有效影響認(rèn)知抑制功能的運(yùn)動負(fù)荷域研究

趙敬國，周潔

（山東師范大學(xué)體育學(xué)院體質(zhì)測評與健康促進(jìn)中心，濟(jì)南250014）

1 引 言

2008年約翰·瑞迪《運(yùn)動改造大腦》的新理念，使人們認(rèn)識到運(yùn)動的價值不僅在于健身，更在于健腦[1]。運(yùn)動通過腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等一系列中介變量，誘發(fā)海馬體區(qū)等腦區(qū)神經(jīng)新生，通過使用-依賴可塑性，改善腦結(jié)構(gòu)、增進(jìn)腦功能[1-4]。調(diào)節(jié)變量的研究顯示，受試者的體適能水平[5-8]、年齡與文化程度[8-9]以及評價指標(biāo)不同均對研究結(jié)果產(chǎn)生影響。就運(yùn)動干預(yù)本身而言，不同運(yùn)動方式（定性指標(biāo)）對認(rèn)知功能的影響既有其普遍性也有其選擇性[4，7-11]。運(yùn)動量（定量指標(biāo)）的影響雖有大量的研究文獻(xiàn)[12-19]，但結(jié)論不一甚至相互矛盾，究其原因是許多研究僅僅是通過改變不同的運(yùn)動強(qiáng)度或不同的運(yùn)動時間進(jìn)行運(yùn)動干預(yù)研究，而未嚴(yán)格控制受試者的運(yùn)動總量，即能耗量，無法回答造成差異的原因是由于運(yùn)動強(qiáng)度不同或運(yùn)動時間不同所致，還是由于運(yùn)動量不同而產(chǎn)生的，也無法回答有效改進(jìn)認(rèn)知功能的運(yùn)動負(fù)荷域值。Stroop效應(yīng)是指字義對字體顏色的干擾效應(yīng)，Stroop Word-Color任務(wù)中的反應(yīng)時常用以測評認(rèn)知加工速度和執(zhí)行控制功能[20]。為了進(jìn)一步探討不同運(yùn)動負(fù)荷量對認(rèn)知功能尤其是認(rèn)知抑制功能的影響規(guī)律，確定有效改進(jìn)認(rèn)知抑制功能運(yùn)動干預(yù)的運(yùn)動負(fù)荷域值，便于健腦運(yùn)動的處方制定和指導(dǎo)，本研究采用自身前后對照實驗設(shè)計，以Stroop Color-Word Test反應(yīng)時為認(rèn)知抑制功能評價指標(biāo)，以健康在校研究生為實驗對象，以功率自行車為運(yùn)動負(fù)荷工具，觀察比較了不同能耗量的運(yùn)動對認(rèn)知抑制能力的即刻影響；并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了運(yùn)動強(qiáng)度或運(yùn)動時間的影響作用。

2 對象與方法

2.1 實驗對象

選取山東師范大學(xué)體育學(xué)院運(yùn)動人體科學(xué)專業(yè)在校健康研究生11人（女8人，男3人），平均年齡（23.33±0.50）歲，平均身高（167.21±6.53）cm，平均體重（61.10±11.23）Kg。實驗前告知受試者本次研究的有關(guān)事項，所有受試者均知情同意并愿意配合完成本實驗，且書面簽訂受試者知情同意書。

2.2 實驗方法

2.2.1 實驗內(nèi)容 本實驗有兩部分組成，實驗1：不同能耗量（0～300 Kcal、級差為25 Kcal）功率車運(yùn)動后即刻Stroop Color-Word Test反應(yīng)時的測定；實驗2：等能耗量不同強(qiáng)度（10～100 watt、級差為10 watt）功率車運(yùn)動后即刻Stroop Color-Word Test反應(yīng)時的測定。

2.2.2 運(yùn)動方案 以瑞典產(chǎn)MONARK 839E功率自行車為負(fù)荷工具，隨機(jī)抽取所要完成的運(yùn)動能耗量值（實驗1）或運(yùn)動強(qiáng)度等級（實驗2）。相鄰兩次運(yùn)動間隔2 d以上。

2.2.3 Stroop Color-Word Test反應(yīng)時測定 每次運(yùn)動后即刻測定Stroop Color-Word Test反應(yīng)時值。Stroop Color-Word Test測試是在E-Prime2.0實驗生成系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行的，分別計算其準(zhǔn)確率和反應(yīng)時，只有準(zhǔn)確率在95%以上者反應(yīng)時納入統(tǒng)計分析。每次測試共出現(xiàn)64個刺激，計算其平均反應(yīng)時。

2.3 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 15.0 for windows分別進(jìn)行了描述性統(tǒng)計和推斷性統(tǒng)計。組內(nèi)差異顯著性檢驗采用重復(fù)測量的方差分析，兩兩比較采用LSD。差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)選用P＜0.05，所有結(jié)果均用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（mean±SD）表示。

實驗于2018年10～11月在山東師范大學(xué)體育學(xué)院體質(zhì)測評與健康促進(jìn)中心完成，實驗設(shè)計得到該中心相應(yīng)倫理委員會認(rèn)可。

3 結(jié)果

3.1 不同能耗量功率車運(yùn)動后即刻反應(yīng)時的比較

對每位受試者不同時間點、不同能耗量（0～300 Kcal，級差為25 Kcal）運(yùn)動后即刻所測 Stroop Color-Word Test反應(yīng)時值進(jìn)行了重復(fù)測量的方差分析和LSD兩兩比較，結(jié)果見圖1和表1。

圖1 不同能耗量功率車運(yùn)動后即刻反應(yīng)時的變化規(guī)律Fig 1 The change features of reaction time immediately after ergometry cycle exercise with different energy consumptions

表1 不同能耗量功率車運(yùn)動后即刻反應(yīng)時的兩兩比較（mean±SD）（n=11）Table1 The pairwise comparison of reaction timeimmediately after ergometry cycle exercise with different energy consumptions（mean±SD）（n=11）

以功率自行車運(yùn)動時的能耗量為劑量指標(biāo)，以運(yùn)動后即刻Stroop Color-Word Test反應(yīng)時較安靜（0 Kcal）時反應(yīng)時值的差值（變化量）為運(yùn)動對認(rèn)知抑制能力影響的效應(yīng)指標(biāo)，繪制其劑量-效應(yīng)關(guān)系曲線，見圖2。

3.2 不同強(qiáng)度等能耗量功率車運(yùn)動后即刻反應(yīng)時的比較

對每位受試者不同時間點、不同運(yùn)動強(qiáng)度（10～100 watt，級差為10 watt）完成 100 Kcal能耗量運(yùn)動后即刻所測Stroop Color-Word Test反應(yīng)時值進(jìn)行了重復(fù)測量的方差分析和LSD兩兩比較，結(jié)果見表2和圖3。

圖2 功率車運(yùn)動能耗量與運(yùn)動后即刻反應(yīng)時變量的劑量-效應(yīng)關(guān)系曲線Fig 2 The dose-effect curve between the energy consumption of ergometry cycle exercise and the reaction time immediately after exercise

表2 總能耗量為100 Kcal時不同強(qiáng)度運(yùn)動后即刻反應(yīng)時的比較 （mean±SD）（n=10）Table 2 Comparison of reaction time immediately after exercise of different intensities with total energy consumption 100 Kcal（mean±SD）（n=10）

圖3 總能耗量為100 Kcal時不同強(qiáng)度運(yùn)動后即刻反應(yīng)時的變化趨勢Fig 3 The change trend of reaction time immediately after different intensity exercise with total energy consumption 100 Kcal

4 討論

某項運(yùn)動的運(yùn)動量（做功量）取決于運(yùn)動練習(xí)的強(qiáng)度（功率）和運(yùn)動時間的乘積（W=P×t），此時運(yùn)動強(qiáng)度與運(yùn)動時間之間是緊密相關(guān)的變量。有關(guān)運(yùn)動強(qiáng)度對認(rèn)知功能影響的早期研究顯示，運(yùn)動強(qiáng)度對認(rèn)知功能的影響呈現(xiàn)“倒U型”關(guān)系，即中等強(qiáng)度的運(yùn)動效果最佳[13，15-17]，然而近年來有研究顯示高強(qiáng)度運(yùn)動對認(rèn)知功能也具有顯著效應(yīng)[21-23]，造成這些不一致的原因可能是運(yùn)動量的不同所致。在運(yùn)動對認(rèn)知功能的影響中，究竟是運(yùn)動強(qiáng)度重要還是運(yùn)動量重要？如果運(yùn)動量相等的情況下，運(yùn)動強(qiáng)度的影響又如何？

認(rèn)知抑制功能是腦認(rèn)知功能的重要組成之一，主要受前額葉背外側(cè)皮層所調(diào)節(jié)[24]，該大腦區(qū)域的功能尤其容易受到老化的影響，但也是對運(yùn)動影響最為敏感的區(qū)域。Stroop Color-Word Test是目前評估認(rèn)知抑制功能的主要刺激方式之一[25]，其原理為目標(biāo)字顏色與目標(biāo)字字義之間產(chǎn)生的干擾對受試者做出選擇施加影響，借以評估受試者的認(rèn)知抑制能力。

本研究采用自身前后對照實驗設(shè)計方案，以Stroop Color-Word Test反應(yīng)時改變?yōu)檎J(rèn)知抑制功能變化的評價指標(biāo)，以健康在校研究生為實驗對象，以功率自行車為運(yùn)動負(fù)荷工具，首先比較了不同能耗量（0～300 Kcal，級差為 25 Kcal）的運(yùn)動對認(rèn)知抑制能力即刻影響的規(guī)律。受試者通過隨機(jī)方式確定每次運(yùn)動時的能耗量等級，運(yùn)動強(qiáng)度自主確定，運(yùn)動至目標(biāo)能耗量停止，運(yùn)動后即刻測定Stroop Color-Word Test反應(yīng)時。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示（見圖1、表1），25 Kcal能量消耗的運(yùn)動后即刻，與安靜時（0 Kcal）相比，反應(yīng)時雖有縮短，但并無顯著性改變（P＞0.05）。50 Kcal能量消耗的運(yùn)動后即刻反應(yīng)時繼續(xù)縮短，雖與25 Kcal時相比，差異無顯著性意義（P＞0.05），但與安靜時（0 Kcal）相比，則顯著性縮短（P＜0.05）。75 Kcal能量消耗的運(yùn)動后即刻反應(yīng)時繼續(xù)縮短，且與50 Kcal能量消耗的運(yùn)動后即刻相比也顯著性縮短（P＜0.05）。100～275 Kcal能量消耗運(yùn)動后即刻的反應(yīng)時與75 Kcal能量消耗運(yùn)動后即刻反應(yīng)時之間均無顯著性差異（P＞0.05）。300 Kcal能量消耗運(yùn)動后即刻反應(yīng)時有所增加，且與275 Kcal能量消耗運(yùn)動后即刻反應(yīng)時相比顯著延長（P＜0.05）。若以功率自行車運(yùn)動時的能耗量為劑量指標(biāo)，以運(yùn)動后即刻Stroop Color-Word Test反應(yīng)時較安靜（0 Kcal）時反應(yīng)時值的差值（變化量）為運(yùn)動對認(rèn)知抑制能力影響的效應(yīng)指標(biāo)，其劑量-效應(yīng)關(guān)系曲線見圖2。上述結(jié)果顯示，對運(yùn)動后即刻Stroop Color-Word Test反應(yīng)時產(chǎn)生最大影響的最低運(yùn)動負(fù)荷量值為75 Kcal，運(yùn)動負(fù)荷量過大（300 Kcal）則導(dǎo)致運(yùn)動后即刻反應(yīng)時反而延長，顯示75～275 Kcal能量消耗的運(yùn)動負(fù)荷量為有效改善認(rèn)知抑制功能的運(yùn)動負(fù)荷域值。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了等能耗量（100 Kcal）情況下不同強(qiáng)度的運(yùn)動對認(rèn)知抑制功能的影響。實驗采用10～100 watt、級差為10 watt的運(yùn)動強(qiáng)度，受試者通過隨機(jī)方式確定每次運(yùn)動的運(yùn)動強(qiáng)度等級，運(yùn)動至目標(biāo)能耗量（100 Kcal）停止，運(yùn)動后即刻測定Stroop Color-Word Test反應(yīng)時。統(tǒng)計分析結(jié)果見表2、圖3，可見能耗量均為100 Kcal時，受試者采用10～100 watt（級差為10 watt）任一強(qiáng)度運(yùn)動后即刻的反應(yīng)時值之間兩兩比較（LSD），均顯示無顯著性差異（P＜0.05）。提示采用同一種方式的運(yùn)動、不同強(qiáng)度（或不同時間）運(yùn)動時，在運(yùn)動能耗量相同的情況下對運(yùn)動后即刻Stroop Color-Word Test反應(yīng)時產(chǎn)生的影響是相似的，也即提示運(yùn)動對認(rèn)知抑制能力即刻影響的效果主要取決于運(yùn)動練習(xí)的負(fù)荷量，即能耗量而非運(yùn)動強(qiáng)度或運(yùn)動時間。本結(jié)果一方面為健腦運(yùn)動處方制定運(yùn)動負(fù)荷的確定提供了參考，另一方面也為理解具有顯著時間效益的高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練在認(rèn)知功能促進(jìn)中的作用，提供了實驗依據(jù)或理論支持。

5 結(jié)論

在以功率車為工具的運(yùn)動中，以Stroop Color-Word Test反應(yīng)時為認(rèn)知抑制功能評價指標(biāo)時，每次運(yùn)動消耗能量75～275 Kcal為有效改善認(rèn)知抑制功能的運(yùn)動負(fù)荷域值。且在該運(yùn)動方式中，運(yùn)動能耗量相同的情況下，不同強(qiáng)度運(yùn)動后的即刻效應(yīng)是相似的。