体育锻炼对老年人工作记忆干预效果的meta分析

/体育锻炼对老年人工作记忆干预效果的meta分析【摘要】目的：系统评价体育锻炼对老年人工作记忆的干预效果。方法：检索七大电子数据库中关于体育锻炼干预老年人工作记忆的随机对照试验，采用PEDro量表对纳入文献进行方法学质量评价，采用Stata14.0软件进行meta分析、偏倚检验。结果：共纳入21项研究，1558个样本量。研究表明体育锻炼对老年人工作记忆的总体效应量为0.34(P＜0.001)，对老年人工作记忆的干预效果具有统计学意义。锻炼类型(Q=21.07)、频次(Q=11.58)、时间(Q=8.62)对干预效果起调节作用(均P＜0.05)，干预周期(Q=1.19)、强度(Q=5.68)、年龄(Q=3.68)对干预效果没有调节作用(均P＞0.05)。结论：体育锻炼可以有效改善老年人的工作记忆，身心运动、中等时间、高频率的锻炼效果最好。【关键词】体育锻炼；工作记忆；老年人；随机对照试验；meta分析 工作记忆是指个体在执行认知任务过程中，暂时储存与加工信息的能量有限的系统[1]。工作记忆作为大脑同时储存和处理信息的能力，被认为是人类认知活动的核心，在60岁以后出现下降[2]。 越来越多的研究证据显示，体育锻炼能改善认知功能，特别是能改善与额叶紧密相关的执行功能[3]，体育锻炼被认为是延缓工作记忆衰退的安全有效的药物替代方案[3]，但是也有研究得出了不同的结果。Kramer等研究发现有氧运动干预后N-back任务的正确率及数字广度的表现并无提升[4]。Zhu等发现有氧舞蹈干预改善了记忆功能，并缩短了事件相关电位P3成分的潜伏期，但是没有改善工作记忆[5]。造成研究结果不一致的原因可能是锻炼形式的多样性，以及研究人员设计的体育锻炼变量(强度、时间、频率、周期)存在较大差异；其次是工作记忆任务测量工具的多样性，比如数字广度、n-back任务、斯滕伯格任务等。 既往的meta分析很少关注体育锻炼对工作记忆的干预效果，针对认知正常老年人的更少，而且多数研究仅仅探讨了体育锻炼对工作记忆各个子成分的干预效果，没有关注体育锻炼变量与工作记忆的“剂量关系”。本研究运用meta分析的方法，对体育锻炼干预老年人工作记忆的干预效果进行分析，探究体育锻炼对工作记忆影响的剂量关系，以期找到最佳的锻炼剂量，弥补现有meta分析的不足，为今后的实验研究和锻炼实践提供理论参考。 1对象与方法 1.1文献检索策略 按照国际系统综述撰写指南[6]的要求对纳入文献进行数据整理和统计分析。检索数据库PubMed、Embase、theCochraneLibrary、WOS、中国知网、万方、维普，检索期限均从各数据库收录起始年限至2020年5月15日，并于2021年2月25日更新。中文检索策略：(“体育锻炼”或“身体活动”或“运动”或“训练”)和(“认知功能”或“执行功能”或“工作记忆”或“短时记忆”)和(老年人)和(随机对照试验)。英文检索策略：(physicalexerciseORphysicalactivityORexerciseORfitnessORtrainingORaerobicexerciseORresistancetrainingORstretchingORmind-bodyexerciseORflexibilityexercise)AND(workingmemoryORexecutivefunctionORexecutivecontrolORupdatingORshort-termmemory)AND(oldpeopleORelderlyORoldageORtheagedORseniorcitizen)AND(randomizedcontrolledtrialORcontrolledclinicaltrialORRCT)。 1.2文献纳入标准 ①研究对象为老年人；②干预方式为有氧运动、抗阻运动、多成分运动、身心运动等；③结局指标或部分结局指标为工作记忆；④纳入的文献类型均为随机对照试验。 1.3文献排除标准 ①患有轻度认知障碍、痴呆及其他不适合参与体育锻炼的人群；②文献数据不能提取。 1.4数据提取 数据提取主要包括：文献基本信息(作者、发表年份、作者国籍)、实验对象基本信息(样本量、年龄、性别)、体育锻炼变量(根据团队前期研究划分锻炼变量[7])、主要结局指标，具体见表1。 1.5质量评价 文献质量评分采用PEDro量表(PhysiotherapyEvidenceDatabase)[8]对RCT进行质量评价。文献质量评分由2位作者独立进行，若有分歧，由3位作者共同讨论直至意见统一。 1.6统计方法 采用Stata14.0软件进行效应量合并、异质性检验、偏倚分析和亚组分析。效应指标采用标准均值差(SMD)进行计算，根据Cohen效应量大小的标准，0.2、0.5和0.8分别为小、中、大效应量的界值[9]。异质性采用Higgins的I[2]统计量，75%、50%和25%分别为高、中、低异质性的界值[10]。采用Stata14.0软件的Egger检验、剪补法进行偏倚分析。 2结果 2.1文献检索结果 通过检索PubMed、WOS、TheCochraneLibrary、Embase、中国知网、万方、维普七大电子数据库，共检索到文献1940篇，手检文献12篇，文献导入EndnoteX7，除重后得到文献1438篇，阅读题目与摘要初筛获得154篇，阅读全文后最终纳入21篇。 2.2纳入文献基本信息、干预特征 纳入21篇文献(表1)，共1558个样本量，发表年份为2001-2019年，基线值均无显著性差异。文献作者来自亚洲(7篇，占比33.3%)、美洲(9篇，占比42.9%)、欧洲(3篇，占比14.3%)、澳洲(2篇，占比9.5%)的12个国家。研究对象年龄59～86岁。研究对象以女性为主，除Cassilhas2007、Norouzi2019以男性为研究对象，Liu-ambrose2010、Best2015属于同一研究，以女性为研究对象以外，其余没有性别要求。 表1显示，所有纳入研究均报道了全部或部分体育锻炼变量。体育锻炼类型包含了4种体育锻炼类型，其中采用有氧运动文献7篇(33.3%)，抗阻运动5篇(23.8%)，身心运动5篇(23.8%)，4篇文献(19%)采用多种锻炼类型相结合的多成分运动。 2.3纳入文献质量评价 表2显示，纳入21篇文献全部实现“随机分配”、“基线相似”、“组间进行统计分析”、“点测量和变异值测量”；有5篇文献实现了“研究对象施盲”、“治疗师施盲”、“结果评估施盲”，8篇文献实现了“分配隐藏”，12篇文献采用了“意向性治疗”。PEDro得分，5～6分11篇，7～8分5篇，9～10分5篇，平均得分6.9分，整体上方法学质量较好。 2.4Meta分析结果 表3显示共纳入52个效应量，合并效应量为0.34，P＜0.001，差异具有统计学意义，表明体育锻炼能够显著改善老年人工作记忆。异质性检验结果显示=85.3%，P＜0.001，表明纳入研究存在高度异质性，选择随机效应模型对数据进行合并。 2.5发表偏倚 Egger检验中bias的t=3.61，P＞｜t｜=0.001＜0.05，表示本研究可能存在潜在的发表偏倚、语言偏倚、小样本研究偏倚，利用剪补法经过2次迭代后重新进行meta分析，发现前后效应量和置信区间没有变化，说明发表偏倚影响不大，结果比较稳健。 2.6亚组分析 2.6.1工作记忆测量工具 亚组分析结果显示(表3)，测量工具对体育锻炼干预工作记忆效果起调节作用(Q=69.41，P＜0.001)，meta分析中将工作记忆测量工具分为5种，数字顺背的效应量SMD=0.92，数字倒背的效应量SMD=0.15，N-back的效应量SMD=0.22，空间广度的效应量SMD=0.77，混杂指标的效应量SMD=0.23，且均有统计学意义。 2.6.2体育锻炼变量 按照锻炼类型进行亚组分析发现，锻炼类型对干预效果起调节作用(Q=21.07，P＜0.001)，多成分运动效应量SMD=0.27，身心运动效应量SMD=0.49，抗阻运动效应量SMD=0.42，有氧运动效应量SMD=0.13，且有统计学意义。 按照锻炼时间进行亚组分析发现，锻炼时间对干预效果起调节作用(Q=8.62，P=0.013)，中等时间效应量SMD=0.38，具有统计学意义；短时间效应量SMD=0.03，长时间效应量SMD=0.25，二者均无统计学意义。 按照锻炼频率进行亚组分析发现，锻炼频率对干预效果起调节作用(Q=11.58，P=0.003)，低频率效应量SMD=0.36，中等频率效应量SMD=0.31，高频率效应量SMD=1.46，且有统计学意义。 按照锻炼强度进行亚组分析发现，锻炼强度对干预效果不起调节作用(Q=5.68，P=0.058)，低强度、中等强度、高强度均有干预效果。 按照干预周期进行亚组分析发现，干预周期对干预效果不起调节作用(Q=1.19，P=0.550)，短周期、中周期、长周期均有显著干预效果。 2.6.3受试者年龄特点 按照受试者年龄进行亚组分析发现，受试者年龄对干预效果不起调节作用(Q=3.68，P=0.055)，体育锻炼对76岁以上和75岁以下老年人工作记忆均有干预效果。 3讨论 研究结果显示体育锻炼对老年人工作记忆有改善作用，效应量0.34，按照Cohen提出的效应量评定标准，属于小效应量，进一步证实了体育锻炼对老年人工作记忆有显著改善作用，尤其是执行功能的改善效果[32]。但是本研究发现，纳入文献之间存在高度异质性，这可能是由工作记忆的测量工具、体育锻炼变量等因素造成的。 体育锻炼对老年人工作记忆的干预效果受测量工具的调节，其中数字顺背的效应量最大，达到大效应量(SMD=0.92)，空间广度为中等效应量(SMD=0.77)，其余均为小效应量。工作记忆包含对信息的编码、保持、操作等子成分[33]，不同测试工具对于工作记忆的不同子成分的考察存在差异。比如，Sternberg任务、数字顺背、词语广度主要反映工作记忆的保持，N-back、数字倒背不仅反映记忆保持，还能反映对工作记忆的操作。 本研究发现，体育锻炼对数字顺背的干预效果好于数字倒背，这一结果与前人研究结果类似[34]。说明体育锻炼对相对简单的工作记忆保持干预效果较好，而对任务操作的干预效果较差，可能是因为数字顺背的计分方式不太敏感，不能反映工作记忆的变化，可以探索更为精准的数字-字母序列任务[35]。 锻炼类型是体育锻炼的一个重要变量，早期研究的干预类型多数属于有氧运动[36]，近些年研究的干预手段呈现多元化，抗阻运动[16]、多成分运动[37]、身心运动[38]的干预效果也纷纷被证实。本研究结果显示，有氧运动、多成分运动、身心运动、抗阻运动均有显著性效果，但是有氧运动的效应量相对较小。原因可能是纳入的有氧运动文献中工作记忆测量指标较多(8种)，每种测量工具都侧重工作记忆的不同特点，这可能使得meta分析效应量比起其他运动类型小。 运动负荷是在运动训练中最重要的概念，它由负荷量和负荷强度两方面组成。锻炼时间和强度是运动负荷在锻炼实践中的具体体现，是影响一次锻炼效果的重要因素。锻炼频次和周期是反映长期体育锻炼中负荷量的指标。本研究中锻炼频次和时间对干预效果有调节作用，而锻炼周期并没体现出调节作用。从锻炼时间角度分析，锻炼效果与时间呈现倒U型关系，中等时间的锻炼效果好于短时间和长时间。运动时间太短不能引起机体的唤起水平和大脑结构与功能的改变，而太长可能会引起老年人过度疲劳，也没有明显引起大脑的可塑性变化[39]。从锻炼频次角度分析，高频次的锻炼效应量最大，低频次、中频次效应量差别不大，然而只有1项采用每周5次及以上的锻炼频率，锻炼效果仍需更多实验证实。从锻炼周期角度分析，虽然短、中、长3种周期之间没有显著性差异，但是仍能表现出随周期延长锻炼效果呈现倒U型关系。 本研究发现锻炼强度不是潜在调节变量，3种锻炼强度均具有干预效果，且3个效应量之间的统计学差异不显著。中等强度的体育锻炼可以有效改善老年人的执行功能已经达成共识，多项研究发现锻炼强度与认知表现之间存在倒U型关系[40]，这也符合世界卫生组织提倡的运动强度。但是近期的meta分析研究发现高强度、低强度的体育锻炼对执行功能均有改善作用，且二者之间没有显著性差异[41]。 本研究发现受试者年龄不是影响体育锻炼干预效果的调节变量。该结果与Colcombe和Kramer的研究结果并