课后体育活动的益处：对儿童身体健康与认知功能的全球性分析

《Exercise, Sport, and Movement》：Benefits of After-School Sports: A Global Analysis of Pediatric Physical Health and Cognitive Function

　　引言
本研究旨在探讨在 socioeconomic及人口统计因素匹配的样本中，课后体育活动与身体锻炼对大脑健康的影响。

方法
数据来源于儿童心理研究所的“健康大脑网络”研究项目。参与者需完成四天的实验室评估，以收集有关青少年心理健康、认知健康及身体健康的多项数据。研究纳入了6–16岁的儿童，并根据他们课余时间参与体育活动的情况将其分组。针对学业成绩、认知功能、心理健康以及身体健康（包括体能、身体成分、身体锻炼频率、肌肉力量和柔韧性）等指标，采用了独立样本t检验（体育组n=391，非体育组n=391，平均年龄9.41±2.38岁）。各组在年龄、性别、种族、民族、青春期发育状况、社会经济地位及智商方面均进行了匹配。

结果
在执行功能方面，体育组儿童的得分显著高于非体育组（51.38%±28.94% vs 45.24%±28.10%，P=0.03）；在处理速度方面也是如此（50.83%±27.80% vs 46.13%±27.48%，P=0.02）。在注意力缺陷/多动障碍症状方面，体育组为0.21±0.97，非体育组为0.37±0.97，P=0.02；注意力问题方面，体育组为59.71±8.78，非体育组为61.49±9.28，P=0.006。在社会意识能力方面，体育组为56.52±10.78，非体育组为53.69±9.95，P=0.01；语言理解能力方面，体育组为64.07%±27.66%，非体育组为59.80%±28.44%，P=0.03。此外，参与体育活动的儿童在身体健康指标上也表现更好，如每日能量消耗（体育组1950.15±476.09卡路里，非体育组1800.84±469.22卡路里，P=0.04）、身体锻炼频率（体育组2.81±0.79次/天，非体育组2.59±0.74次/天，P=0.002）、标准化体能评分（体育组0.16±1.05，非体育组-0.08±1.04，P=0.02）、静息心率（体育组79.26±12.16次/分钟，非体育组81.36±12.94次/分钟，P=0.02）、躯干提升动作的肌肉力量（体育组9.40±2.77英寸，非体育组8.91±2.82英寸，P=0.01）以及坐位体前屈的柔韧性（体育组9.33±2.93英寸，非体育组8.74±3.15英寸，P=0.007）。

结论
在控制了年龄、性别、种族/民族、青春期发育状况、智商及社会经济地位等重要人口统计因素后，参与课后体育活动的儿童在多项身体、认知及心理健康指标上的表现均优于未参与的同龄人。

引言
《美国身体活动指南》建议，学龄儿童和青少年（6–17岁）每天应进行至少60分钟的中等至高强度身体活动。定期进行身体锻炼对儿童的健康益处十分显著，有助于改善身体成分、心血管功能以及运动技能的发展与协调性。更重要的是，童年时期的规律身体锻炼还能通过促进认知发展、提升学业成绩及改善心理健康来有益于大脑健康。在2019年新冠病毒疫情导致儿童因远程学习而学业表现下降的情况下，身体锻炼对大脑健康的积极影响显得尤为重要。截至2024年，尽管取得了一些进展，但疫情期间扩大的学龄儿童学业成绩差距仍未得到缓解。随着学业成绩的下降以及与缺乏运动相关的健康问题（如儿童肥胖）的增加，身体锻炼成为改善儿童整体健康状况的重要手段。

尽管童年时期进行身体锻炼的好处显而易见，但2019年的青少年风险行为调查数据显示，截至该年度，只有23.2%的美国高中生达到了每日身体锻炼的建议标准，仅有25.9%的高中生每天上体育课。有趣的是，有更高比例的学生表示会通过参加至少一支运动队来在课余时间进行某种形式的身体锻炼（57.4%）。男性学生中，有30.9%的人每天进行至少60分钟的身体锻炼，而女性学生这一比例为15.4%。此外，白人学生更有可能达到身体锻炼建议标准（25.6%），而黑人学生为21.1%，西班牙裔学生为20.9%。在课后体育活动参与率方面，男性（60.2%）的参与率也高于女性（54.6%）；白人学生（62.0%）的参与率则高于黑人学生（56.1%）和西班牙裔学生（51.6%）。值得注意的是，自2011年以来，所有青少年身体锻炼的参与率都在持续下降，这表明有必要加强推动身体锻炼、提高其可及性并促进更多人参与的措施。

课后体育活动为儿童提供了另一种满足身体锻炼建议标准的机会。除了有助于健康成长外，课后体育活动还被认为能够提升领导能力、亲社会行为、自信心、团队合作精神、抗压能力以及未来职业发展的成功率。然而，能否参与课后体育活动取决于多种家庭及人口统计因素，这使得许多儿童无法参与。尤其是来自中等及以上社会经济背景的家庭，他们的孩子往往更常参加各种体育俱乐部和组织的活动来锻炼身体，而来自较低社会经济地位家庭的孩子则更多通过非结构化的活动，如与同伴的自由玩耍来锻炼身体。此外，来自较低社会经济地位地区的儿童由于缺乏机会、安全顾虑及经济原因，整体上参与身体锻炼的频率更低。而且，来自较低社会经济地位家庭的儿童更可能在上学期间进行身体锻炼，而非课余时间。在学校之外，公园和游乐场通常免费开放，对于促进所有背景的儿童积极参与体育活动具有重要意义。不过，不同社会经济背景家庭之间的身体锻炼差距依然存在。校内身体锻炼机会，如课间休息和体育课，已被证明可以通过标准化测试结果改善课堂表现，且不受家庭背景的影响。然而，自2007年《不让一个孩子掉队法案》实施以来，学校的体育课时间一直在逐步减少，学校更倾向于将时间用于阅读和数学教学，而非艺术、体育课和课间休息等非核心科目。大量研究表明，那些进行更多中等至高强度身体锻炼且心肺功能较好的儿童，其认知能力和学业成绩也会更好，因此增加体育课时间有望提升儿童的学业表现。尽管已有大量研究证实，总体上的身体锻炼对儿童的学业成绩、认知健康及心理社会状况有积极影响，但针对课后体育活动对儿童学业成绩、认知功能及心理健康影响的控制性研究却相对较少。

本研究旨在探讨纽约州儿童和青少年参与课后体育活动与身体锻炼对其学业成绩、认知能力及心理社会状况的影响，比较对象为未参与此类活动的匹配样本儿童。纽约州的儿童平均每周通过课间休息和体育课进行120分钟的身体锻炼，相当于每周7天每天17.14分钟的锻炼时间，这一数值未达到为学龄儿童带来最佳健康效益所需的每天60分钟的标准。许多儿童通过家庭休闲时间或课后体育娱乐活动来获得额外的身体锻炼机会。然而，并非所有家庭都能拥有公平且易于获取的资源、设施及环境来支持孩子课余时间的身体锻炼。本研究的一个创新之处在于，我们选择了在年龄、性别、种族、民族、青春期发育状况、家庭收入及智商等方面具有相似特征的神经典型发育儿童作为研究样本，以此减少社会、种族和经济偏见的影响，从而更准确地识别出体育活动参与本身的作用。我们的假设是，那些在课后体育活动中获得更多锻炼机会的儿童，在认知功能任务和学业成绩方面表现会更佳，心理健康和情绪评估结果也会更积极，同时身体健康状况也会更好。

方法
参与者
本研究的数据来源于儿童心理研究所正在进行的“健康大脑网络”开放性研究项目，总样本量为4790人。该研究旨在建立并共享一个包含5–21岁纽约地区青少年的生物样本库，以涵盖发育性心理疾病中的各种差异和障碍类型。参与者是通过健康与社区展览、印刷广告、数字营销、电子邮件宣传、网站广告、社交媒体以及社区名单等方式在纽约境内招募的。切萨皮克学院机构审查委员会已批准这项研究。参与者及其法定监护人需通过电话访谈接受严格的筛选，以确定是否符合研究条件。筛选过程中会收集有关潜在参与者精神病史和医疗史的信息。除少数例外情况外，精神疾病、医学疾病或神经系统疾病的诊断或症状并不会成为参与者被排除的理由。对于18岁及以上的参与者，需在其知情同意书上签字；对于18岁以下的参与者，则需由其法定监护人签署同意书，同时还需获得参与者本人的书面同意。

最初研究的纳入标准为5–21岁的男性或女性，且英语水平良好。排除标准包括：(i)中度至重度认知障碍（即智商低于66）；(ii)由脑损伤或疾病引起的急性脑病；(iii)已知的有退行性病变的疾病；(iv)听力或视力障碍，导致无法完成与研究相关的任务；(v)过去6个月内被诊断出患有未接受治疗的 schizophrenia、分裂情感性障碍或双相情感障碍；(vi)有急性躁狂或精神病发作史，且目前未接受治疗；(vii)过去3个月内有过自杀或杀人倾向，且目前未接受治疗；(viii)有需要化学替代疗法的物质依赖史；(ix)在任何研究访问时处于急性醉酒状态。除少数例外情况外，根据儿童心理研究所的研究目标，精神疾病、医学疾病或神经系统疾病并不构成参与者被排除的理由。对于正在服用兴奋剂的参与者，要求他们在参与研究的几天内停止服药，因为已知兴奋剂会影响认知和行为测试的结果。所有参与者在参与研究当天所服用的药物都会被记录下来。

在所有参与者中，有1071人被认定为神经典型发育者，即没有语言、发育或心理健康方面的问题，这些人被纳入了本研究的分析范围。其中，有391名儿童参与了课后体育活动，另外680名儿童则没有参与。从这些儿童中，391名未参与课后体育活动的儿童与391名参与体育活动的儿童进行了匹配，匹配时考虑了年龄、性别、种族、民族、青春期发育状况、家庭收入及智商等因素，匹配工作是通过R语言中的matchit函数完成的（R语言由奥地利维也纳的R统计计算基金会开发），最终样本量为782人。

流程
在横断面数据收集过程中，参与者共参加了四次会议，每次会议大约持续3小时。第一次访问时，需要获得儿童的书面同意以及家长的同意，同时还会进行一系列问卷调查、临床预访谈以及认知功能评估。第二次访问时，儿童需要接受磁共振成像扫描。第三次访问时，儿童需要完成美国国立卫生研究院提供的认知功能测试，之后再进行各项体能测量。最后一次访问时，则需要收集脑电图数据。在本研究中，磁共振成像和脑电图数据未被纳入分析。所有的测试工作都由受过专业培训的临床研究助理负责实施。

材料
为获取表型数据，首席研究员N.E.L.与罗德岛大学签署了数据使用协议。表型数据是通过一种名为“纵向在线研究与成像系统”的网络数据库获取的，这是一种用于神经影像学研究的网页式数据管理工具。该系统可用于收集性别、年龄及惯用手等人口统计信息。所有测试均由持证临床医生亲自或在其监督下进行。所有的问卷都经过了有效性检查。Alexander等人已经详细描述了用于儿童心理健康和学习障碍研究的开放资源。在适当的情况下，我们还描述了其他相关材料。

**社会人口学特征**
参与者的社会人口学信息包括年龄、性别、方案完成情况、青春期发育状况（彼得森青春期量表：男性和女性的结果分别从青春期前到青春期后划分）、睡眠质量（睡眠障碍量表）、社会经济地位（经济支持问卷），以及父母就业状况和教育水平（巴雷特量表）(22)。

**身体健康评估**
体重指数与身体成分
记录了每个儿童的身高和体重，并计算出体重指数（BMI；kg·m?2）。BMI百分位数是通过美国疾病控制与预防中心为同年龄、同性别的儿童和青少年设计的百分位数计算器得出的。本分析中使用了这些BMI百分位数。此外还通过RJL Systems Quantum III BIA系统（位于密歇根州克林顿镇）测定生物电阻抗，从而计算出瘦体重、脂肪量、骨骼肌量、骨矿物质含量、基础代谢率、每日能量消耗和腰围等身体成分指标。同时还测定了静息心率（HR；次/分钟）和血压（收缩压、舒张压；毫米汞柱）。

**有氧能力与肌肉力量**
12岁及以下的儿童参加了改良版的FitnessGram跑步机耐力测试，测试结果以用时（分钟、秒）和达到的最高阶段来表示(23)。12岁及以上的儿童则完成了分级有氧能力测试。这两种跑步机测试均遵循国家健康与营养调查局的次最大强度两阶段测试方案(24)，该方案通过包含年龄、体重、身高、性别以及体力活动准备度等参数的公式来估算预测的最大摄氧量（V?O2max）（mL·kg?1·min?1）：
预测V?O2max=56.363+1.921×PAR?0.381×年龄?0.754×BMI+10.987×性别
根据每位儿童计算出的预测V?O2max值，再将其分配到八种不同的跑步机测试方案中，这些方案规定了热身阶段（2分钟）、第一阶段和第二阶段（各3分钟）的跑步机速度、倾斜度和持续时间(24)。选择这些阶段的目的是使V?O2分别达到最大值的45%（热身阶段）、55%（第一阶段）和75%（第二阶段）。每个阶段的V?O2估算值结合心率数据，用于最终估算每位儿童的V?O2max值。阶段的速度和倾斜度选择对NHANES的体能计算至关重要，因为该方案假设：(i)在逐步增加运动强度的过程中，V?O2与心率呈线性关系；(ii)当V?O2按体重标准化后，心率与V?O2之间的关系与体型无关；(iii)最大心率能够被准确估算(24)。需要指出的是，NHANES方案仅适用于青少年，不适用于儿童；因此，对于参加改良版FitnessGram跑步机测试的儿童（12岁及以下；跑步机上的总时长）以及参加次最大强度跑步机测试的儿童（12岁及以上；mL·kg?1·min?1），我们分别计算了z分数，以便为整个样本提供一个统一的体能衡量标准。

参与者还接受了FitnessGram测试中的各项肌肉力量评估，包括俯卧撑（上肢肌肉力量与耐力；以次数计）、卷腹（腹部肌肉力量与耐力；以次数计）、躯干抬起（躯干伸展力量、柔韧性和耐力；以英寸计）、坐位体前屈（柔韧性；以英寸计）以及握力测试（前臂肌肉力量；以千克计），以此衡量他们的肌肉力量状况。

**体力活动问卷**
我们使用了针对较大儿童的体力活动问卷（PAQ-C）和针对青少年的体力活动问卷（PAQ-A），来评估儿童在过去7天内的体力活动情况。这些问卷会询问儿童在闲暇时间、课后体育活动、晚上或周末的体力活动类型和频率，以及体育课上的活动频率、课间休息时的活动和午餐时间的活动情况。为了得出总体PAQ得分，定量问题会按照1到5的分值进行评分，然后计算平均值。得分1表示体力活动水平较低，而得分5则表示体力活动水平较高。数据被编码为1=体力活动非常少，2=体力活动较少，3=体力活动适中，4=体力活动较多，5=体力活动非常多。此外，这些问卷还包含定性问题，用于了解儿童在课外时间参与的体育活动及相关体力活动情况，例如“闲暇时间里的体力活动：在过去7天里，你是否做过以下任何活动？如果做过，一共做了多少次？”PAQ中列出的可能活动包括跳绳、划船、独木舟运动、直排轮滑、捉人游戏、步行锻炼、骑自行车、慢跑或跑步、有氧运动、游泳、棒球、垒球、舞蹈、橄榄球、羽毛球、滑板运动、足球、街头曲棍球、排球、室内曲棍球、篮球、滑冰、越野滑雪以及冰球/环形冰球运动。PAQ还允许参与者填写清单上未列出的其他活动，比如舞蹈、瑜伽或武术等。8至14岁的儿童填写PAQ-C，而14至21岁的儿童则填写稍作修改的PAQ-C版本，即去掉了“课间休息”相关问题后的PAQ-A(25)。此前研究显示，PAQ-C的重复测试信度类间相关系数为0.96，内部一致性程度为中等（α = 0.76）(26)；而PAQ-A的类间相关系数为0.97，内部一致性程度很高（α = 0.93）(27)。在本研究中，我们计算了PAQ-A与PAQ-C之间的类间相关系数。

**心理健康评估**
儿童的问题行为通过儿童行为检查表（CBCL）和正常行为优势与劣势评估量表（SWAN）进行评估(28,29)。注意力缺陷/多动障碍（ADHD）则通过康纳斯ADHD评定量表进行评估(30)。与焦虑相关的儿童疾病（包括一般性焦虑、社交焦虑、恐慌焦虑等）则通过儿童焦虑相关情绪障碍筛查量表（SCARED）进行评估(31)。此外，还评估了儿童不良童年经历量表（ACES）、儿童整体功能评估量表（CGAS）、一般自我效能感量表（GSES）以及反映儿童社交能力、服从性和自主性的积极行为量表（PBS），以此确定心理健康方面的积极和消极因素(32–35)。对于那些反映非典型经历、行为结果或神经发育过程的评估项目（如CBCL、SWAN、ADHD、SCARED、ACES），较低的得分通常被视为更理想的结果；而对于反映积极结果的评估项目（如CGAS、GSES、PBS），较高的得分则更符合理想状态。

**认知功能与学业成绩评估**
我们采用了NIH Toolbox认知评估工具和韦氏儿童智力量表第五版（WISC-V），通过一系列多维度指标来评估认知功能，包括注意力、执行功能、工作记忆和处理速度等(36,37)。为了评估儿童在阅读、数学、拼写、听力以及语言方面的学业表现，则使用了韦氏个体成就测验（WIAT）。这些测试结果会经过年龄校正，转换为百分位数以便进一步分析。

**统计分析**
最终纳入研究的参与者样本量为782人，这些参与者在年龄、性别、种族、民族、青春期发育状况、家庭收入以及智商方面均进行了匹配，从而分为两组：一组为报告至少参加过一项课后体育活动的参与者（体育组；n = 391人），另一组为报告没有参加过任何课后体育活动的参与者（非体育组；n = 391人）。我们通过独立样本t检验分析了体育组与非体育组在身体健康和大脑健康方面的差异，只有那些具有显著差异的身体健康和大脑健康指标才会被纳入进一步解读。随后，我们还进行了皮尔逊积差相关分析，作为补充数据分析，研究了认知功能结果、学业成绩结果、心理健康结果以及所有身体健康指标之间的关联。由于需要对因变量进行多次比较，因此采用了邦费罗尼校正后的P值。我们还使用G*Power软件（版本3.1.9.6；德国杜塞尔多夫海因里希-海涅大学）进行了事后敏感性分析，以确定最小的有效效应大小。考虑到样本量（n = 782）、显著性水平α = 0.05、双尾检验以及0.8的检验功效，相关分析的最小有效效应大小被确定为0.09，而独立样本t检验的最小有效效应大小则为0.20。

**研究结果**
最终纳入研究的参与者样本量为782人，其平均年龄为9.410 ± 2.381岁（范围：6至18岁），其中290人为女性，占比37.08%。这些参与者在年龄、性别、种族、民族、青春期发育状况、家庭收入以及智商方面均进行了匹配，进而分为两组：一组为报告至少参加过一项课后体育活动的参与者（n = 391人，其中女性占比18.29%），另一组为报告没有参加过任何课后体育活动的参与者（n = 391人，其中女性占比18.80%）。在体育组中，我们还了解了他们在过去7天内的活动频率：有56名儿童每周参加1至2次与体育相关的活动，126名儿童每周参加3至4次，20名儿童每周参加7次及以上；还有133名儿童未报告其活动频率。该样本的平均家庭收入在90,000美元至99,999美元之间（范围：超过10,000美元至150,000美元甚至更高），而且这些儿童的父母普遍拥有大学学历（教育程度范围：低于七年级水平到研究生学历不等）。整个样本以及各组的完整人口统计数据可见表1。体育组儿童课后体力活动的情况则详见表2。

**表1** 整个样本及各组正常发育儿童的样本量与人口统计特征
| 维度 | 体育组 | 非体育组 | 样本量 |
|------------|--------|----------|--------|
| 总样本量 | 1071 | 1391 | 680 |
| 经过匹配后的样本量 | 782 | 391 | 391 |
| 性别 | | | |
| 男性 | 492 | 248 | 492 |
| 女性 | 290 | 143 | 290 |
| 民族 | | | |
| 西班牙裔 | 149 | 736 | 885 |
| 非西班牙裔 | 554 | 276 | 830 |
| 不明 | 79 | 422 | 501 |
| 种族 | | | |
| 白种人/高加索人 | 439 | 213 | 652 |
| 黑人/非裔美国人 | 96 | 494 | 590 |
| 西班牙裔 | 56 | 292 | 348 |
| 亚裔 | 23 | 112 | 135 |
| 印第安人 | 53 | 2 | 55 |
| 美国印第安人/阿拉斯加原住民 | 0 | 0 | 0 |
| 夏威夷原住民/其他太平洋岛民 | 0 | 0 | 0 |
| 两个及以上种族 | 116 | 575 | 691 |
| 其他种族 | 54 | 1 | 55 |
| 不明 | 42 | 251 | 293 |
| BMI百分位数 | | | |
| 体重过轻 | 26 | 161 | 187 |
| 正常体重 | 552 | 275 | 827 |
| 超重 | 109 | 585 | 694 |
| 肥胖 | 95 | 425 | 520 |
| BMI为体重指数 | | | |

**表2** 体育组所参与的体育活动种类及数量
| 维度 | 数值 |
|--------------------|------------------|
| 参与体育活动的总人数 | 391 |
| 参与1种体育活动的人数 | 66 |
| 参与2种体育活动的人数 | 72 |
| 参与3种及以上体育活动的人数 | 253 |
| 体育活动类型 | |
| 慢跑或跑步 | 209 |
| 步行锻炼 | 168 |
| 捉人游戏 | 163 |
| 篮球 | 123 |
| 跳绳 | 119 |
| 足球 | 109 |
| 舞蹈 | 102 |
| 游泳 | 83 |
| 武术 | 82 |
| 骑自行车 | 79 |
| 橄榄球 | 73 |
| 有氧运动 | 54 |
| 棒球或垒球 | 50 |
| 排球 | 37 |
| 滑板运动 | 36 |
| 滑冰 | 32 |
| 直排轮滑 | 25 |
| 室内曲棍球 | 15 |
| 冰球 | 13 |
| 街头曲棍球 | 13 |
| 划船/独木舟运动 | 13 |
| 羽毛球 | 12 |
| 越野滑雪 | 12 |
| 瑜伽 | 7 |

在年龄、青春期发育状况、睡眠障碍以及智商等人口统计因素方面，两组之间不存在显著差异：年龄方面，体育组为9.38 ± 2.25岁，非体育组为9.43 ± 2.50岁；t(771.13) = 0.32，P = 0.74；青春期发育状况方面，体育组为2.79 ± 2.19岁，非体育组为2.70 ± 1.96岁；t(770) = 0.60，P = 0.55；睡眠障碍方面，体育组为16.94 ± 9.33分，非体育组为15.81 ± 8.62分；t(765) = ?0.07，P = 0.95；智商方面，体育组为59.78 ± 27.84分，非体育组为58.71 ± 28.63分；t(780) = ?0.53，P = 0.60。在父母的社会经济地位相关指标方面，也不存在显著组间差异：职业声望方面，体育组为53.52 ± 18.78分，非体育组为53.80 ± 20.93分；t(769) = ?1.00，P = 0.32；教育程度方面，体育组为7.06 ± 1.75分，非体育组为6.93 ± 2.01分；t(748.06) = ?1.50，P = 0.13；家庭收入方面，体育组为6.52 ± 3.30分，非体育组为6.54 ± 3.32分；t(765) = 0.59，P = 0.56。

**身体健康**
**体重指数与身体成分**
独立样本t检验显示，两组在每日能量消耗方面存在显著差异：体育组为1950.15 ± 476.09卡路里，非体育组为1800.84 ± 469.22卡路里；t(780) = ?2.05，P = 0.04，具体结果见图1。而在BMI百分位数、脂肪量、瘦体重、骨骼肌量、骨矿物质含量、基础代谢率以及腰围等方面，两组之间则不存在显著差异。

**图1** 身体健康指标的组间差异对比（星号表示差异显著；P > 0.05）。(a)通过生物电阻抗法测定的每日能量消耗数值（单位：卡路里；能量消耗越高，健康状况通常越好）。(b)静息心率（单位：次/分钟；静息心率越低，健康状况通常越好），以及有氧能力测试得出的标准化健身分数（健身分数越高，健康状况通常越好）。(c)体力活动问卷中自我报告的体力活动量（PAQ分数越高，健康状况通常越好）。(d)FitnessGram测试所得的肌肉力量指标（躯干抬起距离，单位：英寸）和柔韧性指标（坐位体前屈距离，单位：英寸）。柔韧性越好，两项测试的测量值就越大。非体育组以深灰色显示，体育组以浅灰色显示，同时附有标准误差条。

**有氧能力与肌肉力量**
独立样本t检验显示，两组在静息心率方面存在显著差异：体育组为79.26 ± 12.16次/分钟，非体育组为81.36 ± 12.94次/分钟；t(774) = 2.33，P = 0.02，具体结果见图1。而在收缩压和舒张压方面，两组之间则不存在显著差异。通过FitnessGram测试，我们发现两组在躯干抬起能力方面存在显著差异：体育组为9.40 ± 2.77英寸，非体育组为8.91 ± 2.82英寸；t(780) = ?2.44，P = 0.01。在坐位体前屈能力方面，体育组为9.33 ± 2.93英寸，非体育组为8.74 ± 3.15英寸；t(779) = ?2.71，P = 0.007，具体结果见图1。而卷腹、俯卧撑以及握力测试的结果则显示两组之间没有显著差异。

**体力活动**
独立样本t检验显示，两组在体力活动问卷中自我报告的体力活动量方面存在显著差异：体育组为2.81 ± 0.79，非体育组为2.59 ± 0.74；t(510) = ?3.18，P = 0.002，具体结果见图1。PAQ-A与PAQ-C之间的ICC值为0.996。心理健康方面，独立样本t检验显示，SWAN ADHD量表（体育组：0.21 ± 0.97，非体育组：0.37 ± 0.97；t(773) = 2.35，P = 0.02）、社会意识这一总体自我效能感子量表（体育组：56.52 ± 10.78，非体育组：53.69 ± 9.95；t(778) = 2.47，P = 0.01）以及CBCL中的注意力问题子量表（体育组：59.71 ± 8.78，非体育组：61.49 ± 9.28；t(779) = 2.75，P = 0.006）存在显著的组间差异，见图2。其余CBCL子量表、整体评估量表、积极与消极情绪量表、积极行为量表、Conners ADHD量表、ACES量表以及SCARED量表则未发现显著组间差异。图2显示了心理健康评估组间分析中的显著差异（星号标注；P > 0.05）：(a)儿童行为检查表(CBCL)：注意力问题；(b)正常行为优势与劣势评估量表(SWAN)中用于诊断注意力缺陷/多动障碍的评分标准；(c)总体自我效能感量表：社会意识。非体育组以深灰色显示，体育组以浅灰色显示，并配有标准误差条。

认知功能方面，独立样本t检验显示，在NIH Toolbox的列表排序任务中（体育组：51.38% ± 28.94%，非体育组：45.24% ± 28.10%；t(780) = ?3.01，P = 0.003）以及WISC-V的处理速度指数方面（体育组：50.83% ± 27.80%，非体育组：46.13% ± 27.48%；t(780) = ?2.38，P = 0.02），两组之间存在显著差异，见图3。而NIH Toolbox中的侧向任务、卡片分类任务和模式处理任务，以及WISC-V的工作记忆指数、流体推理指数和视觉空间指数则未发现显著组间差异。图3展示了认知功能与学业成就评估组间分析中的显著差异（星号标注；P > 0.05）：(a)美国国立卫生研究院(NIH) Toolbox：列表排序任务；(b)韦氏儿童智力量表(WISC)：处理速度指数；(c)韦氏个体成就测验：听力理解与接受性词汇量。数值以年龄校正后的百分位数表示。非体育组以深灰色显示，体育组以浅灰色显示，并配有标准误差条。

学业成就方面，独立样本t检验显示，在WIAT的听力理解与接受性词汇量子量表上，体育组的表现优于非体育组（体育组：64.07% ± 27.66%，非体育组：59.80% ± 28.44%；t(780) = ?2.13，P = 0.03），见图3。而在数值运算、拼写、单词阅读、阅读理解或数学问题解决等WIAT子量表上，则未发现两组间显著差异。

身体健康与大脑健康之间的关联为进一步研究体育运动对大脑健康的影响，我们对体育组（补充内容1中的表格，网址：http://links.lww.com/EM9/A26）和非体育组（补充内容2中的表格，网址：http://links.lww.com/EM9/A27）进行了经Bonferroni校正的相关矩阵分析；结果解读见补充内容3，网址：http://links.lww.com/EM9/A28。

讨论体育活动促进是儿童健康与发展的关键因素，然而仍有23.2%的儿童未能达到体育活动建议标准(7)。课后体育运动及相关活动（如捉人游戏、跳绳、步行、跑步、瑜伽等）为儿童提供了更多参与体育活动的机会，有助于他们达到每天60分钟的推荐标准，从而维持最佳健康状态(1)。鉴于大量研究表明体育活动对儿童的认知功能、学业表现及心理健康有积极影响(2,3)，同时也有新研究指出人口统计因素会影响儿童参与体育活动的机会及其大脑健康状况(38)，因此我们旨在探究课后体育运动及日常体育活动对大脑健康的独立影响。

总体而言，本研究结果支持我们的假设：与同龄人相比，那些在课后进行额外体育活动的儿童，在认知功能及学业成就的特定任务上表现更好，在某些心理健康与情绪评估中的得分也更高，同时在多个独特的身体健康指标上也更具优势。在认知功能方面，体育组儿童在执行功能和处理速度任务上的表现更为出色。在学业表现方面，体育组儿童的语言理解能力优于非体育组儿童。在心理健康方面，那些反映执行功能障碍相关症状的评估指标也存在显著差异，比如多动症症状、注意力问题以及社会意识方面的表现。非体育组儿童则表现出更多的行为问题和注意力集中困难。这些整体大脑健康的差异还体现在身体健康指标上，体育组儿童每日能量消耗更高，体育活动水平更高，有氧耐力更强，肌肉力量和柔韧性更好，静息心率更低。

有趣的是，在通过匹配过程消除了社会经济状况和社会人口统计因素对研究结果的影响后，我们发现儿童在注意力与执行功能方面的学业、认知及心理健康评估存在独特差异。值得注意的是，即便在神经类型正常的样本中，那些不参加课后体育运动及相关活动的儿童，其注意力功能障碍和多动症症状也比那些更活跃的同伴更为严重。以往的研究表明，更活跃的儿童焦虑和抑郁症状也更少(39)，但本研究中并未观察到这一现象。尽管焦虑和抑郁常常与多动症共存，但相较于执行功能障碍，它们属于更为严重的心理健康问题，而且已有证据表明心理障碍与社会经济地位密切相关(40)。有可能是我们所采用的匹配过程消除了两组之间因社会经济地位差异导致的心理健康差距，从而让我们能够通过标准化心理健康、认知功能及学业成就评估的结果，更准确地了解儿童在注意力方面的表现。

本研究具有多项优势，包括在社会经济状况和人口统计因素方面进行了统计匹配的样本、较大的样本量且统计效力高、样本具有代表性，其家庭来自纽约市的五个行政区，此外还有多种评估工具，便于我们分析认知、学业及心理健康结果与身体健康及体育运动参与之间的敏感性关系。尽管本研究有许多优点，但所得结果仍需考虑到一些局限性。首先，关于非体育组儿童如何安排时间的描述较为有限。例如，这些儿童可能由于艺术、语言、音乐或其他兴趣课程等原因，而并非因为社会经济状况因素才不参加课后体育运动或体育活动。此外，也有新兴研究表明，参与其他课后活动所带来的积极体验有利于日后认知功能的发展(41)。比如，那些通常不符合体育活动要求的活动（如艺术、语言、音乐、烹饪等）也能为儿童提供丰富的教育体验、认知刺激以及社交机会，这些对于他们进入成年期非常重要(42)。虽然本研究未涉及这些问题，但未来的研究应探讨早期生活中其他积极体验对认知功能、学业成就及心理健康方面的影响。我们还需指出，本研究并未直接衡量体育运动和体育活动参与对相关方面的作用机制。虽然我们的数据表明，参加课后体育活动的儿童在身体素质、体育活动水平、肌肉力量、柔韧性以及大脑健康方面都优于同龄人，但我们无法确定大脑健康的差异是否直接源于体育活动的生理效应，或是运动强度和时间的长短。尽管PAQ量表能反映儿童参与体育活动的程度，但这些数据并未说明儿童运动的强度和时间，也未表明这些儿童是否达到了每天60分钟的推荐标准。未来的研究应通过加速度计等方式，记录全天内的活动模式，包括运动时段、强度、频率、时长以及步数等。重要的是，Tomporowski和Pesce(43)指出，体育运动和体育活动带来的益处可能源自多种途径，包括运动和能量消耗带来的积极生理适应、技能学习与掌握的过程、在富有挑战性的环境中锻炼技能、决定参与体育活动的儿童所具有的动机和情感因素，以及早期参与体育活动所获得的程序性学习的长期益处。因此，未来的研究应继续探讨体育运动对大脑健康的作用机制这一领域内的问题。

公共卫生倡导的总体目标是为所有家庭的健康与发展持续推动体育活动建议标准。基于此，未来的研究应实施各类体育项目，通过(i)增加校内体育活动时间，或(ii)开展社区层面的体育项目，来减少参与体育活动在资金、时间、交通以及家庭方面的障碍。这样的项目有望继续缩小那些能够参与体育活动和体育相关活动的儿童与家庭之间的差距。

在此，我们强调了课后体育运动和体育活动为儿童带来的诸多健康益处。我们发现，参加体育运动及相关体育活动的儿童在大脑健康的注意力方面存在独特差异，同时他们的有氧耐力、肌肉力量和柔韧性更强，能量消耗也更高。尽管体育运动对大脑健康的作用机制尚不完全清楚，但显然，那些更频繁进行体育活动的儿童能获得广泛的健康益处。虽然在本研究中我们控制了社会经济状况和人口统计因素的影响，但经济条件较差的家庭儿童仍然存在健康差异。体育活动机会及其带来的健康益处应惠及所有家庭。我们的研究结果支持在学校系统和社区层面增加体育活动机会，从而为所有儿童培养健康的身体和大脑。