心理疲劳对下肢爆发力与无氧能力的影响：系统综述与Meta分析

《Frontiers in Physiology》：Effects of mental fatigue on lower-limb explosive power and anaerobic capacity: a systematic review and meta-analysis

　　

摘要：心理疲劳可能损害高强度运动表现，但其对下肢爆发力和无氧能力的影响仍不一致。本研究旨在系统评估并定量综合心理疲劳对这两类运动表现领域的影响。方法：本研究依据PRISMA 2020指南进行。检索了PubMed、Web of Science、Scopus和CNKI数据库中的随机对照试验（RCT）和随机交叉试验。采用Hedges' g计算标准化均数差（SMD），并使用随机效应模型估计合并效应。同时进行了偏倚风险评估、敏感性分析和亚组分析。结果：共纳入17项研究，涉及302名受试者。心理疲劳显著降低了下肢爆发力，尽管效应量较小且异质性低（SMD = ?0.16，95% CI [?0.28，?0.03]，p = 0.014）。心理疲劳还显著损害了无氧能力（SMD = ?0.29，95% CI [?0.52，?0.06]，p = 0.013）。在运动水平、心理疲劳诱导时长或运动测试的项目特异性方面，未观察到统计学显著的亚组间差异。结论：心理疲劳似乎同时损害下肢爆发力和无氧能力，但由于不精确性和证据确定性较低，对无氧能力的估计应谨慎解读。因此，在训练设计和赛前准备中应考虑认知负荷管理。系统综述注册：https://www.crd.york.ac.uk/PROSPERO/view/CRD42025116370，标识号CRD42025116370。

1 引言
心理疲劳是由高认知需求的长时间任务诱导的复杂心理生物学状态，表现为主观疲劳感增加、动机降低和认知功能下降。近年来理论认为，认知疲劳不仅是一种暂时性疲倦感，还涉及动机调节、努力分配、认知控制和决策效率改变。在现代高强度竞技体育中，运动员需持续进行战术预判与自我调控，认知负荷的积累使心理疲劳成为影响运动表现的重要因素。已有证据普遍表明心理疲劳损害有氧耐力表现，可能通过增强主观感知 exertion（RPE）导致中枢神经系统提前降低运动强度或终止运动。然而，这些理论解释可能不完全适用于极短时长的高强度无氧和爆发性运动任务。下肢爆发力与无氧能力是许多运动项目的重要决定因素，但心理疲劳对快速神经肌肉控制的影响尚无一致结论。

现有研究结果不一致，可能源于样本量小、认知任务类型和时长异质性、受试者训练背景差异以及测试方法不同。以往系统综述常将不同运动任务合并分析，极少单独关注高强度短时运动结局。因此，本研究旨在系统识别、筛选并定量综合心理疲劳对健康个体和运动员下肢爆发力与无氧能力影响的证据。基于神经肌肉控制、中枢疲劳和主观用力调节理论，假设心理疲劳对极短时长、主要依赖磷酸原供能和快速神经募集的下肢爆发力影响有限，而对需较长时间持续高强度输出且代谢压力较大的无氧能力产生更明显的不利影响。亚组分析将探讨受试者训练水平、认知任务类型、诱导时长和运动测试形式的影响。

2 方法
2.1 方案与注册
本系统综述与Meta分析依据PRISMA 2020声明进行设计和报告，方案在文献检索前已在PROSPERO预注册，注册号为CRD42025116370。

2.2 检索策略
两名独立研究人员对PubMed、Web of Science、Scopus和中国知网（CNKI）四个电子数据库进行计算机检索，检索时间从建库至2026年8月。检索策略结合受控词汇与自由词，使用布尔逻辑运算符（AND和OR）。英文数据库检索词聚焦两组概念：心理疲劳（mental fatigue、cognitive fatigue、mental exertion）与下肢爆发力和无氧能力（explosive power、vertical jump、CMJ、anaerobic、Wingate、sprint等）。CNKI使用对应中文关键词检索标题、摘要和关键词字段。同时进行引文追踪和参考文献手工筛查，不限制出版语言，但未系统检索灰色文献。

2.3 纳入与排除标准
采用PICOS框架评价研究合格性。纳入标准：健康个体（年龄≥16岁，包括专业运动员、业余运动员和普通成人），性别不限；使用成熟的长时认知任务（如Stroop、AX-CPT、TMT或模拟比赛分析）诱导心理疲劳；对照组为低认知负荷匹配条件；结局指标包括下肢爆发力（跳跃高度、峰值功率）和无氧能力（全力骑行、冲刺或重复冲刺、重复跳跃等）；研究设计为随机对照试验（RCT）或随机交叉试验。排除年龄<16岁、神经或精神疾病、近期严重下肢损伤者；排除同时诱导心理和身体疲劳的联合干预；排除无低认知负荷对照组或仅报告主观疲劳量表而无客观运动表现的报告。无氧能力结局被定义为最大或重复高强度运动表现，而反映敏捷、变向、平衡、技术或耐力的指标被排除在外。

2.4 文献筛选和数据提取
2.4.1 文献筛选
所有检索记录导入Zotero去重。两名研究人员独立依据标题和摘要排除明显不合格文献，随后获取全文评估最终合格性。使用Cohen’s kappa系数评估评审者间一致性，分歧通过讨论或由第三名资深研究人员裁决。

2.4.2 数据提取
两名研究人员独立使用标准化Excel表格提取数据并交叉核对。提取内容包括研究基本特征、受试者特征、心理疲劳诱导方案、运动测试指标、结局数据。若研究仅提供图形数据，使用WebPlotDigitizer提取数值。标准误或95%置信区间转换为标准差。由于该领域普遍采用随机交叉设计，尽可能提取配对效应量。若原始报告未提供受试者内相关系数，则假设保守相关系数r=0.5，并通过敏感性分析检验该假设的稳健性。

2.5 偏倚风险评估
两名研究人员使用Cochrane偏倚风险工具独立评估纳入研究的偏倚风险，评估七个域：随机序列生成、分配隐藏、参与者和人员盲法、结局评估盲法、不完整结局数据、选择性报告和其他偏倚来源。每个域评定为低、不清楚或高偏倚风险。分歧通过讨论解决，必要时由第三名资深研究人员裁决。使用robvis工具可视化汇总图和交通灯图。

2.6 敏感性分析
针对假设相关系数r=0.5的交叉试验研究，使用r=0.3和r=0.7重新计算效应量和方差，检验结论是否受假设影响。构建漏斗图目视检查发表偏倚或小样本效应。当某主要结局至少有10个独立效应量时才进行Egger回归检验。还进行逐项剔除敏感性分析，依次排除每个效应量后重新拟合REML随机效应模型，检查合并效应量、95%CI、显著性、I²和τ²的变化。

2.7 证据确定性评估
使用GRADE方法评估每个主要结局的证据确定性，两名评审员独立将下肢爆发力和无氧能力的证据分级为高、中、低或极低。初始将RCT和随机交叉试验视为高质量证据，根据五个域降级：偏倚风险、不一致性、间接性、不精确性和发表偏倚。构建证据总结表呈现合并效应量、研究数、受试者数、异质性和确定性评级。

2.8 统计分析
所有统计分析使用R软件及meta和metafor包。由于纳入研究采用不同测试仪器和测量单位，使用标准化均数差（SMD）及其95%CI作为合并效应量，并采用Hedges' g校正小样本偏倚。效应量阈值：0.2、0.5、0.8分别表示小、中、大。若指标为越低越好（如冲刺时间），则进行反向编码，使负的Hedges' g一致表示心理疲劳后表现受损。使用Cochran’s Q检验（p<0.10）和I²评估异质性。采用基于限制性最大似然估计（REML）的随机效应模型。预先设定的亚组分析包括：受试者训练水平（非运动员、大学生运动员、青年运动员、高水平运动员）、认知任务类型（Stroop任务、社交媒体使用、其他任务）、心理疲劳诱导时长（≤45min vs >45min）、跳跃测试类型（CMJ、SJ、其他跳跃测试）以及无氧能力测试的运动特异性（运动专项测试 vs 非专项测试）。

3 结果
3.1 研究筛选
数据库检索获得2718条记录，31篇报告被检索全文，其中7篇不可得，24篇进行合格性评估，7篇在全文评估后排除，最终纳入17项研究。其中16项贡献于下肢爆发力分析，9项贡献于无氧能力分析，8项同时贡献于两个结局域。

3.2 研究特征
纳入的17项研究共302名受试者，主要为健康成人和青年运动员，多数研究招募男性受试者，部分包含混合性别样本。受试者包括大学生运动员、精英运动员、青年运动员和非运动员。多数研究使用Stroop任务诱导心理疲劳，部分使用AX-CPT或社交媒体使用等其他认知负荷任务。诱导时长范围为20至90分钟，30分钟最常见，其次为60和90分钟。下肢爆发力测试主要包括下蹲跳（CMJ）、深蹲跳（SJ）、垂直跳高度和连续垂直跳能力。无氧能力测试主要包括短距离冲刺、重复冲刺能力（RSA）和重复半蹲跳。

3.3 偏倚风险评估
总体而言，不完整结局数据控制良好，但在分配隐藏、参与者和人员盲法、选择性报告和其他偏倚来源方面存在较大不确定性。由于心理疲劳干预难以实现严格盲法，多数研究在执行偏倚方面被评定为高风险或不清楚。

3.3.1 下肢爆发力（n=16）
随机序列生成：9项低风险、6项不清楚、1项高风险。分配隐藏：15项不清楚、1项高风险。参与者和人员盲法：12项高风险、4项不清楚。结局评估盲法：8项低风险、7项不清楚、1项高风险。不完整结局数据：11项低风险、5项不清楚。选择性报告：1项低风险、15项不清楚。其他偏倚来源：全部16项不清楚，因为预注册方案、预设结局、洗脱期、顺序效应、残留效应、学习效应和预期效应报告不一致。

3.3.2 无氧能力（n=9）
随机序列生成：5项低风险、3项不清楚、1项高风险。分配隐藏：全部9项不清楚。参与者和人员盲法：7项高风险、2项不清楚。结局评估盲法：3项低风险、5项不清楚、1项高风险。不完整结局数据：7项低风险、2项不清楚。选择性报告：全部9项不清楚。其他偏倚来源：全部9项不清楚。主要方法学问题是分配隐藏、参与者和人员盲法、选择性报告以及交叉设计细节报告不足。

3.4 敏感性分析
3.4.1 不同相关系数假设
在r=0.5主分析中，下肢爆发力合并效应量为Hedges' g = ?0.16，95%CI [?0.28, ?0.03]，p = 0.014，I² = 9.3%；无氧能力为Hedges' g = ?0.29，95%CI [?0.52, ?0.06]，p = 0.013，I² = 43.0%。当r=0.3时，下肢爆发力g = ?0.16，95%CI [?0.30, ?0.02]，p = 0.030，I² = 0.0%；无氧能力g = ?0.29，95%CI [?0.52, ?0.06]，p = 0.013，I² = 25.2%。当r=0.7时，下肢爆发力g = ?0.16，95%CI [?0.28, ?0.03]，p = 0.016，I² = 40.2%；无氧能力g = ?0.28，95%CI [?0.51, ?0.06]，p = 0.013，I² = 60.7%。合并效应方向和大小高度一致，表明主效应估计对假设的受试者内相关系数稳健；但异质性估计对相关系数假设较敏感。

3.4.2 漏斗图和Egger检验
下肢爆发力Egger回归检验未显示漏斗图不对称（t = ?0.828，p = 0.421）。无氧能力因独立效应量少于10个（k=9）未进行Egger检验。漏斗图目视检查未排除潜在发表偏倚或小样本效应。

3.4.3 逐项剔除敏感性分析
逐项剔除每个效应量后，无氧能力合并Hedges' g范围为?0.34至?0.20，所有合并效应仍显著（p介于0.007至0.048）。I²范围为0.0%至50.1%，τ²范围为0.000至0.072。剔除Staiano等（2024）后异质性降至0.0%，合并效应仍显著（g = ?0.20，95%CI [?0.38, ?0.02]，p = 0.028）。总体显示无氧能力合并结果相对稳定。

3.5 主要效应
3.5.1 心理疲劳对下肢爆发力的影响
共16个独立效应量。异质性低（Q = 16.54，p = 0.347，I² = 9.32%，τ² = 0.002）。合并分析显示心理疲劳显著降低下肢爆发力（SMD = ?0.16，95%CI [?0.28, ?0.03]，p = 0.014），效应量小。

3.5.2 心理疲劳对无氧能力的影响
共9个独立效应量。异质性中等（Q = 14.02，p = 0.081，I² = 43.0%，τ² = 0.053）。采用随机效应模型合并显示心理疲劳显著降低无氧能力（SMD = ?0.29，95%CI [?0.52, ?0.06]，p = 0.013）。

3.6 亚组分析
所有亚组间比较均未达到统计学显著（p > 0.05），以下结果仅视为描述性趋势。

3.6.1 下肢爆发力亚组分析
按训练水平：组间差异p = 0.282。大学生运动员亚组显著降低（k=7，SMD = ?0.27，95%CI [?0.54, ?0.01]，p = 0.040，I² = 44.9%），非运动员、青年运动员和高水平运动员亚组不显著。按认知任务类型：组间差异p = 0.774。Stroop任务亚组显著降低（k=11，SMD = ?0.19，95%CI [?0.36, ?0.02]，p = 0.030，I² = 36.5%），社交媒体和其他任务不显著。按诱导时长：短时长（≤45min）亚组显著降低（k=11，SMD = ?0.15，95%CI [?0.30, ?0.01]，p = 0.035，I² = 5.2%），长时长亚组不显著，组间差异p = 0.975。按跳跃测试类型：CMJ、SJ和其他跳跃测试亚组均不显著，组间差异p = 0.751。

3.6.2 无氧能力亚组分析
按训练水平：组间差异p = 0.421。大学生运动员亚组显著降低（k=5，Hedges' g = ?0.41，95%CI [?0.72, ?0.10]，p = 0.010，I² = 47.0%），非运动员和高水平运动员亚组不显著。按诱导时长：短时长亚组显著降低（k=4，Hedges' g = ?0.51，95%CI [?0.97, ?0.05]，p = 0.030，I² = 60.0%），长时长亚组不显著，组间差异p = 0.128。按运动特异性：运动专项测试亚组（k=6，Hedges' g = ?0.27，95%CI [?0.58, 0.05]，p = 0.094，I² = 53.2%）和非专项测试亚组（k=3，Hedges' g = ?0.35，95%CI [?0.71, 0.02]，p = 0.062，I² = 34.8%）均不显著，组间差异p = 0.760。

3.7 证据确定性
下肢爆发力证据确定性为中等，因偏倚风险降级一级，主要涉及盲法、分配隐藏、选择性报告和交叉设计细节。无氧能力证据确定性为低，因偏倚风险和不精确性各降级一级，其95%CI从微小到中等不良效应不等。

4 讨论
4.1 主要效应的总体解释
心理疲劳显著降低下肢爆发力，效应量小且异质性低，证据确定性中等。无氧能力也显著受损，效应量数值稍大但证据确定性低。无氧能力任务需在更大代谢和感知压力下持续高强度输出，可能通过感知用力增加和努力调节受损而对心理疲劳更敏感。下肢爆发力任务极短暂，依赖快速运动单位募集和磷酸原供能，运动模式相对固定，因此心理疲劳影响虽显著但幅度小。无氧能力任务需持续动力和不适耐受，心理疲劳可能过早提高感知用力，导致速度或功率下降。

4.2 受试者特征
部分训练水平亚组内观察到显著负效应，但组间差异不显著，无法确认特定群体更易受影响。长期训练可能增强运动自动化和神经肌肉控制效率，减少对前额叶认知资源的依赖；但高训练水平个体也可能在高强度任务中动员更大主观努力并更接近生理极限，在重复冲刺或连续跳跃等疲劳性任务中，感知用力增加和动机下降可能更明显。训练水平与心理疲劳效应的关系可能非线性，取决于具体任务和测试情境。

4.3 心理疲劳诱导方案
Stroop任务和短时长诱导亚组在某些结局中显示显著负效应，但任务类型和诱导时长的组间差异均不显著，不能证明Stroop任务更有效或存在剂量-反应关系。心理疲劳效应可能不仅取决于时长，还受认知负荷特征、任务新颖性、个人参与度和诱导后主观疲劳等因素影响。未来研究应结合主观疲劳、认知任务表现和神经生理指标，而非仅依靠诱导时长。

4.4 运动测试方案
在下肢爆发力方面，CMJ、SJ和其他跳跃测试亚组均无显著效应，组间差异不显著，提示跳跃测试类型不是调节因素。在无氧能力方面，运动专项测试和非专项测试亚组均无显著合并效应，组间差异不显著，现有证据不支持运动特异性作为心理疲劳对无氧能力影响的调节变量。

4.5 优势与局限性
本研究聚焦心理疲劳对下肢爆发力和无氧能力两类短时高强度表现，将其从一般运动表现中分离并进行定量合并，有助于精确理解心理疲劳在短时高强度运动中的作用。研究纳入近年文献，并基于训练水平、认知任务类型、诱导时长、跳跃类型和测试特异性进行亚组分析，且采用GRADE评估证据确定性。局限性包括：纳入研究数量相对有限，部分亚组研究数少，亚组分析稳定性受影响；组间比较均不显著，结果应视为描述性而非证实性调节效应。受试者特征、诱导方案和测试方法差异可能造成残余异质性。严格盲法难以实现，部分研究对随机化、分配隐藏和预设结局报告不充分。现有证据主要来自青年男性和男性为主的样本，女性、精英运动员和不同年龄组研究稀缺，推广需谨慎。此外，感知用力、动机和努力调节等潜在机制未被定量综合，应视为理论解释而非直接证据。

4.6 未来研究方向
未来研究应探索心理疲劳影响高强度运动表现的神经肌肉机制，可采用脑电图（EEG）、功能性近红外光谱（fNIRS）和经颅磁刺激（TMS）等技术识别皮层兴奋性变化的神经生物学标志。还应研究生态效度更高的心理疲劳形式（如赛前战术分析会议、高压力电竞活动、长时间使用特定社交媒体应用）如何通过干扰特定认知领域影响运动表现。针对女性运动员和个体认知耐受差异的研究也是重要方向。

5 结论
本系统综述与Meta分析表明，心理疲劳对下肢爆发力和无氧能力均有负面影响。下肢爆发力效应量小但统计显著，无氧能力也显著受损。然而，由于无氧能力估计存在不精确性和低确定性证据，应谨慎解读。鉴于不同结局的证据确定性差异以及纳入研究以年轻男性为主，实际应用建议应谨慎。教练和运动员可考虑在涉及爆发性或高强度表现的训练或比赛前尽量减少不必要的认知负荷，但该建议在不同性别、年龄组和训练水平间的普适性尚不确定。未来研究应采用标准化心理疲劳方案、明确定义的运动结局、充分把握度的随机交叉设计，并纳入涵盖不同性别、年龄、训练水平和运动项目的更多样化样本。