ADHD儿童执行功能的运动干预效果Meta分析

杨 波

儿童注意缺陷多动障碍（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）主要表现为与身心发展水平不相符的多动、冲动等行为，其核心症状与低水平的执行功能有关（Crosbie et al.，2013）。执行功能包括：1）抑制，即反应抑制和干扰控制；2）转换，包括任务或思维方式的转换；3）工作记忆，包括保持和处理信息（Diamond，2013）。由于ADHD发病期跨度较大，对患者的日常生活产生严重影响（Visser et al.，2010）。

ADHD的传统治疗手段包括药物疗法和精神疗法，药物疗法主要包括中枢兴奋剂药物哌醋甲酯和非中枢兴奋剂药物阿莫西汀。二者均通过调节相关神经递质浓度，实现执行功能的快速改善（Fuermaier et al.，2017；Séguin et al.，2018）。然而，药物疗法因停药后伴有不良的生理副作用，而饱受争议（Cunill et al.，2016）。精神疗法包括认知行为疗法和生物反馈疗法等。其中，认知行为疗法通过外在强化，促使情绪行为朝健康方向发展（Pan et al.，2019b）；而生物反馈疗法则通过生理信号的自身反馈，消除病理过程，实现行为的正常化（Huang et al.，2014）。然而，精神治疗虽无生理副作用，但疗程长、见效慢，因此难以大规模推广。

基于上述方法的缺点和ADHD儿童的心理行为特性，学者拟将体育锻炼融入治疗手段中。研究发现，中等或大强度有氧运动能在不同程度上有效改善ADHD患者的执行功能。如一次性中等强度运动干预对ADHD儿童的抑制控制能力有着积极作用，但认知转换和工作记忆却并未得到显著改善（Piepmeier et al.，2015），而长期的跆拳道练习使ADHD儿童在抑制控制、认知转换和工作记忆的任务测试中的表现显著优于对照组（Kadri et al.，2019）。另有研究表明，急性运动在强化抑制控制能力的同时，还能促进视觉、空间工作记忆能力的发展（Gapin et al.，2010；Ziereis et al.，2015）。然而目前多数研究还是未能发现运动对工作记忆的积极效应。有研究表明，急性运动仅在抑制控制方面存在积极效应，其余执行功能均无显著改善（Alan et al.，2013；Gapin et al.，2015）。而Valentin等（2018）却发现，急性运动不仅能改善ADHD儿童的抑制控制能力，在转换速度方面同样有显著的促进作用，但对工作记忆的改善效果同样不佳。综上，并非所有的核心执行功能都能从运动中获益，有关转换和工作记忆的研究依旧存在争议。为此，本研究通过Meta分析，探讨运动干预对ADHD儿童执行功能的改善效果，梳理矛盾并提供统计依据。

1 研究方法

1.1 检索策略和选择标准

在独立双盲的前提下，2名研究者采用主题词+自由词组合的方法系统检索Cochrane Library、Pubmed、EBSCO、ScienceDirect、Web of Science数据库的相关期刊论文，检索词分为 3类：1）问题类型（“attention deficit hyperactivity disorder”and“executive functions”or“executive dysfunction”）；2）研究对象（“children”or“teen”or“adolescent”）；3）干预措施（“exercise”or“aerobic exercise”or“acute exercise”）。此外，还仔细检索了纳入文章的参考资料。检索时间：2010年1月1日—2019年7月22日。

1.2 文献纳入和排除标准

纳入文章的受试者须经过权威机构确诊患有ADHD的青少年儿童，实验前的各项特征一致；有完整的干预方案和精确的后测结果。排除会议论文、综述、非RCT研究、研究内容不一致、重复或未经同行审批的文献，最终纳入文献21篇，共22个独立研究（图1）。

图1 本研究文献纳入的过程示意图Figure 1.Flowchart of Literature Search and Study Selection

1.3 Meta分析过程

1.3.1 数据提取

2名研究者单独提取文章信息包括：实验设计特征、人口学变量、文献研究质量等，当纳入的文献无法提供完整的信息时，可直接联系作者以获取相关数据。如2人的统计结果有出入且经分析讨论后仍无法统一，则交由本文通信作者裁决。文献特征编码包括作者姓名、年份、样本量、平均年龄、文化背景、锻炼时间、锻炼强度、锻炼频率、干预周期、被试脱落、服药情况。

1.3.2 数据分析

1）采取Cochrane风险偏倚评价工具评估文献质量，包括：随机分配、分配隐藏、盲法、结局完整、选择性报告、其他偏倚来源。

2）利用Stata 15.1进行分析，异质性的判断标准是Q统计量和I2。若Q统计量对应的P＞0.1表明无异质，采用固定效应Meta分析，若P＜0.1则选择随机效应进行Meta分析，以扩大置信区间，增加小样本量研究的比重。

3）以标准化均值差为合并效应量，其数值无单位和实际意义，只代表大小。

2 研究结果

2.1 纳入文献特征

经系统检索5个数据库的相关研究，初步纳入文献21篇，634个样本，平均年龄为11周岁，平均干预周期为11.7周，每次干预平均时间约为37 min，主要采用多项目相结合的中等或中等到大强度有氧运动，1个随机单盲实验设计，平均脱落率为6.6%，文献质量均在中等以上水平（表1）。

表1 纳入研究基本信息Table 1 Basic Information of Included Studies

2.2 Meta分析结果

2.2.1 异质性检验及敏感性分析

由表2异质性检验可知，抑制、转换相关研究间存在高度异质性（I2＞50%，P＜0.1），而工作记忆相关研究间不存在异质性（I2＜20%，P＞0.1）。基于本次纳入研究的数据特征，严重怀疑结局指标的不同是造成异质性的主要来源，接下来通过敏感性分析进一步确认。

表2 纳入研究间效应值的异质性检验Table 2 Heterogeneity Analysis on Exercise Effects of Included Studies

由图2可知，纳入的文献主要分为两类，即以原始分结局指标一组分布于左侧（带*号），而以反应时为结局指标一组主要分布于图形右侧。推测结局指标的选择会影响统计结果，故后续单独合并两类结局指标的相关研究。

图2 纳入研究间效应值的敏感性分析Fiqure 2. Sensitivity Analysis on Exercise Effects of Included Studies

2.2.2 合并效应量

本研究共纳入21篇文献，其中19篇报告抑制功能，10篇报告转换功能，10篇报告工作记忆。由异质性检验和敏感性分析结果可知，抑制和转换两类结局指标的相关研究表现出不同的敏感性情况，因此应分别探讨。

由合并结果可知，抑制原始分组的效应量虽达到大效应水平并具有统计学意义（SMD=1.41，P＜0.05），但各研究间存在较高异质性；而转换原始分组的2篇文献间虽无异质性，但效应量较低且不具有统计与学意义（SMD=0.16，P＞0.05），该结论与反应时组结果存在一定程度的矛盾。究其原因如下：1）本次纳入文献中，以原始分为结局的研究较少且离散情况较为严重。因此，实验结果的稳定性和对真实情况的反映程度稍逊于反应时。2）对ADHD儿童而言，认知加工速度低于正常水平，测量得分越高势必需要付出更多的时间进行信息处理，尽管试验后认知水平的提高在一定程度上反映在测试总分上，但该结果只强调了认知得分而忽略了信息加工速度。因此，与反应时组的研究结果存在一定程度的矛盾且有夸大治疗效果的嫌疑（McMorris et al.，2012）。

由图3可知：1）抑制反应时组（I2=25%，P=0.19）、转换反应时组（I2=28%，P=0.21）、工作记忆组（I2=0，P=0.50）的相关研究间均表现轻度异质；2）抑制反应时组（SMD=-0.55，P＜0.05）、转换反应时组（SMD=-0.71，P＜0.05）的合并效应量均达到中等效应水平且具有统计学意义，表明运动干预能有效提高ADHD儿童抑制控制和转换的水平；3）工作记忆组（SMD=-0.03，P＞0.05）的效应量较低且不具有统计学意义，表明运动干预对ADHD儿童工作记忆的改善效果并不显著。

图3 运动干预改善ADHD儿童执行功能的Meta分析森林图Figure 3.Forest Plot of Exercise effects on Executive Function in ADHD Children

以上结果表明，本研究存在多个调节变量影响运动干预后的总体效应量，但影响效果的因素有哪些？各因素间如何合理组合才能形成最佳运动处方仍需进一步分析。因此，后续研究主要围绕纳入的研究特征展开讨论。

2.2.3 偏倚检验

因符合本研究3个指标的相关文献均达到10篇以上，故进行发表偏倚检测，结果如图4所示，散点基本分布于漏斗上方，以反应时为结局指标的研究主要分布于漏斗内侧且左右对称，但以原始分为结局指标的研究却严重偏离漏斗外部且离散程度较大。表明以反应时为结局指标的研究不存在发表偏倚，但以原始分为结局指标的研究存在严重的发表偏倚。这再次表明本次以原始分为结局指标的研究会影响统计结果，故后续研究仅分析以反应时为结局指标的研究结果。

图4 纳入研究的发表偏倚漏斗图Figure 4.Funnel Plot of Publication Bias of included Studies

2.2.4 亚组调节效应检验

由图3可知，运动能有效改善抑制控制能力和转换速度，但为进一步探究最佳运动处方，对纳入的文献进行亚组分析，结果如表3所示：

表3 分层亚组调节效应分析结果Table 3 Result of Subgroup Analysis

1）通过被试年龄亚组分析可知，运动干预效果受受试者的年龄影响。其中，运动对6～13岁受试者的抑制控制（SMD=-0.62，P＜0.05）和转换速度（SMD=-0.76，P＜0.05）改善效果最好；而随着年龄的增长，运动对抑制控制能力（SMD=-0.26，P＜0.05）和转换速度（SMD=-0.14，P＜0.05）的改善效果逐渐降低。

2）由受试者服药情况亚组分析可知，一段时间运动干预后，运动与药物联合治疗效果与单纯的运动干预效果之间的差别并不大。具体表现为：服药不一致组的抑制能力的改善效应量为SMD=-0.56，P＜0.05；服药一致组的改善效应量为SMD=-0.57，P＜0.05。而服药不一致组转换速度的改善效应量为SMD=-0.80，P＜0.05；服药一致组转换速度的改善效应量为SMD=-0.70，P＜0.05。

3）通过运动强度的亚组分析可知，中等强度的运动干预对抑制控制（SMD=-0.64，P＜0.05）和转换速度（SMD=-0.78，P＜0.05）的改善效果最佳；而随着强度增加到中等以上水平时，运动对抑制控制（SMD=-0.44，P＜0.05）和转换速度（SMD=-0.62，P＜0.05）的干预功效较弱。

4）通过对每次锻炼时间的亚组分析可知，每次进行40～60 min的运动干预，对ADHD患者的抑制控制能力（SMD=-0.85，P＜0.05）和转换速度（SMD=-1.08，P＜0.05）的改善效果最佳；而30～40 min的运动干预效果仅达到中等效应量（SMD=-0.71，P＜0.05）；15～20 min的运动干预对抑制控制能力（SMD=-0.40，P＜0.05）和转换速度（SMD=-0.54，P＜0.05）改善效应量最低。

5）通过对锻炼周期的亚组分析可知，6～8周的运动干预对抑制控制（SMD=-0.81，P＜0.05）和转换速度（SMD=-0.83，P＜0.05）的改善效果最佳；其次是10～12周（抑制控制（SMD=-0.40，P＜0.05）、转换速度（SMD=-0.86，P＜0.05）；而当运动周期过长超过16周时，作用效果减退，仅能改善抑制控制能力（SMD=-0.65，P＜0.05），而对转换速度的影响效果并不显著（SMD=-0.29，P＜0.05）。

以上亚组分析分别从5个方面探究了不同情况下的运动干预效果，以及每种干预手段所产生的效应量。但运动干预在不同情况下是如何改善ADHD患者的抑制控制能力和转换水平仍需进一步讨论，因此，后续分析将主要围绕运动产生的心理机制展开。

3 讨论

3.1 纳入文献质量和总体偏倚

本次共纳入22个研究，质量评估结果显示总体质量较高。由于以原始分为结局指标的研究存在夸大治疗效果的嫌疑，因此，本次仅分析以反应时为结局指标的研究结果。结果表明，运动能有效改善抑制控制能力（SMD=-0.55，P＜0.05）和转换速度（SMD=-0.71，P＜0.05），但对工作记忆改善并不显著（SMD=-0.03，P＞0.05），这与已有研究结论一致（陈爱国等，2011；Verburgh et al.，2014）。

3.2 运动方案对ADHD儿童执行功能影响的Meta分析

被试年龄方面，运动干预对6～13岁儿童的抑制控制和转换能力改善效果最好；而随着年龄的增加，运动功效逐渐降低。分析认为，ADHD儿童执行功能的发展伴随着脑结构和功能的变化。由于学前期儿童的脑部发育速度最快，神经网络的可塑性较高。此时施加运动干预能够最大限度地促进ADHD儿童神经系统的快速发育，抑制控制和转换能力也会随之改善。而当进入青春期后，前额叶皮质神经细胞发育几近“完善”。因此，希望通过运动干预来进一步优化的空间有限，其抑制控制和转换能力的改善程度自然也随之降低（Ntourou et al.，2018）。

在被试服药一致性方面，试验期间辅助药物治疗组与单纯地运动干预组对ADHD儿童抑制控制和转换能力最终的改善效果差别不大。分析认为，药物可直接作用于ADHD儿童身体器官，缩短治疗周期；而单纯地运动干预可通过调节ADHD儿童的机体代谢，为神经信号的高效传递提供生理基础（Li et al.，2016）。从而确保机体在无药物的辅助下仍然能分泌神经递质，缓解认知障碍（Giorgetti et al.，2019）。但由于转换的服药一致性亚组分析中，不一致组的研究仅纳入1篇，其结果可能会造成一定程度的偏差，因此后续研究仍需纳入更多文献来支持这一结论。

干预强度亚组分析发现，中等强度运动对ADHD儿童的抑制控制和转换能力改善效果最佳，而随着强度的增加，作用功效随之降低。分析认为，由于ADHD儿童认知缺陷主要原因是大脑前额叶发育不良，严重阻碍了认知加工时多个脑区间的协同工作，而中等强度运动能确保各脑区获得充足的氧气，提高细胞代谢水平（蒋长好等，2013），这不仅能有效优化ADHD儿童各脑区间的联系，还能提高其神经元激活的一致性水平，促进认知功能的完善和发展，从而有效改善执行功能（Erickson et al.，2015；Gunnell et al.，2019），以便帮助ADHD儿童抑制无关信息的干扰，并实现向目标信息的快速转换。

在干预时间方面，每次进行40～60 min的有氧运动才能最大限度地改善ADHD儿童抑制控制和转换能力，且干预时间越短，运动功效也随之降低，已有研究也支持这一结论（McKune et al.，2003）。分析认为，由于ADHD儿童的实验依从性和认知水平稍低于正常儿童，在接受同样时长的运动干预时，并不能获得等量的运动功效。因此需要适当的增加运动干预时长予以弥补，但后续研究仍需纳入更多文献进一步探究最佳干预时间。

在运动干预周期方面，维持6～8周的运动干预对ADHD儿童的抑制控制和转换能力的改善效果最佳；而超过8周后持续周期越长，改善效果越低，该结论与已有研究一致（Lee et al.，2017a）。而10～12周的干预虽能提高转换水平，但却降低了ADHD患者的抑制控制能力。但是，转换的干预周期亚组分析中，仅有1篇文献的干预周期在10～12周，因此其结果可能存在一定程度的偏差，后续研究应纳入更多的相关文献来验证这一结论。

4 结论

1）中等强度运动对ADHD患者抑制控制和转换能力的改善效果最佳；2）每次锻炼时间应保持在40～60 min，并维持在6～8周以达到理想效果；3）6～13岁是运动改善ADHD患者抑制控制和转换能力的最佳时期，且干预效果随年龄的增加而降低；4）运动干预过程中加入药物治疗对ADHD儿童抑制控制和转换能力的最终影响与单纯长期的运动干预效果差异并不大。