Exercise, physical and brain health in relation to sleep in children with overweight or obesity

Abstract

Background: The prevalence of childhood obesity worldwide is currently at extremely high levels and it is known to be linked to a myriad of health-related problems, among them, a poor sleep health or sleep-disordered breathing. It is important to investigate factors that could fight against obesity consequences and physical exercise emerges as a strong candidate. Objectives and methods: The present International Doctoral Thesis aims to examine the role of sleep-related outcomes in relation to physical and brain health (section 1), to study the effects of a physical exercise program on sleep-related outcomes in children with overweight or obesity (section 2), and to investigate the impact of fatness and cardiorespiratory fitness on sleep-disordered breathing after 1-year of follow-up in children (section 3). Six studies were conducted within the three sections: four cross sectional studies (section 1), one randomized clinical trial (section 2) and one prospective cohort study (section 3). Main findings: Results from this Doctoral Thesis are described below. Television viewing time, cardiorespiratory fitness, and most adiposity markers were associated with sleep-disordered breathing, being the body mass index and television viewing time the best predictors of sleep-disordered breathing in children with overweight or obesity (study 1). Sleep-disordered breathing severity was related to: i) lower school grades (which was driven by inattention/hyperactivity), but not with standardized measurement of academic performance or brain structure (study 2), ii) worse behavioral and emotional functioning (i.e., higher external and internal problems and lower adaptability skills) (study 3), and iii) higher C-reactive protein levels independently of the adiposity levels, but not to other cardiometabolic or inflammatory risk factors in children with overweight or obesity (study 4). This study also suggested that higher levels of cardiorespiratory fitness might attenuate the adverse effect of sleep-disordered breathing on C-reactive protein. In addition, a 20-week physical exercise program reduced the time wakening after sleep onset in children with overweight or obesity in comparison with control group peers, yet effects were not observed on sleep-disordered breathing (study 5). Further, although not statistically significance, all device-assessed sleep outcomes were improved in those days in which the participants attended to the physical exercise session, suggesting acute effects of exercise on sleep-related outcomes. Lastly, severe/morbid obesity, central obesity and low fitness were linked to higher risk of sleepdisordered breathing at baseline in children, but 1-year longitudinal analyses did not show significant associations (study 6). Conclusion: Collectively, the main findings of the present International Doctoral Thesis shed light on the importance of improving sleep-related outcomes in children with overweight or obesity as a strategy to enhance physical and brain health. The use of physical exercise as a tool to improve children’s sleep health and sleep-disordered breathing with overweight or obesity is promising and warrants further investigation

Contexto: La prevalencia de obesidad infantil en todo el mundo es actualmente muy alta y se sabe que está relacionada con una serie de problemas de salud, entre ellos, patrones de sueño poco saludables o trastornos respiratorios del sueño. Es importante investigar factores que puedan combatir las consecuencias de la obesidad y el ejercicio físico emerge como un firme candidato. Objetivos y métodos: La presente Tesis Doctoral Internacional tiene como objetivos examinar el papel que juegan las diferentes variables de sueño en relación con la salud física y cerebral (sección 1), estudiar los efectos de un programa de ejercicio físico en las variables relacionadas con el sueño en niños y niñas con sobrepeso u obesidad (sección 2), e investigar el impacto de la obesidad y la capacidad cardiorrespiratoria en los trastornos respiratorios del sueño después de 1 año en niños y niñas (sección 3). Se realizaron seis estudios dentro de las tres secciones: cuatro estudios transversales (sección 1), un ensayo clínico aleatorizado (sección 2) y un estudio prospectivo de cohortes (sección 3). Resultados principales: Los resultados de esta Tesis Doctoral se describen a continuación. El tiempo viendo la televisión, la capacidad cardiorrespiratoria y la mayoría de los marcadores de adiposidad se asociaron con los trastornos respiratorios del sueño, siendo el índice de masa corporal y el tiempo viendo la televisión los que mejor explican los trastornos respiratorios del sueño en niños y niñas con sobrepeso u obesidad (estudio 1). La gravedad de los trastornos respiratorios del sueño se relacionó con: i) peores calificaciones escolares (debido a la falta de atención e hiperactividad), pero no con medidas estandarizadas de rendimiento académico o estructura cerebral (estudio 2), ii) peor funcionamiento conductual y emocional (es decir, mayores problemas de externalización e internalización, y menores habilidades de adaptación) (estudio 3), y iii) niveles más altos en sangre de proteína C-reactiva independientemente de los niveles de adiposidad, pero no con otros factores de riesgo cardiometabólico o inflamatorio en niños y niñas con sobrepeso u obesidad (estudio 4). Este estudio también sugirió que unos niveles más altos de capacidad cardiorrespiratoria podrían atenuar el efecto adverso de los trastornos respiratorios del sueño sobre la proteína C-reactiva. Además, un programa de ejercicio físico de 20 semanas redujo el tiempo de vigilia tras el inicio del sueño en niños y niñas con sobrepeso u obesidad en comparación con sus compañeros y compañeras del grupo control, aunque no se observaron efectos sobre los trastornos respiratorios del sueño (estudio 5). Así mismo, aunque sin significación estadística, todas las variables de sueño evaluadas mediante dispositivos mejoraron en los días en que los participantes asistieron a la sesión de ejercicio físico, lo que sugiere efectos agudos del ejercicio sobre las distintas variables relacionadas con el sueño. Por último, la obesidad severa/mórbida, la obesidad central y la baja forma física se relacionaron con un mayor riesgo de trastornos respiratorios del sueño al inicio del estudio en niños y niñas, pero los análisis longitudinales de 1 año no detectaron asociaciones significativas (estudio 6). Conclusión: En conjunto, los principales hallazgos de la presente Tesis Doctoral Internacional arrojan luz sobre la importancia de mejorar las distintas variables relacionadas con el sueño en los niños y niñas con sobrepeso u obesidad como estrategia para mejorar la salud física y cerebral. El uso del ejercicio físico como herramienta para mejorar la salud del sueño y los trastornos respiratorios del sueño de los niñas y niñas con sobrepeso u obesidad es prometedor y merece una mayor investigación.