ADHD兒童執行功能的運動干預效果Meta分析

楊 波

兒童注意缺陷多動障礙（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）主要表現為與身心發展水平不相符的多動、沖動等行為，其核心癥狀與低水平的執行功能有關（Crosbie et al.，2013）。執行功能包括：1）抑制，即反應抑制和干擾控制；2）轉換，包括任務或思維方式的轉換；3）工作記憶，包括保持和處理信息（Diamond，2013）。由于ADHD發病期跨度較大，對患者的日常生活產生嚴重影響（Visser et al.，2010）。

ADHD的傳統治療手段包括藥物療法和精神療法，藥物療法主要包括中樞興奮劑藥物哌醋甲酯和非中樞興奮劑藥物阿莫西汀。二者均通過調節相關神經遞質濃度，實現執行功能的快速改善（Fuermaier et al.，2017；Séguin et al.，2018）。然而，藥物療法因停藥后伴有不良的生理副作用，而飽受爭議（Cunill et al.，2016）。精神療法包括認知行為療法和生物反饋療法等。其中，認知行為療法通過外在強化，促使情緒行為朝健康方向發展（Pan et al.，2019b）；而生物反饋療法則通過生理信號的自身反饋，消除病理過程，實現行為的正常化（Huang et al.，2014）。然而，精神治療雖無生理副作用，但療程長、見效慢，因此難以大規模推廣。

基于上述方法的缺點和ADHD兒童的心理行為特性，學者擬將體育鍛煉融入治療手段中。研究發現，中等或大強度有氧運動能在不同程度上有效改善ADHD患者的執行功能。如一次性中等強度運動干預對ADHD兒童的抑制控制能力有著積極作用，但認知轉換和工作記憶卻并未得到顯著改善（Piepmeier et al.，2015），而長期的跆拳道練習使ADHD兒童在抑制控制、認知轉換和工作記憶的任務測試中的表現顯著優于對照組（Kadri et al.，2019）。另有研究表明，急性運動在強化抑制控制能力的同時，還能促進視覺、空間工作記憶能力的發展（Gapin et al.，2010；Ziereis et al.，2015）。然而目前多數研究還是未能發現運動對工作記憶的積極效應。有研究表明，急性運動僅在抑制控制方面存在積極效應，其余執行功能均無顯著改善（Alan et al.，2013；Gapin et al.，2015）。而Valentin等（2018）卻發現，急性運動不僅能改善ADHD兒童的抑制控制能力，在轉換速度方面同樣有顯著的促進作用，但對工作記憶的改善效果同樣不佳。綜上，并非所有的核心執行功能都能從運動中獲益，有關轉換和工作記憶的研究依舊存在爭議。為此，本研究通過Meta分析，探討運動干預對ADHD兒童執行功能的改善效果，梳理矛盾并提供統計依據。

1 研究方法

1.1 檢索策略和選擇標準

在獨立雙盲的前提下，2名研究者采用主題詞+自由詞組合的方法系統檢索Cochrane Library、Pubmed、EBSCO、ScienceDirect、Web of Science數據庫的相關期刊論文，檢索詞分為 3類：1）問題類型（“attention deficit hyperactivity disorder”and“executive functions”or“executive dysfunction”）；2）研究對象（“children”or“teen”or“adolescent”）；3）干預措施（“exercise”or“aerobic exercise”or“acute exercise”）。此外，還仔細檢索了納入文章的參考資料。檢索時間：2010年1月1日—2019年7月22日。

1.2 文獻納入和排除標準

納入文章的受試者須經過權威機構確診患有ADHD的青少年兒童，實驗前的各項特征一致；有完整的干預方案和精確的后測結果。排除會議論文、綜述、非RCT研究、研究內容不一致、重復或未經同行審批的文獻，最終納入文獻21篇，共22個獨立研究（圖1）。

圖1 本研究文獻納入的過程示意圖Figure 1.Flowchart of Literature Search and Study Selection

1.3 Meta分析過程

1.3.1 數據提取

2名研究者單獨提取文章信息包括：實驗設計特征、人口學變量、文獻研究質量等，當納入的文獻無法提供完整的信息時，可直接聯系作者以獲取相關數據。如2人的統計結果有出入且經分析討論后仍無法統一，則交由本文通信作者裁決。文獻特征編碼包括作者姓名、年份、樣本量、平均年齡、文化背景、鍛煉時間、鍛煉強度、鍛煉頻率、干預周期、被試脫落、服藥情況。

1.3.2 數據分析

1）采取Cochrane風險偏倚評價工具評估文獻質量，包括：隨機分配、分配隱藏、盲法、結局完整、選擇性報告、其他偏倚來源。

2）利用Stata 15.1進行分析，異質性的判斷標準是Q統計量和I2。若Q統計量對應的P＞0.1表明無異質，采用固定效應Meta分析，若P＜0.1則選擇隨機效應進行Meta分析，以擴大置信區間，增加小樣本量研究的比重。

3）以標準化均值差為合并效應量，其數值無單位和實際意義，只代表大小。

2 研究結果

2.1 納入文獻特征

經系統檢索5個數據庫的相關研究，初步納入文獻21篇，634個樣本，平均年齡為11周歲，平均干預周期為11.7周，每次干預平均時間約為37 min，主要采用多項目相結合的中等或中等到大強度有氧運動，1個隨機單盲實驗設計，平均脫落率為6.6%，文獻質量均在中等以上水平（表1）。

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

2.2 Meta分析結果

2.2.1 異質性檢驗及敏感性分析

由表2異質性檢驗可知，抑制、轉換相關研究間存在高度異質性（I2＞50%，P＜0.1），而工作記憶相關研究間不存在異質性（I2＜20%，P＞0.1）。基于本次納入研究的數據特征，嚴重懷疑結局指標的不同是造成異質性的主要來源，接下來通過敏感性分析進一步確認。

表2 納入研究間效應值的異質性檢驗Table 2 Heterogeneity Analysis on Exercise Effects of Included Studies

由圖2可知，納入的文獻主要分為兩類，即以原始分結局指標一組分布于左側（帶*號），而以反應時為結局指標一組主要分布于圖形右側。推測結局指標的選擇會影響統計結果，故后續單獨合并兩類結局指標的相關研究。

圖2 納入研究間效應值的敏感性分析Fiqure 2. Sensitivity Analysis on Exercise Effects of Included Studies

2.2.2 合并效應量

本研究共納入21篇文獻，其中19篇報告抑制功能，10篇報告轉換功能，10篇報告工作記憶。由異質性檢驗和敏感性分析結果可知，抑制和轉換兩類結局指標的相關研究表現出不同的敏感性情況，因此應分別探討。

由合并結果可知，抑制原始分組的效應量雖達到大效應水平并具有統計學意義（SMD=1.41，P＜0.05），但各研究間存在較高異質性；而轉換原始分組的2篇文獻間雖無異質性，但效應量較低且不具有統計與學意義（SMD=0.16，P＞0.05），該結論與反應時組結果存在一定程度的矛盾。究其原因如下：1）本次納入文獻中，以原始分為結局的研究較少且離散情況較為嚴重。因此，實驗結果的穩定性和對真實情況的反映程度稍遜于反應時。2）對ADHD兒童而言，認知加工速度低于正常水平，測量得分越高勢必需要付出更多的時間進行信息處理，盡管試驗后認知水平的提高在一定程度上反映在測試總分上，但該結果只強調了認知得分而忽略了信息加工速度。因此，與反應時組的研究結果存在一定程度的矛盾且有夸大治療效果的嫌疑（McMorris et al.，2012）。

由圖3可知：1）抑制反應時組（I2=25%，P=0.19）、轉換反應時組（I2=28%，P=0.21）、工作記憶組（I2=0，P=0.50）的相關研究間均表現輕度異質；2）抑制反應時組（SMD=-0.55，P＜0.05）、轉換反應時組（SMD=-0.71，P＜0.05）的合并效應量均達到中等效應水平且具有統計學意義，表明運動干預能有效提高ADHD兒童抑制控制和轉換的水平；3）工作記憶組（SMD=-0.03，P＞0.05）的效應量較低且不具有統計學意義，表明運動干預對ADHD兒童工作記憶的改善效果并不顯著。

圖3 運動干預改善ADHD兒童執行功能的Meta分析森林圖Figure 3.Forest Plot of Exercise effects on Executive Function in ADHD Children

以上結果表明，本研究存在多個調節變量影響運動干預后的總體效應量，但影響效果的因素有哪些？各因素間如何合理組合才能形成最佳運動處方仍需進一步分析。因此，后續研究主要圍繞納入的研究特征展開討論。

2.2.3 偏倚檢驗

因符合本研究3個指標的相關文獻均達到10篇以上，故進行發表偏倚檢測，結果如圖4所示，散點基本分布于漏斗上方，以反應時為結局指標的研究主要分布于漏斗內側且左右對稱，但以原始分為結局指標的研究卻嚴重偏離漏斗外部且離散程度較大。表明以反應時為結局指標的研究不存在發表偏倚，但以原始分為結局指標的研究存在嚴重的發表偏倚。這再次表明本次以原始分為結局指標的研究會影響統計結果，故后續研究僅分析以反應時為結局指標的研究結果。

圖4 納入研究的發表偏倚漏斗圖Figure 4.Funnel Plot of Publication Bias of included Studies

2.2.4 亞組調節效應檢驗

由圖3可知，運動能有效改善抑制控制能力和轉換速度，但為進一步探究最佳運動處方，對納入的文獻進行亞組分析，結果如表3所示：

表3 分層亞組調節效應分析結果Table 3 Result of Subgroup Analysis

1）通過被試年齡亞組分析可知，運動干預效果受受試者的年齡影響。其中，運動對6～13歲受試者的抑制控制（SMD=-0.62，P＜0.05）和轉換速度（SMD=-0.76，P＜0.05）改善效果最好；而隨著年齡的增長，運動對抑制控制能力（SMD=-0.26，P＜0.05）和轉換速度（SMD=-0.14，P＜0.05）的改善效果逐漸降低。

2）由受試者服藥情況亞組分析可知，一段時間運動干預后，運動與藥物聯合治療效果與單純的運動干預效果之間的差別并不大。具體表現為：服藥不一致組的抑制能力的改善效應量為SMD=-0.56，P＜0.05；服藥一致組的改善效應量為SMD=-0.57，P＜0.05。而服藥不一致組轉換速度的改善效應量為SMD=-0.80，P＜0.05；服藥一致組轉換速度的改善效應量為SMD=-0.70，P＜0.05。

3）通過運動強度的亞組分析可知，中等強度的運動干預對抑制控制（SMD=-0.64，P＜0.05）和轉換速度（SMD=-0.78，P＜0.05）的改善效果最佳；而隨著強度增加到中等以上水平時，運動對抑制控制（SMD=-0.44，P＜0.05）和轉換速度（SMD=-0.62，P＜0.05）的干預功效較弱。

4）通過對每次鍛煉時間的亞組分析可知，每次進行40～60 min的運動干預，對ADHD患者的抑制控制能力（SMD=-0.85，P＜0.05）和轉換速度（SMD=-1.08，P＜0.05）的改善效果最佳；而30～40 min的運動干預效果僅達到中等效應量（SMD=-0.71，P＜0.05）；15～20 min的運動干預對抑制控制能力（SMD=-0.40，P＜0.05）和轉換速度（SMD=-0.54，P＜0.05）改善效應量最低。

5）通過對鍛煉周期的亞組分析可知，6～8周的運動干預對抑制控制（SMD=-0.81，P＜0.05）和轉換速度（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）、轉換速度（SMD=-0.86，P＜0.05）；而當運動周期過長超過16周時，作用效果減退，僅能改善抑制控制能力（SMD=-0.65，P＜0.05），而對轉換速度的影響效果并不顯著（SMD=-0.29，P＜0.05）。

以上亞組分析分別從5個方面探究了不同情況下的運動干預效果，以及每種干預手段所產生的效應量。但運動干預在不同情況下是如何改善ADHD患者的抑制控制能力和轉換水平仍需進一步討論，因此，后續分析將主要圍繞運動產生的心理機制展開。

3 討論

3.1 納入文獻質量和總體偏倚

本次共納入22個研究，質量評估結果顯示總體質量較高。由于以原始分為結局指標的研究存在夸大治療效果的嫌疑，因此，本次僅分析以反應時為結局指標的研究結果。結果表明，運動能有效改善抑制控制能力（SMD=-0.55，P＜0.05）和轉換速度（SMD=-0.71，P＜0.05），但對工作記憶改善并不顯著（SMD=-0.03，P＞0.05），這與已有研究結論一致（陳愛國等，2011；Verburgh et al.，2014）。

3.2 運動方案對ADHD兒童執行功能影響的Meta分析

被試年齡方面，運動干預對6～13歲兒童的抑制控制和轉換能力改善效果最好；而隨著年齡的增加，運動功效逐漸降低。分析認為，ADHD兒童執行功能的發展伴隨著腦結構和功能的變化。由于學前期兒童的腦部發育速度最快，神經網絡的可塑性較高。此時施加運動干預能夠最大限度地促進ADHD兒童神經系統的快速發育，抑制控制和轉換能力也會隨之改善。而當進入青春期后，前額葉皮質神經細胞發育幾近“完善”。因此，希望通過運動干預來進一步優化的空間有限，其抑制控制和轉換能力的改善程度自然也隨之降低（Ntourou et al.，2018）。

在被試服藥一致性方面，試驗期間輔助藥物治療組與單純地運動干預組對ADHD兒童抑制控制和轉換能力最終的改善效果差別不大。分析認為，藥物可直接作用于ADHD兒童身體器官，縮短治療周期；而單純地運動干預可通過調節ADHD兒童的機體代謝，為神經信號的高效傳遞提供生理基礎（Li et al.，2016）。從而確保機體在無藥物的輔助下仍然能分泌神經遞質，緩解認知障礙（Giorgetti et al.，2019）。但由于轉換的服藥一致性亞組分析中，不一致組的研究僅納入1篇，其結果可能會造成一定程度的偏差，因此后續研究仍需納入更多文獻來支持這一結論。

干預強度亞組分析發現，中等強度運動對ADHD兒童的抑制控制和轉換能力改善效果最佳，而隨著強度的增加，作用功效隨之降低。分析認為，由于ADHD兒童認知缺陷主要原因是大腦前額葉發育不良，嚴重阻礙了認知加工時多個腦區間的協同工作，而中等強度運動能確保各腦區獲得充足的氧氣，提高細胞代謝水平（蔣長好等，2013），這不僅能有效優化ADHD兒童各腦區間的聯系，還能提高其神經元激活的一致性水平，促進認知功能的完善和發展，從而有效改善執行功能（Erickson et al.，2015；Gunnell et al.，2019），以便幫助ADHD兒童抑制無關信息的干擾，并實現向目標信息的快速轉換。

在干預時間方面，每次進行40～60 min的有氧運動才能最大限度地改善ADHD兒童抑制控制和轉換能力，且干預時間越短，運動功效也隨之降低，已有研究也支持這一結論（McKune et al.，2003）。分析認為，由于ADHD兒童的實驗依從性和認知水平稍低于正常兒童，在接受同樣時長的運動干預時，并不能獲得等量的運動功效。因此需要適當的增加運動干預時長予以彌補，但后續研究仍需納入更多文獻進一步探究最佳干預時間。

在運動干預周期方面，維持6～8周的運動干預對ADHD兒童的抑制控制和轉換能力的改善效果最佳；而超過8周后持續周期越長，改善效果越低，該結論與已有研究一致（Lee et al.，2017a）。而10～12周的干預雖能提高轉換水平，但卻降低了ADHD患者的抑制控制能力。但是，轉換的干預周期亞組分析中，僅有1篇文獻的干預周期在10～12周，因此其結果可能存在一定程度的偏差，后續研究應納入更多的相關文獻來驗證這一結論。

4 結論

1）中等強度運動對ADHD患者抑制控制和轉換能力的改善效果最佳；2）每次鍛煉時間應保持在40～60 min，并維持在6～8周以達到理想效果；3）6～13歲是運動改善ADHD患者抑制控制和轉換能力的最佳時期，且干預效果隨年齡的增加而降低；4）運動干預過程中加入藥物治療對ADHD兒童抑制控制和轉換能力的最終影響與單純長期的運動干預效果差異并不大。