王俊宇， 楊永， 袁遜， 謝婷， 莊潔

1.上海體育大學(xué)運(yùn)動(dòng)健康學(xué)院，上海市 200438；2.武警警官學(xué)院，四川 成都市 610000；3.巢湖學(xué)院體育學(xué)院，安徽巢湖市 238024；4.成都新橋小學(xué)校，四川 成都市 610000；5.上海市學(xué)生體質(zhì)健康研究中心，上海市 200438

0 引言

執(zhí)行功能是涵蓋諸多復(fù)雜且目標(biāo)導(dǎo)向的高級(jí)認(rèn)知過程[1]，包含工作記憶、抑制控制與認(rèn)知靈活性等成分[2]，對(duì)于兒童青少年的發(fā)展至關(guān)重要，能使兒童青少年有效集中注意力、進(jìn)行多任務(wù)處理、理解與管理自身情緒，并提升社交能力[3-4]。兒童青少年執(zhí)行功能障礙[5-6]，如注意力缺陷多動(dòng)障礙與攻擊性行為等[7]，給家庭帶來沉重的心理與生理壓力。

運(yùn)動(dòng)是一種能有效增強(qiáng)兒童和青少年執(zhí)行功能的手段[8-10]，但兒童和青少年的運(yùn)動(dòng)時(shí)間往往不足，高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練(high-intensity interval training, HIIT)以其省時(shí)、高效、易于堅(jiān)持等特點(diǎn)，逐漸成為兒童青少年青睞的運(yùn)動(dòng)方式[11]，成為傳統(tǒng)訓(xùn)練方法的有效替代[12-13]。相較于傳統(tǒng)有氧運(yùn)動(dòng)，HIIT 能帶來類似甚至更為顯著的認(rèn)知改善效果[9,14-15]。但HIIT對(duì)兒童青少年執(zhí)行功能影響的研究仍然較少，研究結(jié)論并不一致[16-18]。

1 資料與方法

1.1 研究架構(gòu)

依照ICF 架構(gòu)，對(duì)兒童青少年HIIT 策略和執(zhí)行功能結(jié)局進(jìn)行編碼。本綜述的PICO架構(gòu)見表1。

表1 HIIT對(duì)健康兒童青少年執(zhí)行功能效果的PICO架構(gòu)

1.2 文獻(xiàn)檢索策略

依據(jù)PRISMA 聲明[20]，采用主題詞和自由詞相結(jié)合的方式，在PubMed、Web of Science、Cochrane、Embase、Google Scholar 和中國知網(wǎng)檢索相關(guān)文獻(xiàn)，檢索期限為建庫至2023年7月31日。

英文檢索式：(child OR children OR childhood OR pediatric OR pupils OR youth OR adolescents OR teenager OR juvenile OR primary school OR secondary school OR high school OR school age) AND (high-intensity interval training OR high-intensity intermittent training OR high-intensity interval exercise OR sprint interval training OR HIIT OR HIIE OR HIT OR SIT) AND (executive function OR executive OR execution OR working memory OR updating OR inhibitory control OR inhibition OR cognitive flexibility OR shifting)

中文檢索式：(兒童 OR 青少年 OR 少年 OR 青年OR 學(xué)齡兒童 OR 少兒 OR 學(xué)生 OR 青春期) AND (高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練 OR 高強(qiáng)度間歇 OR 沖刺間歇訓(xùn)練 OR間歇訓(xùn)練) AND (執(zhí)行功能 OR 執(zhí)行 OR 工作記憶 OR更新 OR 抑制 OR 認(rèn)知靈活性 OR 轉(zhuǎn)換)

在外邊飛著滿天的大雪，我和翠姨坐著馬車去買絨繩鞋。我們身上圍著皮褥子，趕車的車夫高高地坐在車夫臺(tái)上，搖晃著身子唱著沙啞的山歌：“喝咧咧……”耳邊的風(fēng)嗚嗚地嘯著，從天上傾下來的大雪迷亂了我們的眼睛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的天隱在云霧里，我默默地祝福翠姨快快買到可愛的絨繩鞋，我從心里愿意她得救……

1.3 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①研究對(duì)象為6～12 歲的健康兒童或13～18 歲的健康青少年；②干預(yù)手段為HIIT；③報(bào)告與執(zhí)行功能相關(guān)的結(jié)局指標(biāo)；④隨機(jī)或非隨機(jī)設(shè)計(jì)的對(duì)照試驗(yàn)；⑤中文或英文。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①研究對(duì)象為特殊人群，如運(yùn)動(dòng)員、超重或肥胖者、抑郁患者、注意力缺陷多動(dòng)障礙或其他慢性病患者；②未明確提供HIIT 的具體實(shí)施方案，如訓(xùn)練持續(xù)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等；③非原創(chuàng)研究或僅為會(huì)議論文。

1.4 文獻(xiàn)篩選和數(shù)據(jù)提取

2 名研究人員獨(dú)立進(jìn)行文獻(xiàn)篩選與數(shù)據(jù)提取。先閱讀文獻(xiàn)標(biāo)題和摘要進(jìn)行初篩，然后進(jìn)行全文審讀，并根據(jù)獲得的參考文獻(xiàn)進(jìn)行追溯。若出現(xiàn)意見分歧，與第3名研究人員討論決定。

提取的數(shù)據(jù)包括：①文獻(xiàn)的基本信息(作者、國家、發(fā)表時(shí)間)；②研究對(duì)象特性(年齡、性別、樣本量)；③訓(xùn)練干預(yù)特征(訓(xùn)練強(qiáng)度和時(shí)間、間歇次數(shù)和休息時(shí)間、訓(xùn)練頻率和周期)；④結(jié)局指標(biāo)的測試方法(測量工具、測量指標(biāo))。文獻(xiàn)篩選流程見圖1。

1.5 質(zhì)量評(píng)價(jià)

采用2010 版物理治療證據(jù)數(shù)據(jù)庫(Physiotherapy Evidence Database, PEDro)量表[21]，2 名研究人員獨(dú)立對(duì)所納入的文獻(xiàn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。如有分歧，與第3 名研究人員討論決定。量表共11 項(xiàng)，第1 項(xiàng)不計(jì)分，其余10 項(xiàng)每項(xiàng)1 分，總分10 分。9～10 分為高質(zhì)量，6～8分為良好質(zhì)量，4～5分為一般質(zhì)量，＜ 4分質(zhì)量較差。

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)特征

共納入15 篇文獻(xiàn)[14-18,22-31]，來自9 個(gè)國家，發(fā)表日期主要集中在2016 年至2023 年，研究設(shè)計(jì)包括13 項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(randomized controlled trial, RCT)、1 項(xiàng)非隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(non-randomized controlled trial,NRCT)和1 項(xiàng)交叉設(shè)計(jì)試驗(yàn)，共17 021 例研究對(duì)象。文獻(xiàn)的基本特征見表2。

表2 納入文獻(xiàn)的基本特征

2.2 干預(yù)方案

干預(yù)因素包括干預(yù)周期、頻率、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度和WRR。本研究中，3 項(xiàng)研究報(bào)告單次干預(yù)的即時(shí)影響，其余12 項(xiàng)主要關(guān)注長期干預(yù)的效果，干預(yù)周期2周～10 個(gè)月，干預(yù)頻率每周2～5 次，每次5～25 min；其中7項(xiàng)報(bào)告運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，為71%～90%最大心率。

2.3 干預(yù)效果

HIIT對(duì)健康兒童青少年執(zhí)行功能的影響主要表現(xiàn)在工作記憶、抑制功能和認(rèn)知靈活性3個(gè)方面。

工作記憶對(duì)短期信息獲取、保存與操作發(fā)揮重要作用[32]，與智力、閱讀能力、推理能力和問題解決能力密切相關(guān)[33]。10 項(xiàng)研究報(bào)告工作記憶結(jié)果，其中6項(xiàng)發(fā)現(xiàn)HIIT組工作記憶改善。

抑制控制是個(gè)體對(duì)無關(guān)信息的過濾和對(duì)自身習(xí)慣性反應(yīng)的抑制能力[34]。共有11項(xiàng)研究報(bào)告抑制控制結(jié)果，其中6項(xiàng)發(fā)現(xiàn)HIIT組抑制控制改善。

認(rèn)知靈活性是個(gè)體根據(jù)任務(wù)變化進(jìn)行的工作記憶、注意力和反應(yīng)選擇的靈活調(diào)整能力[35]。共有3 項(xiàng)研究報(bào)告認(rèn)知靈活性結(jié)果，1 項(xiàng)發(fā)現(xiàn)HIIT 組認(rèn)知靈活性改善。

2.4 文獻(xiàn)質(zhì)量

納入文獻(xiàn)的PEDro量表評(píng)分5～8分，平均6.73分，總體質(zhì)量較好。所有研究均報(bào)告資格標(biāo)準(zhǔn)、被試退出率≤ 15%、意向性分析、組間統(tǒng)計(jì)分析，所有研究均未對(duì)干預(yù)者施盲，1項(xiàng)未進(jìn)行隨機(jī)分配，6項(xiàng)進(jìn)行分配隱藏，3 項(xiàng)對(duì)被試施盲，4 項(xiàng)研究評(píng)估者施盲，1 項(xiàng)未報(bào)告點(diǎn)估計(jì)和變異性測量。見表3。

表3 納入文獻(xiàn)質(zhì)量評(píng)估表

3 討論

已有高質(zhì)量研究結(jié)果支持HIIT對(duì)健康兒童執(zhí)行功能具有積極的促進(jìn)效果，但部分研究結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)明顯效果。綜合考察納入的研究，我們發(fā)現(xiàn)，單次HIIT能有效提高健康兒童的抑制控制能力；而長期HIIT則對(duì)其工作記憶和抑制控制有顯著效果。然而，無論單次還是長期干預(yù)，HIIT 對(duì)健康青少年的效果并不顯著。

本研究顯示，單次HIIT對(duì)健康兒童抑制功能有積極作用，效果可維持30～60 min[14,22]。Lambrick 等[36]發(fā)現(xiàn)，無論是HIIT還是MICT，都會(huì)增加8～10歲健康兒童前額葉皮質(zhì)血流量和氧含量，但只有HIIT后，兒童的抑制控制改善。提示HIIT對(duì)抑制控制的急性影響可能與扣帶回前部和前額葉皮質(zhì)等與抑制功能緊密相關(guān)的腦區(qū)有關(guān)。HIIT增加這些腦區(qū)的血流量和神經(jīng)營養(yǎng)因子濃度，以及兒茶酚胺類物質(zhì)的含量，促進(jìn)認(rèn)知功能提升[37-38]。

但對(duì)13 歲以上的青少年，單次HIIT 對(duì)抑制控制未產(chǎn)生積極效果[23]。這種年齡差異同樣出現(xiàn)在長期HIIT 干預(yù)中。4 項(xiàng)研究都未發(fā)現(xiàn)HIIT 可以提升青少年的執(zhí)行功能[16-17,23,28]。這可能由于兒童和青少年處于不同的發(fā)育階段。青少年階段，大腦發(fā)育更成熟，尤其是主導(dǎo)抑制控制的前額葉皮質(zhì)；而兒童階段前額葉皮質(zhì)尚未完全成熟，對(duì)HIIT 的反應(yīng)性和可塑性較高[39-40]。此外，青少年階段往往有更大的學(xué)習(xí)壓力和挑戰(zhàn)[41]，可能會(huì)對(duì)他們的心理，進(jìn)而對(duì)HIIT的干預(yù)效果產(chǎn)生間接影響。

本研究中，只有3 項(xiàng)研究提及單次HIIT 對(duì)健康兒童青少年執(zhí)行功能的急性影響[14,22-23]，可能會(huì)導(dǎo)致一定偏倚。未來應(yīng)開展更深入的探討。

本研究顯示，長期HIIT 對(duì)健康兒童的工作記憶[24-26,29-30]和抑制控制[15,24-25,31]有效。連續(xù)6 周參與HIIT和MICT 的青少年，抑制控制均有提高，參與HIIT 更顯著[15]。HIIT 在運(yùn)動(dòng)形式、強(qiáng)度、速度等方面更具變化，符合青少年的生理和心理發(fā)展需求，避免訓(xùn)練的單一與乏味[42]，干預(yù)效果更為顯著。長期HIIT干預(yù)能有效地激發(fā)多種生長因子分泌[43-44]，促進(jìn)神經(jīng)生成，增強(qiáng)大腦神經(jīng)互動(dòng)，改善腦可塑性。絨毛核在抑制控制中起重要作用，HIIT能激發(fā)絨毛核內(nèi)多巴胺受體活性，調(diào)節(jié)抑制控制[45]。

2 項(xiàng)研究顯示，HIIT 對(duì)兒童抑制控制并未產(chǎn)生顯著效果[29-30]，這可能與HIIT 的具體實(shí)施方案有關(guān)。有待進(jìn)一步研究。

不同HIIT干預(yù)方案可能會(huì)產(chǎn)生不同的效果[46]。目前，HIIT 主要為間歇沖刺跑[15,25,29]和間歇循環(huán)訓(xùn)練[24,26-27,30-31]，均對(duì)兒童的工作記憶和抑制功能有益。Pesce 等[39]提出，相較于較低認(rèn)知投入的活動(dòng)(如跑步)，需要增加注意力和認(rèn)知分配的訓(xùn)練更有助于提升認(rèn)知能力。認(rèn)知刺激假說認(rèn)為，那些需要協(xié)調(diào)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)能更有效刺激大腦中負(fù)責(zé)高階認(rèn)知過程的相關(guān)區(qū)域[47]。推測包含更多技能動(dòng)作的間歇循環(huán)訓(xùn)練更有可能刺激大腦相應(yīng)區(qū)域，從而推動(dòng)執(zhí)行功能發(fā)展。

各研究的運(yùn)動(dòng)劑量有明顯異質(zhì)性，并未形成統(tǒng)一結(jié)論。一些研究支持每周5 次、為期6 周的HIIT 干預(yù)[25]；而另一些研究則認(rèn)為每周1 次、為期12 周的HIIT 計(jì)劃(強(qiáng)度為90%最大心率)更優(yōu)[48]。有研究則傾向于每次8～10 min、每周3 次、為期4 周的方案(如有氧運(yùn)動(dòng)和核心運(yùn)動(dòng)，≥ 85%最大心率)[26]。另有研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行≥ 8 周的HIIT 干預(yù)，能更有效地促進(jìn)兒童和青少年工作記憶提升[17]。未來應(yīng)進(jìn)一步定量探索最有效的HIIT劑量。

在HIIT中，WRR是一個(gè)關(guān)鍵因素。HIIT的WRR可能調(diào)節(jié)HIIT 與執(zhí)行功能之間的關(guān)系。較小的WRR(如30 s∶30 s)可能對(duì)兒童青少年執(zhí)行功能有積極作用，而較大的WRR(如60 s∶30 s)則可能沒有積極效果[23]。適當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度訓(xùn)練和間歇時(shí)間能增加腦血流量和氧合過程[49]，促進(jìn)海馬成纖維細(xì)胞生長[50]，從而對(duì)執(zhí)行功能產(chǎn)生積極影響；如果高強(qiáng)度訓(xùn)練時(shí)間過長，恢復(fù)時(shí)間過短，則可能增加腦中乳酸濃度，對(duì)執(zhí)行功能產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，不同的WRR 還可能影響神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌，從而對(duì)執(zhí)行功能產(chǎn)生影響。我們沒有檢索到關(guān)于WRR 在執(zhí)行功能中調(diào)節(jié)作用及其相關(guān)機(jī)制的研究。

訓(xùn)練方案是HIIT 的關(guān)鍵內(nèi)容，是影響HIIT 效果的關(guān)鍵因素。本研究中，干預(yù)方案間差異較大，研究結(jié)果間的比較存在困難。未來需要更深入的研究優(yōu)化HIIT方案。

執(zhí)行功能的提升還需要考慮個(gè)體差異。一方面，個(gè)體的基礎(chǔ)體能和運(yùn)動(dòng)能力會(huì)影響HIIT的可行性和效果；另一方面，心理因素，如動(dòng)機(jī)、注意力、心理壓力等，也可能影響到HIIT的效果。未來還需要探討個(gè)體差異如何影響HIIT 效果，以設(shè)計(jì)更適合的訓(xùn)練方案。

4 結(jié)論

HIIT對(duì)健康兒童的執(zhí)行功能有促進(jìn)效果，特別是改善其抑制控制和工作記憶方面。但對(duì)健康青少年的干預(yù)效果并不明顯。影響HIIT效果的因素主要包括干預(yù)對(duì)象的年齡和干預(yù)方案的設(shè)計(jì)等。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。