有氧運動對超重肥胖兒童執行功能影響的Meta分析

趙瑞 陳樂琴 吳依妮 李倩倩

【摘要】 背景 研究證實，超重肥胖兒童執行功能與肥胖密切相關，并可能存在雙向關聯。有氧運動作為一種有效的干預手段，可有效促進其大腦發展和認知功能，尤其是執行功能，但改善效果的量化關系仍需要進一步探討。目的 系統評價有氧運動對超重肥胖兒童執行功能相關指標干預效果。方法 檢索中國知網（CNKI）、萬方數據知識服務平臺（Wanfang Data）、中國生物醫學文獻數據庫（CBM）、Cochrane Library、PubMed、Embase、Web of Science數據庫中有氧運動干預超重肥胖兒童執行功能的隨機對照試驗，檢索時限從各數據庫建庫至2023年7月。依據Cochrane風險偏倚評估工具對納入的文獻進行質量評估，采用RevMan 5.4和Stata 15.0軟件對結局指標進行Meta分析。結果 最終納入9項隨機對照試驗，其中包括940例超重肥胖兒童。Meta分析結果顯示，單次有氧運動干預能夠有效提高超重肥胖兒童的執行功能（WMD=-6.98，95%CI=-11.89～-2.07，P=0.005）；亞組分析結果顯示，單次干預時長<30 min的有氧運動對超重肥胖兒童執行功能子成分的改善均無顯著性差異（WMD=-0.84，95%CI=-9.37～7.68，P=0.85）；單次干預時長>30 min的有氧運動可改善超重肥胖兒童的抑制功能（WMD=-10.50，95%CI=-19.15～-1.85，P=0.02）。進行長期運動干預（干預周期為8周）時，與對照組相比，有氧運動可改善超重肥胖兒童干擾控制（WMD=-0.16，95%CI=-0.18～-0.14，P<0.000 01），對計劃（WMD=4.20，95%CI=-8.34～16.73，P=0.51）、注意（WMD=0.41，95%CI=-12.08～12.91，P=0.95）、同步（WMD=3.93，95%CI=-8.22～16.08，P=0.53）、連續（WMD=2.48，95%CI=-9.18～14.14，P=0.68）的改善效果不明顯。結論 單次長時間的有氧運動對超重肥胖兒童執行功能子成分有選擇性積極影響，長周期固定頻次、時間的有氧運動可以改善超重肥胖兒童干擾控制能力，但計劃、注意、同步、連續方面未產生改善效果。

【關鍵詞】 超重；肥胖癥；兒童；有氧運動：執行功能；Meta分析

【中圖分類號】 R 589.25 R 395.9 【文獻標識碼】 A DOI：10.12114/j.issn.1007-9572.2023.0810

Meta-analysis of the Effects of Aerobic Exercise on Executive Function in Overweight and Obese Children

ZHAO Rui1，CHEN Leqin1*，WU Yini1，LI Qianqian2

1.School of Physical Education Shanxi Normal University，Taiyuan 030000，China

2.School of Sport Science，Beijing Sport University，Beijing 100084，China

*Corresponding author：CHEN Leqin，Associate professor；E-mail：448750937@qq.com

【Abstract】 Background Studies have confirmed that executive function in overweight and obese children is closely related to obesity and may have a bidirectional association. Aerobic exercise，as an effective intervention，can effectively promote their brain development and cognitive function，especially executive function，but the quantitative relationship of the improvement effect still needs to be further explored. Objective To systematically evaluate the intervention effect of aerobic exercise on executive function-related indexes in overweight and obese children. Methods Randomized controlled trials of aerobic exercise interventions for executive function in overweight and obese children were searched in CNKI，Wanfang Data，CBM，Cochrane Library，PubMed，Embase，and Web of Science databases，and the timeframe for searching was from the establishment of each database to July 2023. The quality of the included literature was assessed according to the Cochrane Risk of Bias Assessment Tool，and Meta-analysis of outcome indicators was performed using RevMan 5.3 and Stata 15.0 software. Results Nine randomized controlled trials，including 940 overweight and obese children，were finally included. The results of Meta-analysis showed that a single session of aerobic exercise intervention was effective in improving the executive function of overweight and obese children（WMD=-6.98，95%CI=-11.89 to -2.07，P=0.005）. Subgroup analyses showed no significant differences in the improvement of any of the executive function subcomponents in overweight and obese children with a single intervention duration of less than 30 minutes of aerobic exercise（WMD=-0.84，95%CI=-9.37 to 7.68，P=0.85）；aerobic exercise with a single intervention duration longer than 30 minutes improved inhibitory function in overweight and obese children（WMD=-10.50，95%CI=-19.15 to -1.85，P=0.02）. When a long-term exercise intervention was carried out（the intervention period was 8 weeks），in contrast to the control group，the aerobic exercise improved interference control in overweight and obese children（WMD=-0.16，95%CI=-0.18 to -0.14，P<0.000 01），on planning（WMD=4.20，95%CI=-8.34 to 16.73，P=0.51），attention（WMD=0.41，95%CI=-12.08 to 12.91，P=0.95），synchronization（WMD=3.93，95%CI=

-8.22 to 16.08，P=0.53），and continuity（WMD=2.48，95%CI=-9.18 to 14.14，P=0.68）were not significantly improved. Conclusion Aerobic exercise for a single long period of time had a selective positive effect on executive function subcomponents in overweight and obese children，and aerobic exercise for a long period of time with a fixed frequency and duration improved interference control in overweight and obese children，but did not produce an improvement in planning，attention，synchronization，or continuity.

【Key words】 Overweight；Obesity；Child；Executive function；Aerobic exercise；Meta-analysis

兒童的超重肥胖問題已成為全球性的健康問題［1］。近幾十年來，許多國家兒童的超重、肥胖患病率持續上升［2］。有研究通過模擬兒童肥胖到成年的生長軌跡發現，肥胖的早期發展可以作為成年期肥胖的重要預測因素［3］?，F有證據表明兒童的超重、肥胖與心理健康、學業成績［4］和認知功能，尤其是執行功能密切相關［5］。執行功能作為高級認知過程，是大腦多種認知功能的集合，本質是能夠進行加工、控制與協調抑制、工作記憶、認知靈活性、推理、問題解決和計劃等認知過程［6］。相關生物學家發現，肥胖可通過炎癥和食欲調節激素介導的途徑導致認知功能下降［7-8］，并且這種關聯可能是雙向的，不良的執行功能可能通過降低自我調節能力而增加肥胖風險。因此，解決超重肥胖兒童執行功能問題對兒童健康至關重要。

當前，大量研究證實了規律的有氧運動對超重肥胖兒童的有益作用，包括改善身體素質［9］、運動表現［10］、認知能力［11-12］及促進認知神經發育［13］等。在有氧運動對超重肥胖執行功能影響深層次研究中發現，有氧運動可通過改變大腦結構，重塑白質的完整性，增加總灰質和小腦灰質的體積，提高大腦整體性神經回路效率來改善超重兒童的執行功能［14-16］。此外，有氧運動可減少損害超重肥胖兒童執行功能與肥胖相關的途徑［17］，進一步控制體質量。有氧運動對超重肥胖兒童執行功能干預效果存在一定的量效關系。前期研究表明，增加運動時間、運動強度劑量對超重肥胖兒童的執行功能影響的結論尚不一致［18-19］，甚至有研究持相反結論［20-21］。

鑒于有氧運動與超重肥胖兒童執行功能關系的復雜性、有氧運動與執行功能的劑量關系的爭議性，本研究通過Meta分析對已有的研究結果進行客觀系統評價，以期為預防和改善超重肥胖兒童執行功能提供科學的運動方案，為有氧運動在超重肥胖兒童執行功能領域的研究提供循證依據。

1 資料與方法

1.1 文獻檢索

本文遵循系統綜述和Meta分析的首選項原則，計算機檢索數據庫中國知網（CNKI）、萬方數據知識服務平臺（Wanfang Data）、中國生物醫學文獻數據庫（CBM）、Cochrane Library、PubMed、Embase和Web of Science。檢索時限從各數據庫建庫至2023年7月。英文檢索詞主要包括：“Aerobic exercise”“Overweight”“Obesity”“Child”和“Executive Function”等。中文檢索詞包括：“有氧運動”“超重”“肥胖”“兒童”和“執行功能”等。文獻檢索策略以PubMed數據庫為例，見表1。

1.2 納入及排除標準

1.2.1 納入標準：（1）研究設計，納入的研究必須為隨機對照試驗；（2）研究對象為超重肥胖兒童；（3）干預措施，試驗組超重肥胖兒童以有氧運動作為運動干預的唯一干預手段，對照組超重肥胖兒童采用不同方案的有氧運動或空白對照；（4）結局指標，執行功能（及其子功能：抑制功能、刷新功能、轉換功能）、認知能力及兒童日常生活中的執行功能。

1.2.2 排除標準：（1）非隨機對照試驗；（2）無法獲取全文；（3）無法提取出有效的結局數據；（4）重復發表；（5）會議文獻。

1.3 數據提取

由兩名研究人員對所納入的文章進行全文詳細閱讀，提取所需指標，包括第一作者姓名及發表年份、樣本量、干預方案及結局指標等。

1.4 文獻質量評估

由2名研究員依據Cochrane風險偏倚評估工具對納入的文獻進行質量評估。包括以下7個條目：隨機序列的產生、分配方案隱藏、對受試者及研究人員的盲法、研究結局的盲法評價、結果數據的完整性、選擇性報告研究結果、其他偏倚來源。根據標準按照低偏倚風險、高偏倚風險和偏倚風險不詳3個等級對納入文獻進行質量評價。若2名研究人員評估結果不一致，則由第3名研究人員參與判定。

1.5 統計學分析

采用Stata 15.0和RevMan 5.4軟件進行Meta分析。文章結局指標的數據均為連續性變量，當測量工具和單位完全相同時采用加權均值差（WMD），反之采用標準化均數差（SMD）消除量綱對結果進行合并，采用95%CI作為效應量指標。異質性檢驗采用χ2檢驗（檢驗水準α=0.05），并計算I2和P值評估各研究間異質性的大小，若I2<50%且P≥0.1說明納入的研究異質性較小，故采用固定效應模型，反之，異質性較大采用隨機效應模型（I2≥50%且P<0.1），并進一步查找異質性的來源。對結局指標繪制漏斗圖并進行Egger's檢驗評價文獻發表偏倚。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 文獻篩選流程及結果

初始檢索中英文數據庫共獲取相關文獻1 574篇，剔除重復文獻后剩余979篇，進一步閱讀文章標題和摘要后剩余78篇，最終納入9篇文獻［18-19，21-27］。文獻具體篩選流程圖見圖1。

2.2 納入文獻基本信息

納入的9篇文獻中包括7篇英文文獻［18-19，21-22，25-27］，2篇中文文獻［23-24］，共940例超重肥胖兒童。針對文獻的結局指標，其中3篇文獻［22-24］采用Flanker工具報告了抑制控制，2篇文獻［23-24］采用N-Back、More-odd shifting工具報告了工作記憶和轉換功能。2篇文獻［18，25］采用Stroop工具報告了干擾控制，1篇文獻［26］采用威斯康星卡片分類測驗（Wisconsin Card Sorting Test，WCST）工具報告了有氧運動對超重肥胖兒童執行功能，2篇文獻［19，21］采用認知評估系統（Cognitive Assessment System，CAS）工具報告了執行功能，1篇文獻［27］采用注意力測驗的修訂版（d2 Test of Attention-Revised，d2-R test）工具報告了注意力。納入研究的基本特征見表2。

2.3 納入文獻方法學質量評價結果

采用改良的Jadad量表對納入文獻的7個方面進行質量方法學評估。在隨機分配方法方面，9篇文獻［18-19，21-27］描述了產生隨機分配序列的方法，非隨機分配為高風險，未描述為不清楚；在分配方案隱藏方面，2篇文獻［19，22］嚴格執行隨機分配的結果，反之為高風險，無充足信息判定為不清楚；在盲法方面，由于干預研究的特殊性，無法對受試者和研究者同時做到雙盲法，納入9篇文獻［18-19，21-27］的風險均為不清楚；在結果數據的完整性方面，8篇文獻［19，21-27］完整的報告各指標的數據，結局指標的缺失不影響干預效應，反之為高風險，未明確報道為不清楚；在選擇性研究報告結果方面，8篇文獻［18-19，21，23-27］可獲得研究方案或發表的報告報道了所期望的結果，描述為低風險，反之為高風險，無充足信息判定為不清楚；其他偏倚風險方面，1篇文獻［18］樣本量較小，描述為高風險。具體的風險偏倚評估見圖2、3。

2.4 Meta分析結果

2.4.1 有氧運動對超重肥胖兒童執行功能的影響：納入的9篇文獻中，3篇文獻［22-24］詳細報道了有氧運動對超重肥胖兒童執行功能能力的影響。其中2篇對執行功能的子功能進行了測量［23-24］，研究間的異質性較低（I2=0，P=0.75），采用固定效應模型進行Meta分析，結果顯示，與對照組相比，單次有氧運動在提高超重肥胖執行功能方面有顯著性差異（WMD=-6.98，95%CI=-11.89～-2.07，P=0.005），見圖4。

基于目前的結果和納入文獻的特點，對執行功能進行亞組分析評估干預時長對結果的影響，亞組分析結果顯示單次20 min（干預時長<30 min）的有氧運動對超重肥胖兒童執行功能的子成分改善效果不明顯；單次40 min（干預時長>30 min）的有氧運動可改善超重肥胖兒童的抑制功能（WMD=-10.50，95%CI=-19.15～-1.85，P=0.02），其他子成分的Meta分析結果見表3。由于KRAFFT等［22］與其他兩篇測量指標不同，不進行合并分析，對結果進行定性描述發現有氧運動對超重肥胖兒童執行功能有明顯的改善作用。

2.4.2 有氧運動對超重肥胖兒童干擾控制能力的影響：2篇文獻［18，25］采用Stroop測量工具報道了顏色詞不一致的研究結果，各研究的異質性較高（I2=52%，P=0.06），采用隨機效應模型進行Meta分析，結果顯示，與對照組相比，有氧運動能夠有效改善超重肥胖兒童的干擾控制能力（WMD=-0.16，95%CI=-0.18～-0.14，P<0.000 01），見圖5。

2.4.3 采用CAS評估有氧運動對超重肥胖兒童執行功能的影響：2篇文獻［19，21］采用CAS測量工具從計劃、注意、同步、連續4方面報道了有氧運動對超重肥胖兒童執行功能的影響，異質性較低（I2=0，P=1.00），采用固定效應模型進行Meta分析，結果顯示，相較于對照組，有氧運動對超重肥胖兒童計劃、注意、同步、連續的改善效果不明顯（WMD=2.76，95%CI=-3.34～8.86，P=0.38），見圖6。根據干預時長進行亞組分析探討有氧運動的劑量效益，結果顯示，中等強度的長期運動干預低劑量組與高劑量組對計劃、注意、同步、連續4方面的影響不顯著（P>0.05），見表4。

2.4.4 采用WCST、d2-R test評估有氧運動對超重肥胖兒童執行功能的影響：采用WCST和d2-R test測試各有1篇文獻，僅對結果定性分析。CHEN等［26］研究發現，3個月的有氧運動除改善肥胖和體質狀況外，還有利于提高執行功能的子成分轉換能力。GALLOTTA等［27］研究發現，5個月以學校為基礎的有氧體力活動能顯著改善肥胖兒童的注意力。

2.5 發表偏倚分析

由于納入文獻較少，僅對包含執行功能和干擾控制、CAS測量工具的文獻繪制漏斗圖并進行Egger's偏倚檢驗，見圖7A、7B、7C。Egger's檢驗結果顯示，執行功能：t=-3.27，P=0.006，存在一定的發表偏倚，其來源可能是由于樣本量較小造成的；干擾控制：t=-68.48，P<0.001，存在一定的發表偏倚，可能是采取方法不同而呈現的偏差；CAS執行功能：t=1.98，P=0.068，不存在發表偏倚。

3 討論

兒童超重、肥胖已經成為一種全球性的流行?。?8］。肥胖作為一種慢性疾病，會導致生活質量下降和增加過早死亡的風險。除此之外，還是認知能力受損、認知能力加速下降和癡呆的重要預測因素［29］。在這種情況下，許多研究探討了超重肥胖與執行功能之間的可能聯系［30］。執行功能通常被認為是更高的認知過程，能夠實現目標導向的行動，在人們的日常生活和心理健康中起著極其重要的作用。在抵制壞習慣、自動行為和誘惑、實現目標或適應沖突情況以及保持健康體質量方面發揮重要作用［31］。研究發現執行功能下降是引起兒童發生超重肥胖的重要原因，執行功能的差異可能會影響生活習慣，使個人容易超重。較低的執行功能可能與一些功能失調的飲食行為顯著相關［8，32］。大量研究證實了干預訓練對肥胖兒童執行功能的有益作用［33-36］，其中有氧運動作為訓練超重肥胖兒童執行功能的有效手段被廣泛使用［37］。本研究通過檢索國內外相關文獻，共納入9篇隨機對照試驗，包括940例超重肥胖兒童。Meta分析結果顯示，單次短時有氧運動對超重肥胖兒童執行功能的改善效果具有選擇性，但單次短時間的運動干預在抑制、轉換、刷新方面并未產生明顯的效果，而單次長時間或長周期固定頻次與時間的有氧運動對執行功能有較好的改善作用。

單次短時有氧運動對超重肥胖兒童執行功能選擇性的改善作用，可能與納入研究運動訓練中各項目的種類和練習中切換的頻次有關，這與SHUKLA等［38］的研究結果一致。對其機制的研究發現，大腦額葉，包括運動皮質、運動前皮質和前額葉皮質，主導著執行功能，與抑制控制相關的大腦區域位于右側額下回，與工作記憶相關的大腦區域位于左側運動前皮質，與認知靈活性相關的大腦區域位于雙側額葉皮質，不同的鍛煉計劃刺激不同的大腦區域，對子成分的影響不同［39］。此外，發現長時間有規律的有氧運動可以改善抑制功能，這與既往研究一致［33］。在采用Stroop測量工具納入的2篇文獻中，有氧運動干預對顏色詞不一致的改善效果明顯，即有氧運動能有效改善超重肥胖兒童干擾控制的能力。ZHANG等［12］采用Stroop測量工具發現急性高強度間歇運動和高強度連續運動很可能是促進超重和肥胖兒童認知功能和抑制功能有效的運動方式，本研究結果與之一致。在WCST測驗中，CHEN等［26］以中等強度的快走、爬樓梯、有氧舞蹈、跳繩為運動方案，經過3個月的運動干預后統計發現WCST中非持續性錯誤率降低。郭艷花等［33］以中等強度的游戲、跳繩、跑步、搏擊操為運動方案經過5周的運動干預后統計發現WCST中的13個指標進行測試發現成績均顯著提高，與納入研究結果一致。此外，身體活動對超重肥胖兒童注意力有積極的改善作用。GALLOTTA等［27］在干預5個月后，對兒童進行了d2-R test，結果表明，參與者的注意力表現受時間的顯著影響且協調訓練干預對超重肥胖兒童注意力的改善效果最顯著。CHOU等［25］在存在連續但快速變化的聲學和光學刺激的情況下，采用決心測試的方法發現，連續8周、每周3次進行以棒球、籃球為主的運動游戲干預可以提高超重肥胖兒童注意功能方面的表現。而DAVIS等［21］通過CAS測試指標進行組間比較發現，同樣運動強度不同時長劑量的有氧運動對CAS各測試指標影響效果不顯著，本研究亞組分析結果與之一致。進一步分析發現，這可能與研究的運動方式有關，后期可進一步探討改善超重肥胖兒童注意力的最佳運動方式。另有研究發現，有氧運動在改善認知方面存在動態變化［40］，這可能與有氧運動與超重肥胖兒童執行功能的障礙程度有關，而針對性的有氧運動方式仍需要進一步研究。

LOGAN等［37］將超重肥胖兒童隨機分配到身體活動干預組和對照組，并完成操縱抑制控制的任務，通過評估任務表現和神經電干預前后變化量發現，9個月的身體活動干預可以保持神經電振幅預防其下降，從而證明了身體活動干預對肥胖兒童的認知和大腦健康的益處。長期規律的有氧運動會引起大腦結構的變化，導致腦細胞和有助于神經可塑性的分子發生變化，釋放神經營養因子，海馬回中的神經元可以獲得足夠的營養，以增加其體積，并最終加強記憶和認知功能［41-42］。研究發現，短時間中等強度的運動對執行功能的大腦激活模式形成了積極的變化，導致兒童在完成功能性任務時雙側前額葉激活水平增加，表明短期運動干預可以影響兒童的執行功能和潛在的神經網絡［19］。短期運動會導致神經遞質（多巴胺、血清素）、激素（去甲腎上腺素、生長激素）和其他化學物質的立即釋放。本研究結果顯示，短時中等強度有氧運動對執行能力具有改善作用，與既往研究一致［43-44］。

文章存在一定的局限性：（1）納入研究的文獻樣本量較小，可能對結果產生影響；（2）納入的有氧運動干預后缺少隨訪研究，有氧運動干預與執行功能間是否存在延時效應不清楚。（3）納入研究僅為中、英文文獻，可能產生結果的偏差。

綜上所述，有氧運動對超重肥胖兒童執行功能的改善具有積極作用，單次有氧運動干預對執行功能的子成分具有選擇性改善作用。通過對單次有氧運動干預時長亞組分析發現，對比發現單次時長>30 min的運動干預優于單次時長<30 min運動干預。此外發現長周期固定頻次與時間的有氧運動可以改善超重肥胖兒童干擾控制能力，但計劃、注意、同步、連續方面未產生改善效果。本研究通過Meta分析的方法，整合了大量獨立研究的數據，提高了研究結論的可靠性和普遍性。相比于單一研究，Meta分析能夠提供更為精確的效應量估計，為未來相關研究的假設提出和研究設計提供了堅實的基礎。在理論層面上，本研究豐富了執行功能的研究領域，特別是在兒童肥胖問題。從實踐角度來看，本研究指出有氧運動作為一種無須藥物的干預方式，可能對改善超重肥胖兒童的執行功能有積極作用，為教育工作者、心理健康專業人員和家長提供了一種簡便、低成本且可持續的干預策略。總之，本研究不僅強化了有氧運動在促進兒童身心健康方面的重要性，而且提供了一個實際可行的方案，以應對全球兒童肥胖帶來的挑戰，這對于未來的健康促進和疾病預防工作具有深遠的意義。

作者貢獻：趙瑞負責論文的選題、設計及撰寫者，對文章整體負責；陳樂琴負責論文評估、思路的指導；吳依妮負責資料搜集、數據的整理者；李倩倩負責表格的整理。

本文無利益沖突。

趙瑞：https：//orcid.org/0009-0000-7752-074X

陳樂琴：https：//orcid.org/0000-0002-3910-0514

吳依妮：https：//orcid.org/0009-0005-9486-011X

李倩倩：https：//orcid.org/0009-0002-4273-6385

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（收稿日期：2023-12-10；修回日期：2024-01-28）

（本文編輯：康艷輝）