摘要：肥胖在當(dāng)今社會日趨普遍，已經(jīng)被定義成一種公共健康疾病。肥胖不但會引起各種生理疾病，且會對大腦認知功能造成負面影響。青少兒時期是認知功能發(fā)展的關(guān)鍵時期，此階段的肥胖會嚴重損傷認知功能，以致影響學(xué)業(yè)成績甚至降低個體生活質(zhì)量，為此積極研究如何對青少兒時期的肥胖進行干預(yù)，進一步改善和提高其認知健康水平刻不容緩。因此，本文通過綜述相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動不僅能提升肥胖青少兒的體質(zhì)健康，還能顯著改善其認知能力。其改善機制可能是由于體力活動改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)中BDNF、IGF-1和VEGF的表達及腦結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變化。未來的研究應(yīng)加強對不同運動類型對認知能力影響及其影響機制的研究，以期促進青少兒生理與心理健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：有氧運動;肥胖;青少兒;認知功能

1 前言

目前，青少年兒童超重已成為健康問題，且青少兒時期是認知功能發(fā)展的黃金階段，此階段是大腦對外界環(huán)境刺激最敏感的時期，體重指數(shù)增加與腦容量減少密切相關(guān)，肥胖患者可能存在輕微的腦部萎縮，同時可能存在認知功能下降，而通過健身運動這樣的外在刺激能對認知功能帶來顯著影響。世界衛(wèi)生組織指出，超重和肥胖是全球引起死亡的第五大風(fēng)險，全球每年“胖死”的人至少達280萬人。越來越多的研究揭示，當(dāng)前這種典型的久坐不動、身體活動不足的生活方式正是導(dǎo)致代謝失調(diào)、肥胖、II型糖尿病、代謝紊亂等靜坐少動綜合征的“元兇”。不僅如此，它還將影響認知健康。所謂認知健康是指“清晰思考，學(xué)習(xí)和記憶的能力，涉及揭示大腦如何隨著年齡的增長而變化，以及如何保持大腦的認知功能處于最佳狀態(tài)”。因以，為了推動兒童健康教育的發(fā)展，提高兒童體質(zhì)水平，本研究從兒童青少年肥胖導(dǎo)致的認知損傷、有氧鍛煉干預(yù)提高兒童認知能力與體力活動對兒童青少年認知功能影響的機制三方面對現(xiàn)有的文獻成果進行綜述。

2 青少兒肥胖與認知能力關(guān)系

最近一期The Lancet Neurology發(fā)表了一篇標題為《肥胖對神經(jīng)的影響》的綜述，明確指出肥胖對中樞神經(jīng)系統(tǒng)（包括腦和脊髓）的不良影響（如表1），尤其是對大腦認知功能影響顯著，并引用了130篇前瞻性研究成果證實肥胖增加輕度認知障礙風(fēng)險，這一作用不受年齡限制。認知是人類心理活動的一種，是指個體認識和理解事物的心理過程，在處理日常生活中的事件起著至關(guān)重要的作用，其包含了知覺、注意、學(xué)習(xí)、記憶、問題解決等子功能。認知功能可以根據(jù)信息加工流程及其任務(wù)范式的復(fù)雜程度區(qū)分為基本認知功能與高階認知功能。

2.1 肥胖對青少兒基本認知功能的影響

基本認知功能是用以描述簡單反應(yīng)作業(yè)層面的認知功能。Flanker任務(wù)是用以測試人類認知功能的心理學(xué)實驗范式，廣泛應(yīng)用于心理學(xué)研究中。該任務(wù)含有一致刺激條件與不一致刺激條件。一致刺激條件為簡單任務(wù)，要求被試進行選擇反應(yīng)判斷（對5個方向一致的箭頭進行左/右方向的選擇），反映基本認知功能;而不一致刺激條件為復(fù)雜任務(wù)，反映高階認知功能，要求被試在左右各有2個與目標刺激方向相反箭頭的干擾下，辨別出目標刺激箭頭的方向，該過程包括抑制優(yōu)勢反應(yīng)，抵抗令人分心的或擾亂性的競爭性刺激，選擇正確合適的反應(yīng)。解淳等為了探究肥胖青少年的認知特點，從上海某減重訓(xùn)練營招募了37名青少年作為肥胖組（BMI指數(shù)大于28 kg/ m2），從上海某中學(xué)隨機抽取26名正常體質(zhì)青少年作為對照組（BMI指數(shù)介于18至24 kg/m2）進行改編版的Flanker任務(wù)測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一致測試條件下，肥胖組的反應(yīng)時顯著低于正常組，且BMI越高基本認知功能越差，BMI與認知功能呈中等程度的負相關(guān)。此研究反應(yīng)出與正常兒童相比較，肥胖兒童的基本認知功能更差。

2.2 肥胖對青少兒執(zhí)行功能的影響

執(zhí)行功能功能是屬于認知能力的一項高階認知功能，它包括工作記憶、抑制、敏感度與注意力等。該系統(tǒng)可以塑造多重認知和整個壽命的行為結(jié)果，包括特定的學(xué)術(shù)技能、智商（IQ）分數(shù)和總體學(xué)校成就。中心EF技能包括工作記憶，問題解決，設(shè)定轉(zhuǎn)移，抑制控制，靈活思考和計劃。這些技能在幼兒時期迅速出現(xiàn)，在兒童后期和青少年時期繼續(xù)發(fā)展。執(zhí)行功能除了會影響簡單的學(xué)術(shù)知識之外，對于培養(yǎng)兒童在取得其他方面的成功也至關(guān)重要。有學(xué)者對神經(jīng)認知功能、兒童肥胖和肥胖相關(guān)行為進行文獻梳理回顧發(fā)現(xiàn)，肥胖兒童與健康體重的同齡人相比，肥胖兒童表現(xiàn)出執(zhí)行功能缺陷，特別是在對自身行為的抑制能力方面，同時肥胖兒童的執(zhí)行功能缺陷是健康同齡人的兩倍。此外，肥胖可能通過調(diào)節(jié)食欲的激素和脂肪組織的產(chǎn)物影響執(zhí)行功能。有專家研究發(fā)現(xiàn)，為了調(diào)節(jié)飽腹感和食物攝入而分泌的多種激素在肥胖的情況下會發(fā)生改變，包括在兒童人群中，并且這種改變會影響認知。胃內(nèi)產(chǎn)生的饑餓素通過向下丘腦發(fā)出信號以增加食物攝入量來誘發(fā)饑餓，而低血清胃饑餓素則與肥胖相關(guān)，肥胖人群的血漿饑餓素水平比消瘦人群低。實驗動物模型顯示胃饑餓素激活通過影響學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)的海馬區(qū)域進而影響執(zhí)行功能。

綜上所述，肥胖兒童青少年無論在基本認知功能還是在高階認知功能兩種認知層面都比正常體質(zhì)的兒童青少年更加弱勢。同時，個體越肥胖對認知功能的傷害就越大。

3 有氧鍛煉對青少兒認知功能的影響

運動不僅可以改善身體素質(zhì)，降低肥胖青少兒的體重，還有利于心理健康，提高認知水平。《柳葉刀》精神病學(xué)分刊最近刊發(fā)了一篇涉及120萬人的研究，分析不同的運動對精神健康的影響程度。研究結(jié)果顯示，一周3-5次，每次60分鐘的運動可以提升大腦轉(zhuǎn)移注意、集中注意力的能力、降低心血管疾病死亡風(fēng)險;此外，Sardinha研究發(fā)現(xiàn)，健康和低脂的兒童青少年與不健康、高體脂的兒童青少年相比，健康和低脂的青少年在語言和數(shù)學(xué)上取得更高的學(xué)業(yè)成績的機率更高些，但心肺健康水平通常用有氧能力表征，即最大攝氧量VO2max或峰值攝氧量 VO2 peak）和肌肉力量的增強可以減弱甚至抵消肥胖對在兒童青少年的學(xué)術(shù)成就的不良影響。因此，本文僅從不同時長方面綜述有氧運動對兒童認知能力的影響。

3.1 急性有氧運動對青少兒執(zhí)行功能的影響

急性有氧運動又稱短時運動、一次性運動，指持續(xù)時間在10～60分鐘左右的、以有氧代謝提供能量的一次運動。有研究發(fā)現(xiàn)，急性有氧運動對兒童青少年認知功能具有正向效應(yīng)。如陳愛國，趙莉，李煥玉（2014）等以揚州市某小學(xué)四年級學(xué)生為研究對象。依據(jù)籃球運球強度分為小強度組、中等強度組、大強度組和對照組，使用Flanker任務(wù)、1-back任務(wù)、More—oddshifting任務(wù)全面評價1次30min籃球運球訓(xùn)練干預(yù)試驗前后小學(xué)生執(zhí)行功能的抑制、刷新和轉(zhuǎn)換3個子功能的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1次30min不同強度籃球運動訓(xùn)練對小學(xué)生執(zhí)行功能均具有積極影響，但效果存在差異，中等強度籃球運動訓(xùn)練對小學(xué)生執(zhí)行功能改善效果最好。陳愛國，殷恒嬋，王君（2011）等為探究短時中等強度有氧運動對兒童執(zhí)行功能腦激活模式的影響，從腦系統(tǒng)的角度揭示短時中等強度有氧運動影響兒童執(zhí)行功能的腦機制，其結(jié)果顯示，一次30min左右的短時中等強度有氧運動對兒童執(zhí)行功能產(chǎn)生積極的改善效應(yīng)且能使兒童執(zhí)行功能腦激活模式發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為兒童執(zhí)行功能腦激活模式中的雙側(cè)額上回、雙側(cè)額中回、雙側(cè)項上小葉和左側(cè)頂下小葉激活程度增加，左側(cè)前扣帶回激活減弱。

3.2 長期有氧運動對青少兒學(xué)習(xí)記憶的影響

長期低強度、中等強度、高強度的有氧運動均能顯著提高兒童青少年學(xué)習(xí)記憶能力。如CHANG等將6-8歲兒童分為中強度運動組和低強度運動組，分別進行為期8周的足球訓(xùn)練，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組的作業(yè)發(fā)現(xiàn)均有顯著進步（反應(yīng)時減少，正確率提高）且不存在組別差異;同時研究結(jié)果還顯示，不論強度如何，為期8周、訓(xùn)練頻率為2次/周、訓(xùn)練時間為35min/次的足球訓(xùn)練皆能有效提升兒童的反應(yīng)抑制。DAVIS等將7～11歲超重、坐式生活兒童隨機分為高運動量有氧運動組、低運動量有氧運動組及控制組，進行為期3個月的隨機對照實驗發(fā)現(xiàn)，與不參加運動的控制組相比較，干預(yù)組的執(zhí)行功能、數(shù)學(xué)成績顯著高于控制組。

此外，動物實驗研究也從生理學(xué)與行為學(xué)角度為長期有氧鍛煉可以提高兒童青少年認知能力的觀點提供了支持性證據(jù)。

4 體力活動對青少兒認知功能影響的機制

4.1 體力活動改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)中BDNF、IGF-1和VEGF的表達

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)中，是對神經(jīng)起重要調(diào)節(jié)作用的蛋白，它可以增加突觸可塑性（學(xué)習(xí)記憶活動細胞水平的生物學(xué)基礎(chǔ)）以及促進神經(jīng)發(fā)生，尤其是海馬（人體記憶系統(tǒng)）的神經(jīng)發(fā)生，在體育鍛煉促進認知能力的過程中起到促進作用（如圖1）。而BDNF介導(dǎo)神經(jīng)元的形成過程中，受到胰島素生長因子和血管內(nèi)皮生長因子的共同作用。BDNF人體試驗表明，運動具有改善BDNF、IGF-1和VEGF的作用。一次體育鍛煉，無論是有氧運動還是抗阻運動，都能即刻促進循環(huán)血液中BDNF、iGF-1或VEGF水平的增加，但運動后一段時間，這些因子恢復(fù)到原有水平。諸多研究發(fā)現(xiàn)，一次性運動后，BDNF、IGF-1、VEGF恢復(fù)到原有水平的時間和程度不同，這可能是由于運動強度、類型以及個體身體差異所造成的。長期運動可以不同程度提高BDNF、IGF-1和VEGF的水平，且三者內(nèi)部之間也密切相連。Ding等通過在海馬區(qū)內(nèi)部注射抗IGF-1，發(fā)現(xiàn)空間回憶的能力減弱，抗IGF-1阻斷了運動誘導(dǎo)激活鈣調(diào)蛋白激酶II以及促分裂原活化蛋白激酶，減弱了運動誘導(dǎo)突觸蛋白I的形成。此外，阻斷IGF-1信號也就阻止了運動誘導(dǎo)海馬區(qū)BDNF的應(yīng)答，減弱了運動誘導(dǎo)突觸蛋白的表達，下調(diào)了TrkB信號，阻斷了運動對現(xiàn)存神經(jīng)前體細胞的促進作用。BDNF通過激活LTP的信號重要轉(zhuǎn)導(dǎo)通路-MAPK通路，進而促進突觸可塑性，可能是增強學(xué)習(xí)和記憶的直接的內(nèi)部機制。

4.2 大腦結(jié)構(gòu)適應(yīng)性變化

體力活動引發(fā)的細胞和突觸的變化將帶來大腦宏觀尺度的變化。影像學(xué)的研究表明，體育鍛煉能夠?qū)θ祟愡\動相關(guān)腦區(qū)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。Ji等的研究發(fā)現(xiàn)，6周的有氧運動能夠提升老年人手部運動皮層、紋狀體和小腦的灰質(zhì)體積。由于紋狀體可能和體育運動過程中的中央執(zhí)行功能（如，注意和加工運動相關(guān)的信息）相關(guān)，且小腦和運動中的動作習(xí)得和精確化相關(guān)，因此可以推測體育鍛煉能夠通過改變大腦結(jié)構(gòu)促進個體運動相關(guān)的認知能力。除了運動相關(guān)的腦區(qū)，體育鍛煉也能夠?qū)ｑR和新皮層等腦區(qū)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。一些研究利用彌散張量成像技術(shù)，對腦白質(zhì)纖維束的體積進行估計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有氧訓(xùn)練能夠使海馬體積提升2%～16%。此外，一些研究利用體素形態(tài)學(xué)分析法，在全腦水平對體素類型做判斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)6個月的有氧訓(xùn)練和拉伸訓(xùn)練均能提升老年人大腦灰質(zhì)和白質(zhì)的體積，降低背側(cè)前扣帶皮層、背外側(cè)前額葉皮層、左側(cè)顳葉和頂葉區(qū)域腦組織的流失速率。Chaddock-Heyman L等就有氧運動引起海馬體積增大進行了系統(tǒng)深入研究，發(fā)現(xiàn)兒童中有氧能力高均引起基底神經(jīng)節(jié)體積 等白質(zhì)微結(jié)構(gòu)、額葉前皮層、上額皮質(zhì)、顳上區(qū)和枕葉外側(cè)皮質(zhì)的灰質(zhì)厚度、血管增生和微循環(huán)等適應(yīng)性變化。因此，基于多種形式的研究表明，體育鍛煉能夠通過改變大腦結(jié)構(gòu)促進認知功能。

5 結(jié)論與啟示

5.1 結(jié)論

通過回顧基于有氧鍛煉對肥胖青少兒認知能力影響研究，可得到如下結(jié)論：肥胖青少兒在基本認知功能及高階認知功能方面都顯著低于正常體脂的青少兒，呈現(xiàn)出肥胖對認知功能的負面影響;而有氧鍛煉作為一種健康、有效的干預(yù)方式，可以降低肥胖青少兒的體脂水平，改善身體健康;同時，有氧鍛煉在改善青少兒體質(zhì)健康的同時還能提高其認知水平，促進其健康成長。通過綜述發(fā)現(xiàn)，有氧鍛煉對兒童執(zhí)行功能及記憶能力的改善相關(guān)研究最多，且結(jié)論都呈現(xiàn)積極效應(yīng)。

5.2 啟示

但此類研究依然存在以下問題：①研究的運動類型過于單一相關(guān)研究多集中在有氧運動單一運動類型，僅有少量研究探究阻力運動、靈敏運動等其他類型運動對兒童認知功能的影響。②運動“劑量效應(yīng)”尚不明確，多數(shù)研究在實驗過程中缺乏多種“劑量效應(yīng)”的變量，未設(shè)置運動強度對比，無法全面了解何種強度的運動能使認知提高達到最大化。③研究所用的運動處方因人而異，差異較大，所聚焦的認知功能也不盡相同。因此，建議研究擴大運動類型，并進一步對運動類型進行細分，如體能性鍛煉與技能性學(xué)習(xí)對肥胖青少兒認知健康的影響;規(guī)范實驗變量，針對身體活動強度進行明確界定與分級;明確認知功能所屬子功能，加強研究的針對性;進一步探討身體活動對肥胖青少兒認知功能的影響機制。

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作者簡介：唐惠君（1997—），女，土家族，湖北恩施人，體育學(xué)碩士，研究方向：兒童青少年體質(zhì)健康與運動干預(yù)。

（作者單位：武漢體育學(xué)院研究生院）