足球锻炼及停练对10～11 岁儿童执行功能的影响

2020-11-27戴朝

成都体育学院学报 2020年5期

戴朝

执行功能是人体一种高级的认知过程，包括抑制、刷新和转化3 个子功能［1］。研究认为人体执行功能发展不良会导致认知、情绪和社会功能的异常［2］。解超等［3］Meta 分析认为定期的体育活动能改善学龄儿童的执行功能，表现为思考能力、注意力以及对未知情况的快速反应能力的提升。儿童执行功能最早出现在出生后第一年末，2～5 岁是快速发展时期，12 岁执行功能接近或达到成人水平。执行功能是衡量个体认知功能的重要指标，对心智发展和人格特征完善有重要意义。

目前体育锻炼对学龄儿童执行功能的研究，多为单次运动或短期干预。有学者研究短时间（20～50 min）运动对6 年级学龄儿童执行功能的影响，发现执行功能的抑制子功能和学习记忆功能得到显著改善［4］。陈爱国等［5］对4 年级学龄儿童进行单次不同时间（8 min，15 min和30 min）中等强度的篮球干预，显示执行功能不同程度提高，随着干预时间的增加效果越明显。另外，有学者进行较长时间的干预，江大雷等［6］认为8 周中等强度的足球锻炼提高了5～6 岁儿童执行功能的抑制子功能。Davis等［7］对7～11 岁肥胖学龄儿童进行10～15 周干预（20 min 和40 min 运动组），发现只有40 min 运动组执行功能显著优于对照组。殷恒婵等［8］对326 名小学生实施20 周不同方式的干预（武术＋跳绳＋8字跑，花样跑步），两种方案在改善执行功能子功能效果上各有所长，随着干预时间的增加，效果越显著。在国家大力发展足球项目的背景下，提倡学龄儿童进行足球锻炼促进体质健康，需要体育科研工作者提供相应理论支持。有学者指出学龄儿童进行足球锻炼后执行功能发生了变化［6，9］，研究认为一种系统的形成和消失均需要一定的时间［10］。因此可推测足球停练后对练习者执行功能有益效果的维持有一定的时限，而目前停止足球锻炼对学龄儿童执行功能影响相关研究较少。

综上，目前缺少长期的体育锻炼对学龄儿童执行功能影响的研究，停止锻炼后学龄儿童执行功能有何变化尚无定论。鉴于此，本研究基于四川省奥林匹克后备人才计划，募集了刚进行足球锻炼的学龄儿童和一般学龄儿童为研究对象，探讨有规律足球锻炼及停练对学龄儿童执行功能的影响，将丰富体育健身及增强儿童体质的理论。

1 对象和方法

1.1 对象

本研究募集了四川省奥林匹克学校足球培训中心进行24 周足球锻炼的学龄儿童为实验组（2017年9 月）。从成都市某小学抽取年龄、身高和体重与之相匹配的一般学龄儿童为对照组。在整个实验过程中，实验人员每隔2 周对受试者家长进行电话、微信或面谈形式的回访，了解受试者生活状态，并详细记录他／她们是否增加其他方式的运动，如额外增加长期、有规律锻炼的受试者将被剔除。最终包括46 例实验组（男／女童：22／24，已剔除了在实验过程中脱落或不符合的15 例样本，其中干预期12 例，停练期3 例，人员流失率24.6%）和对照组43 例（男／女童：22／21，已剔除19 例样本，其中干预期15 例，停练期4 例，人员流失率30.6%），完成整个干预过程的受试者基本信息见表1。本次研究所有测试均取得受试者本人和家长的同意，并签订了知情同意书。

表1 受试者基本信息（±s）Table 1 Basic information of the subjects（±s）

1.2 方法

1.2.1 足球干预

对实验组进行为期24 周的足球干预，每周5次，每次2 h（上、下午各1 h），训练强度参考陈爱国等［11］研究，认为中等运动强度能影响学龄儿童执行功能，心率控制在（220-年龄）x（60%～69%）之间。足球干预过程包括足球技术、战术演练和模拟比赛等。（足球技术：1～24 周，以脚部和下肢为主的颠控球练习，以脚背内、外、正侧为主的运球练习，原地或慢速运动的脚部、大腿和胸部接球练习，以脚背内、外、正侧，脚内侧为主的传球和射门练习；战术演练：16～22 周，限定区域和防守目标的相等人数攻守练习，不同得分方式与不同球门数量的小场地分队比赛；模拟比赛：22～24 周，模拟足球比赛进行随机分组）。

所有受试者配戴Hb02 智能手环，通过蓝牙与电脑连接，由实验人员监控其心率变化，当某位受试者心率超出或低于监控范围（125～145 次／min），对该名受试者训练强度进行降低或增加的调整，以确保为中等运动强度。在24 周足球干预后，我们对所有受试者进行跟踪研究，实验组停止足球锻炼8周。实验组和对照组在整个32 周内保持原先生活、学习状态不变化，期间不再进行其他定期有规律的体育锻炼。

1.2.2 执行功能测试

本研究执行功能测试共进行4 次，时间安排在0 周、24 周、28 周（停练4 周）和32 周（停练8 周）。包括抑制、刷新和转化3 种，分别采用Flanker［12］任务、Smith［13］的2-back 实验和Salthouse［14］实验。参考陈爱国等［9］研究方法所有受试者在相同计算机房依次完成3 个测试，每个测试之间进行对应测试任务练习，当练习正确率≥80%则进入正式测试（3 个测试平均准确率分别为83.5%、86.2%和87.3%），完成一个任务受试者休息约10 s。①抑制功能：要求受试者注视电脑屏幕，在开始500 ms 后出现一串字母，时间为1000 ms、间隔为2 s，出现一致条件“FFFFF和LLLLL”，不一致条件“LLFLL 和FFLFF”。受试者尽快发现每串字母的中间字母，如F或L则按键盘上F或L。测试分两部分（48 次判断为一部分）。成绩为不一致条件下的平均反应时与一致条件下的反应时差，反应时差越小表示抑制能力越好；②刷新功能：出现5 个字母（“B、D、L、Y、P”），每个字母显示时间2 s，间隔3 s，当出现的字母与前面出现的倒数第2 个字母相同，按键F，否则按键L。测试分两部分（25 次判断为一部分），测试平均反应时越短表示刷新能力越好；③转换功能：电脑屏幕出现一串数字（数字为1～9，时间2 000 ms，间隔3 s）但不包括5，要求受试者完成大小（对呈现黑色数字与5 大小的判断）、奇偶（对呈现绿色数字奇偶数的判断）和大小／奇偶转换（对呈现黑色或绿色数字分辨大小／奇偶转换的判断）测试。受试者完成大小／奇偶转换测试时间，减去分别进行大小和奇偶测试时间的平均值，为转换功能的反应时差，反应时差越小表示转换能力越好。

1.2.3 数据分析

采用SPSS 18.0 对两组受试者测试结果进行“平均值±标准差”处理，其中足球干预以0 周为基线，停练分析以24 周为基线。首先使用Shapiro-Wilk检测数据是否符合正态分布，如数据不符合正态分布，根据变量的分布形状确定相应的转换公式（中度偏态选取平方根转换，高等偏态选取对数转换）并观察变量为转换成功。采用组别（2）×时间（4）的混合实验设计方差分析，如组别和时间存在交互作用，则比较组别及时间因素的单独效应，单因素重复测量方差分析进行组内比较，独立样本t检验分析组间相同时间差异。如无交互作用，仅考虑组别和时间的主效应，并用Bonferroni 对结果进行事后多重比较。显著水平α ＝0.05。

2 结果

首先，Shapiro-Wilk检测数据显示符合正态分布。组别（2）×时间（4）的混合实验设计方差分析，组别、时间以及组别×时间的交互作用见表2，显示执行功能3 个子功能组别×时间均存在交互作用（抑制功能的组别×时间：F（7，348）＝16.820，P ＜0.001；刷新功能的组别×时间：F（7，348）＝13.227，P＜0.001；转换功能的组别×时间：F（7，348）＝21.092，P ＜0.001）。对实验组和对照组4 次测试结果见表3 和图1。

干预阶段，组间比较显示，0 周时实验组和对照组基线数据比较差异无统计学意义（抑制功能：t ＝0.226，P ＝0.827；刷新功能：t ＝0.119，P ＝0.903；转换功能：t ＝-0.650，P ＝0.513），说明在0 周两组执行功能的3 个子功能同质。24 周时实验组的抑制和转换功能反应时差分别小于对照组39.0%和32.7%，且有统计学意义（P ＜0.01），刷新功能测试反应时小于对照组9.2%，且有统计学意义（P ＜0.05），说明实验组抑制、刷新和转换功能均优于对照组。24 周与0 周比较显示，实验组的抑制和转换功能反应时差分别减小41.8%和39.2%，且有统计学意义（P ＜0.001）。刷新功能反应时减小10.0%，且有统计学意义（P ＜0.05），说明实验组抑制、刷新和转换功能得到改善。而对照组执行功能3 个子功能变化无统计学意义（P ＞0.05）。

停练阶段，组间比较显示，实验组在停练4 周（28 周）时抑制功能反应时差小于对照组26.9%，且有统计学意义（t ＝7.116，P ＜0.001），转换功能反应时差小于对照组14.5%，且有统计学意义（t ＝-3.665，P ＝0.022）。实验组在停练8 周（32 周），其抑制和转换功能反应时差分别小于对照组14.1%和17.9%，且有统计学意义（t ＝3.227，P ＝0.030；t ＝3.881，P ＝0.018），说明在停练4 周（28周）和停练8 周时，实验组抑制和转换功能仍优于对照组；组内比较显示，停练4 周（28 周）与24 周（停练基线）比较显示实验组的执行功能各子功能虽有变化，但无统计学意义（P ＞0.05）。停练8 周（32 周）与24 周比较，实验组的抑制功能反应时差增加36.1%，且有统计学意义（P ＜0.001），停练8周与停练4 周比较，实验组的抑制功能反应时差增加14.3%，且有统计学意义（P ＜0.05），说明随着停练时间增加，实验组抑制功能出现衰退。

表2 主体效应及交互作用检验Table 2 Subject effect and interaction test

表3 受试者不同时间执行功能测试比较（±s）Table 3 Comparison of subject＇s performing functional tests at different times（±s）

注：组间比较★为P ＜0.05，★★为P ＜0.01；24周与0周组内比较▲为P ＜0.05，▲▲为P ＜0.01；停练8周（32周）与24周组内比较△△为P ＜0.01；停练8周（32周）与停练4周（28周）组内比较◆为P ＜0.05。

图1 各组别不同时期执行功能比较Figure 1 Comparisons of executive functions in different groups at different times

3 讨论

3.1 足球锻炼对学龄儿童执行功能影响

本研究对10～11 岁学龄儿童进行24 周足球干预，我们发现：干预结束后，执行功能3 个子功能均显著改善。个别研究证实了足球锻炼对学龄儿童执行功能的有益影响，如江大雷等［6］分析8 周（2次／周，35 min／次）足球游戏对5～6 岁学龄儿童执行功能的影响，发现足球游戏促进了学龄前儿童执行功能的发展，对抑制功能改善最显著。本研究与上述结果有分歧，认为可能与受试者年龄段以及干预时间不同有关。陈爱国等［9］对9～10 岁留守学龄儿童进行8 周足球锻炼，发现对执行功能的抑制、刷新和转换3 个子功能均改善显著。本研究对象年龄和足球干预时间虽不同，但研究结果与陈爱国等［9］的一致，说明长期足球锻炼对学龄儿童执行功能有积极影响。

以“神经生理”和“神经预活化”机制解释长期运动对人体执行功能的有益影响得出：神经生理机制认为长期运动会引起人体大脑结构性改变。这一结论在动物实验中已被证实，表现为长时间运动会引起大脑学习和记忆相关脑区发生变化，促进脑内生长因子调节，引起神经发育［15］。以老年人为研究对象也得出类似结论，长期运动会显著提高老年人左、右前额叶皮层功能的连接，延缓因增龄引起的前额叶区域的白质和灰质的体积减少［16］，如Diamond等［17］认为学龄儿童长期运动，其执行功能是通过“运动——认知”相互关联的大脑神经机制来影响的。

而神经预活化机制体现在运动本身以及运动环境对认知的要求。当人们面临大难度运动挑战时，由于运动技能的不熟悉、易变化和难度等因素，受试者必须集中注意力，促使小脑和前额叶区域活性提高［17］。本研究采取足球锻炼，干预动作复杂且对受试者协调性要求高，学龄儿童在参与过程预先激活了与认知相关的神经网络，长期练习会提高执行功能的测试表现；而运动环境对认知要求主要表现在人们对动作学习、团队合作等方面，陈爱国等［9］认为足球是一项集速度、力量、灵敏、智慧、集体性和对抗性为一体的运动，学龄儿童在练习过程中依靠抑制功能克服外界干扰，对足球场上瞬息万变的局势的把握，刷新功能对信息进行更新和储存，而不同的动作之间变换依赖转换功能。本研究认为，学龄儿童在进行足球锻炼时，配搭、合作和预判等行为完成训练目标，这种非计划、随机性的运动情景增加了儿童运用技能、完成动作的难度，促使儿童更加努力思考和处理信息，调动了执行功能相关的神经回路。

3.2 足球停练对学龄儿童执行功能影响

当前研究缺乏停止运动后执行功能如何变化。本研究分析停止足球锻炼对学龄儿童执行功能的影响，发现：实验组在停练4 周时抑制功能发现：实验组在停练4 周和8 周抑制和转换功能反应时差均显著小于对照组（P ＜0.05）；组内比较显示，24 周（停练基线）比较停练4 周，实验组执行功能各子功能无显著变化（P ＞0.05）；停练4 周比较，实验组在停练8 周抑制功能反应时差显著增加14.3%（P ＜0.05）。分析可能的机制，本研究发现学龄儿童在进行足球锻炼时，不同动作间需要不断判断外界环境，执行功能中抑制子功能在其中扮演重要“角色”。而在停练阶段，受试者在足球锻炼时出现的“外界环境的干扰”消失，因而表现为相应的抑制功能退化较显著。另外在停练4 周，实验组执行功能3 个子功能无显著变化，而随着停练时间增加至8周抑制功能衰减明显。现有研究认为儿童时期其认知功能各方面处于发展巅峰，几乎不会出现衰退现象［18］，这与本研究结论不一致。我们分析可能与受试者个体差异有关，需后续扩大样本进一步论证。值得注意的是，实验组在停练后执行功能抑制和转换子功能仍然优于对照组，说明运动给学龄儿童执行功能带来的有益影响在停练后仍能持续。

本研究验证了部分假设，足球停练后学龄儿童抑制功能消退显著。但研究存在局限性，未比较不同的运动方式、强度、频率及停练对结果造成的差异，从运动与脑成像方面探讨锻炼、停练对不同年龄段的学龄儿童执行功能影响的机制，将是后续研究方向。