Sleep, physical activity, and health in children : a developmental perspective

Adequate rest and periods of activity are important for maintaining physiological homeostasis, for the adaptive functioning of the stress-response systems, and they promote psychological well-being. However, knowledge on the associations of sleep and physical activity with stress system functioning, and of physical activity with psychiatric problems is limited especially in children and youth. This study was designed to address three research questions, (1) whether sleep is associated with cardiovascular function in 8-year-old children, (2) whether physical activity is associated with psychiatric problems in 8-year-old children, and (3) whether physical activity is associated with hypothalamic-pituitary-adrenocortical axis (HPAA) function in 8- and 12-year-old children. The participants came from an urban community-based cohort originally comprising 1049 infants born in 1998 in Helsinki, Finland. Sleep and physical activity were objectively measured using accelerometers. Sleep was also assessed using parent-reported questionnaire-based data. Of the 413 children invited to a follow-up, 321 participated at a mean age of 8.1 years. Of these, 231 to 274 were included in the analyses of sleep and ambulatory blood pressure, or cardiovascular reactivity to the Trier Social Stress Test for Children (TSST-C). The children s mothers and teachers filled in a questionnaire reporting common childhood psychiatric problems, and 199 children had valid data on physical activity and psychiatric problems from both observers. HPAA activity was measured via salivary cortisol concentrations, 252 of the children with valid data on physical activity had data on diurnal salivary cortisol, and 248 had data on salivary cortisol responses to the TSST-C. Later, of the 920 adolescents invited to a further follow-up, 451 participated at a mean age of 12.3 years. Of these, 283 adolescents with valid physical activity data provided data on diurnal salivary cortisol, and 272 adolescents provided data on salivary cortisol responses to a low-dose overnight dexamethasone suppression test (DST), a method used to study the individual physiological variation in HPAA feedback inhibition. In contrast with a wealth of evidence especially from adults, the results showed that sleep in healthy children was not associated with an unhealthy cardiovascular phenotype. Higher physical activity levels were associated with a lower probability for psychiatric problems in children as well as lower HPAA reactivity to psychosocial stress at 8 years of age. In addition, in early adolescence (12 years of age) physical activity was associated with lower morning cortisol levels in girls and higher HPAA suppression in response to the DST in boys. These results provide evidence on the health-related associations of sleep and physical activity in a community-based cohort of children. These findings offer insight into the influence of physical activity on physical and mental well-being, by suggesting that physical activity could promote health by moderating HPAA function. As the results are correlational in nature, further research using a prospective controlled methodology is called for. This study emphasizes the importance of sustaining and supporting high physical activity levels throughout childhood and adolescence. Riittävä lepo ja fyysinen aktiivisuus ovat keskeisiä fysiologisen tasapainon ja stressijärjestelmien toiminnan kannalta. Molemmat tekijät myös tukevat psyykkistä hyvinvointia. Erityisesti lapsia ja nuoria koskeva tieteellinen tieto unen ja fyysisen aktiivisuuden yhteyksistä stressijärjestelmien toimintaan, ja fyysisen aktiivisuuden yhteyksistä psykiatriseen oireiluun, on kuitenkin vielä vähäistä. Tämä väitöskirja vastaa kolmeen tutkimuskysymykseen: (1) onko unen laatu ja määrä yhteydessä kardiovaskulaarijärjestelmän aktiivisuuteen 8-vuoden iässä, (2) onko fyysinen aktiivisuus yhteydessä psykiatristen oireiden esiintyvyyteen 8-vuoden iässä, ja (3) onko fyysinen aktiivisuus yhteydessä hypotalamus aivolisäke lisämunuaiskuori-akselin (HPA-akseli) toimintaan 8- ja 12-vuoden iässä. Tutkimuksen osallistujat ovat osa kaupunkilaisväestöön pohjautuvaa seurantatutkimusta, johon osallistui alun perin 1049 vuonna 1998 Helsingissä syntynyttä lasta. Unta ja fyysistä aktiivisuutta mitattiin objektiivisesti kiihtyvyysantureilla. Unta arvioitiin myös vanhempien täyttämän kyselylomakkeen avulla. Kutsutuista 413 lapsesta 321 osallistui jatkotutkimukseen keskimäärin 8.1-vuoden iässä. Näistä lapsista 231 274 osallistui analyyseihin unen ja vuorokausiverenpaineen yhteyksistä tai unen yhteyksistä kardiovaskulaariseen reaktiivisuuteen psykososiaalisessa stressitestissä (lapsille muokattu Trierin Sosiaalinen Stressikoe, TSST-C). Lasten äidit ja opettajat täyttivät yleisimpiä lasten psykiatrisia oireita koskevan kyselyn. Käyttökelpoista tutkimusaineistoa sekä fyysisestä aktiivisuudesta että psykiatrisista oireista molemmilta havainnoitsijoilta saatiin 199 lapselta. HPA-akselin toimintaa arvioitiin syljestä mitattujen kortisolitasojen avulla. Käyttökelpoista aineistoa sekä fyysisestä aktiivisuudesta että vuorokausikortisolista saatiin 252 lapselta ja käyttökelpoista aineistoa fyysisestä aktiivisuudesta ja kortisolitasoista TSST-C:n jälkeen saatiin 248 lapselta. Myöhemmin 920 nuorta kutsuttiin uuteen jatkotutkimukseen keskimäärin 12.3-vuoden iässä, ja heistä 451 osallistui. Käyttökelpoista aineistoa sekä fyysisestä aktiivisuudesta että vuorokausikortisolista saatiin 283 nuorelta. Lisäksi 248 nuorelta saatiin käyttökelpoista aineistoa fyysisestä aktiivisuudesta ja kortisolitasoista yön yli tehdyn matala-annoksisen deksametasonisuppressiotestin (DST) jälkeen, jonka avulla tutkittiin yksilöllistä fysiologista vaihtelua HPA-akselin negatiivisen palautejärjestelmän toiminnassa. Useista aikaisemmista tutkimustuloksista poiketen terveillä 8-vuotiailla lapsilla uni ei ollut yhteydessä sydän- ja verisuonitautien riskiä lisäävään kardiovaskulaariseen fenotyyppiin. 8-vuoden iässä fyysisesti aktiivisemmilla lapsilla oli matalampi riski kärsiä psykiatrisista oireista. Lisäksi aktiivisten lasten HPA-akselin reaktiivisuus psykososiaaliseen stressiin oli vähän liikkuvia lapsia matalampi. Varhaisessa murrosiässä (12-vuotiaana) tyttöjen korkeampi fyysinen aktiivisuus oli yhteydessä matalampiin kortisolitasoihin aamulla, kun taas aktiivisemmilla pojilla HPA-akselin suppressio DST:n jälkeen oli suurempaa. Nämä tulokset lisäävät tieteellistä näyttöä unen ja fyysisen aktiivisuuden yhteyksistä hyvinvointiin lapsilla ja nuorilla. Tulokset saattavat myös tuoda lisää ymmärrystä fyysisen aktiivisuuden ja psyykkisen hyvinvoinnin yhteyksiä selittäviin malleihin näyttämällä, että liikunta saattaa tukea hyvinvointia säätelemällä HPA-akselin toimintaa. Koska tämän tutkimuksen löydökset ovat korrelatiivisia, tarvitaan jatkossa myös kokeellisia pitkittäistutkimuksia, jotta voitaisiin perehtyä löydösten syy seuraus -suhteisiin. Tämän tutkielman löydökset korostavat erityisesti liikuntaan kannustamisen ja liikunnan määrän ylläpitämisen tärkeyttä lapsuudesta varhaiseen murrosikään.