儿童青少年期体育运动参与对成年期心脏代谢风险的影响：心肺健康的中介作用探析

本文探讨了儿童青少年期体育运动参与（SP）与成年期代谢风险间的关联，并验证了成年期心肺健康（CRF）的中介作用。研究通过结构方程模型分析，发现SP可通过提升成年期最大摄氧量（VO2）间接降低代谢风险评分和胰岛素抵抗指数（HOMA-IR），同时中高强度体力活动（MVPA）对CRF有积极影响。结果为青少年体育健康促进策略提供了重要理论依据。

　　

1 引言

非传染性疾病（NCDs）是全球成人早逝的主要原因之一，已成为当今公共卫生领域的重大挑战。代谢风险因素如高血压、糖尿病、超重和肥胖，以及行为风险因素如吸烟和缺乏身体活动（PA），与NCDs的发生和死亡密切相关。全球约31%的人口身体活动不足，过去三十年中，因缺乏身体活动导致的疾病负担持续增加，约有83万人的死亡与此相关。

降低身体活动不足率可能是减少NCDs风险因素及公共医疗成本的有效策略。国际组织和健康研究者普遍将提高人群身体活动水平作为关键目标，特别是在年轻群体中，因为身体活动行为在人的一生中往往表现出中等程度的稳定性。

在各种身体活动形式中，体育运动参与（SP）日益受到关注。证据表明，儿童青少年期的SP与早期及成年期的健康风险因素存在关联。除了在不同人群和环境中验证青少年SP与终生健康风险因素之间的关系外，阐明这些关系的内在机制也至关重要。多种理论模型提出，身体活动可能对成人健康产生直接和间接的积极影响。研究表明，体育锻炼通过改善心血管风险因素对死亡率产生间接影响；同样，中高强度身体活动（MVPA）与肺功能的关系也由心肺健康（CRF）介导。

在这一背景下，研究强调了体质健康在这些关系中的关键作用，尤其是CRF作为潜在的中介变量。CRF似乎比习惯性身体活动更能强烈地预测长期健康结果。此外，从儿童期至青春期持续参与体育运动有助于在成年早期从事MVPA。青少年SP与成年期高血压呈负相关，且独立于MVPA；同时，它还与成年期体脂降低和C反应蛋白水平下降有关。

因此，有必要更深入地理解儿童青少年期SP与成年期代谢风险因素之间传统关联模型的建立机制，并检验潜在的其他分析模型。本研究旨在探讨儿童青少年期体育运动参与与成年期代谢风险状况之间的直接和间接关联，并检验这种关系是否由CRF或当前MVPA介导。

2 方法

2.1 样本与研究设计

本研究共纳入123名18-25岁的年轻人（61名男性）。这些参与者是2002年至2006年间在巴西巴拉那州隆德里纳市进行的一项混合纵向项目的成员。约15年后，他们被邀请参与本次研究。样本量的估算基于线性回归模型的应用，采用104 + n的预测变量方程单独检验每个预测变量。预测变量包括：童年SP、青春期SP、童年和青春期持续SP以及性别，表明大约需要110名男女参与者。

纳入标准为至少参与项目第一阶段1年。排除标准包括：未能提供血液样本以确定代谢风险变量；缺乏通过加速度计评估的成年期习惯性身体活动的有效数据；以及因身体或健康限制未能完成用于估算耗氧量（VO₂）的20米往返跑测试（5名参与者因此被排除）。

参与者被告知研究目的及将接受的程序，并签署了知情同意书。该研究经隆德里纳州立大学研究伦理委员会批准，符合国家卫生委员会关于涉及人类的研究的第466/2012号决议指南，批准意见号为1.340.735，于2015年11月27日签发。

2.2 人体测量

使用精度为0.5 kg的Balmak数字平台秤测量体重，使用精度为0.1 cm的Harpenden便携式测距仪测量身高。体重指数（BMI）的计算公式为体重/身高2（kg/m2）。此外，使用精度为1 mm的Cardiomed软尺测量腰围（WC）。

2.3 体脂

通过双能X线吸收测定法（DXA）评估体脂。使用 Lunar G.E. PRODIGY—LNR 41.990 设备进行全身扫描，估算相对体脂百分比（%BF）。所有参与者穿着轻便衣物，赤脚，不佩戴任何金属物品，以仰卧位保持静止约15-20分钟。设备校准遵循制造商建议，由经验丰富的技术人员进行操作。

2.4 心肺健康

作为CRF指标，参与者进行了20米往返跑测试。测试前，参与者被要求2小时内不使用药物、吸烟、进食或饮用酒精饮料，并在测试前24小时内避免任何体育锻炼。采用Léger和Gadoury提出的方程估算峰值耗氧量（VO₂，单位为毫升氧气/千克体重/分钟）：VO₂峰值 = ?24.4 + 6.0 ×（测试中达到的速度，单位km/h）。

2.5 血压

收缩压（SBP）和舒张压（DBP）的测量遵循第七版巴西高血压指南的建议。使用经成人验证的OMRON数字设备HEM-742评估静息血压。测量前，参与者被要求24小时内避免剧烈运动、饮用含酒精或咖啡因的饮料，并在测量前至少60分钟内不吸烟。测量当天，参与者需排空膀胱，坐在椅子上休息10分钟。测量三次，每次间隔五分钟，右臂佩戴袖带，手臂置于心脏水平，取平均值作为参考值。

2.6 血液变量

血液采集在专用房间进行，分析在隆德里纳大学医院的专业实验室完成，采用真空系统。采集无抗凝剂管（用于血清分离）和含氟化钠的葡萄糖测量管。血液样本在空腹12小时后采集，并于同一天进行实验室分析。采集的生物材料仅用于本研究所述分析，未用于遗传学研究，研究完成后按机构废物管理规定处置。

葡萄糖水平、血脂谱（总胆固醇、高密度脂蛋白（HDL）胆固醇、采用Friedewald方程计算低密度脂蛋白[LDL]（LDL = 总胆固醇—HDL + 甘油三酯/5）。极低密度脂蛋白（VLDL）通过甘油三酯（TG）值除以5计算（VLDL = TG/5）和TG）以及C反应蛋白使用生化自动分析仪（Dimension-Siemens）和西门子试剂盒测量。胰岛素水平采用AXSYN（ABBOTT）设备通过酶免疫分析法测定。稳态模型评估的胰岛素抵抗（HOMA-IR）计算公式为：HOMA-IR = 空腹血糖（mmol/L）× 空腹胰岛素（IU/mL）/22.5。

2.7 成年期代谢风险状况

代谢风险状况分析考虑的变量包括：BMI、WC、%BF、SBP、DBP、VO₂、葡萄糖、总胆固醇、HDL胆固醇、LDL胆固醇、甘油三酯、胰岛素、C反应蛋白和胰岛素抵抗指标HOMA-IR。此外，计算了样本的独特代谢风险评分（成人代谢风险评分）。首先计算每个变量的z值（个体值—组平均值/组标准差），总代谢风险评分为以下变量z值之和：甘油三酯、HDL胆固醇（乘以-1）、SBP和DBP的平均值、WC和HOMA-IR。

2.8 儿童青少年期体育运动参与

儿童青少年期SP信息通过回顾性工具获取。童年期定义为7-10岁，青春期定义为11-17岁。询问两个问题：（1）“在校外，您在7至10岁时是否参加过至少1年有组织、有监督的体育活动？”（2）“在校外，您在11至17岁时是否参加过至少1年有组织、有监督的体育活动？”根据回答，变量分别分析每个阶段：童年SP：（a）是 和 （b）否；青春期SP：（a）是 和 （b）否。此外，回答可反映整个青少年阶段的SP，分为二分类变量“童年和青春期持续SP”：（a）两者：如果参与者两个问题均回答“是”，（b）否：如果参与者任何一个或两个问题回答“否”。

2.9 成年期习惯性身体活动

使用加速度计客观评估参与者的习惯性PA。采用ActiGraph（ActiGraph, Pensacola, FL）模型wGT3X-BT加速度计，置于身体右侧髂嵴附近，用可调节弹性带固定。设备连续使用7天，仅在睡眠、沐浴和水上活动时取下。加速度计初始化频率选为30 Hz以记录信息。使用ActiLife软件版本6.13.3进行数据处理。

数据有效标准为：参与者每天使用加速度计至少480分钟，且至少4个完整天数，包括至少一个有效的周末日。非使用期定义为至少60分钟连续计数为零的间隔，允许1-2分钟计数在1-100之间。

基于加速度计矢量幅度确定不同PA强度的切点：中度PA：2690至6166计数/分钟，剧烈PA：6167至9642计数/分钟。数据按每分钟计数重新整合。为识别达到MVPA推荐水平的成人 prevalence，采用最新提议的建议。为实现分析目的，将达到每周至少150-300分钟中度强度PA或中等和剧烈强度活动等效组合的参与者视为达标。

2.10 统计分析

采用Kolmogorov–Smirnov检验评估数据分布。使用均值和标准差进行描述性统计，采用独立样本t检验进行性别比较。对于患病率变量，使用频率百分比描述，采用卡方检验进行性别比较。

采用广义估计方程（GEE）比较根据儿童青少年期体育运动参与情况的描述性特征和代谢谱变量。GEE分析假设变量服从Gamma分布，所有比较均控制性别。

应用结构方程模型估计儿童期、青春期及两时期SP与成年期心脏代谢风险评分之间的关联（路径），以及包含潜在变量（成人MVPA和VO₂）作为可能中介的间接路径。采用最大似然估计法。结果以回归系数（β）和相关系数（r）呈现。采用卡方检验（X2）评估模型的拟合优度，并考虑样本量。数据使用SPSS处理，结构方程模型使用AMOS计算包进行。所有分析显著性水平设定为p < 0.05。

3 结果

样本的描述性特征如表1所示。男性的体重、身高和BMI值均高于女性。童年期SP的 prevalence 男性高于女性（90% vs. 73%；p = 0.012），而青春期SP的性别差异不显著。关于成年期MVPA推荐，超过60%的样本未达到每周150-300分钟中度强度PA的最低推荐，性别间无显著差异。

通过GEE建立的根据儿童青少年期体育运动参与情况的描述性特征和代谢谱变量比较如表2所示。在童年期，报告参与体育运动的参与者年龄更小（p = 0.010），代谢风险谱方面，他们体脂百分比更低（p = 0.001），心肺健康指标更高（p < 0.001）。此外，在分析青春期SP时，唯一具有统计学意义的差异是VO₂（p < 0.001），该阶段参与体育运动的组别再次显示出更高的值。

通过结构方程模型分析儿童期、青春期及两时期SP与成年期代谢风险之间关联的结果如图2和图3所示。实线代表显著关联，虚线表示无关联。测试的模型显示，儿童期SP（β = ?0.124）[图2A]、青春期SP（β = ?0.133）[图2B]及两时期SP（β = ?0.127）[图2C]与代谢风险评分呈间接负相关，由成人VO₂介导。这一间接路径分别解释了儿童期SP与心脏代谢风险评分关系总变异的17%、20%和18%。此外，无论儿童青少年期SP如何，成年期MVPA均与VO₂呈正相关，而VO₂又降低了该生命阶段的代谢风险。

HOMA-IR指数也观察到相同模式，儿童期SP（β = ?0.067）[图3A]、青春期SP（β = ?0.066）[图3B]及两时期SP（β = ?0.067）[图3C]与HOMA-IR呈间接关联，由VO₂介导，VO₂与成年期HOMA-IR呈负相关。这一间接路径解释了42%至44%的方差。此外，成年期MVPA与当前VO₂呈正相关。

4 讨论

本研究的主要结果表明，儿童期、青春期及两时期的SP与成年期代谢风险状况呈间接关联。儿童青少年期SP部分由成年期VO₂介导，而VO₂又在所有分析模型中与成年期MVPA相互作用。此外，VO₂与成年期代谢风险评分和HOMA-IR均直接相关。值得注意的是，儿童期SP导致成年期更好的体脂和VO₂指标，而青春期SP则显示出更高的VO₂值，且与性别无关。

基于强调成人PA和体质健康在青少年PA与成年健康状况关系中作用的理论模型，本研究旨在验证可能存在间接关系（由成人变量MVPA和VO₂介导）以及青少年PA与成年期代谢风险状况直接关系的假设。主要发现支持间接关系的假设，表明儿童青少年期SP与成年期代谢结果间接相关，因为VO₂介导了这些关系，且当前MVPA对成年期VO₂有积极贡献。

儿童期PA与成年健康之间的直接关联为低至中度，这部分印证了我们的结果，即PA与代谢风险之间的直接关系不显著。Malina强调，维持成年期CRF是从早期PA实践中获得健康益处的主要中介之一，并指出需考虑影响成人体质健康和健康状况的其他行为，如规律PA。本研究观察到了这些事实，因为成年期VO₂与代谢风险呈负相关，且MVPA对成年期VO₂有积极贡献。

成人PA在健康中的作用在Paffenbarger等人开展的开创性研究中得到强调，该研究表明，提高PA强度可降低不同年龄组的全因死亡率。在此意义上，儿童青少年期参与体育运动，即使与成年期健康风险因素无直接关联，也被证明是提高VO₂水平和成年期PA的重要策略，特别是中高强度活动。这一结果强化了这样一种观点：在整个生命过程中，PA对于最大化健康益处至关重要，特别是那些与成年期心血管风险因素相关的益处。此外，促进和维持青少年PA可改善成年期CRF，这些是健康促进的关键要素。

因此，应鼓励年轻人参与体育运动，因为这可能确保他们比未参与体育运动者更多地从事中高强度活动。证据还表明，较高强度的PA是预防心血管事件的保护因素，并有助于改善成年期健康风险指标，包括降低腰围、改善葡萄糖调节和降低炎症细胞因子水平，以及降低死亡风险。

因此，基于本研究结果，可构建理论推理以解释SP特有的间接关系。最初，儿童青少年期SP可能与更高水平的MVPA和更好的CRF指标相关，即使在该生命阶段也是如此。对儿童青少年而言，MVPA水平与多种健康益处之间存在剂量-反应关系，这构成了当前国际建议的基础。因此， significant 的健康益处可在儿童青少年期实现，与传统关联模型中提出的第一条路径（青少年SP/青少年健康）一致。

遵循前述理论框架，显然，生命早期采用的身体活动相关行为——包括SP作为其关键领域之一——可合理地维持到成年期。本研究通过观察到的青少年SP与成人MVPA之间的关联确定了这一关系，该关系也得到了若干先前发表研究的证实。这一发现说明了间接关联模型中提出的第二条路径（青少年SP/成人PA）。

最后，在本研究中，青少年SP和成人MVPA均与成年期VO₂相关，这一发现在文献中也得到支持，尽管在成年期更为一致。与其他体质健康组分和PA本身相比，CRF与健康风险因素、心血管疾病发病率和全因死亡率的相关性更强。这可能部分解释了VO₂在本研究测试的关系模型中显著的中介作用。

所有涉及成年期MVPA和VO₂的这些有利条件可能有助于维持报告参与体育运动者的较低体脂水平，正如本研究的比较所确定的。因此，本研究有助于识别在儿童青少年期参与体育运动的成人组中更好的代谢风险评分和HOMA。因此，这些发现支持理论推理的结论，证实了通过间接关联模型中第二条路径建立的间接关系假设。

本研究旨在阐明特定类型的PA（以儿童青少年期SP为代表）与成年期健康风险因素之间的关联如何建立。这是基于文献中经典关系模型提出的假设，并考虑了两个生命阶段。成年期PA的客观评估也被视为该关联中的中介变量，与主观方法相比确保了更可靠的结果。然而，应考虑一些局限性，例如缺乏儿童青少年期习惯性身体活动数据，这可能会揭示间接关联发生的可能性，表明SP对从儿童青少年期到成年期PA水平维持的影响。尽管SP是回顾性评估，但体育与其他活动相比在回忆方面具有优势。

5 结论

结论认为，儿童青少年期SP与成年期代谢风险呈间接负相关，且这种关系由当前CRF介导。此外，当前MVPA是与成年期较高CRF水平相关的重要因素。