ADHD患者执行功能的运动增益及分子机制分析
作者单位：上海外国语大学贤达经济人文学院 华东师范大学体育与健康学院
会议名称：《第十三届全国体育科学大会》
会议日期：2023年
学科分类：0403[教育学-体育学] 040302[教育学-运动人体科学(可授教育学、理学、医学学位)] 04[教育学]
摘 要：研究目的:运动能有效改善注意缺陷多动障碍患者(ADHD)的执行功能,但是运动对工作记忆的改善效果仍有争议,基于此本次研究拟通过梳理有氧运动与执行功能之间的关系,浅析引起争议的潜在原因,为后续研究提供鉴。研究方法:通过文献梳理法厘清有氧运动改善认知功能的过程中的具体作用机制。研究结果:不同运动强度的作用机制及效果存在差异,此外,有氧运动对执行功能的影响主要通过调节脑区间功能同质性、神经系统的功能性连接以及神经递质分泌从而实现执行功能的改善。但有氧运动对工作记忆影响的分歧由来已久,中等强度有氧运动能够在短时间内提高低级认知功能的信息加工速度,但对更高级认知功能如工作记忆的改善及效果的保持较差。但另有学者指出,运动干预对个体抑制控制能力和工作记忆的改善效果至少能维持60分钟之久。而近期元分析也表明,急性运动仅能提高个体的抑制控制能力,而对思维转换速度和工作记忆的改善效果并不明显,浅析造成上述矛盾的原因如下:(1)运动干预强度:中等水平压力能有效激活α2肾上腺受体和D1受体,有助于提高工作记忆的效果,而急性大强度运动所伴随的高水平压力使得去甲肾上腺素和多巴胺过量分泌,同时激活亲和力较低的α1和β-肾上腺素受体,使海马二级信使c AMP过度兴奋,降低前额叶皮质神经元信噪比,最终抑制了工作记忆的发展。此外,长期高强度运动还会使得HPA轴激素、BNDF和5-HT浓度过高,而高浓度的HPA轴激素、5-HT与儿茶酚类物质相互作用,也能干扰工作记忆信息加工过程,如下丘脑在长期高强度运动下会分泌促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)作用于垂体释放促肾上腺皮质激素(ACTH),而ACTH进一步作用于肾上腺皮质释放皮质醇;但皮质醇大量积累不仅会降低大脑白质体积,损害工作记忆的信息加工效率,还反向抑制CRH和ACTH的合成与分泌,干扰肾上腺素和去甲肾上腺素的释放,破坏学习记忆加工所依赖的生物基础,最终导致工作记忆功能的长期减退。(2)能量物质耗竭:在长时程、大强度的运动初期,机体内的营养物质和血氧含量充足,高级认知功能暂时处于提升状态。但随着血氧和能量物质的快速消耗,参与认知的各脑区皮层的血氧和能量物质减少,信息的编码、存储等高级认知功能的发挥受到限制,仅能对信息进行初步识别,难以进行更高层次的编码和存储。(3)多动冲动程度:能够坚持完成实验多为依从性较高症状稍轻的被试。而当ADHD患者症状较轻时,其冷执行功能(工作记忆、任务转换和持续注意)与多动冲动之间的关联性较低,故尽管多动冲动的症状在试验后会有所改善,但其效果并不能有效的反映在工作记忆上。(4)结果测量的时间范式:短时记忆是工作记忆的组成部分,其中,短时记忆仅负责信息的短时存储,而工作记忆除负责信息存储之外,还参与对认知过程所包含信息的处理、删减和持续更新。因此,工作记忆的测量仅以短时记忆容量为准。但已有研究已证明,短时记忆不仅容量有限(约为4±1个组块),且保存时间短暂,在不及时强化的情况下,其保存时间不超过1分钟。此外,由于机体的各项机能始终处于动态平衡状态,运动对脑区、神经激活以及神经内分泌的改变在运动后仅能保持很短时间便恢复如初。但现存的多数试验并非在运动干预后即刻进行测量,而是在实验结束后放松5-10分钟,直至静息状态再测量执行功能,这可能在很大程度上会错过了工作记忆测量的最佳时间,弱化运动作用。(5)实验设计:在一段时间的运动干预下,ADHD患者的工作记忆水平可能会有所提高,但长期且固定的实验流程难免会使ADHD儿童出现适应或倦怠心理,导致后续被试退出率较高,进而弱化工作记忆结果的统计检验力度。因此,尽管被试的工作记忆水平在运动干预后可能会有所提高,但其改善的程度会受到被试的多动冲动类型和实验设计差异的影响,后续研究可根据被试多动冲动类型和身心状态设计多元化的运动方案,提高被试参与的积极性。研究结论:有氧运动通过优化脑结构、神经系统及分泌系统的功能,从而实现执行功能的正常化。在文献梳理过程中可发现,运动能有效增加海马、白质、灰质、前额叶皮质及基底神经节体积,增强左顶上小叶皮层与右中央后回神经活动的同质性,并降低前扣带皮层和右侧背外侧前额叶皮层神经激活的同质性;增加神经细胞突触以及突触内线粒体数量,并提高突触体细胞膜的流动性,减少无关神经冲动和能量消耗;同时通过调节神经调节剂、神经营养因子和的神经递质分泌改善执行功能。未来应严格区分和量化不同运动干预项目、频率、强度和周期对工作记忆影响程度,并结合长期随访结果,为后续研究提供更加精确、个性化的干预方案。