积极的电子游戏干预结合多成分运动对超重和肥胖儿童心肺健康的影响:随机对照试验

简介

背景

儿童超重和肥胖已成为主要的全球健康问题[1，2］．世界卫生组织甚至将肥胖称为"全球流行病" [3.］．全世界儿童超重和肥胖的患病率仍然很高，但在许多高收入国家，这一上升趋势已趋于稳定[4］．然而，2016年欧洲儿童和青少年超重患病率超过30%，肥胖患病率超过10% [5］．这种高流行率仍然令人担忧，因为儿童肥胖具有重要的健康影响，如患心血管和心脏代谢疾病(如2型糖尿病、高血压或代谢综合征)的风险增加，社会心理问题(如低自尊、低自信、低自我效能、低体育活动动机、恃强凌弱或难以建立关系)[6，7]，以及成为超重或肥胖成年人的风险增加[3.］．

超重和肥胖已被证明与学校儿童和青少年的心肺健康水平呈负相关[8，9］．这两个因素之间的关系也在学龄前儿童中被发现[10]随着孩子年龄的增长，这种影响会越来越明显[11]，提示应尽早提倡高CRF水平作为一种预防措施，因为低CRF甚至与心脏代谢危险因素的发展有关[12，13]和代谢综合征[14］．学龄前BMI也与青春期的健康状况呈负相关[15］．值得注意的是，女孩有氧能力下降的比例高于男孩[16］．在所有的体能变量中，峰值摄氧量(VO_2峰)与体重指数(BMI)与脂肪量或体脂率(body fat percentage)呈最强烈的反比关系[17］．基于CRF与体脂的反比关系[18，19]，似乎CRF对肥胖的负面影响的截止点开始于相对体脂含量的16%-20%以上[18］．

另一方面，观察到运动能力与VO之间呈反比关系_2峰以及儿童时期的身体肥胖[20.，21];因此，在运动干预的目标中，提高运动能力将与提高CRF齐头并进。

运动，特别是多成分训练，对改善CRF有效[22，23］．然而，主要的挑战是确保超重和肥胖儿童坚持锻炼。24］．因此，需要新的锻炼方式，更有吸引力和激励这一人群。

玩活跃的电子游戏(avg)被认为是一种有效的运动替代品，可以与适度运动一样有效;目前正在对avg进行研究，以确定其对儿童肥胖的有效性。avg通常需要全身运动，因此会增加能量消耗[25，26];然而，由于缺乏证据，AVG干预对CRF的影响尚不清楚。事实上，少数调查AVGs对CRF影响的研究使用间接方法来评估CRF，如穿梭跑测试、步进测试或渐进式有氧心血管耐力跑测试。这是在检测次最大强度的积极效应时的一个限制。此外，应注意的是，AVG干预措施需要监督和结构化，以确保其在改善身体健康或增加身体活动方面的有效性[27，28］．

客观的

这项研究的主要目的是调查AVG干预结合多成分训练对超重或肥胖儿童最大和次最大强度CRF的影响。

方法

伦理批准

1964年《赫尔辛基宣言》道德准则(2013年福塔莱萨修订)[29]及《台北宣言》[30.]在这项研究中进行了跟踪研究。该方案由Aragón政府的研究伦理委员会审查并批准(证书编号11/2018,CEICA，西班牙)。所有参与者及其父母或监护人在被告知本研究实验程序的性质和可能的风险后，均获得书面知情同意。

研究概述

这项随机对照试验(RCT)是一项更大的交叉研究(试验注册号:NCT04418713)的一部分。在本RCT中，参与者被分为2组，干预组参加AVG运动计划并进行多成分运动，对照组不进行任何改变，继续日常活动。

招聘过程是通过医疗中心的儿科医生进行的。在医疗中心进行了有关该活动的内容丰富的演讲，是儿科医生自己向超重或肥胖的患者提出了该活动，他们可以从该活动中受益。由于这次招募过程的困难，计划将研究延长一年，以获得更大的样本。因此，在第一年进行了2:1的随机分组，优先考虑AVG干预。SPSS(版本22.0;SPSS Inc)用于生成随机分配序列，并由执行该项目的研究人员执行。在第二个时刻，随机化是2:1，有利于对照组;不幸的是，这次调查因COVID-19大流行而中断，最终分组也不统一。研究的第二部分(新的招聘流程)也因COVID-19大流行而中断。

参与者

样本包括28名超重或肥胖的儿童(13名女孩和15名男孩)，他们通过儿科医生从医疗中心或萨拉戈萨(西班牙)的学校招募而来。参与者符合以下纳入标准:年龄在9至12岁之间，Tanner I或II(由医生直接观察评估)，没有月经初潮，超重或肥胖(BMI计算)，并遵循Cole和Lobstein的截止点[31]，没有体育锻炼的禁忌症，也没有因体育锻炼而恶化的病理。此外，以下是排除标准:参加定期高水平或高强度的课外体育活动，遵循任何特殊的饮食制度，并服用任何可能干扰评估变量的药物。家长和儿科医生通过简报了解活动的发展、结果和孩子的进展。

干预

参与者被要求每周参加3次会议，每次持续约60分钟，干预持续5个月。训练内容包括:10分钟的热身运动，包括关节活动;动态的灵活性;肌肉激活;还有核心、平衡和协调训练。接着是主要部分，包括45分钟的运动，结合AVG和多成分运动，然后是循环动态训练，参与者不断地从AVG旋转到练习，最后是5分钟的冷却部分，以降低心率(HR)，并以静态柔韧性例程结束训练。总的来说，训练包括4次AVG，平均持续时间为8分钟，在AVG训练之间进行多成分训练。多部分练习平均每节持续13分钟，根据计划分为2或3个不同目标的活动。几位体育活动和体育专业人士监督了会议。

主要的avg包括:带有Kinect的Xbox 360，使用了“Kinect Adventures”和“Kinect Sports”，使用了“Wii Sports”的任天堂Wii，使用了“Just Dance”和“Mario and Sonic at the Olympic Games”，使用了“Dance Revolution”和“Mario and Sonic at the Olympic Games”的舞蹈垫，以及根据任天堂Wii改编的舞蹈垫。BKOOL交互式自行车模拟器连接到华为MediaPad T5 AGS2-W09平板电脑。干预在两个地点进行，萨拉戈萨大学和萨拉戈萨的圣布劳里奥公立学校。所有avg都是通过资金提供的，每个站点都配备了开发干预措施所需的avg。每天的会议都是不同的，按照难度和强度的顺序进行，并实现以前在规划期间确定的目标。参与者并没有在每个时间段内玩所有的AVG，所以每个AVG记录的会话数是不同的。活动的进行顺序在参与者之间是不同的，因为每个参与者都是在一个AVG中开始的，在玩完之后改变它。

avg与多成分训练相结合，重点是增强健康相关的身体素质，如CRF、肌肉耐力和肌肉力量，以及协调性和平衡性。选择avg与传统运动相结合的干预设计，是因为前者的能量消耗可能更大[32］．进行的多成分练习有一个有趣的背景，以增强动机和乐趣。

结果

人体测量学

所有参与者都穿着最少的衣服进行人体测量检查。身高用高度计(SECA 225, SECA)测量至最接近1mm，体重用电子秤(SECA 861, SECA)测量至最接近0.1 kg。BMI的计算方法为体重(kg)除以身高(m)的平方²)．

CRF测量

采用行走分级方案评估心血管健康。测试在跑步机上(Quasar Med 4.0, h/p/cosmos)进行，并戴上口罩。这些测试是在GENUD(生长、运动、营养和发展)研究组的实验室进行的。研究人员向参与者解释了这项测试，他们安装了电极，并在开始前测量了他们的静息心率。在安装安全带后，测试以舒适的步行速度(3.2 km/h)开始，速度每2分钟增加0.8 km/h，直到参与者快速行走(5.6 km/h)，这是测试期间达到的最大速度。然后，斜率每分钟增加4%，直到筋疲力尽或达到24%的最大斜率。运动医学医生监督了整个测试，并进行了临床前检查，以确定参与者是否适合进行压力测试。使用开路肺活量仪(Oxycon Pro, Jaeger/Viasys Healthcare)逐次测量呼吸气体交换数据。

VO的峰值₂和HR定义为任何连续15秒内获得的最高平均值。代谢车每天按照制造商推荐的已知气体和体积进行校准。

从压力测试开始到结束，使用12导联心电图(H12+， Mortara仪)连续记录心率。最大HR值为运动最后阶段记录的最高HR值。出于健康和安全原因，在受试者倾斜躺着进行最大努力测试之前，以及在恢复期间以站立姿势进行右臂血压测量时，还使用了数字监测仪(M3, HEM-72OO-E，欧姆龙医疗保健欧洲公司)。袖口被调整到被测试手臂的周长，测量两次。受试者必须在测前休息5分钟。

统计分析

所有统计分析均采用SPSS (version 22.0, SPSS Inc)进行。统计显著性设为P<。所有测试都是05分数据以均值和sd表示。进行Kolmogorov-Smirnov检验以验证变量的正态分布;几个变量没有显示正态分布，因此进行了非参数检验。

的Mann-WhitneyUAVG组与对照组干预前后描述性特征及CRF参数的差异采用Wilcoxon检验，干预前与干预后的组内比较采用Wilcoxon检验。双列相关系数(r)采用Fritz等公式计算[33]用于非参数对比/比较，并考虑以下阈值:小效应(>0.1)，中等效应(>0.3)和大效应(>0.5)[34］．

此外，在基线体脂率的基础上，使用样本的50%，创建了2组，以调查体脂对AVG干预和多成分运动后参与者反应的影响。低CRF和高CRF分类采用Johansson等人发表的基于性别的第50百分位[35]对于超重和肥胖的儿童。男孩和女孩相对最大摄氧量的参考第50百分位值分别为30.8和30.6 mL/kg/min。

VO的百分比_2峰所有参与者在每个阶段所取得的成绩通过他们VO的客观数据来计算_2峰在极限运动测试中获得。计算HR、VO从测前测量到测后测量的变化百分比_2峰，为VO的百分比_2峰．

结果

参与者的特征

本研究参与者的描述变量见表1．两组在基线时没有发现差异。

干预前测量组间无差异。从测试前到测试后，AVG组和对照组的年龄、体重、身高和瘦体重显著增加(P< . 05)。AVG组的体脂率和BMI z-score (P< . 05)。对照组为VO_2峰(L/min)增加(P< . 05)。

所有参与者完成了至少75%的疗程，表现出对AVG干预结合多成分锻炼的良好坚持。

AVG干预联合多成分运动对次最大和最大努力时心率的影响

使用avg结合多成分运动的干预对最大和次最大努力的HR的影响在表2．在任何HR变量的干预前后，组间均未发现差异(P> . 05)。然而，结果显示AVG组的最大HR显著降低(r=0.535)和每个次最大阶段:3.2 km/h (r=0.505)， 4公里/小时(r=0.577)， 4.8 km/h (r=0.689)， 5.6 km/h (r=0.765)， 5.6 km/h，坡度为4% (r= 0.480)。在相同强度下，观察到较低的HR值，而对照组没有显示出任何变化。

AVG干预联合多组分运动对最大跑步机试验次最大和最大努力摄氧量及长度的影响

avg联合多成分运动干预对VO的影响₂对于最大和次最大的努力详细说明表3．各组间未发现前测差异(P> . 05)。AVG干预结合多成分运动后，次最大VO下降₂，但没有报告VO的影响_2峰．如图1，下VO₂干预后在测试的每个次最大阶段出现相同强度的值:以3.2 km/h (r=0.518)， 4公里/小时(r=0.434)， 4.8公里/小时(r=0.593)， 5.6 km/h (r=0.535)， 5.6 km/h，坡度为4% (r= 0.551)。对照组的VO没有任何变化₂参数。此外，组间在次最大VO上也有显著差异₂AVG干预后，VO显著降低₂AVG组的速度分别为3.2 km/h和5.6 km/h。在AVG组和对照组中，最大跑步机测试的持续时间以分钟为单位显著增加，但没有观察到差异。

‎ 查看此图

此外，VO₂根据VO计算每个参与者的百分比₂从最大跑步机试验中得到的峰值。结果显示，在AVG干预前，两组之间没有差异。基于VO₂mL/kg/min, AVG组VO显著降低₂最大跑步机测试所有次最大阶段的百分比:3.2公里/小时(r=0.609)， 4公里/小时(r=0.551)， 4.8 km/h (r=0.693)， 5.6 km/h (r=0.576)， 5.6 km/h，坡度为4% (r= 0.476)。另一方面，对照组的VO下降₂时速仅4.8公里(r= 0.792)。VO有显著差异₂在AVG以3.2 km/h的速度干预后，AVG组与对照组之间存在差异。

根据体脂率基线，AVG干预联合多组分运动对AVG组次最大和最大努力摄氧量的影响

如前所述，根据AVG组体脂百分比的第50百分位，样本被分为2组。结果显示，体脂率较高的参与者的HR和VO明显降低₂在干预后以相同的强度。具体来说，在3.2 km/h的速度下，AVG组参与者的体脂率较高，HR值较低(r=0.737)， 4公里/小时(r=0.662)， 4.8 km/h (r=0.751)， 5.6 km/h (r=0.886)， 5.6 km/h，坡度为4% (r= 0.864);此外，AVG组参与者在仅4.8 km/h时体脂率较低，HR值较低(r= 0.454)。另一方面，低VO₂在4公里/小时的最大跑步机测试的次最大阶段，AVG组参与者的体脂百分比较高(r=0.617)， 4.8 km/h (r=0.697)， 5.6公里/小时(r= 0.885);相比之下，体内脂肪比例较低的AVG组参与者没有表现出任何变化。然而，体脂率对VO的影响₂由个人VO确定的百分比_2峰最大跑步机测试的值较低，表明体脂百分比较高的AVG组参与者的VO显著降低₂4.8 km/h时次最大阶段的百分比(r=0.590)及5.6公里/小时(r= 0.751)。然而，低体脂百分比的AVG组参与者的VO显著降低₂在3.2 km/h的次最大阶段的百分比(r=0.691)及4.8公里/小时(r= 0.810)。在基线和后测中，体脂百分比较高和较低的AVG组参与者之间没有发现显著差异。

讨论

主要研究结果

这项研究的目的是调查AVG干预结合多成分训练对超重和肥胖儿童最大和次最大努力水平下CRF的影响。本研究的主要发现是HR和VO显著降低₂AVG组在最大跑步机测试的次最大阶段表现为相同强度，同时VO较低₂百分比根据个人最大摄氧量。作为参考，对照组在HR、VO方面没有显示出整体变化₂，或VO₂在最大跑步机测试的次最大阶段的百分比，除了VO的显著下降₂4.8 km/h时的百分比。但是，相对VO和绝对VO没有变化_2峰AVG组的值(mL/kg/min和L/min)，尽管绝对VO有所增加_2峰观察对照组的数值。这可能是由于对照组的体重增加，主要是脂肪堆积。虽然我们没有期望VO的改进_2峰，未能达到在最大强度下取得预期改善所需的适当强度水平。这可能是由于干预的性质限制了avg产生的强度，并且由于身体脂肪过多，参与者无法达到这样高要求的强度。然而，干预的目标之一是提高生活质量，使这些儿童能够更好地应付日常活动，这些活动往往是次最大的努力。

对于参与者的CRF耐力水平，平均VO_2峰AVG组为32.75 (SD 5.90) mL/kg/min，对照组为33.11 (SD 6.18) mL/kg/min。根据Ruiz等人提出的临界值，参与本研究的超重和肥胖儿童的CRF水平较低，由于75%的参与者的CRF水平较低，因此健康问题的风险增加。36］．此外，根据Johansson等人的研究，67.9%的参与者高于第50百分位[35]，这意味着与超重或肥胖儿童的规范数据的平均值相比，本研究参与者的CRF更高。

关于最大运动测试，儿童，特别是超重或肥胖的儿童，很难达到所有的最大标准，并表现出最大摄氧量的平稳期[37］．以确定运动测试是否达到极限而VO_2峰数据有效，试验结束时达到理论最大HR的百分比，呼吸交换比≥1.15 [38]被使用。在干预前最大运动测试的28名参与者中，只有4名在干预后最大运动测试的28名参与者中，有3名在最大压力测试结束时没有达到理论最大心率的90%，但他们的呼吸交换比非常接近(1.13和1.14)，等于或高于1.15。因此，可以强烈地相信这些测试是最大的。

到目前为止，只有7项研究调查了AVG干预对超重或肥胖儿童CRF的影响，结果尚不清楚。第一个报道AVGs对超重和肥胖青少年CRF影响的研究是由Adamo等人[39]结果显示，随着时间的推移，两种不同的干预措施的训练效果显著:AVG自行车和带音乐干预的静止自行车，每周两次，每次60分钟，持续10周。两种干预措施都显著改善了峰值HR、峰值工作量或疲劳时间，同时显著降低了体脂率;然而，在运动组之间没有发现显著差异。通过同样的干预，Goldfield等人[40他观察到，这些有氧运动的心理益处与提高有氧健康有关。这些积极的影响与我们的结果是一致的。虽然他们表明，AVG循环对CRF的积极影响与音乐干预的固定循环相当，但坚持这种音乐干预的固定循环更大。麦迪森等人[41通过20米穿梭试验，AVG组的体脂率下降，CRF没有显著增加。然而，AVGs对超重或肥胖儿童身体成分的这种积极影响很可能是通过改善有氧健康来调节的[42］．体脂率与CRF之间的这种关系支持了本研究的结果，即体脂率较高的参与者在CRF方面有更大的改善。对这一结果的解释可能是，体脂率较高的参与者更容易降低体脂，这与CRF的增加有关。马宏升等人[43]观察到AVG组和对照组的CRF没有改善，在玩《劲舞革命》12周后，通过3分钟的步骤测试评估。这种差异可能是由于测量CRF的方法;参与者没有达到足够的强度，研究没有报告每周的会议次数和这些会议的持续时间，这也可以解释缺乏积极的影响。克里斯汀等人[44]的研究表明，在为期6个月的AVG干预后，每周两次使用多种设备进行穿梭跑的次数没有变化。这项研究有几个局限性，可以解释AVG干预缺乏积极效果，例如样本量小，干预组和对照组之间参与者数量的差异，干预时间短，持续时间为10周，以及使用20米穿梭跑测试的CRF测量方法。最近的研究是由Bonney等人[45]，他调查了Wii Fit对两组人在穿梭跑测试中的表现以及CRF的积极影响，并将其与任务导向的功能训练进行了比较。然而，在为期14周、每周进行一次、每次持续45分钟的干预后，进行任务导向功能训练的AVG组和对照组之间没有发现差异。此外，2项非对照试验研究了AVG对超重和肥胖儿童CRF的影响[46，47];这些试验的局限性是缺乏对照组，这意味着应谨慎解释结果。Calcaterra等[47]观察到CRF (3.8 mL/kg/min，P<.001)通过在跑步机上行走测试测量，在使用互动视频游戏进行12周干预后达到最大HR的85%。黄等[46]的研究表明，在16个疗程后，使用任天堂Wii和Xbox Kinect的avg对CRF没有影响，这可能是因为只有14名参与者和干预时间短。Zeng和Gao [48]仅包含1项RCT [41]，该研究报告了AVG干预与运动组相比的积极效果，但由于只纳入了一项研究，这些结果尚不清楚。鉴于缺乏关于avg对改善CRF有用性的研究，需要更多高质量的研究来调查avg作为改善CRF的工具。此外，考虑到CRF是健康相关体质的关键组成部分之一，与生活质量和健康密切相关，因此需要对包含CRF的AVGs进行系统综述。

另一方面，当将AVG组按照体脂率分为2组时，结果显示体脂率较高的参与者HR和VO明显降低₂在干预后的相同强度的值，这转化为次最大努力时效率的提高。如上所述，体脂百分比较高的参与者有更大的改善范围，因此，他们更容易实现改善，显示出HR和VO的显著降低₂在AVG干预结合多成分运动后，以相同的次最大强度进行运动。然而，在体脂率较低的参与者中，观察到的改善较小。这些结果得到了先前研究的支持，这些研究考虑了AVGs对CRF的影响，尽管没有一项研究通过呼吸测量、间接量热法和最大压力测试以及气体交换测量来确定CRF。如前所述，有几项研究支持使用AVGs来改善超重或肥胖儿童的CRF。这些研究都没有根据身体脂肪来比较儿童的结果，也没有区分超重和肥胖。然而，调查使用AVGs改善健康体重儿童CRF的研究表明效果较低;在6项对照试验中，3项研究[49-51]报告积极效果，其他3项研究[52-54与涉及超重或肥胖儿童的研究相反，大多数研究发现CRF有显著改善。

优势与局限

本研究必须考虑一些局限性。参与者的数量很低，尤其是在对照组。这可能会使确定AVG干预的效果和获得足够的统计力变得更加困难。另一个重要的限制是，由于COVID-19大流行中断了全球范围内的研究活动，无法完全形成对照组，因此AVG和对照组的参与者数量不相等。

然而，一些优势是可以突出的。干预是有监督的和结构化的，持续时间(5个月)和频率(每周3次，每次60分钟)与该人群报告的任何其他AVG干预相似或更高。另一个重要的方面是AVG和多成分训练的结合，重点是CRF、肌肉力量、敏捷性和协调性。此外，应该强调所使用的avg的多样性。所有这些设备都为超重或肥胖儿童提供了显著增加能量消耗的机会和可能性[26］．最后，主要强度是最大压力测试，使用行走分级方案测量CRF，并测量呼吸气体交换，允许HR和VO₂在次最大强度下记录的值。

结论

avg联合多成分运动干预5个月对次最大强度CRF有积极影响，显示出较低的HR和VO₂具有相同强度和较低VO的值₂百分比根据个别VO_2峰值。在AVG干预后，体脂率和BMI z-score也降低了。此外，脂肪含量高的儿童的情况也有更大的改善。

未来的研究可以集中于设计和实施比本研究中使用的更高强度的AVG干预措施，以在次最大和最大努力水平下改善CRF，因为这种类型的干预措施似乎对超重或肥胖儿童有效。