运动作息行为对3～6岁儿童心理健康影响的等时替代效益研究

常振亚，王树明

1963 年，O.E.BYRD[1]对精神科医生进行了一项调查，91%的精神科医生表示，体力活动可以减轻个体的紧张感。次年，他以保龄球运动员为被试继续进行研究，发现87%的被试报告参与保龄球运动后紧张感降低[2]。H.A.DEVRIES[3]通过肌电图测量张力，发现参与急性和慢性剧烈体力活动均能够显著减少肌肉紧张。早期相关研究还表明，体力活动可能是一种比meprobamate更有效的减压剂[4]。

然而到目前为止，体力活动与学龄前儿童心理健康的关系依然疑问。一方面，学龄前儿童体力活动对心理健康作用得到了专业人士和非专业人士的高度共识，认为学龄前儿童一天中大部分时间都在玩，通过所谓的“玩”，可以促进学龄前儿童认知、社交和情感健康。相关研究表明，随着孩子的成长，从学前期到青春期，无论性别如何，外化行为症状都会减轻[5]。另一方面，当今学龄前儿童的实际活跃程度从目前研究看并不十分乐观，学龄前儿童是否充分实现体力活动的健康效益，具体剂量效应如何，依然是个未知数。另外，学龄前儿童的心理问题似乎并不会随着年龄增长而自然消除。具有外化行为的儿童，随着年龄增加往往会转向违法行为，而存在内化行为问题的儿童，成年后患抑郁症和焦虑症的几率更大[6]。更有研究指出，儿童在内化行为和外化行为症状的表现上存在一些性别差异[7]；也有学者指出，相比女童，男童随着年龄增加出现外化行为问题的几率更高[8]。

从近年学龄前儿童的体力活动与心理健康关联研究来看，大多数研究报告没有关联[9-10]或反向关联[11-12]。导致这种局面可能有以下几个方面的原因。（1）上述实证研究中，体力活动的测评工具基本是主观评估，采用客观工具（如加速度计）测评的研究十分缺乏。目前仅发现一项研究部分支持体力活动与学龄前儿童心理健康的积极关联[13]。（2）对学龄前儿童体力活动积极心理健康的探究，局限于中高强度体力活动（moderate-to-vigorous physical activity，MVPA）。虽然MVPA 无疑是一种重要的健康行为，但低强度体力活动（light physical activity，LPA）、静坐行为（sedentary behavior，SB）和睡眠（Sleep，SP）在一天24 h 内占主导[14]。因此，近些年不断有学者开始整体关注体力活动、静坐行为和睡眠的综合健康效益，合称为“运动作息行为（movement behavior）”，即无强度到高强度的运动连续体[15]。相关学术观点表明，24 h 内的运动作息行为模式应与儿童的最佳健康状况紧密关联[16]。（3）学龄前儿童心理健康的测评工具不一致，测评工具的差异可能导致研究结果不一致，甚至相互矛盾。另外，当前将儿童睡眠、体力活动和静坐行为联系起来，考察这些行为的综合健康效益研究十分有限。主要因为，一旦同时考虑这些因素，数据模型建构时会出现多重共线性问题，使研究人员无法将所有身体行为花费的时间作为多元回归模型中的解释变量，协方差矩阵是单维的。2009 年，M.HAMER 等[17]提出“等时替代范式”，并迅速普及，、越来越多地用于流行病学研究[18-19]。然而，这种等时替代方法将时间单位视为绝对量度，因此违反了时间使用数据的组成属性，可能产生误导性结果。由此，后来有学者提出、等距对数比（isometric log ratio），借助成分数据的分析来解决这个问题，可以称之为等距对数等时替代范式[20]。等距对数比变换，不仅消除了成分数据的定和约束，消除了冗余维度，而且构造了单形空间到欧氏空间上的正交变换，确保在变换后的欧氏空间中应用传统统计分析方法建模的合理性[20]。

因此，本研究采用经典的学龄前儿童心理测评工具和客观的体力活动测评工具，综合测评学龄前儿童的运动作息行为与心理健康的关联，并引入新的数据统计方法，探讨：（1）运动作息行为时间相对分布对心理健康的综合影响；（2）调整行为整体及单个其他行为所花费的时间后，每种身体行为与心理健康的关联；（3）一种行为等时替代另一种行为部分时间后，心理健康变化的“剂量-效应”。以期为我国学龄前儿童心理健康促进提供实证支持。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

依托长沙市7 所幼儿园（公办3 所，民办4 所），分别从7 个年龄层（3、3.5、4、4.5、5、5.5 和6 岁）中随机抽取60 名，共420 名儿童参与研究。按照相关数据筛选标准，体力活动和静坐行为数据缺失率或无效率最高（12.4%），连续佩戴7 天加速度计对学龄前儿童是一个挑战，尤其是周末，睡眠时间缺失率最低（5.2%），心理健康测试数据缺失率居中（8.3%），睡眠时间和心理健康数据缺失具有随机性，睡眠时间缺失即无效，心理健康数据缺失超过3 项即无效。因此，实际有效参与研究的儿童有348名。

1.2 研究方法

1.2.1 实地测试法 采用ActiGraph GT3X-BT 三轴加速度计（Pensacola，FL，USA）测量儿童的体力活动和静坐行为[21]。学龄前儿童在一周内连续7天（5个工作日和2个周末日）佩戴加速度计，期间除洗澡、游泳、睡觉外其他时间均要求佩戴。每个加速计都有一个识别号码，按识别号码给幼儿佩戴加速度计，佩戴部位位于右侧髂脊上部。

Butte Preschoolers（2013）标准[22]，作为学龄前儿童体力活动强度的分界值之一，采用室内量热法、双标水法和心率监测等方法，校验学龄前儿童的体力活动强度分界值，校验过程严谨且认可度高，因此，本研究予以采用。

1.2.2 问卷调查法 （1）睡眠时间调查。本研究的睡眠时间指用于睡眠的实际时间，是幼儿白天或晚上上床时间至起床时间的总和。由此，通过以下3 个问题综合计算睡眠时间：最近1个月，通常您的孩子晚上几点钟上床睡觉？最近1 个月，通常您的孩子早上几点钟起床？请您回想一下，您孩子白天的小睡次数和睡眠持续时间，包括午休，然后勾选出孩子白天睡觉的总时长。在周内和周末睡眠时间的选项设置上，主要时段或时长（6:00～10:00；20:00～23:00；白天1～3 h）选项之间间隔0.5 h，其他时段或时长选项之间间隔1 h，取选项的中间值作为实际睡眠时间。

（2）心理健康状况调查。采用中文版《儿童长处和困难量表》（strength and difficulties questionnaire）对学龄前儿童的心理健康状况进行评估[23]，该量表共25题，包括多动/注意缺陷、情绪症状、品行问题、同伴交往问题和亲社会行为等5个因子[24-28]。

（3）不同类型静坐行为状况调查。借鉴欧洲Toy-Box 项目中静坐行为类型的调查方式，将静坐行为分为安静学习类静坐行为、屏幕观看类静坐行为和电子游戏类静坐行为3 个部分。具体调查问题分别为：过去1 个月中，您的孩子闲暇时间每天有多长时间在安静地玩耍（看书、玩积木、玩布娃娃、涂色、画画、坐着听音乐或唱歌等）？您孩子在他/她的空闲时间每天花多少时间看电视（包括看DVD 和视频）？您的孩子在闲暇时间每天有多长时间使用电脑/手机/游戏机等玩电子游戏？家长根据上述问题，分别勾选出周内和周末静坐行为的时长选项。选项设置方式借鉴英国拉夫堡大学D.BINGHAM 等[29]的儿童早期体力活动量表（the early years physical activity questionnaire，EYPAQ）的时间设置方式和计算方式，设置为10 项（1 没有；2 每天少于15 min；3 每天16～30 min；4 每天31～60 min；5 每天1～2 h；6 每天3～4 h；7 每天5～6 h；8 每天7～8 h；9 每天8 h 以上；10 我不知道）。家长勾选以后，均根据选项的最大时长（即15、30和60 min）来估计学龄前儿童SB 的每日时长，因为父母填报体力活动问卷时倾向于过度报告PA 而低报SB[29]。另外，由于加速度计只能提供SB 的总时间，而不能提供SB 类型，问卷可以提供不同类型的SB 时间，由此加速度计监测到的SB 被分为4 个部分，即SB=安静学习类SB+屏幕观看类SB+电子游戏类SB+其他类型SB。

（4）相关控制变量调查。本研究控制变量主要有性别、年龄、父亲BMI、母亲BMI 和家庭经济地位（social economic status，SES）。性别和年龄来自测试班级花名册，父亲BMI、母亲BMI及SES来自问卷调查。SES 问卷编制主要参考北京师范大学发展心理研究所袁晓娇[30]的问卷，包括父母文化程度、父母职业和家庭经济收入。袁晓娇等编制问卷时，考虑到青少年可能不了解家庭收入，所以采用调查家庭资源的方式间接了解家庭收入，而本研究由于是父母直接填写，因此，直接选用家庭经济收入指标。再根据国际学生评估项目（PISA）计算SES的方法[31]。按4个步骤计算SES，其中职业分类按照Ganzeboom 等[32]的国际社会经济地位职业分类索引（ISEI）中的记分标准进行。

1.3 统计分析

（1）描述性统计，呈现数据的集中趋势和离散程度。成分数据统计中，通常呈现成分均值来反映数据的集中程度，即分别计算每个成分的几何平均值，然后将数据标准化为与原始数据相同的常数（通常为1 或100）来获得。此外，通过标准差评估的单变量的分散统计量与成分数据的固有相互依赖的多变量性质不一致。成分变量的单变量方差，实质上不包含独立的离散信息，因为在单个行为上花费的时间必然与其他行为中花费的时间相关联。因此，成分数据统计使用变异矩阵，即所有成分之间成对比率的对数的方差来估计成分数据的离散度，对数比越小，意味着在比率中涉及的2 个行为所花费的时间相互依赖性程度越高，反之亦然。（2）采用传统相关分析来揭示学龄前儿童运动作息行为与心理健康之间的关联。（3）采用成分数据统计中的线性回归模型，检查运动作息行为与心理健康之间的关联。具体来说，主要采用一种基于等距对数比数据变换的组合方法进行回归。在所有模型中，非正态分布的因变量均进行了对数变换，所有分析过程使用R统计软件3.6.1版和SPSS 25.0进行。

2 结果与分析

2.1 基本情况

学龄前儿童父亲BMI 为23.97±3.96，母亲BMI 为21.27±4.08，父亲BMI略高，但均在世界卫生组织BMI标准的正常范围内（18.5～24.9）。儿童家庭经济地位为高中低的比例依次为14.4%、69.5%和16.1%，高SES 比例略大于低SES，可能与本次研究的样本均来自城区，缺失乡村样本有关。学龄前儿童日均SP、SB、LPA 和MVPA 4 部分的比例依次为42.70%、36.33%、16.89%和4.08%，单位换算为min/天，4 部分依次为614.94、523.13、243.23 和58.69。依据变异矩阵可知，最高对数比方差都涉及MVPA，表明在MVPA 中花费的时间与其他行为的相互依赖性程度最低（见表1）。同时，最低对数比方差涉及的2 种行为分别为SB和SP，表明SB和SP在学龄前儿童4种行为中相互依赖性程度最高（0.16）。

表1 成分数据的集中趋势和离散程度Table1 Centralized Trend and Dispersion of Compositional Data

2.2 学龄前儿童运动作息行为与心理健康的相关性

学龄前儿童安静学习类SB 与内外化行为问题（情绪症状、品行问题、多动和同伴交往）均显著负相关，但屏幕观看类SB 和电子游戏类SB 与上述维度均显著正相关；LPA 和MVPA 仅与外化行为问题（品行问题、多动）显著正相关，与内化行为问题（情绪症状和同伴交往）没有显著关联；SP 与心理健康各维度无显著相关（见表2）。

表2 学龄前儿童运动作息行为与心理健康的相关性Table2 Correlation Between Movement Behavior and Mental Health of Preschool Children

2.3 运动作息行为对心理健康的影响情况

运动作息行为与心理健康的关联表明，运动作息行为的时间分布与多动、外化行为问题和困难均具有显著的统计学意义（P＜0.05），然而相对于其他身体行为，仅SB 与外化行为问题相关具有显著性（P=0.031）（见表3）。

表3 运动作息行为对心理健康的影响情况Table3 Effect of movement behavior on mental health

情绪症状同伴交往问题内化行为问题品行问题多动/注意缺陷外化行为问题困难亲社会行为0.675-0.064 0.611 0.140 1.184 1.324 1.935 0.406 0.585 0.942 0.730 0.862 0.380 0.476 0.514 0.767-0.678 0.001-0.677-1.155-2.139-3.294-3.971 0.039 0.504 0.999 0.641 0.082 0.054 0.031 0.103 0.973-0.190 0.001-0.188 1.006 0.190 1.196 1.008-0.750 0.848 0.998 0.894 0.120 0.859 0.420 0.670 0.875 0.192 0.062 0.254 0.009 0.764 0.773 1.027 0.305 0.738 0.881 0.758 0.981 0.224 0.371 0.457 0.633 0.212 0.263 0.152 0.066 0.033 0.015 0.009 0.083

2.4 运动作息行为等时替代变化后外化行为问题的变化情况

（1）屏幕观看类SB 等时替代电子游戏类SB、安静学习类SB、SP和LPA 时，外化行为问题得分均显著上升（20 min 电子游戏类SB 除外）；屏幕观看类SB 等时替代MVPA 时，外化行为问题得分虽有所下降，但下降幅度没有显著性。（2）电子游戏类SB 替代屏幕观看类SB 和SP 时，外化行为问题均有所下降，但在替代SP 时没有显著性；电子游戏类SB 等时替代安静学习类SB、LPA 和MVPA 时，外化行为问题均有所上升，但仅等时替代MVPA 时不同替代时间均具有显著性。（3）安静学习类SB 等时替代其他类型身体行为时，外化行为问题得分均有所降低（20 min 电子游戏SB 除外），其中等时替代MVPA、LPA 和屏幕观看类SB时均具有显著性（见表4）。

3 讨 论

本研究首先分析了运动作息行为与3～6岁儿童心理健康的简单相关（见表4），与V.EBENEGGER 等[11]和M.L.YU等[12]研究结果一致，揭示了体力活动与3～6岁儿童外化行为问题的反向关联。这就意味着，学龄前儿童体力活动水平越高，家长评定的外化行为问题越多，心理健康水平越低。同时，本研究发现，SB 不仅与外化行为问题显著负相关，与内化行为问题也显著负相关，意味着家长在心理健康评定方面更加倾向于给静坐时间长的儿童较高的评分，喜欢孩子安静一些。由此，应建议家长鼓励孩子多坐少动，以减少学龄前儿童心理行为问题的发生，然而这一建议显然与当今各国学龄前儿童运动指南均背道而驰。基于传统研究割裂的研究视角，这一相关研究结果本身就可能具有一定的误导性，至今这一研究视角的适宜性还在探讨之中。有学者认为，SB 与个体健康之间的关联独立于其他体力活动[24-25]；而另一些学者却认为，SB 与健康的关联并不独立于其他体力活动[26]。运动作息行为时间有限性的事实表明，关于单一行为的影响，是否独立于另一行为的争论可能在前提上就是不成立的。在一种行为中花费的时间自然地与在其他行为中花费的时间相关，并且在一种行为中花费时间的影响自然应该取决于当天剩余时间的构成。由此带来的研究焦点是研究中采用的流行病学模型是否正确调整了当天剩余时间，尤其是MVPA 和睡眠时间的混杂效应。

由此，本研究第1个使用成分数据统计分析法，来系统探究我国学龄前儿童运动作息行为与心理健康之间的关系。主要解决了2 个问题：（1）明确3～6 岁儿童运动作息行为与心理健康的综合关联，而不是像以往研究那样割裂地对单一行为进行探究；（2）引入研究健康和时间预算之间关系的统计解决方案，以应对传统统计中的共线性问题。与传统相关分析结果不同，成分数据视角下LPA 和MVPA 与学龄前儿童的心理健康各维度不再显著相关，SB 与内化行为问题也不再显著相关。然而，成分数据统计分析整体揭示出SP、SB、LPA和MVPA整体时间分布与多动、外化行为问题和困难均具有显著的统计学意义。提示，在处理学龄前儿童心理问题时需要整体进行考量，从全局中把握每一个身体行为的具体作用。也就是说，运动作息行为中的单一行为的作用要同时依赖于其他行为。在此条件下，本研究构建了4 个关联模型，结果显示，相对于其他身体行为，仅SB 与外化行为问题相关具有显著性（见表5）。

等时替代分析的结果，进一步揭示了SB 与外化行为问题影响的可能作用机制。首先，SB 可能由SP、LPA 和MVPA 而来，在减少学龄前儿童外化行为问题时，可以适度降低学龄前儿童的睡眠时长和体力活动时间，然而这一建议需要审慎对待。相关研究表明，睡眠时长对学龄前儿童的注意[33]、认知[34]、心理卫生[35]和身心健康[36]均具有积极的影响。本研究结果与以往研究不一致，也没有发现睡眠时长对心理健康的影响。可能是因为，对于学龄前儿童来说，用于睡眠的时间差异不大。本研究对于睡眠时长的界定指，实际用于睡眠的时间（躺在床上可能并未睡着），而不是儿童真实的睡眠时间，也未监控孩子的睡眠质量。睡眠时长和睡眠质量的关系应该是复杂的，建议后续学者进一步将睡眠时间划分为2 个部分：高质量的睡眠时长和低质量的睡眠时长，更有效地探究学龄前儿童睡眠与心理健康的关联。此外，在体力活动和静坐行为时间分布方面，似乎促进学龄前儿童心理健康水平和体质健康水平之间存在矛盾，诸多相关研究均强调增加学龄前儿童体力活动水平的健康益处，尤其是体质健康效益[18-19]。经专家访谈，发生这一矛盾的可能原因在于，本研究以《困难与长处量表》作为学龄前儿童心理健康评定的测评工具，虽然其是经典有效的评定量表，然而该量表中包含2个重要的维度，即多动和品行，可能导致体力活动和外化行为问题之间的显著正相关。本研究结果也的确显示，品行和多动均与体力活动显著相关（见表4）。未来学者还可以使用其他类型的评定量表或者更加客观的评测手段，来深入剖析运动作息行为与学龄前儿童心理健康之间的具体关联。其次，不同SB 类型之间相互替代，可以有效减少学龄前儿童的外化行为问题。SB 不仅与学龄前儿童外化行为问题显著相关，且随着SB 类型的不同而呈现出不同的健康效益。具体来说，在儿童的静坐问题上，家长对儿童的心理健康评定有着明显的判断标准：如果静坐时间用于画画、唱歌、下棋等活动，家长评定的心理状况更佳；如果孩子静坐时间看电视、玩电子游戏，则家长认为孩子的心理健康状况不佳（见表6）。如20 min/天屏幕观看类SB 替代20 min/天安静学习类SB 时，可使外化行为问题的家长评分上升39.8%，反之可以使外化行为问题得分下降46.8%。此外，本文关于屏幕观看类SB 对学龄前儿童外化行为问题的消极影响与以往诸多研究基本一致。相关研究表明，儿童早期屏幕时间每增加1 h，攻击性行为就会增加16%[37]；也有学者认为，发生攻击性行为的概率会增加2 倍[38]，课堂参与度降低7%[39]；甚至有学者在纵向研究中也揭示了这一关系，屏幕时间在1～3 岁中每增加1 h，7 岁时的注意力问题会增加9%[40]。由此，建议家长要学会控制儿童每日过长的屏幕静坐时间。综上所述，本研究建议未来学者减少学龄前儿童外化行为问题时可以首先着眼于不同类型SB 比例的调整，对于降低学龄前儿童的睡眠时长和体力活动时间则需要审慎对待。

表4 不同类型运动作息行为等时替代对外化行为问题的影响情况Table4 Impact of Isotemporal Alternatives to Externalizing Problem in Different Types of Movement Behavior

虽然，成分数据统计方法可以被简单的视为方法论问题，但它实际上导致了我们在一天中对儿童体力活动概念理解的根本改变。一个整体研究范式的打开，有利于探究全天不同身体行为所花费的时间的最佳分布，有利于进一步研制体力活动、静坐行为和睡眠的综合指南。本研究通过线性回归，将成分数据整体研究范式应用于健康与日常活动之间的关联研究，但更为深远的组合方法有赖于多数研究类型的分析与设计，如可以考虑将个体行为细分为躺、坐、站、走、跑等活动类型。此外，未来研究可以进一步提高运动作息行为评估的客观性与准确性，测评准确性的改进与成分数据分析相结合，可能会带来更深入系统的健康关联解析。

4 结 论

运动作息行为的时间分布与3～6岁儿童外化行为问题关联紧密，其中，SB 时间比发挥着关键作用。屏幕观看类SB 替代电子游戏类SB、安静学习类SB、SP和LPA 时，外化行为问题得分均显著上升（20 min 电子游戏类SB 除外）；安静学习类SB 替代其他类型身体行为时，外化行为问题得分均有所降低（20 min 电子游戏SB 除外）；电子游戏SB 类替代屏幕观看类SB时，外化行为问题得分均显著下降，而替代MVPA 时，外化行为问题得分均显著上升。未来教育者减少学龄前儿童外化行为问题时，需着眼于不同类型SB 比例的调整，审慎对待睡眠和体力活动时间的调整。其中，通过适度增加安静学习类SB，降低屏幕观看类SB和电子游戏类SB，以降低学龄前儿童的外化行为问题是当前最为切实可行的路径。