急性高强度间歇运动（HIIE）与中等强度持续运动（MICE）对久坐年轻成人执行功能、前额叶氧合血红蛋白（Oxy-Hb）、脑源性神经营养因子（BDNF）及乳酸的随机交叉研究

《Brain Sciences》：Functional Brain Connectivity Changes Following Vestibular Rehabilitation in Persistent Postural–Perceptual Dizziness: A Single-Case Resting-State fMRI Study

　　

背景/目的：比较急性高强度间歇运动（HIIE）和中等强度持续运动（MICE）对久坐年轻成人执行功能表现、前额叶氧合血红蛋白（Oxy-Hb）信号、脑源性神经营养因子（BDNF）和乳酸的影响。方法：15名参与者（10名男性，5名女性；22 ± 2岁；BMI 23.07 ± 4.12 kg/m²）以随机顺序完成HIIE、MICE和坐姿对照（CON）干预，洗脱期为7天。研究人员在每个条件前后评估Stroop、N-back和Switching任务、前额叶功能性近红外光谱（fNIRS）、血浆BDNF和血乳酸。相关性和间接效应分析为探索性。结果：与基线相比，HIIE和MICE均显著改善抑制控制、工作记忆和认知灵活性。对于抑制控制，两种运动模式均降低一致和不一致Stroop任务的反应时，但仅HIIE改善Stroop干扰表现。HIIE和MICE均降低一致和不一致Stroop、3-back和Switching试次反应时，而仅HIIE改善Stroop干扰。两种运动模式均增加Stroop期间眶额区（OFA）以及Switching期间额极区（FPA）和右背外侧前额叶皮层（R-DLPFC）的Oxy-Hb。HIIE还增加Stroop期间FPA、Switching期间三角部（PTR）以及N-back期间R-DLPFC的Oxy-Hb。两种运动模式均增加循环BDNF和乳酸，HIIE后乳酸反应更大。执行功能改善与Oxy-Hb、BDNF和乳酸变化相关。结论：两种运动干预后，受试者在选定任务上的反应时均加快。小样本、多重分析以及fNIRS信号可能受到系统性因素影响，使研究人员无法就运动模式优越性或生物学中介作用作出确定结论。

久坐行为（sedentary behaviour, SB）被定义为清醒时坐、靠或卧且能量消耗≤1.5代谢当量的行为，在现代社会常见。过度SB和体力活动不足与代谢、心血管疾病及较差认知健康相关，年轻成人可因学习工作长时间久坐。尽管认知通常在成年早期达峰，执行功能（executive function, EF）如抑制控制、工作记忆和认知灵活性仍可能随习惯活动变化。较长SB与较差执行表现相关，但年轻成人证据有限。规律体力活动推荐用于健康促进，但不同运动模式的急性认知效应仍不确定。HIIE被视为省时替代，MICE也可能支持认知；直接比较有限且呈结局和人群特异性。Tsukamoto et al. 报道年轻成人HIIE后执行功能效应大于MICE；Ahmadi et al. 发现老年成人即时抑制控制反应相似，但延迟切换反应HIIE更大。因此需直接比较，不假定HIIE普遍优越。运动相关EF变化可能涉及任务相关前额叶血流动力学，可用fNIRS检查；急性运动与背外侧前额叶皮层（DLPFC）Oxy-Hb信号改变相关。乳酸可能作为代谢和信号分子与BDNF相关通路联系，且父研究报道HIIE后乳酸反应大于MICE。因此研究人员比较HIIE和MICE对久坐年轻成人EF表现、任务相关前额叶Oxy-Hb、BDNF和乳酸的急性影响，假设HIIE变化大于MICE，相关和间接效应为探索性。

研究人员采用单盲随机交叉设计，15名久坐年轻成人完成HIIE、MICE和CON，洗脱7天。结果显示，两种运动后部分EF任务反应时加快，仅HIIE条件内Stroop干扰反应时降低；选定任务相关Oxy-Hb在运动后升高，HIIE区域条件内变化更多；BDNF和乳酸两模式后升高，HIIE乳酸反应更大。研究未确立HIIE总体优越性，因样本小、结局多、跨EF测量未显示一致更大的条件间效应；乳酸、BDNF、Oxy-Hb与反应时关联为假设生成，不证明因果中介。其意义在于提示需更大样本、预设结局并控制系统性fNIRS影响的研究确认。

主要关键技术方法：在广东省级重点实验室，样本为15名久坐年轻成人（10男5女；22 ± 2岁；BMI 23.07 ± 4.12 kg/m²），研究经广州体育大学伦理委员会批准。先以骑行分级运动测试确定VO_2max及20%、40%、65%、80% VO_2max负荷；随后单盲随机交叉完成能量匹配的HIIE、MICE和CON，间隔7天。采用Stroop、N-back和Switching任务评估EF，fNIRS测量任务相关前额叶Oxy-Hb，ELISA测血浆BDNF，手持仪测血乳酸。统计用两因素重复测量ANOVA、Bonferroni事后检验、Pearson相关及PROCESS间接效应模型。

3.1 执行功能表现：Stroop任务中，一致任务反应时HIIE和MICE后较基线显著下降（p<0.01，p<0.05），CON无；不一致任务反应时两运动后下降（均p<0.001），CON无，且HIIE和MICE低于CON（p<0.001，p<0.01）；Stroop干扰反应时仅HIIE后显著下降（p<0.05），MICE和CON无。N-back任务中，3-back反应时HIIE和MICE后较基线下降（p<0.001，p<0.05），CON无；1-back、2-back和认知负荷效应各条件均无变化（均p>0.05），因此3-back反应不应解释为衍生认知负荷效应改变。Switching任务中，单试次任务反应时HIIE和MICE后下降（均p<0.01），CON无；混合试次任务反应时HIIE和MICE后下降（p<0.001，p<0.01），CON无。

3.2 脑氧合：Stroop任务中，OFA的Oxy-Hb在HIIE和MICE后显著升高（p<0.01，p<0.05），CON无；FPA的Oxy-Hb仅HIIE后升高（p<0.05）；PTR、左背外侧前额叶皮层（L-DLPFC）、R-DLPFC各条件无变化（均p>0.05）。N-back任务中，R-DLPFC的Oxy-Hb仅HIIE后升高（p<0.05），其他区域各条件无变化（均p>0.05）。Switching任务中，FPA的Oxy-Hb在HIIE和MICE后均升高（均p<0.05），CON无；PTR和R-DLPFC的Oxy-Hb仅HIIE后升高（均p<0.05）；OFA和L-DLPFC无变化（均p>0.05）。

3.3 循环生物标志物水平：循环BDNF在HIIE和MICE后显著升高（均p<0.001），CON无；HIIE后BDNF高于CON（p<0.001）。乳酸在HIIE和MICE后显著升高（均p<0.001），CON无；HIIE和MICE后乳酸均高于CON（均p<0.001），且HIIE后升高大于MICE（p<0.001）。

3.4 探索性相关与间接效应分析：MICE后OFA Oxy-Hb变化与Stroop干扰反应时变化名义负相关；HIIE后FPA Oxy-Hb、BDNF和乳酸变化与Stroop干扰反应时变化名义负相关。HIIE后R-DLPFC Oxy-Hb和BDNF变化与认知负荷效应变化名义负相关，但认知负荷效应本身未显著变化，因此这些关联描述个体间变化分数共变，不是干预改善认知负荷效应的证据。Switching任务中，HIIE和MICE后FPA Oxy-Hb及循环BDNF变化与混合试次反应时变化名义负相关；HIIE后R-DLPFC Oxy-Hb变化与混合试次反应时变化名义负相关；HIIE后BDNF和乳酸变化相关。HIIE条件下，从乳酸变化经BDNF变化到混合试次反应时变化的间接关联Bootstrap 95%置信区间不含零；因样本小、同期变化分数且未校正，不确立因果中介。

讨论总结：该随机交叉研究在15名久坐年轻成人中比较能量匹配HIIE和MICE的行为、前额叶Oxy-Hb和循环生物标志物结局。两种运动后，一致和不一致Stroop、3-back、单和混合Switching反应时缩短；仅HIIE条件内Stroop干扰反应时降低，认知负荷效应未变。选定任务相关Oxy-Hb运动后升高，HIIE条件内区域变化更多。BDNF和乳酸两模式后升高，HIIE乳酸更大。此模式不确立HIIE总体优越，因样本小、测试多、未显示跨执行功能测量一致更大的条件间效应。抑制控制方面，一致和不一致Stroop反应时两模式后降低，Stroop干扰仅HIIE后降低；HIIE内显著而MICE内不显著本身不证明两者效应不同。De Diego-Moreno et al. 同样报告高强度功能运动与MICE比较时任务特异性反应。急性运动相关认知变化与前额叶血流动力学反应相关，前额叶支持抑制控制。本研究中Oxy-Hb、BDNF、乳酸和Stroop干扰反应时在特定条件下相关，但为未校正变化分数相关，应视为未来假设而非乳酸–BDNF–前额叶机制证据。多种生理过程可能贡献于运动后模式：急性运动改变觉醒、心输出量、通气、血管张力、底物可用性和循环神经营养因子；血管功能可影响脑血流动力学，临床前研究将运动相关乳酸暴露与BDNF信号联系。但本研究未测脑血流、儿茶酚胺或中枢BDNF释放，外周乳酸和血浆BDNF不能确定因果路径方向或位置。工作记忆方面，3-back反应时HIIE和MICE后降低，表明最高测试负荷反应更快；衍生认知负荷效应未变，不应描述为改善。R-DLPFC Oxy-Hb仅HIIE后升高。既往运动研究和损伤工作支持DLPFC在工作记忆表现中作用。本样本中HIIE后R-DLPFC Oxy-Hb和BDNF变化与认知负荷效应变化相关；因认知负荷效应无干预相关变化且相关未校正，不证明R-DLPFC氧合或BDNF中介工作记忆获益。认知灵活性方面，单和混合试次反应时HIIE和MICE后降低。FPA和R-DLPFC Oxy-Hb两模式后升高，PTR Oxy-Hb仅HIIE后升高。DLPFC和额极皮层参与认知灵活性和复杂任务控制。名义相关连接混合试次反应时与FPA Oxy-Hb和BDNF（两模式）以及HIIE后R-DLPFC Oxy-Hb。HIIE间接效应模型统计上兼容通过BDNF的间接关联，但使用15名参与者同期变化分数，不能确定时间顺序或表明乳酸导致BDNF释放或认知改变。Oxy-Hb发现需生理限定：fNIRS信号可含脑、头皮和系统性成分，运动可改变心率、血压、呼吸、二氧化碳、皮肤血流和头皮灌注，这些影响可产生非局部神经活动的任务相关Oxy-Hb变化；因无短分离通道或同步系统生理测量，区域结果应解释为前额叶Oxy-Hb信号而非局部神经激活。研究未评估性别差异：仅5名女性，未做性别×条件分析；急性BDNF反应可能因样本性别构成不同，脑血管反应性可随性别和月经期变化，合并估计不应解释为男女相同。局限包括样本15人且仅5女性，限制精度，使相关和间接效应不稳定，无法可靠性别分层推断；多行为结局、任务特异性fNIRS ROI、相关和间接效应模型，Bonferroni仅限模型内两两比较，无全研究族系错误率或错误发现率校正，名义关联可能假阳性；认知负荷效应未变尽管3-back反应时降低，其相关不应作为干预相关工作记忆改善证据；fNIRS不能分离脑活动与系统或颅外效应；急性设计不能建立生物中介所需时间链或预测长期适应；结果可能不推广至久坐年轻成人之外。需要更大、预注册、预设主要结局、系统生理监测、短分离fNIRS通道和平衡招募的研究。

结论部分翻译：总之，急性HIIE和MICE在久坐年轻成人中均伴随部分执行功能任务反应时加快。HIIE表现出更广泛的条件内行为和前额叶Oxy-Hb变化模式，并产生更大的乳酸反应，但当前数据未确立其总体优越性。乳酸、BDNF、Oxy-Hb信号与反应时之间的关联具有假设生成价值，未证明因果中介。这些发现需要在具有预设结局和更好控制系统性fNIRS影响的大型研究中确认。