运动改善注意缺陷多动障碍儿童执行功能和注意力的研究进展

杨孟超，金 鹏，王德新，陈 超*

（1.上海体育学院，上海 200438；2.南京航空航天大学，江苏 南京 210016）

注意缺陷多动障碍（attention deficit and hyperactivity disorder，ADHD）简称多动症，是在遗传、脑神经异常、环境、心理等多种因素共同作用下导致的（Akutagava‐Martinsetal et al.，2013）。当前国外儿童患病率达8%～12%（Archer et al.，2012），学龄儿童患病率达3%～7.2%（Thomas et al.，2015）；中国儿童总体患病率为5.7%，学龄儿童患病率为4.31%～5.83%（Wang et al.，2017），全国约有1 461万～1 979万ADHD儿童（王慧，2017），仅5%患儿被诊断并接受治疗，并且会持续到青春期和成年期（Fayy‐ad et al.，2017）。研究表明，ADHD儿童成年后发展为反社会人格和违法犯罪的风险是正常儿童的5～10倍（常亚军等，2015），在经济成本、日常生活、学习成绩和心理健康等方面给家庭和社会造成巨大影响（Bledsoe et al.，2019）。

ADHD病理学核心缺陷是执行功能和注意力障碍（Rassovsky et al.，2015）。执行功能是儿童认知功能的重要组成部分，是一切认知心理过程产生和进行的必要心理属性（陈晓霞，2013）。执行功能的缺陷与ADHD严重程度呈正相关（Depue et al.，2010）。注意力缺陷是ADHD儿童的核心症状，细分为注意力稳定性、选择性和分配性缺陷，表现为注意力不连贯、不完整和一致性缺乏（于敬龙，2019）。此外，大脑发育相对不完善也与执行功能和注意力缺陷显著相关（Halperin et al.，2008）。

儿童期缺乏运动，导致大脑前额叶发育迟缓，是多动症主要病因之一（Hoogman et al.，2019）。儿童期大脑兴奋度高且可塑性强，对外部刺激更加敏感，是身心发育及社会适应发展的重要时期（杜长亮等，2020；Requejo et al.，2020）。因此，缺乏运动导致大脑前额叶发育迟缓是ADHD儿童主要病因之一（Hoogman et al.，2019）。区别于药物和心理治疗，运动以改善人体生理、心理、精神功能障碍为目标。研究证实，急性和长期运动都可以改善执行功能、注意力以及冲动的症状（Mehren et al.，2019），运动干预已经成为社会公认的治疗ADHD儿童的有效措施（黄斌 等，2010）。

本研究旨在梳理ADHD儿童的发生和改善机制，辨析运动对ADHD儿童执行功能和注意力的改善效果，为运动改善ADHD儿童执行功能和注意力提供理论依据和实践参考。

1 研究方法

1.1 文献检索策略

计算机检索“Web of science”“Ebsco”“PubMed”“中国知网”“万方”“维普”数据库，检索时间从各数据库起始年限至2020年5月31日，搜集相关运动干预多动症儿童执行功能和注意力的实验性研究。中文检索词包括：“运动”“运动干预”“体育锻炼”“有氧运动”“注意缺陷多动障碍”“多动症”“执行功能”“注意力”等，英文检索词包含“ADHD”“attention deficit hyperactivity disorder”“sport”“sports”“physical exercise”“exercise”“exercise intervention”“physical activity”“aerobic exercise”“executive function”“attention”等。英文以Web of Science数据库为例：

#1 TS=（ADHD or attention deficit hyperactivity disorder）

#2 TS=（sport or sports or physical exercise or exercise or exercise intervention or physical activity or aerobic exercise）

#3 TS=（cognitive function or executive function or atten‐tion or focus or attentiveness or sustained attention）

#4=（#1 and#2 and#3）

1.2 文献纳入及排除标准

1.2.1 文献纳入标准

1）研究对象均为ADHD儿童，或实验组均为ADHD儿童；2）实验干预方式包含运动干预；3）研究对象无运动障碍，能完成运动干预项目；4）研究的结局指标包含执行功能和注意力的各类量表和评价指标；5）研究类型为实验性研究。

1.2.2 文献排除标准

1）研究对象为非ADHD儿童；2）受试者存在运动障碍，无法完成干预；3）重复发表、质量评估差的文献；4）结局指标不包含执行功能和注意力的各类量表和测试；5）实验干预为非运动干预或者不包含运动干预。

1.3 文献筛选结果

本研究共检索得到相关文献2 843篇，剔除重复文献后得到2 496篇，通过阅读题目、摘要和全文进一步剔除不相关文献，最后得到27篇实验性文章进行研究（图1）。

图1 文献筛选流程Figure 1.Literature Search and Screen

2 文献纳入结果

2.1 运动对ADHD儿童执行功能的影响

执行功能作为高级认知过程，是大脑多种认知功能的集合，本质是能够加工、控制与协调抑制、工作记忆、认知灵活性、推理、问题解决和计划等认知过程（Anderson et al.，2012；Lunt et al.，2012），通过优化认知反应模式，使大脑作出适宜的反应。在探究运动对ADHD儿童执行功能影响的14篇文献中，4篇采用急性运动干预方式，10篇采用长期运动干预方式（表1）。

表1 运动对ADHD儿童执行功能的影响Table 1 Influence of Exercise on Executive Ability in ADHD Children

（续表1）

2.1.1 急性运动对ADHD儿童执行功能的影响

纳入的4篇急性运动对ADHD儿童执行功能干预的研究中，运动干预方式主要为有氧运动，其中3篇为跑步机有氧运动，1篇为自行车有氧运动；单次干预时长为20 min（1篇）和30min（3篇），提示单次运动干预至少持续20 min对执行功能的改善效果最佳（Chang et al.，2012b），运动干预强度均为中等，其中3篇明确中等强度为60%HR、65%～75%HR和50%～70%HRR，说明中高强度运动是改善执行功能最有效的方式（Best，2010），有助于提升ADHD儿童的抑制控制能力（Soga et al.，2016）。现有研究主要采用Stroop测试、WCST表现、伦敦塔测试、TMT、Go/No Go测试、抑制任务、相关脑电位来评估急性运动对ADHD儿童执行功能的影响。

急性运动对ADHD儿童的积极影响不仅表现在执行功能的抑制控制上，还表现在反应准确性、刺激处理能力、阅读和算术能力（Pontifex et al.，2013）以及运动反应时缩短、Stroop测试和WCST表现显著提升上（Chang et al.，2012a；Chuang et al.，2015；Piepmeier et al.，2015）。综上所述，急性中等强度有氧运动可明显改善ADHD儿童的执行功能。

2.1.2 长期运动对ADHD儿童执行功能的影响

纳入的10篇长期运动对ADHD儿童执行功能干预的研究中，运动干预方式主要有综合运动（3篇）、体育游戏（2篇）、乒乓球（2篇）、定向运动（1篇）、水上运动（1篇）和有氧运动＋药物（1篇）；干预周期为6～24周（10.67±5.08周）、干预频次1～3次/周（2.25±0.660次/周）、单次干预时长30～90 min（65.56±22.17min）。提示，长周期、系统持续且具备复杂运动模式的干预对ADHD儿童执行功能的改善效果更好（Anderson et al.，2012）。5篇研究报道了运动干预强度，其中，4篇采用了中等强度（120～140次/min、60～80%HRR以及60%HRmax），1篇采用了中高等强度。现有研究主要采用工作记忆评估量表、Stroop测试、韦氏儿童智力测验、WCST测试、Go/No Go测试和ADHD评定量表来评估长期运动改善ADHD儿童执行功能的效果。

Ziereis等（2015）和Memarmoghaddam等（2016）采用综合运动的干预方式对ADHD儿童进行研究，发现ADHD儿童工作记忆、运动表现以及认知和行为抑制能力具有显著改善。Park等（2013）也指出，综合运动干预可以显著促进ADHD儿童Stroop得分和神经同步任务的表现提升。Benzing等（2017）提出，结合认知训练和体育锻炼的干预方式对ADHD儿童执行功能、运动表现和多动症症状均有显著的改善效果。同时，Benzing等（2019）的研究证实，体育游戏不仅能显著缓解ADHD儿童多动症症状，还能有效降低其总反应时间，促进ADHD儿童运动能力表现的提升。2篇乒乓球运动干预的研究表明，ADHD儿童的执行功能、运动技能、力量、敏捷性以及运动综合得分在干预后均得到显著改善，并且干预效果具有潜在维持能力（Pan et al.，2015，2016）。宋杨等（2020）证实了定向运动能显著提升ADHD儿童和正常儿童的抑制、刷新、转换功能，但ADHD儿童执行功能的改善显著优于正常儿童。Chang等（2014）提出，水上运动干预后实验组AD‐HD儿童行为抑制能力、Go/No Go测试准确性和运动技能得到显著改善。Kang等（2011）采用运动+药物的干预方式研究发现，干预后ADHD儿童注意力、认知功能、ADHD评定量表的总分和社会合作性有显著改善。综上所述，长期中等/中高等强度的多种形式的运动干预可显著改善ADHD儿童的执行功能。

2.2 运动对ADHD儿童注意力的影响

注意力系统是一个相互连通的广泛性神经传导网络，不完全集中于大脑中心，需要奖励中枢、边缘系统和皮层等共同参与，从脑干内的觉醒中心开始，把信号传遍整个大脑，使大脑开始警觉并提醒我们注意（Russo‐Neustadt et al.，1999）。良好的注意力能够帮助我们更好地剔除无关信息，免受外界影响而分心（Bush et al.，2005）。在探究运动对ADHD儿童注意力影响的13篇文献中，5篇采用急性运动干预方式，8篇采用长期运动干预方式（表2）。

表2 运动对ADHD儿童注意力的影响Table 2 Influence of Exercise on Attention in ADHD Children

（续表2）

2.2.1 急性运动对ADHD儿童注意力的影响

纳入的5篇急性运动对ADHD儿童注意力干预的研究中，运动干预方式包含有氧运动（2篇）、综合运动（有氧、协调运动和观看视频）（1篇）、跑步接力赛（1篇）和散步（1篇）；单次干预时长为5 min（1篇）、20 min（2篇）、30 min（1篇）和20 min以上（1篇）；其中4篇研究报道了运动干预强度，其中3篇明确中等强度为65%～70% HR、65%～75% HR和50%～70% HRR，1篇研究为高等强度。现有研究主要采用Conners量表、E‐Prime软件、Stroop测试、WCST、注意力控制任务等评估急性运动对ADHD儿童注意力的影响效果。

Chang等（2012b）、Ludyga等（2017）和Pontifex等（2013）的研究均论证了中等强度有氧运动和综合运动均可显著改善ADHD儿童抑制功能和注意力，并且促进其反应时间缩短。Silva等（2015）的研究表明，进行单次急性高强度跑步接力赛可显著改善ADHD儿童的注意力、情绪控制能力以及学习成绩。Vysniauske等（2016）的研究亦指出，短期急性运动可以改善ADHD儿童的注意力。综上所述，急性中高等强度的运动干预能显著改善ADHD儿童的注意力。

2.2.2 长期运动对ADHD儿童注意力的影响

纳入的8篇长期运动对ADHD儿童注意力干预的研究中，运动干预方式有乒乓球＋药物（2篇）、瑜伽（1篇）、体育游戏（1篇）、定向运动（1篇）、射击打靶（1篇）、综合运动（儿童瑜伽和传统运动）＋药物（1篇）和跑台运动＋药物（1篇），3篇研究采用了运动结合药物的干预方法；干预周期为4～24周（11.57±6.28周），单次干预时长为30～90 min（58.13±17.67 min）；干预频次为1～5次/周（2.67±1.25次/周）；5篇研究报道了运动干预强度，其中，4篇采用了中等强度，1篇高等强度［（HR‐HR LV1）×0.25＋HR LV1］。现有研究主要采用Conners量表、ADHD评分量表、测验注意力的5个维度和自动工作记忆评估方法来评估长期运动对ADHD儿童注意力的改善效果。

吴广宏（2012）和Kang等（2011）研究表明，乒乓球＋药物干预后ADHD儿童注意力、认知功能和社交能力得到显著改善。Jensen等（2004）概述了瑜伽不仅能显著提升ADHD儿童注意力和社交能力，还能缓解其多动、焦虑/害羞等症状。Bustamante等（2016）指出，运动干预后体育游戏组和久坐组ADHD儿童的行为问题得分均显著提高，但体育游戏组ADHD儿童多动症症状、语言工作记忆、时空间工作记忆和对立反抗症状改善较为显著。刘阳等（2018）研究表明，定向运动干预能显著改善ADHD儿童的注意分配、注意广度以及视觉空间工作记忆。Månsson等（2017）证实了中等强度射击打靶运动不仅能促使ADHD儿童多动症评分显著降低，而且能显著改善其注意力。Haffner等（2006）采用综合运动＋药物干预方式的研究与de Greeff等（2017）采用长期运动干预的研究均指出，运动对ADHD儿童执行功能、注意力和学习成绩具有较明显的改善作用。Medina等（2010）还通过跑台运动＋药物的研究论证了高强度运动干预促使ADHD儿童信心指数、警觉性、冲动性显著改善，并且对ADHD儿童的持续注意力具有显著的改善效果。欧阳一毅等（2019）指出，力量和运动技能训练后，ADHD儿童注意力和认知问题减少。Oberer等（2018）提出，注意力的改善可促进ADHD儿童学习时间延长，有助于学习成绩的提高。综上所述，长期中等/高等强度的多种形式的运动干预可显著改善ADHD儿童的注意力。

3 ADHD的发生和改善机制

3.1 发生机制

3.1.1 前额叶皮层结构与功能异常介导ADHD发生的神经生理学机制

3.充分发挥大众媒体的威力，大力开展思想政治工作。大众媒体是人们了解外界的重要途径之一，把握住大众媒体这一宣传渠道，可以有力地进行思想政治工作的宣传。我国网络发展迅速，民众对网络信息的依靠率高，通过网络的宣传速度，有机地将思想政治工作的精髓融入其中，让人们在网络的渲染与熏陶下，思想与精神得到大幅度的提升。在思想政治工作中，可以充分利用榜样效应，树立榜样，将思想政治工作真正融入到人们日常生活的方方面面，这样有利于打造时代精神，推动整个社会风气的进步与发展。所以，在思想政治工作的发展与创新中，一定要充分利用大众媒体这一渠道，创新宣传思想政治工作的方式方法。

神经生理学机制研究显示，ADHD的发病可能与脑体积、前额叶皮层、皮下结构异常和功能受损有关（谢祎，2015）。ADHD儿童大脑总体积比正常儿童小3%～5%（Durston et al.，2004）。Cortese等（2015）研究发现，ADHD儿童的大脑激活水平较正常儿童低，右额叶中部和前额叶皮质的抑制功能减弱与额叶体积减小有关。Halperin等（2011）研究表明，与ADHD儿童小脑、执行功能相关的额叶区域和其他皮质区域的脑体积都较小。ADHD发病与前额叶密切相关，并且脑部两侧由额叶、纹状体、顶叶到小脑的神经网络也会出现一定的功能性联结缺损（Rubia et al.，2009）。儿童大脑结构的改变与ADHD发生息息相关，ADHD患儿出现脑内额叶区、基底节结构异常，且基底节和丘脑受损儿童患病率是正常儿童的3.2倍和3.6倍（熊忠贵 等，2004）。Bush等（2005）通过对比ADHD儿童和正常儿童大脑结构指出，ADHD儿童存在前额叶功能和前额叶背外侧皮质结构异常，主要表现为警觉、选择性、注意力分散、注意力转移、计划制定、执行控制和工作记忆等功能异常。此外，有30%～60%的ADHD患者脑波出现异常现象，主要表现在θ波过多，从而导致α波与β波的缺损，造成执行功能和注意力缺陷（Clarke et al.，1998）。Castellanos等（2002）研究认为，ADHD儿童的核心缺陷是额叶功能缺陷，特别是额-纹状体和额-顶叶网络。Sch‐weitzer等（2000）研究表明，ADHD儿童右纹状体的血流低于正常儿童，而左侧听觉区、感觉运动区和双侧枕区的血流相比有所增加，同时上额叶皮质、扣带回和右丘脑、尾状核、海马体回糖代谢率低于正常人。

3.1.2 儿茶酚胺分泌异常介导ADHD发生的分子生物学机制

分子生物学机制研究显示，ADHD的发病可能与脑内多巴胺水平调控失衡有关（Volkow et al.，2005）。多巴胺是儿茶酚胺类最具有活性的神经递质，其分泌量的增加将会减少有损害的神经递质的传导，从而促进行为活动、情感表达、生理节奏的改变（欧阳一毅等，2019）。脑内多巴胺神经功能主要通过多巴胺受体调控，对机体活动控制和认知功能具有调节作用（Durston et al.，2004）。ADHD患者脑内控制制定计划、维持注意、控制冲动和规律性行为的前额叶皮层严重受损（Chudasama et al.，2006），便会导致多巴胺D受体数量减少，造成相对应的神经递质传递受到影响。儿茶酚胺功能障碍能导致多巴胺能和去甲肾上腺素系统失衡和失调（Arnsten，2006），进而导致由多巴胺和去甲肾上腺素等神经递质调节的注意回路功能障碍。ADHD儿童普遍存在注意力障碍，主要就是由去甲肾上腺素和多巴胺分泌以及注意力系统区域中的机能障碍所引起的。

3.2 改善机制

3.2.1 运动调节前额叶皮层结构与功能改善ADHD的神经生理学机制

运动可以改变大脑的可塑性，增加前额叶皮层的容量（蔡春先等，2019），激活认知活动相关的区域，如前额叶（背外侧和腹外侧）、扣带回（以前扣带回为主）、小脑、顶叶、纹状体（腹侧）等脑区，改善ADHD儿童的神经生理学机制（Verret et al.，2012）。前额叶不同区域具有不同的功能，前额叶皮层和运动皮层分别是人类思考和运动的中枢。其中，背外侧前额叶和背侧前扣带回被认为是工作记忆编码网络的一部分，前者与编码和信息操作相关，后者与行为调整相关（方晓静，2016）。右背外侧前额叶和额极区富含抑制神经元，前扣带回富含兴奋性神经元，右侧背外侧前额叶和额极区均受前扣带回的支配，在认知控制中承担不同的角色（Milham et al.，2003）。当腹外侧前额叶、前扣带回和双侧额极协同激活增强时，支持注意控制需求增加时引起的相应反应选择、抑制功能和目标控制亦会增强（Harrison et al.，2015）。因此，执行功能的实现依赖于前额叶皮层与其他皮层及皮层下区域之间的动态交互作用（Li et al.，2014）。

在关于运动对前额叶结构与功能改善的研究中，运动可直接影响大脑的生理机能，进而促进ADHD儿童的行为改善。郑信雄等（2006）研究指出，有氧运动干预能增加儿童额叶、扣带和尾状核的双侧血氧流量。陈爱国等（2011）研究指出，短时中等强度有氧运动能使儿童执行控制功能脑激活模式发生变化，具体表现为儿童的双侧额上回、双侧额中回、双侧顶上小叶和左侧顶下小叶激活程度增加，左侧前扣带回激活减弱，而背侧前额叶皮质与注意力相关脑区间的交互异常很可能与ADHD中注意力缺陷显著相关。研究表明，参与运动的ADHD儿童右背外侧前额叶皮质脑区活动度较不运动的ADHD儿童明显增大（Missiuna et al.，2008），因此，针对小脑的运动训练可通过提高脑部注意力区域的效率来显著减少ADHD儿童的临床症状（李桂玉等，2018）。

3.2.2 运动调节儿茶酚胺分泌改善ADHD的分子生物学机制

运动能增加脑区之间的功能网络连接，通过神经发生、适应和保护等过程，增加大脑中的神经递质及受体的数量（Ratey et al.，2008），引起神经递质增加，并通过激活信号传导通路，提高突触传递的效能。运动缓解ADHD的原理在于引起去甲肾上腺素释放的增多、皮质醇水平增加和胰岛素阻抗改善等现象（Cerrillo‐Urbinaet al.，2015），有效地改善执行功能和注意力。研究表明，运动可以改变脑部血流、血清素、脑衍生神经滋养因子的释放（Piepmeier et al.，2015），促进儿茶酚胺和蛋白质酶的增加（Neudecker et al.，2015），从而减轻 ADHD 患者核心症状（Pontifexet al.，2013），改善多动/冲动行为、注意力、记忆力、动作技巧、情绪控制及社交技能（Heijer et al.，2017），并且促进学习和情绪发展（Memarmoghaddam et al.，2016）。

Spencer等（2007）研究发现，跑步机锻炼提高了AD‐HD儿童运动表现（速度和平衡）以及纹状体组织多巴胺水平，其原理在于运动会影响多巴胺能神经传递。同样，运动也能增加多巴胺合成以及减少D自动受体介导的黑质致密部多巴胺神经元抑制。运动可以增强大脑多巴胺的合成，提高脑源性神经营养因子的释放，并通过分泌量增加显著促进多巴胺的释放（Memorris et al.，2008），且与运动强度显著相关（Hong et al.，2012），以此达到改善AD‐HD症状的效果。此外，运动能够增加激素、生长因子和神经递质等物质的释放（雷爽等，2013），增强相关脑区的基因表达从而改善脑组织的抗氧化能力（Anna et al.，2015），维持纹状体多巴胺能-谷氨酰胺的相互作用，提高认知功能，促进执行功能和注意力发展（Vazou et al.，2016）。

综上所述，通过运动可以激活ADHD儿童认知活动相关的区域，增加前额叶皮层的容量和大脑中的神经递质及受体的数量，促使脑部血流、血清素和脑衍生神经滋养因子发生改变，促进儿茶酚胺和蛋白质酶的增加以及多巴胺的释放，从而促进ADHD儿童症状的改善。

4 改善ADHD儿童执行功能和注意力的运动建议

4.1 改善执行功能的运动建议

1）急性运动干预ADHD儿童执行功能的建议：采用20 min以上的中等强度有氧运动进行干预。

2）长期运动干预ADHD儿童执行功能的建议：采用干预周期 6～24周（10.67±5.08周），干预频次 1～3次/周（2.25±0.66次/周），单次干预时长 30～90 min（65.56±22.17 min）的中高等强度的综合干预、体育游戏、乒乓球、定向运动、水上运动和有氧运动＋药物等技能性、复杂性方式进行干预。

4.2 改善注意力的运动建议

1）急性运动改善ADHD儿童注意力的建议：采用干预时长5～30 min、中等（65%～70% HR、65%～75% HR和 50%～70% HRR）或高等［（HR-HR LV1）×0.25＋HR LV1］强度的有氧运动、综合干预、接力跑和散步等运动方式进行干预。

2）长期运动干预ADHD儿童注意力的建议：采用干预周期4～24周（11.57±6.28周），干预频次1～5次/周（2.67±1.25次/周），单次干预时长 30～90 min（58.13±17.67 min）的中、高等强度的乒乓球＋药物、瑜伽、体育游戏、定向运动、射击打靶、综合运动（儿童瑜伽和传统运动）＋药物和跑台运动＋药物等方式进行干预。

5 总结与展望

运动已然成为有效改善ADHD儿童执行功能和注意力的方式。通过中等/中高强度的急性、长期的多种运动方式，均可较为显著地改善ADHD儿童的执行功能和注意力，并对ADHD儿童学习表现有所助益。因部分研究对运动控制中的变量交代不明确，影响了干预效应的准确性和科学性，且多数研究限定于单一运动要素的控制，如不同运动项目、时长、频次和强度等，没有从整体视角深入探究各运动要素组合后的综合干预效应。因此，运用可穿戴设备、视频捕捉等智能化设备，获取ADHD儿童在开放性、自由性运动时的运动参数以及执行功能和注意力数据，运用大数据分析技术建立数字化和智能化的改善ADHD儿童执行功能和注意力的运动处方，将是今后研究的重要方向，从而切实普惠ADHD儿童，助力其学能提升。