中国儿童24小时运动行为与执行功能的成分关联：一项基于成分数据分析的横断面研究

《Journal of Intelligence》：Associations Between 24-h Movement Behaviors and Executive Function in Chinese Children: A Cross-Sectional Study Based on Compositional Data Analysis

　　

执行功能（EF）——高阶认知控制过程（抑制控制、工作记忆、认知灵活性）——与一般认知能力相关但有区别。EF在儿童期快速发展，并对日常运动行为敏感；来自中国学龄儿童的成分证据稀缺。研究人员在441名6–8岁中国儿童（五个地区；252名男孩、189名女孩）中，检验24 h运动行为与EF的横断面关联——EF通过Stroop、Corsi积木敲击和Wisconsin卡片分类任务评估——并量化涉及中高强度身体活动（MVPA）的等时替代下EF的预期变化。腕戴式加速度计在7天内测量这些行为。成分等距对数比回归和15 min替代模型（调整性别、年龄、学校和人体测量学指标）显示，相对于其他行为，较高MVPA与较高正向回忆得分和较少持续性反应相关。每天从久坐行为（SB）、低强度身体活动（LPA）或睡眠（SLP）重新分配15 min至MVPA与更少持续性反应相关（B = ?0.60至?0.82；对按结局分层的多重比较校正稳健），并且在LPA和SLP配对中与较高正向回忆得分相关（B = 0.16–0.22；对校正不稳健）。MVPA是与执行功能关联最一致的运动行为成分；将时间从SB、LPA或SLP重新分配至MVPA可能与更少持续性反应相关。

研究背景与问题：儿童期执行功能（EF，指抑制控制、工作记忆和认知灵活性等高阶认知控制过程）与一般认知能力相关但有区别，发展迅速且对日常运动行为敏感，并可预测成年期健康、财富和公共安全。24 h运动行为由身体活动、久坐行为（SB）和睡眠（SLP）共同构成，三者时间分配相互制约。既往研究多聚焦单一行为尤其中高强度身体活动（MVPA），忽视SB和睡眠对MVPA健康效应的调节；2016年加拿大首个24 h运动行为指南推动研究从单一行为转向全天行为组合。方法上，24 h时间具有定和约束（1440 min），常规回归易受共线性和虚假相关影响；成分数据分析（CoDA，处理定和约束时间数据的框架）通过等距对数比（ilr）变换和等时替代模型可更合适地分析。已有学前儿童证据，但中国学龄儿童、尤其多维计算机化EF任务和0–60 min模型预期变化轨迹证据稀缺。因此，研究人员在五地区6–8岁儿童中检验24 h行为成分与EF关联及MVPA等时替代的预期变化。

研究开展与结论：441名儿童（252名男孩、189名女孩）完成腕戴加速度计7天测量和计算机EF任务；采用ilr成分回归和15 min替代模型，调整性别、年龄、学校、身高、体重。结果显示MVPA是与EF最一致相关的行为成分；每天从SB、LPA或SLP向MVPA重新分配15 min与更少持续性反应相关（B = ?0.60至?0.82），对按结局分层多重比较校正稳健；与正向回忆的关联不稳健。其意义是为中国学龄儿童24 h行为与EF提供局部成分证据，但横断面模型预期变化不能确立因果。

关键方法概述（≤250字）：分层整群抽取中国上海、长治、烟台、克拉玛依、南宁五地区各1所公立小学，2024年4—8月纳入一年级6–8岁儿童，最终441名（252男、189女）分析。腕戴ActiGraph GT3X+加速度计连续7天，GGIR包处理，按欧几里得范数减一（ENMO）切点划分SB、LPA、MVPA，GGIR算法识别SLP；Stroop、Corsi积木敲击和威斯康星卡片分类测验（WCST）测EF三维度；BMI = 体重（kg）/身高²（m²）。采用CoDA：ilr成分多元线性回归（学校固定效应，调整性别、年龄、身高、体重）、15 min等时替代及0–60 min轨迹模拟；敏感性分析含Benjamini–Hochberg校正、学校随机截距混合模型、排除极端记录、Huber稳健回归和性别交互。

研究结果：
3.1 24 h运动行为与执行功能基本特征：描述统计和性别比较显示，日均SB 556.28±66.63、LPA 275.13±44.60、MVPA 63.22±20.78、SLP 545.37±60.34 min；男孩MVPA和正向回忆高于女孩，其余无显著性别差异。
3.2 24 h运动行为的成分特征：几何均值/比例为SB 558.98 min（38.8%）、LPA 274.57 min（19.1%）、MVPA 60.35 min（4.2%）、SLP 546.11 min（37.9%）；变异矩阵中LPA–SB对数比方差最小（0.06），MVPA–SB、MVPA–SLP较大（0.18、0.19），MVPA–LPA为0.10，提示相对协变不意味实际可替代。
3.3 24 h运动行为与执行功能的成分线性回归：调整后，较高LPA与更高干扰错误分相关（B = 4.22）；较高MVPA与更高正向回忆（B = 0.96）和更少持续性反应（B = ?3.87）相关；SLP与时间干扰分正相关（B = 317.67）、与干扰错误分负相关（B = ?3.52）；SB与更少未能维持定势相关（B = ?0.59）。按结局分层BH校正后持续性反应仍显著，正向回忆不显著。
3.4 15 min等时替代与执行功能关联：MVPA替代SB与更少持续性反应相关（B = ?0.60），反向B = 0.79；MVPA替代LPA与更低干扰错误（B = ?0.41）、更高正向回忆（B = 0.22）和更少持续性反应（B = ?0.82）相关；MVPA替代SLP与更高正向回忆（B = 0.16）和更少持续性反应（B = ?0.68）相关；反向方向相应。校正后持续性反应稳健，正向回忆不稳健。
3.5 0–60 min MVPA重新分配时长的预期变化轨迹：以成分几何均值为锚点、5 min增量模拟，MVPA替代SB、LPA或SLP时持续性反应预期变化随替代时长累积，95%置信区间（CI）在0–60 min均排除0；正向回忆在LPA和SLP对累积，SB对超过15 min后CI含0；反向轨迹长时长不稳定（60 min时MVPA≈0.35 min/day，系边界外推，+14.8持续性反应约2.3 SD），仅正向和≤45 min可解释；时间干扰和完成分类趋势不显著。
3.6 敏感性分析：84项替代检验中21项名义显著；BH按结局分层后持续性反应6个MVPA相关对仍显著（校正p = 0.0197），干扰错误8项显著，正向回忆5项不显著（校正p = 0.0859）；学校随机截距混合模型方向一致（正向回忆组内相关系数（ICC）≈0.25、反向≈0.17）；排除2名极端记录后6个边缘组合变化但核心稳定；Huber稳健回归中SLP与时间干扰分正关联稳定、SB效应变负，提示SB估计受极值影响；性别×成分交互不显著，性别分层男显著女不显著但为事后分析。

讨论总结：作者围绕MVPA、LPA、睡眠、SB及优势局限展开。MVPA关联与Best et al.、Verburgh et al.、H. Wang et al.、J. Li et al.、Xue et al.等运动–认知证据总体一致，机制可能涉及脑源性神经营养因子（BDNF）、脑血流、神经可塑性和强度阈值，但未测机制，属基于文献的假设。LPA呈相反方向，作者以强度阈值解释，同时指出Singh et al.伞状综述显示低/中强度干预效应可能更大，故该解释仅为假设之一；LPA碎片化且可能挤占MVPA和高质量睡眠。SLP呈双重关联，作者联系Short et al.、Zahran et al.的倒U型睡眠–认知假说，但本研究未建模非线性；MVPA–SLP替代不应解释为鼓励减少睡眠。SB关联大多为零，作者与Kostyrka-Allchorne et al.、Fochesatto et al.、Aggio et al.等比较后指出，加速度计总SB混合不同情境，成分模型反映相对分配而非绝对总量。优势包括五地区、腕戴7天客观测量、CoDA处理定和约束、15 min替代和0–60 min轨迹、EF三维度；局限包括横断面不能因果、每地区仅1校且代表性有限、仅5个学校层聚类、反向长时长边界外推、腕戴测SB和睡眠误差、未区分SB类型/睡眠质量/情绪与神经机制。未来可结合CoDA与动态结构方程模型（DSEM）、重复测量、比较原始时长与成分变换、随机试验和纵向研究。

研究结论翻译：（1）MVPA是与执行功能关联最一致的运动行为成分：其与更少持续性反应的关联最稳健，而与更高正向回忆的关联未通过校正，应视为提示性。（2）在基于模型的横断面估计中，每天从SB、LPA或SLP重新分配15 min至MVPA与更少持续性反应相关。（3）这些有利的预期变化在具有实质可解释性的范围内随替代时长增加而逐步累积；超出该范围——尤其是超过30 min的反向轨迹，其接近零MVPA边界——的估计仅为完整性展示的边界外推。所有发现均为假设性重新分配下基于模型的预期变化，不能确立对所有执行功能领域的一般认知益处。