體育鍛煉對健康成年人認知能力影響的Meta分析

李志超 李姍姍 陳子超

(四川大學體育科學研究所，四川 成都 610064)

由于國際上對腦科學的重視，認知神經(jīng)科學的興起，體育鍛煉與認知功能的關(guān)系探究便結(jié)合神經(jīng)電生理共同發(fā)展和研究。Hillman等〔1〕首次采用ERP技術(shù)，探討不同身體活動量對老年人認知功能的影響，及其大腦神經(jīng)電位特征。事件相關(guān)電位(EPR)反映了認知過程中大腦高級功能中的神經(jīng)電生理的變化，也被稱為認知電位，也就是指當人們對某事物進行認知加工時，從頭顱表面反映出的腦電位。P300是Sutton在實驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，其為晚成分的第三個正波〔2〕。另外Sutton在識別不同聲調(diào)時記錄到一個潛伏期約300 ms的正波(P300)，有研究結(jié)果表明P300是與注意、辨認、決策、記憶等認知功能有關(guān)的ERP成分〔3,4〕。P300作為一種特殊的誘發(fā)電位是ERP的內(nèi)源性成分，它是判斷大腦高級功能的一個客觀、科學的指標〔2〕。ERP與認知過程有密切關(guān)系，被認為是了解人們心理活動的重要手段，也為研究大腦認知活動過程提供了新的方法和途徑〔5〕。

EPR的存在、發(fā)現(xiàn)及應用，可有效改善及提高心理測驗的手段。EPR反映人對一個事件認知過程中大腦的神經(jīng)電生理的改變，能夠真實反映腦的認知能力。研究〔6〕發(fā)現(xiàn)，體育鍛煉或運動干預能夠有效干預和影響健康成年人P300潛伏期與波幅，意味著可以改善和提高鍛煉人群的認知能力。Meta分析是對同一課題的多項獨立研究分析的結(jié)果進行系統(tǒng)的、定量的綜合性分析。目前在體育鍛煉對健康成年人P300影響的Meta分析中，Jonasson等〔7〕對體育鍛煉與健康成年人P300潛伏期及波幅影響效果進行了系統(tǒng)評價，并證實其置信效果。但是在這些研究中探討關(guān)系之間的調(diào)節(jié)變量的研究較少，如干預時間、干預頻率、干預周期等，缺乏一個統(tǒng)籌多個變量下、較為完整的一套鍛煉方案?；谝陨希狙芯烤腕w育鍛煉對健康成年人認知能力的影響進行Meta分析。

1 資料與方法

1.1文獻搜集 檢索web of science、SpringerLink、ScienceDirect數(shù)據(jù)庫，檢索收集體育鍛煉對健康成年人P300影響的相關(guān)文獻，檢索時間為1979年到2019年4月。根據(jù)PICOS原則，分別以“exercise”“sport”“P300”“ERP”“cognitive ability”為主題詞，采用自由、隨機結(jié)合的方式進行文獻檢索，并應用NOTEEXPRESS軟件對全文進行檢索，共檢索相關(guān)文獻289篇。

1.2文獻納入和排除標準 納入標準：①受試對象是健康成年人;②采用RCT，清晰地描述了實驗組與對照組的基本情況;③清晰描述了體育鍛煉前后，實驗組與對照組的平均數(shù)和標準差;④運用體育鍛煉方式對健康成年人P300影響的文獻;⑤同作者對同人群的研究選擇發(fā)表時間最早的一篇。排除標準：無法獲得全文信息的會議摘要和綜述研究;未發(fā)表的期刊(碩士、博士畢業(yè)論文)。

1.3文獻篩選 檢索得到289篇與本研究相關(guān)的文獻，通過閱讀題目和摘要初步篩選出245篇文獻。經(jīng)過閱讀文獻全文，排除數(shù)據(jù)不完整、數(shù)據(jù)重復、數(shù)據(jù)不恰當?shù)奈墨I，最終納入的合格文獻為12篇。

1.4文獻質(zhì)量評估 通過Cochrane協(xié)助網(wǎng)提供的Review Manager5.3對所納入的RCT文獻做方法學質(zhì)量評估。對納入的12篇研究從6個方面進行評分。分別以Random sequence generation(隨機序列產(chǎn)生)、Allocation concealment(分配隱藏)、Blinding of participants and personnel(參與者和人員盲法)、Blinding of outcome assessment(結(jié)果評估的盲法)、Incomplete outcome data(不完整的結(jié)果數(shù)據(jù))、Selective reporting(選擇性報告)、Other bias(其他偏倚)，每方面以“低風險”“不清楚”和“高風險”作為評價結(jié)果。如圖1，對納入研究的RCT文獻質(zhì)量評估可知，其中有3篇文獻達到中度偏倚風險，9篇為低度偏倚風險，不存在高度偏倚風險的文章。

1.5納入文獻的基本特征 共納入文獻12篇，其中3篇為EI期刊，9篇為SCI期刊。實驗組人數(shù)為411人，對照組人數(shù)為417人。納入文獻特征見表1。

1.6研究方法

1.6.1元分析法

1.6.1.1廣義 即運用定量方法匯總多個研究結(jié)果的系統(tǒng)評價，指全面收集所有相關(guān)研究并逐個進行嚴格評價和分析，再用定量合成的方法對資料進行統(tǒng)計學處理得出綜合結(jié)論的整個過程〔3〕。

圖1 文獻質(zhì)量評估

表1 納入研究的文獻特征

C為實驗組，E為對照組

1.6.1.2狹義 元分析是一種系統(tǒng)評價。

Glass(1976)提出，Me為實驗組均數(shù)，Mc為控制組均數(shù)，SDp為合并方差。

1.7統(tǒng)計學分析 采用stata13.0對納入的12篇體育鍛煉對健康成年人P300影響的文獻數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，選擇SMD和95%CI為效應尺度進行合并效應量。采用Cochrane的Review Manager5.3對所納入的RCT文獻做方法學質(zhì)量評估。采用Cohen的d指標評估效應量的大小，即0.2≤d<0.5時，為小效應量；0.5≤d<0.8時，為中等效應量；當d≥0.8時，為大效應量。

1.8異質(zhì)性檢驗 異質(zhì)性大小用I2表示，I2<30%表明有輕度異質(zhì)性，基本可以忽略；30%≤I2≤60%表明有中度異質(zhì)性；60%

1.9相關(guān)變量分類 由于體育鍛煉具體是從鍛煉人群、鍛煉方式、鍛煉周期、鍛煉強度進行控制，所以本研究設(shè)置4個變量并進行分類。①干預人群。將納入的文獻分為：健康老年人、健康成年人兩個組別。②干預方式。將納入的文獻分為：休閑類鍛煉干預方式、體能類鍛煉干預方式兩個組別。③干預周期。將納入的文獻分為：長周期干預(12 w以上)、短周期干預(12 w以下)兩個組別。④干預強度。將納入文獻分為分中等強度、高等強度。

2 結(jié) 果

2.1體育鍛煉對健康成年人P300干預作用的敏感性分析 各組結(jié)局指標敏感性分析可見，波幅的點估計值為1.93，95%CI為1.29～2.58；潛伏期的點估計值為-1.56，95%CI為-2.48～-0.64，得出所納入的文章質(zhì)量較高，每篇的數(shù)值都在點的估計值內(nèi)上下浮動。見圖2。說明本研究實驗結(jié)果比較穩(wěn)定，可信度較高，具有較高的參考價值。

圖2 體育鍛煉對健康成年人P300干預作用的敏感性

2.2體育鍛煉對健康成年人P300干預作用的異質(zhì)性檢驗 體育鍛煉對健康成年人的P300具有良好的干預效果。波幅的異質(zhì)性檢驗中，d=1.934，95%CI為1.289～2.580，P<0.001，I2=93.3%；潛伏期的異質(zhì)性檢驗中d=-1.559，95%CI為-2.477～-0.641，P=0.001，I2=95.5%。可以看出體育鍛煉對健康成年人P300潛伏期及波幅的干預效果明顯，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，說明體育鍛煉能夠改善和提高健康成年人的認知能力。但各項結(jié)局指標的合并d和異質(zhì)性檢驗結(jié)果顯示，均具有不可忽略的異質(zhì)性且具有顯著性差異。

2.3體育鍛煉對健康成年人P300干預作用的偏倚性分析 散點分布在偏上的位置，但是基本左右平衡；潛伏期指標中幾篇文獻稍微存在一些偏倚，不是很嚴重，對實驗結(jié)果不能造成太大的影響，表明偏倚結(jié)果在允許的范圍內(nèi)，可以接受，本研究納入的各研究不存在明顯的發(fā)表偏倚。

由于結(jié)局指標為P300潛伏期和波幅均為連續(xù)性變量，因此采用egger檢驗法進行發(fā)表偏倚的檢驗分析較為準確。Meta分析中偏倚性檢驗中，波幅的P=0.011、潛伏期的P=0.121，潛伏期的P=0.05沒有發(fā)生偏倚；波幅的P值顯示實驗結(jié)果發(fā)生了偏倚，可能由于樣本量少，文章納入情況導致，在許可的范圍之內(nèi)，屬于正?，F(xiàn)象?？梢暈閷嶒灲Y(jié)果比較穩(wěn)定，未發(fā)表偏倚。見表2。

表2 體育鍛煉對健康成年人P300干預作用的偏倚性分析

2.4體育鍛煉對健康成年人P300干預作用的元回歸分析 由表3可知，潛伏期及波幅的Meta回歸分析中，干預人群、干預周期、干預強度的亞組內(nèi)容分別進行回歸分析顯示P均>0.05，無顯著性差異。說明本研究納入的文章可靠性較高，具有較高的參考價值。但異質(zhì)性檢驗中存在較大的異質(zhì)性，所以說明體育鍛煉對健康成年人P300潛伏期及波幅影響效果異質(zhì)性的來源也可能是臨床異質(zhì)性、方法學異質(zhì)性或統(tǒng)計學異質(zhì)性。

2.5體育鍛煉對健康成年人P300干預作用的亞組分析

2.5.1通過干預人群亞組分析 體育鍛煉對健康老年人P300潛伏期的d為-1.897、P=0.000，波幅的d為2.038、P=0.000，差異均有統(tǒng)計學意義。對健康青年人的干預效果P300潛伏期d為-1.051，波幅的d為1.815，說明體育鍛煉對健康成年人P300潛伏期及波幅都具有較好的干預效果。但通過d大小比較，體育鍛煉對健康老年人的干預效果要優(yōu)于健康青年人，因此得出結(jié)論，體育鍛煉干預對健康老年人P300潛伏期及波幅改善效果的效應明顯。見表4。

表3 體育鍛煉對健康成年人P300干預作用的元回歸分析

2.5.2通過干預方式亞組分析 休閑類鍛煉項目對P300潛伏期及波幅的d分別為-1.605、1.555，體能類鍛煉項目對P300潛伏期及波幅的效應量分別為-1.548、2.265，均P<0.05，差異均有統(tǒng)計學意義。見表4。

2.5.3通過干預周期亞組分析 短鍛煉周期的d分別為-1.291、2.158，長鍛煉周期的d分別為-1.682，1.672，P均<0.05，差異均有統(tǒng)計學意義，通過d的大小比較，得出運動干預長鍛煉周期對健康成年人P300潛伏期及波幅的干預效果優(yōu)于短周期鍛煉。因此，短干預周期對健康成年人P300潛伏期及波幅改善效果的效應明顯。見表4。

2.5.4通過干預強度亞組分析 低等強度對P300潛伏期及波幅的d分別為-1.605、1.555，中等強度對P300潛伏期及波幅的d分別為-1.548、2.265，均P<0.05，差異均有統(tǒng)計學意義。見表4。

表4 Meta 分析的分亞組調(diào)節(jié)d檢驗

3 討 論

P300 作為客觀評價認知功能的電生理指標，具有較高的敏感性和特異性，可以準確地反映出測試者的認知功能的變化。體育鍛煉能夠增強神經(jīng)系統(tǒng)的功能，提高記憶和反應能力，增強神經(jīng)系統(tǒng)可使神經(jīng)細胞具有較高的靈活性。體育鍛煉對機體的晝夜節(jié)律、中樞代謝、心血管功能、腦干和下丘腦-垂體軸在內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能具有有效的改善功能〔6，19〕。體育鍛煉能增加內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)、紋狀體、海馬、下丘腦和杏仁核的p-mtor陽性神經(jīng)元。體育鍛煉可以增強學習和記憶，并產(chǎn)生抗抑郁和焦慮等與壓力相關(guān)的精神疾病的能力〔20，21〕。

21世紀以來，眾多學者應用P300潛伏期與波幅的指標來探究體育鍛煉與運動干預對鍛煉者認知功能加工的影響。如Kida等〔22〕的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)常參加運動的老年人與不經(jīng)常參加運動的老年人相比，反應速度更快，P300幅度更大。Marr等〔23〕通過2016～2018年的文獻進行元分析得到，健康的老年人在參與體育活動干預時更有可能看到認知能力的改善。Northey等〔24〕通過對36項研究的333項依賴效應大小分析表明，體育鍛煉能夠有效改善老年人的認知功能。

本研究設(shè)置4個不同的變量進行了效應量檢驗。干預方式的變量效應檢驗發(fā)現(xiàn)，以運動處方的干預方式進行干預健康成年人P300的潛伏期及波幅的效果明顯。L?vdén等〔25〕通過對60名老年人進行6個月有氧運動運動干預的實驗中，得到有氧運動對認知功能有廣泛的影響。 Kennedy等〔26〕提出不同個體之間與年齡相關(guān)的認知能力下降率差異很大。相比于青年人，老年人認知能力下降現(xiàn)象更明顯?；谶\動方案(干預周期、干預時間、干預強度)的調(diào)節(jié)變量d檢驗得出，長鍛煉周期(大于12 w)、低等強度體育鍛煉對健康成年人P300的潛伏期及波幅的干預效果最佳。

通過閱讀文章來探討異質(zhì)性的來源發(fā)現(xiàn)，在實驗干預對象選取方面，納入文章的實驗對象存在一定的差異。實驗對象的性別比例不同；實驗對象的樣本數(shù)量不同；實驗對象地區(qū)來源存在差異；實驗對象體質(zhì)自身的差異，實驗組和對照組在體質(zhì)方面可能會存在先天差異，導致實驗結(jié)果不穩(wěn)定。在干預措施選擇方面，干預環(huán)境的選擇不同；實施對象的參與程度不同，實驗項目單一、無趣，導致某些實驗對象參與度低，影響實驗結(jié)果，造成異質(zhì)性；干預的形式不同，存在體能類體育鍛煉與休閑類體育鍛煉。Meta分析異質(zhì)性檢驗中，文章具有較大的異質(zhì)性，研究分析發(fā)現(xiàn)，可能是數(shù)據(jù)精確度不同，也可能在測量結(jié)果的差異與多樣性方面，會存在系統(tǒng)誤差，由于測量儀器的選取不同及測量儀器存在不可避免的誤差及測試者的主觀傾向性等方面均是研究間存在差異的主要原因。另外，納入文獻樣本量不足；未發(fā)表的文獻及無法獲得全文的摘要和綜述，沒有進行鍛煉頻率與鍛煉時間的分亞組整體分析，后期會進行整理與修補；文獻質(zhì)量評估方面的不足，部分文章沒有說明是否采用“雙盲”及主觀評價和判斷文章質(zhì)量，這都是造成文章異質(zhì)性的原因。