急性中等強度持續運動和高強度間歇運動對注意缺陷癥狀男大學生抑制控制的影響

摘 """""要：對比急性中等強度持續運動（MICT）和高強度間歇運動（HIIT）對注意缺陷癥狀男大學生抑制控制的影響，采用功能性近紅外光譜技術（fNIRS）探究其腦機制。采用隨機交叉設計，受試者按隨機順序接受3種干預措施（MICT、HIIT和靜坐休息），并在干預前、干預后20和50 min進行色詞Stroop任務和fNIRS測量，共20名受試者完成所有試驗。結果表明，MICT和HIIT均改善Stroop任務的正確率，但HIIT僅在干預后50 min的不一致條件下有顯著改善（t=3.41，P=0.002）。此外，MICT顯著改善Stroop一致任務的反應時（t=-4.12，P=0.001）并持續至運動后50 min（t=-3.45，P=0.001）。運動后20 min，MICT顯著提高一致條件任務下右側腹外側前額葉皮質（R-VLPFC）的激活狀態（t=2.92，P=0.005），且反應時和R-VLPFC激活改善正相關（r=-0.37，P=0.02）。研究認為，相較于HIIT，MICT對抑制控制任務的更多維度產生顯著改善，R-VLPFC激活增加可能是MICT改善抑制控制的潛在機制。

關 "鍵 "詞：中等強度持續運動；高強度間歇運動；注意缺陷癥狀；功能性近紅外光譜技術；

抑制控制

中圖分類號：G804.86""""文獻標志碼：A """文章編號：1006-7116（2025）02-0147-08

The effects of acute moderate-intensity continuous training and high-intensity interval training on inhibitory control in male university students

with attention deficit symptoms

SHI Lei¹，HUAN Muyang¹，HE Changshuang¹，PENG Xiaoying²，QUAN Minghui¹

（1.School of Exercise and Health，Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China；2.Department of Rehabilitation Medicine，The Second People's Hospital of Nantong，Nantong 226002，China）

Abstract："To compare the effects of acute moderate-intensity continuous training （MICT） and high-intensity interval training （HIIT） on inhibitory control in male university students with attention deficit symptoms， and to explore their underlying neural mechanisms using functional near-infrared spectroscopy （fNIRS）， this study employed a randomized crossover design and then participants underwent three interventions （MICT， HIIT， and sedentary rest） in random order. Color-word stroop task and fNIRS measurements were also conducted before the intervention and 20 and 50 minutes post-intervention. A total of 20 subjects completed all trials. Both MICT and HIIT improved accuracy in the Stroop task， but however， a significant improvement in the incongruent condition was observed only 50 minutes after HIIT intervention （t=3.41， P=0.002）. The study also found that MICT significantly improved reaction time in the congruent Stroop task （t=-4.12， P=0.001）， and this effect persisted for 50 minutes post-exercise （t=-3.45， P=0.001）. Twenty minutes post-exercise， MICT significantly increased activation in the right ventrolateral prefrontal cortex （R-VLPFC） during congruent condition tasks （t = 2.92， P = 0.005）. Furthermore， the improvements in reaction time were positively correlated with the increases in R-VLPFC activation （r =-0.37， P = 0.02）. The conclusion reveals that compared to HIIT， MICT resulted in significant improvements across more dimensions of inhibitory control tasks， and then the increase in R-VLPFC activation may be a potential mechanism through which MICT enhances inhibitory control.

Keywords："moderate-intensity continuous training；high-intensity interval training；attention deficit symptoms；functional near-infrared spectroscopy；inhibitory control

注意缺陷多動障礙（ADHD）是一種始發于兒童時期的慢性神經發育障礙，其核心癥狀為注意力不集中和多動/沖動^[1]。60%的ADHD兒童癥狀（主要為注意力缺陷）可持續到成年^[2-3]，成人的患病率約為2.58%^[4]，但就診率較低^[5]。因此，有注意缺陷癥狀的成年人是患ADHD的高風險人群。抑制控制是指通過調節人們的注意、行為、思想和情緒等來克服內外部干擾，從而有效地完成預期目標的能力^[6]。抑制控制的損害被認為是ADHD人群的核心損害^[7]，且與暴飲暴食^[8]、網絡成癮^[9]等對生活有負面影響的行為相關。因此，改善抑制控制是ADHD干預的重要內容。

研究表明，中等強度持續運動（MICT）^[10]和高強度間歇運動（HIIT）^[11]都能改善ADHD成年人抑制控制。從機制上講，前額葉皮質（PFC）是調節抑制控制的關鍵腦區^[12]，急性運動可能通過增加PFC的激活進而增強抑制控制^[13]。Yanagisawa等^[13]和Byun等^[14]的研究分別發現，10 min急性中等強度運動或低強度運動都可以改善年輕人左側背外側前額葉皮質（L-DLPFC）的激活狀態，同時改善抑制控制任務表現。Shao等^[15]也指出，HIIT干預改善年輕人在抑制控制任務中左右兩側背外側前額葉皮質和右側腹外側前額葉皮質（R-VLPFC）的激活狀態。然而，MICT和HIIT對抑制控制的影響是否存在差異，且這種差異是否與PFC的激活程度有關，目前仍有待研究。前人研究在健康成年人^[16-18]、健康兒童^[19]和肥胖青少年人群^[20]中對比MICT和HIIT對抑制控制的影響，但未考慮干預間的能量消耗匹配問題，所以無法確認干預效果的差異來源于干預方式不同還是能量消耗差異。因此，基于能量消耗匹配的運動干預方式間的比較，能為精準運動處方的制定提供證據支持。

基于現有研究的不足且ADHD以男性為主^[21]、成年人就診率低等特點，本研究以有注意缺陷癥狀的男大學生（高風險ADHD成人）為研究對象，以期探討：（1）能量消耗匹配的MICT和HIIT對注意缺陷癥狀男大學生抑制控制的影響是否存在差異；（2）MICT和HIIT對注意缺陷癥狀男大學生抑制控制的影響是否與PFC的激活程度有關。參照前期研究成果^[17-18]，本研究假設：MICT和HIIT均可以改善注意缺陷癥狀男大學生抑制控制任務表現，但兩種干預方式對抑制控制的改善存在差異且這種差異可能與PFC的激活程度有關。

1 "研究對象與方法

1.1 "研究對象

根據G-Power軟件進行樣本量計算，參考前人研究^[22]，設置效應量f=0.25，α為0.05，統計效力為0.8，得出需12位受試者。考慮到樣本丟失，本研究計劃招募20名受試者。受試者招募通過網絡方式進行，并通過成人注意缺陷多動障礙自我報告量表（ASRS）進行受試者篩選。ASRS量表中文版已經過信效度驗證，被廣泛應用于成人ADHD的篩查。ASRS量表包括注意力不集中和多動（沖動）2個分量表，每個分量表9個題目，共18個題目。每個題目賦值0～4分，分數越高代表癥狀越嚴重。每個分量表得分界點為17，≥17分代表相應癥狀明顯。

本研究的納入標準為：（1）有注意缺陷癥狀的男大學生（ASRS注意力不集中分量表得分≥17分）；（2）半年內無長期鍛煉習慣（近3個月內，每周中高強度運動次數≤3次，每次＜30 min）；（3）右利手，視力正常或矯正視力正常；（4）自愿參與并簽署知情同意書。排除標準為：（1）不適合參加中等及以上強度運動（如近3個月內下肢損傷；患有心血管疾病和代謝疾病）；（2）患有其他精神類疾病（如抑郁癥、焦慮癥等）；（3）有吸煙飲酒習慣（近半年來，每日吸煙一根及以上；每周3次及以上飲酒，每次＞750 mL啤酒或者50 mL白酒）；（4）服用精神類藥物；（5）患有色盲或色弱。

所有實驗干預均在上海體育大學進行，研究遵循《赫爾辛基宣言》在中國臨床試驗中心進行注冊（注冊號：ChiCTR2300067833），并得到上海體育大學倫理委員會的批準（倫理委員會登記編號：102772022RT010）。

1.2 "實驗流程

本研究要求受試者分4次到訪實驗室。第一次到訪時，測量受試者的身高、體重、體脂率、最大心率（HR_max）和最大攝氧量（VO_2max）等基礎信息。在后3次到訪時，受試者按照隨機順序接受3種不同的干預，在每種干預前進行抑制控制任務和血流動力學數據測試。為消除運動后頭皮血流增加對近紅外數據采集的影響，受試者通常需要安靜休息15 min以上^[23]。因此，在干預結束后20 min、50 min鐘進行測試，以觀測不同干預方式對抑制控制和血流動力學的影響及其持續效應。為避免殘余效應，4次試驗測試之間至少需要7天的洗脫期。

1.3 "最大攝氧量測試

采用逐級遞增負荷法測量VO_2max。在測試過程中，通過便攜式心肺功能儀（COSMED K5，Italy）和心率臂帶Polar OH1，采集受試者運動過程中的氣體代謝參數和連續心率。受試者先以30W負荷進行3 min熱身，隨后以70W負荷開始測試，每隔1 min增加10 W負荷，轉速設置為60 r/min。在測試過程中，每個1 min結束時，詢問并記錄受試者Borg主觀疲勞程度量表（RPE），該量表評分范圍從6（非常容易）到20（非常困難）。最大攝氧量測試的終止標準是受試者至少滿足以下3種情況之一：（1）攝氧量出現平臺期而不再增加；（2）達到根據年齡預測的最大心率（220-年齡）；（3）無法保持設置的節奏，個體達到意志力衰竭（即無法繼續蹬車，RPE≥17）。選取測試過程最后階段最高的10 s平均攝氧量和心率的最大值作為VO_2max和HR_max。

1.4 "運動干預措施

干預措施共分為3組，分別為對照組、HIIT組和MICT組（具體方案見圖1）。

運動干預組使用功率自行車（Monark 839E，Sweden）進行干預。在運動干預前后分別進行5 min負荷30 W的熱身和5 min負荷0 W的放松整理活動，對照組不接受熱身和放松整理活動。在HIIT組中，受試者首先以80% VO_2max對應的功率值進行1 min運動，緊接著以30% VO_2max對應的功率值進行1 min運動，兩種強度依次交替進行10次、共20 min。在MICT組干預中，受試者以55% VO_2max對應的功率值進行20 min運動。對照組中，受試者不接受任何運動干預，僅進行30 min靜坐休息。強度設定依據HIIT和MICT的強度要求，同時參考前人的能量消耗公式^[24]，以確保兩種干預方式的能量消耗相似。能量消耗公式如下：

（1）

1.5 "運動干預過程監控

為監控運動過程中強度是否達到預設要求，在最大攝氧量測試時分別記錄個體80% VO_2max（≈88% HR_max）和55% VO_2max（≈71% HR_max）強度下達到的心率，并在運動干預中使用Polar OH1進行心率監控。因此，運動中要求HIIT組最大心率達到且維持在88% HR_max，MICT組心率在運動開始后2 min內達到且維持在71% HR_max。

1.6 "測試指標

（1）色詞Stroop任務。使用Stroop任務評估受試者的抑制控制，Stroop任務包含一致條件和不一致條件2個部分。采用組塊設計，總計6個組塊，其中一致條件和不一致條件交替出現，每個組塊包括15個試次，每個組塊開始前有30 s休息時間。每個試次呈現上下兩排單詞：一致條件時上排顯示的單詞為“紅色”“綠色”“藍色”或“黃色”字樣，其顏色與詞義一致（例如，以紅色呈現的“紅色”字樣）；不一致條件時上排呈現的顏色和詞義不一致（例如，以綠色呈現的“紅色”字樣），而下排所有單詞均以顏色為黑色呈現。受試者需判斷上排顏色和下排詞義是否一致，一致則按A鍵，不一致則按L鍵。每個試次在屏幕上顯示1 700 ms，試次之間以300 ms的“十”字圖案作為分隔。在正式任務開始前先進行練習，正確率達到80%以上進入正式測試。正式測試中受試者需要盡可能快速、準確地做出反應。使用E-Prime 3.0.9軟件呈現所有刺激，并以反應時間和正確率作為抑制控制的評估指標。

（2）血流動力學數據。多通道連續波的功能性近紅外光譜設備（NIRSports，NIRx Medical Technologies LLC，Minneapolis，MN，USA）被用于監測在Stroop任務進行時PFC各腦區的血流動力學活動情況。fNIRS的探頭由8個雙波長的光源（785 nm和830 nm）和7個光源探測器組成，采樣率為10.2 Hz。探頭的位置根據10/20腦電系統排布并進行一定的調整，確保每個光源及其相應的光源探測器間隔為3 cm，光源與其對應的探測器組成通道，共形成20個通道。根據前人文獻^[25]將fNIRS的通道映射到相關腦區，右側腹外側前額葉（R-VLPFC）：16、19、20；左側腹外側前額葉（L-VLPFC）：3、4、6；右側背外側前額葉（R-DLPFC）：15、17、18；左側背外側前額葉（L-DLPFC）：1、2、5；內側前額葉（M-PFC）：7、8、9、10、11、12、13、14，這些通道覆蓋了PFC對應的投影區域。使用Homer 2開源軟件和MATLAB對fNIRS數據進行處理。通過運動偽影矯正算法，檢測超過均值10個標準差的采樣點，并使用小波變換進行矯正去除偽影。使用頻率為0.2 Hz和0.01 Hz的高通濾波和低通濾波去除基線漂移和生理噪聲。根據Beer-Lambert定律，將采集到的fNIRS光學信號轉換為以mol/L為單位的氧合血紅蛋白（HbO）信號，分別計算各個腦區任務中的HbO平均變化濃度。

1.7 "統計方法

對受試者的基本信息和干預過程中的心率數據進行描述統計并且結果以均數±標準差表示。Stroop任務數據先排除結果中的異常值（反應時＜200 ms，以及超出平均值±3倍標準差的數據）。Stroop任務和fNIRS的組內數據分析，3種干預方式分別在3個時間段：干預前、干預后20 min、干預后50 min進行比較。首先對反應時、正確率的得分以及HbO值進行正態性檢驗和方差齊性檢驗，若滿足正態和方差齊則進行單因素方差分析，若數據方差不齊則采用韋爾奇檢驗，并對事后檢驗的P值進行Bonferroni校正。

Stroop任務和fNIRS的組間分析采用混合線性模型，以兩次干預后（干預后20和50 min）與干預前的凈差異值為因變量，年齡、最大攝氧量、干預方法、體脂率、基線數據為固定效應，受試者編號為隨機效應，以評估3種干預方法對Stroop任務及腦血流動力學產生的差異。研究中進行3次比較（MICT vs. CoN，HIIT vs. CoN，HIIT vs. MICT），為有效降低I類錯誤，將顯著水平調整為0.05/3≈0.017，0.017≤Plt;0.05定義為具有邊際顯著效應。

采用Pearson相關檢驗，檢驗Stroop任務正確率和反應時的變化值與各腦區在任務過程中HbO變化值的相關性。使用SPSS 26.0進行單因素方差分析和Pearson相關檢驗，顯著水平定義為Plt;0.05，邊際顯著水平定義為0.05≤Plt;0.1。使用JMP軟件構建線性混合效應模型，顯著水平定義為Plt;0.017，邊際顯著水平定義為0.017≤Plt;0.05。

2 "結果與分析

2.1 "受試者基本特征

本研究共招募到20名受試者且完成全部實驗，在進行HIIT和MICT時均無不良反應。表1呈現受試者的基本信息，包括年齡、身高、體重和體脂，通過測試收集受試者的ASRS得分、VO_2max和HR_max。運動干預過程中HIIT和MICT的平均心率分別為147.9 次/min和145.69 次/min，兩者無統計學差異（t=0.68，P=0.50）。根據能量消耗預測公式^[26]，提示兩種運動干預方案的能量消耗基本一致。

2.2 "MICT和HIIT對抑制控制的影響

3種干預方法的組內方差分析結果顯示，MICT組內不一致條件正確率（f=4.548，P=0.015）和一致條件反應時（f=4.349，P=0.017）存在顯著差異。Bonferroni多重均數比較結果顯示，運動干預后20 min和50 min的正確率與干預前相比顯著提高，運動干預后50 min的反應時比干預前顯著縮短（見表2）。

受試者在MICT和HIIT干預后的Stroop任務多個維度中顯著改善（見表3）。與對照組相比，在運動后20 min，MICT顯著改善一致條件和不一致條件的正確率（t=2.54，P=0.015；t=3.97，P=0.001）以及一致條件的反應時（t=-4.12，P=0.001）；HIIT對不一致條件正確率（t=2.19，P=0.035）和一致條件的反應時（t=-2.23，P=0.032）呈現出改善趨勢。此外，結果還提示改善效果能持續至運動后50 min，MICT顯著改善不一致條件正確率（t=3.50，P=0.001）和一致條件反應時（t=-3.45，P=0.001），一致條件正確率（t=2.36，P=0.024）和不一致條件反應時（t=-2.41，P=0.022）呈現出改善趨勢；HIIT顯著改善不一致條件正確率（t=3.41，P=0.002）以及一致條件正確率（t=2.16，P=0.038）呈現出改善趨勢。關于兩種干預方式的比較，結果提示在運動后50 min，MICT對一致條件反應時的改善呈現出優于HIIT的趨勢（t=2.12，P=0.041）。

2.3 "運動干預對前額葉血流動力學的影響

受試者在MICT和HIIT干預后，多個腦區在任務過程中的HbO濃度發生顯著變化或提高趨勢（見圖2）。與對照組相比，在運動后20 min，MICT顯著提高一致條件下R-VLPFC的HbO濃度（t=2.92，P=0.005，圖2"A）；HIIT對一致條件下R-DLPFC和R-VLPFC的HbO濃度的提高呈現出優于對照組的趨勢（t=2.24，P=0.029；t=2.02，P=0.049，圖2 B）。任務過程中，兩干預組各腦區的HbO濃度未發現顯著差異。

2.4 "Stroop任務表現變化與前額葉血流動力學變化之間的關系

Stroop任務反應時的變化與R-VLPFC的HbO濃度變化呈相關性（見圖3）。在Stroop任務一致條件下，干預后20 min-干預前MICT組和CON組反應時的變化與R-VLPFC的HbO濃度變化呈顯著負相關（r=-0.37，P=0.02，圖3 A）；HIIT組和CON組反應時的變化與R-VLPFC的HbO濃度變化呈負相關趨勢（r=-0.29，P=0.074，圖3 B）。在正確率方面，未發現與各腦區HbO濃度變化的顯著相關性。

3 "討論

本研究的目的是比較急性MICT和HIIT對注意缺陷癥狀男大學生抑制控制的影響，并探討這些影響的腦機制。前人研究發現，HIIT相對于MICT在改善抑制控制方面可能表現更佳^[17-18]，但本研究的結果卻與之不同，顯示出MICT可能具有更好的效果。這種差異可能有以下2個原因：（1）先前研究未考慮干預間的能量消耗匹配問題。例如，Tian等^[17]的研究中HIIT方案的能量消耗大于MICT方案，結果表明僅HIIT組對抑制控制任務有顯著改善，而MICT組未發現顯著改善。因此，不同的能量消耗可能會對抑制控制任務產生不同的影響。（2）研究人群不同。相較于前人3項針對健康成年人的研究^[16-18]，本研究中的受試者可能在注意力方面更差。MICT干預后可能誘導適宜的喚醒水平，這有利于注意缺陷癥狀患者注意力的穩定提高，進而產生更好的認知表現。總之，基于能量消耗基本一致的情況下，本研究發現MICT對有注意缺陷癥狀男大學生抑制控制任務反應速度改善效果更佳。

前人研究發現，PFC是調節抑制控制的關鍵腦區^[12]，尤其是R-VLPFC。例如，通過功能性磁共振成像研究發現，當受試者執行停止信號任務時R-VLPFC顯著激活^[27]；通過fNIRS設備在Stroop任務中也發現相似結果^[28]。這些研究結果提示R-VLPFC是參與抑制控制過程的重要腦區，主要負責抑制無關信息和沖動反應的產生^[29]。在本研究中，MICT干預后的Stroop任務和fNIRS數據也提示，MICT對抑制控制的影響可能與R-VLPFC的激活變化有關。但在50 min后的不一致條件下，MICT改善Stroop任務的反應時并未觀察到PFC激活顯著變化。前人研究也報告過類似的發現^[15，30]，即運動干預后行為學表現顯著改善，而PFC激活未見明顯變化。結合目前的研究進展，認為這可能與急性MICT通過提升PFC神經效率實現有關。神經效率的提高代表著以較低的大腦激活達到較好的認知任務表現^[31]。目前已有研究表明，運動干預有利于神經效率提高^[32]。此外，還有研究發現，與較易任務（如一致任務）相比，在充分練習后的較難任務（不一致任務）中神經效率更容易提高。這是因為在面對更復雜任務時，個體經過充分練習后可能形成適當的應對策略^[31]。因此，本研究中MICT干預后的不一致任務可能表現出神經效率提高，即大腦激活水平沒有顯著增加，但任務表現有顯著改善。

目前，關于MICT和HIIT對注意缺陷癥狀大學生PFC激活狀態的研究仍然缺乏，在本研究中也并未觀察到兩種干預方式對腦區激活狀態產生顯著差異。先前基于fNIRS設備對其他人群進行的研究中，發現與本研究相似的結果，即兩種干預方式之間沒有差異^[22]，但也有研究發現HIIT干預后產生比MICT更大的腦區激活^[33]。結果不一致的原因可能與測試任務、研究人群以及運動干預方案的差異有關。由于現有相關研究較少，未來還需要更多的研究來探討MICT和HIIT對抑制控制影響的腦機制。

本研究通過行為學和fNIRS數據發現，急性MICT和HIIT均可以顯著改善注意缺陷癥狀男大學生的抑制控制任務表現，但與HIIT相比，MICT的改善效果更顯著且延續時間更長。fNIRS數據顯示，MICT提高R-VLPFC腦區激活狀態，而HIIT僅存在激活提高趨勢。因此，急性運動改善抑制控制的原因可能與R-VLPFC激活增加有關，故本研究為注意缺陷癥狀男大學生運動干預方案的制定提供實踐參考和理論依據。

本研究也存在以下局限性：（1）由于fNIRS的穿透深度較淺，只能探測到大腦皮層，無法深入到與抑制控制相關的大腦深部結構，如前扣帶回（ACC）^[34]。因此，本研究無法確認抑制控制的改善是否與運動后ACC的激活相關；（2）本研究為探討急性運動對抑制控制影響的延后效應，在基線測試后進行兩次相同測試，因此測試成績可能會受到練習效應的影響。（3）本研究只涉及注意缺陷癥狀男大學生，因此結果可能無法推廣到其他人群。

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收稿日期：2024-07-18

基金項目：國家社會科學基金一般項目（22BTY099）。

作者簡介：史磊（2000-），男，碩士研究生，研究方向：運動與健康促進。E-mail：susshilei@163.com""通信作者：全明輝