MICE和HIIE对不同心肺功能肥胖青少年抑制控制和HRV的时程效应

【作者】 冯展涛； 毛志雄；

【机构】 北京体育大学；

【摘要】 研究目的:青少年肥胖不仅影响正常的生长发育,还与认知功能受损风险的增加有关,尤其认知控制。急性锻炼对认知功能的改善已得到横断研究、纵向研究以及元分析的支持,但以往关于急性锻炼的认知效应研究更多以正常体重人群为主,且干预的结果因运动强度、认知测试时间以及心肺功能个体差异等因素的影响,产生最佳有益效应的锻炼方案仍然存在争议。以往急性锻炼改善认知的研究大多采用以中等强度持续锻炼(moderate intensity continuous exercise, MICE)为主,但有研究发现,与MICE和低强度运动相比,高强度间歇锻炼(high-intensity interval exercise, HIIE)在诱导认知改善方面可能是一种更有前途的锻炼方案。基于青少年本身阵发性、高强度、间歇性的运动特点,以及HIIE对正常体重青少年认知功能和心理健康的积极影响,HIIE对改善肥胖青少年认知功能可能同样有效。急性锻炼对认知影响的潜在假设是运动产生的生理变化,运动所产生的生理变化恢复是逐渐发生,因此,急性锻炼对认知功能的影响可能存在时间上的差异。运动强度的影响可能取决于个体对运动刺激的耐受性,因此,在研究不同强度体育锻炼的认知效应时,考虑心肺功能的个体差异可能是很重要的。众所周知运动是一种应激源,会通过增加儿茶酚胺表达来促进唤醒,进而提高认知表现。心率变异性(HRV)在一定程度上衡量个体的唤醒水平,基于神经内脏整合假说,HRV与执行功能有关,因为它可以作为前额神经结构激活的指标。有氧运动可以降低HRV,但由于HRV恢复的时间进程不同,HRV的恢复取决于前一次运动的强度,这可能为不同强度运动对抑制控制影响的时程效应提供了一个解释。因此,本研究旨在探讨急性MICE和HIIE对不同心肺功能肥胖青少年抑制控制和HRV的时程效应。研究方法:被试:使用人体成分测量仪(GAIA KIKO,韩国)随机选取12-14岁肥胖青少年(BMI≥25.7kg/m2)120人,使用MONARK功率自行车849系统的YMCA法进行心肺功能测试,然后根据心肺功能水平,分别筛选出高心肺功能组(High Cardiopulmonary Fitness,HCF)45人和低心肺功能组(Low Cardiopulmonary Fitness,LCF)45人,随机分成三组,MICE组30人(HCF15人,LCF15人),HIIE组30人(HCF15人,LCF15人),CON组30人(HCF15人,LCF15人)。研究设计:采用2心肺功能(高心肺功能组、低心肺功能组)×2干预方式(MICE、HIIE、CON)×3测试时间(干预前、干预后即刻、干预后延迟20分钟)混合实验设计。实验工具与测量:基于测试过程的安全性,选择次最大强度的YMCA功率车(Monark 839E,瑞典)测试方案[32]完成心肺功能测试。使用E-Prime 2.0对stroop任务进行了评估。使用心率变异测量仪(mega,e Motion HRV 3D,芬兰)进行HRV测试,包括时域指标(RMSSD)和频域指标(LF/HF)。本研究MICE和HIIE均采用功率自行车(Bicycle Ergometer Custo med GmbH ec3000,德国)骑行的方式,根据能量消耗相匹配的原则,最终确定锻炼方案。实验程序:首先填写知情同意书并进行人口统计学信息的采集,然后进行心肺功能测试和stroop任务练习。一周后三个组分别进行MICE、HIIE和CON干预,在锻炼前、锻炼后即刻、锻炼后延迟20分钟完成HRV和Stroop任务评估。数据统计:所有实验数据使用SPSS20.0进行描述性统计和三因素重复测量方差分析。研究结果:1)对一致条件RT,测试时间的主效应显著,F(2,84)=11.911,p<.001,ηp2=0.124,心肺功能水平的主效应显著,F(1,84)=10.888,p<.005,ηp2=0.115,测试时间和干预方式的交互作用显著,F(4,84)=3.229,p<.05,ηp2=0.071,测试时间与心肺功能水平的交互作用呈边缘显著(p=.050),测试时间、干预方式与心肺功能水平的交互作用显著,F(1,84)=3.328,p<.05,ηp2=0.072。进一步简单简单效应分析显示,对于LCF组,MICE干预前与干预后即刻存在显著差异(p<.01),干预后延迟阶段与干预前和干预后即刻均无显著差异(ps>.05);HIIE干预前、干预后即刻及干预后延迟阶段两两之间均无显著差异(ps>.05),但从均值上可以看出,干预后即刻高于干预前和干预后延迟阶段(621.98±19.83vs640.60±18.50vs619.57±18.72)。对于HCF组,不管MICE还是HIIE,都显示干预前与干预后即刻和干预后延迟阶段均存在显著差异(ps<.05),干预后即刻与干预后延迟阶段无显著差异(ps>.05)。CON组,两组被试在干预前、干预后即刻及干预后延迟阶段,两两之间均无显著差异(ps>.05)。此外,其他主效应和交互作用均不显著(ps>.05)。2)对不一致条件RT,测试时间的主效应显著,F(2,84)=17.825,p<.001,ηp2=0.175,心肺功能水平的主效应显著,F(1,84)=18.406,p<.001,ηp2=0.180,测试时间和干预方式的交互作用显著,F(4,84)=5.519,p<.001,ηp2=0.116,测试时间、干预方式和心肺功能水平的交互作用显著,F(4,84)=2.716,p<.05,ηp2=0.061。进一步简单简单效应分析显示,对于LCF组,MICE干预前与干预后即刻、干预后延迟阶段均存在显著差异(ps<.001),干预后即刻与干预后延迟阶段无显著差异(p>.05);HIIE干预前与干预后即刻无显著差异(p>.05),干预后延迟阶段与干预前(p<.05)和干预后即刻(p<.005)均存在显著差异。对于HCF组,MICE和HIIE两种干预方式都发现,干预前与干预后即刻、干预后延迟阶段均存在显著差异(ps<.01),干预后即刻与干预后延迟阶段无显著差异(ps>.05)。CON组,两组被试在干预前、干预后即刻及干预后延迟阶段,两两之间均无显著差异(ps>.05)。此外,其他主效应和交互作用均不显著(ps>.05)。3)对一致条件和不一致条件ACC,只发现测试时间主效应显著,F(2,84)=5.648,p<.005,ηp2=0.063。4)对RMSSD,测试时间的主效应显著,F(2,83)=84.659,p<.001,ηp2=0.671,干预方式的主效应显著,F(2,84)=9.056,p<.001,ηp2=0.177,测试时间与干预方式的交互作用显著,F(4,168)=16.732,p<.001,ηp2=0.285。5)对LF/HF,测试时间的主效应显著,F(2,83)=43.803,p<.001,ηp2=0.514,干预方式的主效应显著,F(2,84)=8.847,p<.0001,ηp2=0.174,测试时间与干预方式的交互作用显著,F(4,166)=10.851,p<.001,ηp2=0.205。研究结论:急性MICE和HIIE对肥胖青少年抑制控制和HRV的急性效应受到认知测试时间及心肺功能个体差异的综合交互作用。此外,副交感神经对心率的调节减弱而引起的唤醒水平的提高,可能是运动对执行功能带来益处的潜在机制之一。更多还原