討了學前兒童CRF 與認知的關系:Niederer 的研究發現CRF 與更好的注意力密切相關(r=0.16,P=0.03),追蹤9 個月后基線的CRF水平與注意力的改善獨立相關(r=0.16,P=0.03)與空間記憶能力相關[42]；Haapala EA 等[43]認為兒童閱讀流利度、閱讀理解和算術技能與CRF 無關,與動作技能負相關。2 篇文獻研究結論不一致,可能與認知的分類評估不同有關。學前兒童階段,尤其CRF 對執行功能影響的長期性有待進一步研究。

3.6 測試方法

最大攝氧量 ˙VO2max 被認為是測量CRF 的金標準,然而,直接測量耗財耗時。本文所搜索的文獻大多數研究使用場地測試,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)使用最為廣泛。

Léger 及其團隊[57]最早創建20 m SRT,受試者跟隨有節奏的音樂進行20 m 折返跑,初始速度為8.5 km/h,每分鐘跑速以0.5 km/h 遞增,直至受試者不能再跟隨音樂節奏或因為疲憊而中止的測試,記錄成績以往返次數/級別表示,利用回歸方程間接推算出˙VO2max(ml/kg* min)。此測試方法已被用于超過177 項研究,累積超過100 多萬兒童和青少年[58]使用,在涉及兒童和青少年的流行病學研究中,被認為是評估與健康相關的CRF 信度[59]和效度[60]最好的工具。

然而,該測試方法在學前兒童中的使用仍存在爭議,Cadenas-Sánchez 等[61]發現3～5 歲的兒童測試20 m SRT,初始速度8.5 km/h 可能要求過高,有些兒童一次往返都無法完成。他們將起始速度降為6.5 km/h,但不改變遞增速度,改良為20 m SRT-PREFIT(學前兒童健康評估,PREschoolers FITness assessment,PREFIT)。推算公式修改為Y=44.657+1.795X1-2.601X2+0.0852X1X2(Y為˙VO2max,X1是最大速度km/h,X2是年齡),他們認為20 m SRT-PREFIT 測試對于學前兒童有極高的信度,而本文的大多數研究也正使用了該方法。

4 結論

雖然心肺適能對于健康的重要性已在成人研究中證實,但對于普通學前兒童人群的研究近年才逐漸得以關注。本文通過系統綜述發現,學前兒童低水平的CRF 與高CVD 風險、肥胖密切相關,較高強度的體力活動水平有助于學前兒童CRF 的提高,但在學前兒童動作和認知發展與CRF 的關系方面還需要更多的證據。學前兒童的CRF 重要性值得重新審視,并應獲得更多的證據。