中等强度有氧运动干预对大学生执行功能影响——Meta分析

李 展 刘 洋 张策宇

中等强度有氧运动干预对大学生执行功能影响——Meta分析

李 展 刘 洋 张策宇

（郑州轻工业大学 体育学院，河南 郑州 450002）

目的：运用Meta分析法分析总结中等强度有氧运动干预对大学生执行功能的影响。方法：在中文数据库和英文数据库中进行检索，使用RevMan5.4对纳入文献数据进行分析。结果：纳入符合标准文献4篇，样本数294人。Meta检验发现，大学生抑制控制功能Z=2.56，P＜0.05,Cl=-2.13～-0.28，转换功能Z=6.74，95%Cl=-0.99～-0.54，P＜0.01，刷新功能异质性Z=5.23，95%Cl=-1.06～-0.48，P＜0.01。结论：中等强度有氧运动干预可以显著提高大学生执行功能。

抑制控制；转换；刷新；有氧运动；Meta分析；学生

执行功能[1]（Executive Functioning，EF）是指在做较困难的认知任务时，为保证认知系统以灵活的方式实行某一特定目标而对各种认知过程进行协调的一种调控机制。大量研究表明，执行功能与生活的许多方面密切相关，包括心理和身体健康以及社会、认知和心理发展，并且可以预测日常生活活动量、身体损伤和死亡率的下降[2－4]。因此，执行功能对于日常生活质量至关重要。执行功能良好的儿童学习能力发展也较为良好，并具有较高的协调性[5－8]。当大脑执行功能受损可能会出现或导致个体在认知、情绪控制和社会适应等方面出现异常[9]，易患多动症、抑郁症、老年痴呆等疾病[10,11]。

执行功能主要包括抑制控制、刷新与转换三个子功能[12]。其中，抑制控制通过抑制个体原始冲动，控制个体实施更加理智的行动而参与各种执行功能任务，并在其中发挥重要作用。Miyake等人的研究发现：执行功能中的抑制、转换和刷新不是独立部分，三者内部都含有部分抑制成分[12]。Go-Nogo任务、flanker任务、Stroop范式等是研究抑制过程的常用方法。转换任务是通过指导语的指引来控制被试内源性注意分配和切换的一种任务模式。简单来说就是通过指导语要求被试在两个或两个以上的不同任务间进行切换，此时被试认知加工过程即包含专注于完成当前任务而抑制与当前无关的其他任务冲动的认知成分，也即抑制控制。在测试转换功能通常使用任务转换范式是局部-整体任务、加-减法任务、数字-字母任务、代TS和目标转换测验（OAT）等。每一种任务的信息处理都需要不同的认知操作，这种认知操作可以测试出被试对不同信息进行迅速而频繁的转换能力。刷新功能也是执行功能的主要组成部分，是执行功能根据大脑内新出现的信息不断修改工作记忆内容的认知过程。刷新功能需要监控和编码与任务相关的新信息，并及时对工作记忆中的陈旧信息以及与任务无关的信息进行删改。N-back范式和活动记忆范式是刷新功能研究中最常采用范式。

执行功能具有可塑性[7]。体育锻炼是执行功能发展的潜在干预方式。有大量研究证实体育锻炼会对执行功能产生积极的影响[13－15]。运动从运动时间角度来说可分为急性运动和慢性运动。急性运动是指一次10～40分钟短时间运动[16]。慢性运动是以增强体能，提高运动成绩或促进健康为目标，每次运动一段时间，每周多次运动，持续数周(通常超过6周)或数年的运动[17]。关于急性运动对执行功能影响的研究较多[18－20]，而慢性运动的研究相对较少。且多数相关研究是观察性研究，干预性研究很少。有观察性研究表明，儿童和青少年的慢性运动对于儿童和青少年的认知和执行功能有一定的促进作用[21,22]。从研究对象的角度来看，之前的研究对象大多是老年人[13,14]和儿童[22,23]，缺乏对大学生年龄阶段研究，尤其缺乏慢性运动对大学生执行功能影响的研究。

综上所述，目前对执行功能研究的不足之处是：第一，现有的研究方式比较单一，大多是观察性研究，干预性研究很少。而观察性研究中很多影响因素无法排除，不能得出确切的结论。第二，执行功能的研究对象多是老年人和青少年儿童，关于中青年执行功能的研究比较少，影响执行功能推广的实用性。第三，大多数研究都能证明执行功能的发展与人的日常生活及其发展有重要作用，但很少研究会对于如何发展执行功进行进一步的研究。因此，本研究采用文献回顾和Meta分析的方法，对大学生在急性运动干预后执行功能任务完成后的执行功能表现进行研究，了解急性运动对执行功能的不同成分影响，为运动对大脑执行功能影响的研究提供参考。

1 方法本研究根据PRISMA报告指南[24]进行。

1.1 文献检索方法

检索起止时间为建库到文献检索于2020年10月13日进行。输入中文关键词执行功能、运动、大学生、锻炼和英文关键词aerobic exercise、executive function、young adult、chronic exercise、interventions、collegestudent、cognitive function、cognitive performance、executive task、flanker task、inhibition、reaction time、response time、short-term memory分别进行排列组合，在中文知网（CNKI）、万方数据库（Wanfang data）、中文科技期刊全文数据库（VIP）、中国生物医学文献数据库（CBM）、PubMed、Google scholar、美国科学引文索引数据库（SCI）共八个检索平台进行文件检索。然后，使用滚雪球法在初步筛选出文献参考文献继续检索相关文献。

1.2 文献检索策略

1.2.1 文献纳入标准

检索公开发表的中文、英文关于运动干预对大学生大脑执行功能影响的随机对照实验研究。具体标准如下：（a）调查健康大学生18-25岁慢性运动后执行功能的可能变化；（b）研究为实验研究，采用Flanker、2-back和More odd shifting三种实验范式；（c）实验设计采用随机对照设计；（d）实验自变量为运动方式，如慢跑、篮球、蹬自行车等；（e）研究结果为认知测试评估执行功能的时间或精确度（正确反应的绝对或相对数目）。使用Cochrane协作组推荐的Cochrane协作网偏倚风险估计评估工具进行文献质量评价[25]。

1.2.2 文献排除标准

具体标准如下：（a）没有数据的综述或者调查性研究；（b）实验设计没有对照组，只有实验组；（c）被试没有客观实验数据，只有主观表现数据；（d）文献数据不完全，无法获取原始数据；（e）研究结果为认知测试评估执行功能的时间或精确度（正确反应的绝对或相对数目）。

1.2.3 文献筛选过程与结果

文献筛选由第一作者和第二作者各自独立按照文献筛选标准进行，检索过程中如果无法达成统一由第三作者判定。具体过程可见图1，最终纳入文献4篇。

1.3 统计分析

图1 文献筛选流程图

Meta分析是一种对多个独立研究结果进行统计计算的方法。它主要检查不同研究结果的差异，如结果有足够的相似性，可利用这种方法对结果进行定量合并。本研究使用RevMan5.4软件对选入的文献进行文献质量评估、发表偏倚风险检验和异质性分析。元分析中的异质性是指真实效果量之间的差异，通过I2统计进行检验。I2值在25%～50%之间的研究被认为是低异质性的，在50%～75%的研究是中度异质性的，大于75%是高异质性的[26]。如果I2值大于50%，则需通过敏感性分析确定造成异质性的原因，以分类变量作为调节，根据不同的运动项目进行亚组分析。

表1 研究纳入文献的基本信息

2 结果

2.1 文献特征

表1列出了主题分析中包括的七个指标的主要特征。这些研究发表于2012年至2017年间。测试样本人数由32至218人不等（共294人，其中61人为男性，233人为女性）。所有的样本均为大学生。文献实验均为随机对照试验（n=294），包括体育锻炼组和对照组。作为运动干预的急性运动包括：打篮球（n=39），跳健美操（n=184），花样跑步（n=52）以及组合有氧运动（n=80）。运动方式是中等强度有氧运动，每周运动2～3次/，每次运动30～60分钟。在对照组中，所有参与者被安排常规内容教学（n=297）。运动类别包括有氧训练和综合运动（即两种或以上训练的组合）。

2.2 总体效应量及异质性分析

元分析中各种研究结果间的差异，称为异质性。异质性通常表示各研究间随机误差以外的差异性。它来源于方法学异质性、干预异质性和统计学异质性。本研究前期选用的文献在方法学上有统一的定义，测量方法一致，统计方法一致，因此可以排除统计学异质性和方法学异质性部分。使用异质性（heterogeneity）检验是检验文献研究全体间效应量差别是否有统计学意义。

2.2.1对大学生抑制控制功能影响的异质性检验

Meta分析森林图检验结果显示，Z=2.56，P＜0.05，Cl=-2.13～-0.28，说明检验具有统计学意义。df=4（P＜0.00001），I2=93%，呈高异质性，说明效应值的真实差异造成了93%的观察值变异。所有文献的抑制控制功能置信区间均在无效线的左侧，表明实验组的效应量小于对照组（P＜0.05）。提示中等强度的急性有氧运动有可能提高大学生的抑制控制功能。

图2 有氧运动对大学生抑制控制功能的影响

2.2.2对大学生转换功能影响的异质性检验

Meta分析森林图检验结果显示，Z=6.74，95%Cl=-0.99～-0.54，P＜0.01，实验组和对照组的转换功能得分差异具有统计学意义。df=4（P=0.58），I2=0%，呈低异质性，表明文献间不存在异质性。所有文献的抑制控制功能置信区间均在无效线的左侧，表明实验组的效应量小于对照组，并且具有统计学意义，证明中等强度的急性有氧运动对大学生大脑的抑制控制功能具有一定的积极作用。

图3 有氧运动对大学生转换功能的影响

2.2.3对大学生刷新功能影响的异质性检验

Meta分析森林图检验结果显示，Z=5.23，95%Cl=--1.06～-0.48，P＜0.01，实验组和对照组之间的刷新功能测量分数有明显差异。df=4（P=0.16），I2=39%，表明文献间的异质性较低，可忽略不计。所有文献的刷新功能置信区间均在无效线的左侧，表明实验组的效应量小于对照组，同时具备统计学意义，显示中等强度的急性有氧运动对大脑刷新功能具有一定的积极作用。所有文献的抑制控制功能置信区间均在无效线的左侧，表明实验组的效应量小于对照组，同时具有统计学意义，提示中等强度的有氧运动能够有效提高大学生大脑的刷新功能。

图4 有氧运动对大学生刷新功能的影响

3 讨论

本研究采用Meta分析法，以4项研究的294人为样本，讨论中等强度的有氧运动干预对大学生执行功能的影响。Meta分析结果显示，8周以上中等强度的有氧运动干预对执行功能均有增进作用。国内外大量研究证明［24,31,32］，长期有氧运动对人体抑制控制功能有积极作用。目前执行功能的Meta分析文章主要是关于老年人和儿童是注意力缺陷/多动障碍与抑制控制和干扰控制方面的内容[24]，而这项Meta是慢性体力活动对大学生执行功能影响。本研究扩大了运动对执行功能影响的研究范围。

和以往Meta分析相比，本文首次评估了长期体育锻炼对大学生执行功能的影响，但是由于相关文章的被试人数较少，对于研究结果应特别谨慎；在针对长期体育锻炼对执行功能的影响的四项研究中，并没有统一研究计划。因此，长期体育锻炼对不同执行功能域的影响尚无定论。但所有实验都是交叉设计，都监测了被试的心率，使得研究可以确定运动强度对执行功能的影响。这是一个重要的问题，因为越来越多的证据表明，适度的体育锻炼对认知功能比轻度锻炼更有利。本研究主要以探讨多种常见有氧运动对于改善大学生执行功能的作用为目标，局限性包括由于检索资源有限，只检索了英文文献和中文文献，具有语言选择方面的偏倚，结果不可避免具有一定的选择发表偏倚；文中所纳入的文献类型为期刊类，没有纳入会议论文和出版文章，可能会一定程度上影响研究成果；此方面还需要进行更多样本、更长时间的随机对照试验，进一步的分组分析国别、性别、干预方案对执行功能的影响。

4 结论

Meta分析结果表明，中等强度的有氧运动干预能够显著提高大学生的执行功能，但具体对不同子功能的影响效果不一样。中等强度的有氧运动可以显著提高大学生的抑制控制功能和刷新功能，对大脑抑制控制一定的积极作用。

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Effects of Moderate Intensity Aerobic Exercise Interventions on Executive Functions in College Students: A Meta-analysis

LI Zhan, etal.

(Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, Henan, China)

李展（1977—），讲师，硕士，研究方向：大学生身体健康。

；刘洋（1980—），博士，副教授，硕士生导师，研究方向：体育运动与健康促进。