体育锻炼对健康成年人认知能力影响的Meta分析

李志超 李姗姗 陈子超

(四川大学体育科学研究所，四川 成都 610064)

由于国际上对脑科学的重视，认知神经科学的兴起，体育锻炼与认知功能的关系探究便结合神经电生理共同发展和研究。Hillman等〔1〕首次采用ERP技术，探讨不同身体活动量对老年人认知功能的影响，及其大脑神经电位特征。事件相关电位(EPR)反映了认知过程中大脑高级功能中的神经电生理的变化，也被称为认知电位，也就是指当人们对某事物进行认知加工时，从头颅表面反映出的脑电位。P300是Sutton在实验研究过程中发现，其为晚成分的第三个正波〔2〕。另外Sutton在识别不同声调时记录到一个潜伏期约300 ms的正波(P300)，有研究结果表明P300是与注意、辨认、决策、记忆等认知功能有关的ERP成分〔3,4〕。P300作为一种特殊的诱发电位是ERP的内源性成分，它是判断大脑高级功能的一个客观、科学的指标〔2〕。ERP与认知过程有密切关系，被认为是了解人们心理活动的重要手段，也为研究大脑认知活动过程提供了新的方法和途径〔5〕。

EPR的存在、发现及应用，可有效改善及提高心理测验的手段。EPR反映人对一个事件认知过程中大脑的神经电生理的改变，能够真实反映脑的认知能力。研究〔6〕发现，体育锻炼或运动干预能够有效干预和影响健康成年人P300潜伏期与波幅，意味着可以改善和提高锻炼人群的认知能力。Meta分析是对同一课题的多项独立研究分析的结果进行系统的、定量的综合性分析。目前在体育锻炼对健康成年人P300影响的Meta分析中，Jonasson等〔7〕对体育锻炼与健康成年人P300潜伏期及波幅影响效果进行了系统评价，并证实其置信效果。但是在这些研究中探讨关系之间的调节变量的研究较少，如干预时间、干预频率、干预周期等，缺乏一个统筹多个变量下、较为完整的一套锻炼方案。基于以上，本研究就体育锻炼对健康成年人认知能力的影响进行Meta分析。

1 资料与方法

1.1文献搜集 检索web of science、SpringerLink、ScienceDirect数据库，检索收集体育锻炼对健康成年人P300影响的相关文献，检索时间为1979年到2019年4月。根据PICOS原则，分别以“exercise”“sport”“P300”“ERP”“cognitive ability”为主题词，采用自由、随机结合的方式进行文献检索，并应用NOTEEXPRESS软件对全文进行检索，共检索相关文献289篇。

1.2文献纳入和排除标准 纳入标准：①受试对象是健康成年人;②采用RCT，清晰地描述了实验组与对照组的基本情况;③清晰描述了体育锻炼前后，实验组与对照组的平均数和标准差;④运用体育锻炼方式对健康成年人P300影响的文献;⑤同作者对同人群的研究选择发表时间最早的一篇。排除标准：无法获得全文信息的会议摘要和综述研究;未发表的期刊(硕士、博士毕业论文)。

1.3文献筛选 检索得到289篇与本研究相关的文献，通过阅读题目和摘要初步筛选出245篇文献。经过阅读文献全文，排除数据不完整、数据重复、数据不恰当的文献，最终纳入的合格文献为12篇。

1.4文献质量评估 通过Cochrane协助网提供的Review Manager5.3对所纳入的RCT文献做方法学质量评估。对纳入的12篇研究从6个方面进行评分。分别以Random sequence generation(随机序列产生)、Allocation concealment(分配隐藏)、Blinding of participants and personnel(参与者和人员盲法)、Blinding of outcome assessment(结果评估的盲法)、Incomplete outcome data(不完整的结果数据)、Selective reporting(选择性报告)、Other bias(其他偏倚)，每方面以“低风险”“不清楚”和“高风险”作为评价结果。如图1，对纳入研究的RCT文献质量评估可知，其中有3篇文献达到中度偏倚风险，9篇为低度偏倚风险，不存在高度偏倚风险的文章。

1.5纳入文献的基本特征 共纳入文献12篇，其中3篇为EI期刊，9篇为SCI期刊。实验组人数为411人，对照组人数为417人。纳入文献特征见表1。

1.6研究方法

1.6.1元分析法

1.6.1.1广义 即运用定量方法汇总多个研究结果的系统评价，指全面收集所有相关研究并逐个进行严格评价和分析，再用定量合成的方法对资料进行统计学处理得出综合结论的整个过程〔3〕。

图1 文献质量评估

表1 纳入研究的文献特征

C为实验组，E为对照组

1.6.1.2狭义 元分析是一种系统评价。

Glass(1976)提出，Me为实验组均数，Mc为控制组均数，SDp为合并方差。

1.7统计学分析 采用stata13.0对纳入的12篇体育锻炼对健康成年人P300影响的文献数据进行统计分析，选择SMD和95%CI为效应尺度进行合并效应量。采用Cochrane的Review Manager5.3对所纳入的RCT文献做方法学质量评估。采用Cohen的d指标评估效应量的大小，即0.2≤d<0.5时，为小效应量；0.5≤d<0.8时，为中等效应量；当d≥0.8时，为大效应量。

1.8异质性检验 异质性大小用I2表示，I2<30%表明有轻度异质性，基本可以忽略；30%≤I2≤60%表明有中度异质性；60%

1.9相关变量分类 由于体育锻炼具体是从锻炼人群、锻炼方式、锻炼周期、锻炼强度进行控制，所以本研究设置4个变量并进行分类。①干预人群。将纳入的文献分为：健康老年人、健康成年人两个组别。②干预方式。将纳入的文献分为：休闲类锻炼干预方式、体能类锻炼干预方式两个组别。③干预周期。将纳入的文献分为：长周期干预(12 w以上)、短周期干预(12 w以下)两个组别。④干预强度。将纳入文献分为分中等强度、高等强度。

2 结 果

2.1体育锻炼对健康成年人P300干预作用的敏感性分析 各组结局指标敏感性分析可见，波幅的点估计值为1.93，95%CI为1.29～2.58；潜伏期的点估计值为-1.56，95%CI为-2.48～-0.64，得出所纳入的文章质量较高，每篇的数值都在点的估计值内上下浮动。见图2。说明本研究实验结果比较稳定，可信度较高，具有较高的参考价值。

图2 体育锻炼对健康成年人P300干预作用的敏感性

2.2体育锻炼对健康成年人P300干预作用的异质性检验 体育锻炼对健康成年人的P300具有良好的干预效果。波幅的异质性检验中，d=1.934，95%CI为1.289～2.580，P<0.001，I2=93.3%；潜伏期的异质性检验中d=-1.559，95%CI为-2.477～-0.641，P=0.001，I2=95.5%。可以看出体育锻炼对健康成年人P300潜伏期及波幅的干预效果明显，差异有统计学意义(P<0.01)，说明体育锻炼能够改善和提高健康成年人的认知能力。但各项结局指标的合并d和异质性检验结果显示，均具有不可忽略的异质性且具有显著性差异。

2.3体育锻炼对健康成年人P300干预作用的偏倚性分析 散点分布在偏上的位置，但是基本左右平衡；潜伏期指标中几篇文献稍微存在一些偏倚，不是很严重，对实验结果不能造成太大的影响，表明偏倚结果在允许的范围内，可以接受，本研究纳入的各研究不存在明显的发表偏倚。

由于结局指标为P300潜伏期和波幅均为连续性变量，因此采用egger检验法进行发表偏倚的检验分析较为准确。Meta分析中偏倚性检验中，波幅的P=0.011、潜伏期的P=0.121，潜伏期的P=0.05没有发生偏倚；波幅的P值显示实验结果发生了偏倚，可能由于样本量少，文章纳入情况导致，在许可的范围之内，属于正常现象。可视为实验结果比较稳定，未发表偏倚。见表2。

表2 体育锻炼对健康成年人P300干预作用的偏倚性分析

2.4体育锻炼对健康成年人P300干预作用的元回归分析 由表3可知，潜伏期及波幅的Meta回归分析中，干预人群、干预周期、干预强度的亚组内容分别进行回归分析显示P均>0.05，无显著性差异。说明本研究纳入的文章可靠性较高，具有较高的参考价值。但异质性检验中存在较大的异质性，所以说明体育锻炼对健康成年人P300潜伏期及波幅影响效果异质性的来源也可能是临床异质性、方法学异质性或统计学异质性。

2.5体育锻炼对健康成年人P300干预作用的亚组分析

2.5.1通过干预人群亚组分析 体育锻炼对健康老年人P300潜伏期的d为-1.897、P=0.000，波幅的d为2.038、P=0.000，差异均有统计学意义。对健康青年人的干预效果P300潜伏期d为-1.051，波幅的d为1.815，说明体育锻炼对健康成年人P300潜伏期及波幅都具有较好的干预效果。但通过d大小比较，体育锻炼对健康老年人的干预效果要优于健康青年人，因此得出结论，体育锻炼干预对健康老年人P300潜伏期及波幅改善效果的效应明显。见表4。

表3 体育锻炼对健康成年人P300干预作用的元回归分析

2.5.2通过干预方式亚组分析 休闲类锻炼项目对P300潜伏期及波幅的d分别为-1.605、1.555，体能类锻炼项目对P300潜伏期及波幅的效应量分别为-1.548、2.265，均P<0.05，差异均有统计学意义。见表4。

2.5.3通过干预周期亚组分析 短锻炼周期的d分别为-1.291、2.158，长锻炼周期的d分别为-1.682，1.672，P均<0.05，差异均有统计学意义，通过d的大小比较，得出运动干预长锻炼周期对健康成年人P300潜伏期及波幅的干预效果优于短周期锻炼。因此，短干预周期对健康成年人P300潜伏期及波幅改善效果的效应明显。见表4。

2.5.4通过干预强度亚组分析 低等强度对P300潜伏期及波幅的d分别为-1.605、1.555，中等强度对P300潜伏期及波幅的d分别为-1.548、2.265，均P<0.05，差异均有统计学意义。见表4。

表4 Meta 分析的分亚组调节d检验

3 讨 论

P300 作为客观评价认知功能的电生理指标，具有较高的敏感性和特异性，可以准确地反映出测试者的认知功能的变化。体育锻炼能够增强神经系统的功能，提高记忆和反应能力，增强神经系统可使神经细胞具有较高的灵活性。体育锻炼对机体的昼夜节律、中枢代谢、心血管功能、脑干和下丘脑-垂体轴在内的中枢神经系统功能具有有效的改善功能〔6，19〕。体育锻炼能增加内侧前额叶皮质、纹状体、海马、下丘脑和杏仁核的p-mtor阳性神经元。体育锻炼可以增强学习和记忆，并产生抗抑郁和焦虑等与压力相关的精神疾病的能力〔20，21〕。

21世纪以来，众多学者应用P300潜伏期与波幅的指标来探究体育锻炼与运动干预对锻炼者认知功能加工的影响。如Kida等〔22〕的研究发现经常参加运动的老年人与不经常参加运动的老年人相比，反应速度更快，P300幅度更大。Marr等〔23〕通过2016～2018年的文献进行元分析得到，健康的老年人在参与体育活动干预时更有可能看到认知能力的改善。Northey等〔24〕通过对36项研究的333项依赖效应大小分析表明，体育锻炼能够有效改善老年人的认知功能。

本研究设置4个不同的变量进行了效应量检验。干预方式的变量效应检验发现，以运动处方的干预方式进行干预健康成年人P300的潜伏期及波幅的效果明显。Lövdén等〔25〕通过对60名老年人进行6个月有氧运动运动干预的实验中，得到有氧运动对认知功能有广泛的影响。 Kennedy等〔26〕提出不同个体之间与年龄相关的认知能力下降率差异很大。相比于青年人，老年人认知能力下降现象更明显。基于运动方案(干预周期、干预时间、干预强度)的调节变量d检验得出，长锻炼周期(大于12 w)、低等强度体育锻炼对健康成年人P300的潜伏期及波幅的干预效果最佳。

通过阅读文章来探讨异质性的来源发现，在实验干预对象选取方面，纳入文章的实验对象存在一定的差异。实验对象的性别比例不同；实验对象的样本数量不同；实验对象地区来源存在差异；实验对象体质自身的差异，实验组和对照组在体质方面可能会存在先天差异，导致实验结果不稳定。在干预措施选择方面，干预环境的选择不同；实施对象的参与程度不同，实验项目单一、无趣，导致某些实验对象参与度低，影响实验结果，造成异质性；干预的形式不同，存在体能类体育锻炼与休闲类体育锻炼。Meta分析异质性检验中，文章具有较大的异质性，研究分析发现，可能是数据精确度不同，也可能在测量结果的差异与多样性方面，会存在系统误差，由于测量仪器的选取不同及测量仪器存在不可避免的误差及测试者的主观倾向性等方面均是研究间存在差异的主要原因。另外，纳入文献样本量不足；未发表的文献及无法获得全文的摘要和综述，没有进行锻炼频率与锻炼时间的分亚组整体分析，后期会进行整理与修补；文献质量评估方面的不足，部分文章没有说明是否采用“双盲”及主观评价和判断文章质量，这都是造成文章异质性的原因。