《Brain Sciences》：Comparative Effects of Acute HIIE and MICE on Executive Function, Prefrontal Oxyhaemoglobin Responses, and Related Biomarkers in Sedentary Young Adults: A Randomized Crossover Trial
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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）对静坐少动年轻成人的执行功能表现、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：十五名参与者（10名男性，5名女性；22±2岁；BMI 23
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）对静坐少动年轻成人的执行功能表现、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：十五名参与者（10名男性，5名女性；22±2岁；BMI 23.07±4.12 kg/m2）按随机顺序完成HIIE、MICE和静坐对照组（CON）实验，每次间隔7天洗脱期。研究人员在每种条件前后评估Stroop任务、N-back任务和Switching任务；前额叶功能性近红外光谱（fNIRS）；血浆BDNF；以及血乳酸。相关性和间接效应分析为探索性分析。结果：与基线相比，HIIE和MICE均显著改善了抑制控制、工作记忆和认知灵活性。对于抑制控制，两种运动模式均缩短了Stroop任务一致和不一致条件下的反应时间，但仅有HIIE改善了Stroop干扰表现。HIIE和MICE均相对于基线改善了抑制控制、工作记忆和认知灵活性。两种运动模式均缩短了一致和不一致Stroop、3-back和Switching试次的反应时间，而仅有HIIE改善了Stroop干扰。两种运动模式均增加了Stroop任务期间眶额区（OFA）以及Switching任务期间额极区（FPA）和右侧背外侧前额叶皮层（R-DLPFC）的Oxy-Hb水平。HIIE还额外增加了Stroop任务期间FPA、Switching任务期间三角部（PTR）以及N-back任务期间R-DLPFC的Oxy-Hb水平。两种运动模式均增加了循环BDNF和乳酸水平，其中HIIE后乳酸反应更大。执行功能的改善与Oxy-Hb、BDNF和乳酸的变化相关。结论：两种运动后均在选定任务上观察到更快的反应时间。由于样本量较小、多重分析以及fNIRS信号可能受系统性因素影响，无法就运动模式的优越性或生物学中介机制得出确切结论。
研究背景与目的
在现代社会，久坐行为（sedentary behaviour, SB）极为普遍，定义为清醒状态下坐位或卧位且能量消耗≤1.5代谢当量的行为。过度的SB和体力活动不足与代谢、心血管疾病及较差的认知健康相关。年轻人因学习和工作可能长时间处于静坐状态。尽管认知能力通常在成年早期达到顶峰，但执行功能（executive function, EF），包括抑制控制、工作记忆和认知灵活性，仍可能随日常活动习惯而变化。较长的SB持续时间与较差的执行表现有关，但在年轻人中的证据仍然有限。规律体育活动被推荐用于促进健康，但不同运动模式对认知的急性效应尚不明确。高强度间歇运动（high-intensity interval exercise, HIIE）被视为一种省时的替代方案，而基于强度-反应的假说则认为中等强度持续运动（moderate-intensity continuous exercise, MICE）也可能支持认知功能。然而，直接比较的研究有限，且结果呈现任务特异性和人群特异性模式。因此，本研究旨在比较急性HIIE和MICE对静坐少动年轻成人的EF表现、任务相关前额叶氧合血红蛋白（oxyhaemoglobin, Oxy-Hb）信号、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）和乳酸的影响。研究人员假设HIIE会产生比MICE更大的变化，并将相关性和间接效应分析视为对所测变化间关联的探索性检验。
研究方法
本研究采用单盲、随机交叉设计。十五名静坐少动年轻成人（10男，5女；22±2岁；身体质量指数BMI 23.07±4.12 kg/m2）参与实验。每位参与者按随机顺序完成HIIE、MICE和静坐对照（seated control, CON）三种条件，每次间隔7天洗脱期。主要技术方法包括：使用递增负荷自行车测功计测试最大摄氧量（VO2max）以确定个体最佳运动强度；通过Stroop任务、N-back任务和Switching任务分别评估抑制控制、工作记忆和认知灵活性；采用便携式功能性近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）系统测量任务相关的前额叶Oxy-Hb变化，通道分组至五个头皮级感兴趣区域（region of interest, ROI）：眶额区（orbitofrontal area, OFA）、额极区（frontopolar area, FPA）、三角部（pars triangularis, PTR）、左侧背外侧前额叶皮层（left dorsolateral prefrontal cortex, L-DLPFC）和右侧背外侧前额叶皮层（right dorsolateral prefrontal cortex, R-DLPFC）；采集指尖血测定血浆BDNF浓度（酶联免疫吸附测定法ELISA）和血乳酸水平。数据分析采用双因素重复测量方差分析和Bonferroni事后检验，相关性及间接效应分析采用Pearson相关和PROCESS自助法。
研究结果
3.1 EF表现
在Stroop任务中，HIIE和MICE后一致任务和不一致任务的反应时间均显著降低（分别为p<0.01/p<0.05和均p<0.001），而CON无变化。不一致任务反应时间在HIIE和MICE条件下均显著低于CON（p<0.001和p<0.01）。然而，Stroop干扰反应时间仅在HIIE后显著降低（p<0.05），MICE和CON后无变化。在N-back任务中，3-back反应时间在HIIE和MICE后均从基线降低（p<0.001和p<0.05），CON无变化。1-back、2-back反应时间和认知负荷效应在所有条件下均无变化。在Switching任务中，HIIE和MICE后单一任务和混合任务试次的反应时间均显著降低（单一任务均p<0.01；混合任务p<0.001和p<0.01），CON无变化。
3.2 脑氧合
在Stroop任务中，HIIE和MICE后OFA区域的Oxy-Hb水平显著增加（p<0.01和p<0.05），CON无变化。FPA区域的Oxy-Hb仅在HIIE后显著增加（p<0.05）。PTR、L-DLPFC和R-DLPFC区域在所有条件下均无变化。在N-back任务中，R-DLPFC区域的Oxy-Hb仅在HIIE后显著增加（p<0.05），其他区域无变化。在Switching任务中，HIIE和MICE后FPA区域的Oxy-Hb均显著增加（均p<0.05），CON无变化。PTR和R-DLPFC区域的Oxy-Hb仅在HIIE后显著增加（均p<0.05），OFA和L-DLPFC区域无变化。
3.3 循环生物标志物水平
HIIE和MICE后循环BDNF水平均显著升高（均p<0.001），CON无变化。HIIE后的BDNF水平也显著高于CON（p<0.001）。HIIE和MICE后乳酸水平均显著升高（均p<0.001），CON无变化。HIIE和MICE后的乳酸水平均显著高于CON（均p<0.001），且HIIE后的乳酸增加幅度大于MICE（p<0.001）。
3.4 探索性相关性和间接效应分析
在探索性分析中，MICE后OFA Oxy-Hb变化与Stroop干扰反应时间变化呈名义负相关。HIIE后FPA Oxy-Hb、BDNF和乳酸的变化与Stroop干扰反应时间变化呈名义负相关。HIIE后R-DLPFC Oxy-Hb和BDNF的变化与认知负荷效应的变化呈名义负相关。在Switching任务中，HIIE和MICE后FPA Oxy-Hb和循环BDNF的变化与混合任务反应时间变化呈名义负相关。HIIE后R-DLPFC Oxy-Hb变化与混合任务反应时间变化呈名义负相关。在HIIE条件下，从乳酸变化经BDNF变化到混合任务反应时间变化的间接关联的自助法置信区间不包括零。鉴于样本量小、变化分数同时测量以及未进行多重校正，此结果不能确立因果中介作用。
讨论与结论
讨论部分指出，两种运动后均观察到选定执行功能任务的反应时间缩短。仅HIIE显示出Stroop干扰反应时间的组内减少，而认知负荷效应未改变。HIIE后观察到更多区域性的组内Oxy-Hb信号变化。BDNF和乳酸在两种运动后均增加，且HIIE后乳酸反应更大。该模式并未确立HIIE的整体优越性，因为研究规模小、检测结果多，且在执行功能指标上未显示出一致的更大组间效应。研究强调fNIRS信号可能包含大脑、头皮和系统性成分，由于未使用短分离通道或同步记录系统性生理指标，区域结果应被解释为前额叶Oxy-Hb信号而非局部神经活动。研究也未充分检验性别差异。多项局限性限制了结果的解释：样本量小（含仅5名女性）；多重比较未进行全研究范围的校正；认知负荷效应未改变，其相关性不应作为干预相关工作记忆改善的证据；急性设计无法建立生物学中介所需的时间链；研究结果可能不适用于静坐少动年轻成人以外的群体。
研究结论部分翻译如下：总之，在静坐少动年轻成人中，急性HIIE和MICE后均观察到选定执行功能任务上的更快反应时间。HIIE显示出更广泛的组内行为和前额叶Oxy-Hb变化模式，并产生了更大的乳酸反应，但目前的数据并未确立其整体优越性。乳酸、BDNF、Oxy-Hb信号和反应时间之间的关联是产生假说性质的，并不能证明因果中介作用。这些发现需要在更大规模、预先指定结局变量并改进对fNIRS系统性因素控制的研究中得到确认。
