0 引言 Introduction
随着人类神经科学的发展，非侵入性脑刺激技术受到广泛关注，经颅电刺激和经颅磁刺激是非侵入性脑刺激技术中最常用的技术手段与工具。根据不同的刺激形式，经颅电刺激分为经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)、经颅交流电刺激和经颅随机噪声刺激；经颅磁刺激分为单脉冲、双脉冲和重复脉冲。经颅电刺激和经颅磁刺激分别通过微电流与电磁感应替代药物或神经植入技术作用于脑神经，激发或抑制目标大脑区域活动，达到调节皮质兴奋性、改善脑功能的目的[1]。尽管经颅磁刺激在空间和时间分辨率上占优，tDCS 技术却具有便携、易操作、低成本、适于双盲假对照等优点，标准方案的tDCS 已在成人与儿童、患者与健康受试者中通过安全性测试[2-5]。
tDCS 技术在神经科学和临床医学的基础研究与转化研究中已有相对广泛的应用，临床实践证明，tDCS 干预对治疗神经性疾病、脑损伤功能恢复以及提高认知功能等效果显著[6-8]。随着人们对大脑如何限制或改善身体表现的日益关注，tDCS 技术引起了医学界和体育界对肌肉功能影响方面的注意[9-13]。鉴于目前tDCS 在肌肉力量和耐力表现方面的研究尚处于起步阶段，且已有的研究结论存在不一致性，此次研究采用meta 分析的方法，对国内、外tDCS 对健康成人肌肉功能影响的测试结果进行综合评价分析，以期为新型神经电生理技术改善肌肉功能提供新证据。
1 资料和方法 Data and methods
1.1 文献检索策略 依据循证医学检索PICOS 原则，在Web of Science(WOS)、PubMed、Sport Discus、中国知网(CNKI)数据库，检索关于经颅直流电刺激对肌肉力量和耐力表现影响的全文研究，检索日期为各数据库建库至2019 年10月。并追溯纳入文献的参考文献，以补充获取相关文献。英文检索式为：(tDCS or“transcranial direct current stimulation”or HD-tDCS or a-tDCS or c-tDCS)and(performance or activit*or fatigue or exercise*)。中文检索词为：(tDCS or 经颅直流电刺激and 运动表现or运动or力量or耐力or疲劳)。在Web of Science 数据库检索时，利用“据文献类型”选项，将会议、评论、摘要、专利、社论、信件、更正、新闻、学位论文、未审查、病例报告等进行初步排除。
1.2 纳入与排除标准
纳入标准：①研究类型：试验设计均为比较tDCS 的随机对照试验；②研究对象：纳入受试者为健康成年男性或女性(包括运动员、大学生、普通被试)，年龄18-40 岁(主要集中于30 岁以下)；没有关节损伤和精神疾病史，种族、国籍不限；③干预措施：试验组采用tDCS 阳极刺激(a-tDCS)或tDCS 阴极刺激(c-tDCS)，对照组采用刺激时间低于30 s 的假tDCS(s-tDCS)，或无tDCS干预；④结局指标：研究结果主要是衡量tDCS 干预后试验组与对照组的力量和耐力表现，故选取肌肉力量性指标：最大随意等长收缩；耐力性指标：任务失败时间、疲劳时间；⑤中、英文已发表文献。
排除标准：①重复发表的文献；②非随机对照试验研究，如研究综述、个案报告、自身前后对照试验等；③无法获取全文；④试验后有效统计数据不完整，或不能在可获得原始数据的开放存取库中访问。
1.3 文献筛选与资料提取 文献筛选和资料提取由2 名来自不同专业方向的研究人员分别独立完成，并交叉核对和讨论，当出现分歧时，由第3 位研究员介入仲裁。文献筛选时，首先通过阅读题目和摘要排除明显不相关的文献，再进一步阅读全文，以确定最终是否纳入。资料提取内容主要包括：①研究的基本信息，包括论文题目、第一作者、时间、试验设计、运动方案和效用等；②受试者的基本特征，包括样本量、性别、年龄等；③刺激方案，包括刺激部位、刺激时间、刺激强度、电极极性、电极片大小等；④偏倚风险评价的关键要素。⑤此次研究所关注的结局指标和测试数据；⑥干预的安全性和不良反应等。
1.4 纳入文献质量评价 为保证所纳入文献质量具评估有效性，依据Cochrane系统评价员手册针对随机对照试验偏倚风险的评价工具，对所纳入文献的偏倚风险进行综合评价。由2 名研究员对每篇文献独立评估，当评价意见出现差异时，由第3 名研究员介入裁决。评价内容包括：①是否采用随机分组；②是否做到分配隐蔽；③对实施者与参与者是否采用双盲；④对结局评估是否采用盲法；⑤结局数据是否完整；⑥是否有选择性报告；⑦其他偏倚风险。对每条指标进行“低度偏倚风险”“偏倚不确定性”“高度偏倚风险”判定。
1.5 合并效应与统计学分析 采用Review Manager 5.3软件进行meta分析，此次研究所选结局指标最大随意等长收缩和疲劳时间均为连续性变量，故采用标准化均数差(standard mean difference，SMD)为效应量进行统计。采用I2定量判断纳入研究结果间的异质性大小：若I2＜50%，提示各研究结果间无显著统计学异质性，则采用固定效应模型进行meta 分析；若I2≥ 50%，提示异质性程度高，则进一步分析异质性来源，在排除明显异质性影响后，采用随机效应模型进行meta 分析。若存在明显的异质性，则采用亚组分析或敏感性分析等方法进行处理，或只进行描述性分析。最后，根据Cohen guidelines，选择P值结合95%CI作为效应量，对合并效应进行统计学分析。
2 结果 Results
2.1 文献纳入的结果与基本特征 研究共检索相关文献3 036 篇(其中Sport Discus 数据库217 篇，PubMed 数据库1 368 篇，WOS 数据库1 446 篇，CNKI数 据 库5 篇)，通 过Endnote x9 软 件的文献查重功能去除重复文献后得到2 865 篇，阅读题目和摘要后得到可能相关文献68 篇。进一步阅读全文后剔除文献53 篇，最终15 篇基于tDCS 干预对耐力和力量表现影响的文献符合纳入标准[14-28]，均为英文文献。文献纳入流程见图1。
图1｜文献筛选流程及结果Figure 1｜Literature screening process and results图注：*所检索的数据库及检出文献数具体如下：Sport Discus(n=217)、PubMed(n=1 368)、WOS(n=1 446)
纳入15 个随机对照试验研究[14-28]，共201 名健康受试者，其中137 名男性，54 名女性，10 名自行车运动员未报告性别。运动方案集中于膝关节或肘关节等长收缩至力竭、功率自行车骑行至力竭、跑步至力竭。刺激方案的电流强度为1.5-2.0 mA，刺激持续时间为10 min以上；刺激部位主要为初级运动皮质、前额叶皮质、颞叶皮质；电极片大小集中在3.5-35.0 cm2。纳入文献的特征信息具体见表1。
2.2 方法学质量评价 运用Review Manager 5.3 软件，对纳入文献的偏倚来源(选择性偏倚、实施偏倚、测量偏倚、失访偏倚和其他偏倚)进行方法学质量评价。统计结果显示：所纳入的15 项研究均采用随机分组[14-28]；1 项研究采用分配隐蔽[22]，其余均未报告；8 项研究仅对受试者采用盲法[14，16-17，20-21，24，26，28]，但未报告对实施者是否采用盲法；1 项研究对结局评估未采用盲法[20]；所有纳入的研究结局数据均完整，且未出现选择性报道；其他偏倚未报告，具体见图2。
2.3 tDCS 对运动表现影响的meta 分析结果
2.3.1 tDCS 对肌肉力量的影响 共纳入3 项研究[14，19，28]，参与测试的受试者共44 例。通过提取反映肌肉力量的最大随意等长收缩为临床结局指标，根据疲劳任务后最大随意等长收缩下降百分比，评定tDCS 对肌肉力量影响的效果，即最大随意等长收缩下降幅度越小，提示tDCS 的干预效果越好。meta 分析结果显示：合并效应量时，异质性分析表明所纳入研究结果不存在明显异质性(P=0.15＞ 0.05，I2=47%＜50%)，因此选择固定效应模型分析。据合并总效应显示：由于P=0.27＞ 0.05，对照组与试验组差异无显著性意义，且95%CI[-0.79，0.23](95%CI下限小于0)，菱形图与无效竖线相交且偏左，提示tDCS 刺激与改善肌肉力量没有关系。SMD=-0.28＜0.5，说明合并效应量较小。总体来看，tDCS干预不利于增强肌肉力量的效果，见图3。
2.3.2 tDCS 对肌肉耐力的影响 共纳入15 项研究[14-28]，参与测试的受试者共201 例。提取反映肌肉耐力的任务失败时间为临床结局指标，根据疲劳任务持续的时间，评定tDCS 对肌肉耐力干预的效果，即任务失败时间持续时间越长，提示干预效果越好。meta 分析结果显示：合并效应量时，异质性分析表明所纳入研究结果存在异质性(P=0.003，I2=57%＞ 50%)，故选择随机效应模型分析。据合并总效应显示：由于P=0.01＜0.05，对照组与试验组差异有显著性意义，且95%CI[0.10，0.76](95%CI下限大于0)，菱形图落在无效竖线右侧，提示tDCS 刺激对改善肌肉耐力表现的功能优于对照组。SMD=0.43＜0.5，说明合并效应量趋向于中等效应。总体来看，tDCS 干预对提高肌肉耐力表现总体效果趋于有效，见图4。
3 讨论 Discussion
3.1 tDCS 对肌肉力量的影响 神经-肌肉是人体运动的直接动力来源，是运动员取得优异运动成绩的基础条件[29]。肌肉力量作为影响人体运动表现的重要因素之一，其发展由形态学和神经学因素共同支持[30]。有研究认为，肌肉横截面积在肌力增长中可能占较小比重，而神经因素是肌肉力量快速增长的重要因素[31]，这为tDCS 通过刺激大脑皮质来调节脑区功能的应用提供了研究基础。tDCS 通过刺激特定脑区，增加该区域神经元兴奋性和可塑性，募集更多的单元，从而提高肌肉性能。然而，通过所纳入3 项研究(共44 名受试者)的荟萃结果[14，19，28]，遗憾的发现，仅1项研究呈阳性。COGIAMANIAN 等[14]2007年的研究为首篇将tDCS 应用于肌肉力量和耐力的文献，无屈肘肌健身或训练经历的受试者在接受35%最大随意等长收缩任务后，阳极和对照组标准化最大随意等长收缩分别为(-7.)%和(-7.)%，差异无显著性意义(P=0.77)。有2 项研究的测试结果呈阴性，FLOOD 等[28]采用高清tDCS 用高环形配置电极对12 名受试者进行干预，研究显示试验组与对照组间差异无显著性意义(P=0.083)。WILLIAMS 等[19]选择8 名受试者，在完成疲劳任务期间对受试者初级运动皮质分别进行了20 min tDCS 阳极刺激和假刺激，在疲劳任务结束后，计算受试者最大随意等长收缩从基线下降的百分比，阳极tDCS 条件下的最大随意等长收缩比对照组下降的幅度大，下降幅度超过6%。
表1｜纳入研究的文献基本信息Table 1｜Basic information of the included studies表注：tDCS 为经颅直流电刺激；对照组为刺激时间低于30 s 经颅直流电假刺激或无刺激；(A)为阳极电极放置的位置，(C)为阴极电极放置的位置。关于样本量，除COGIAMANIAN 等[14]的文献外，其他文献中两组试验应用的均为同一批被试，2 周或1 个月后进行再次试验
综上，据总体合并效应来看，菱形图与无效线相交且落在无效线偏左侧，提示tDCS 对增强肌肉力量的效果极其微弱，甚至不利于改善受试者的力量表现。鉴于纳入此次研究的项目较少、样本量较少、刺激方案不同等因素，且解释tDCS 对力量改善的神经生理机制目前尚不清楚，需进行进一步的研究，以便深入探索tDCS 刺激与肌肉力量间的关系。
图2｜纳入研究的方法学质量评估Figure 2｜Methodological quality assessment of the included studies图注：“+”表示低度偏倚风险，“？”表示偏倚不确定性，“-”表示高度偏倚风险
图3｜经颅直流电刺激对肌肉力量素质影响的meta 分析森林图Figure 3｜Forest plot of the meta-analysis regarding the effect of transcranial direct current stimulation on muscle strength quality图注：经颅直流电刺激试验组相对于对照组合并效应量较小，说明经颅直流电刺激干预不利于增强肌肉力量的效果
图4｜经颅直流电刺激对肌肉耐力素质影响的meta 分析森林图Figure 4｜Forest plot of the meta-analysis regarding the effect of transcranial direct current stimulation on muscle endurance quality图注：经颅直流电刺激试验组相对于对照组合并效应量中等，说明经颅直流电刺激干预对提高肌肉耐力表现总体效果趋于有效
3.2 tDCS 对耐力的影响 耐力素质是人体的基本素质之一。在周期性耐力项目(径赛、游泳、自行车等)中，耐力水平是决定运动员运动成绩的主要因素。在此次荟萃纳入的15 项研究中[14-28]，共201 名受试者，有3 项研究结果呈阴性。在BARWOOD 等[15]的研究中，8 名受试者在高温条件下完成高强度骑行任务，tDCS干预组耐力时间低于假刺激组。BYRNE 等[24]在左背外侧前额叶皮质进行真、假tDCS 刺激发现，试验组和对照组耐力时间分别为(173.) s和(182.) s，提示tDCS 干预并未提高耐力表现(P=0.448)。FLOOD 等[28]在另一项研究中发现，对初级运动皮质进行20 min 高清tDCS 刺激，在疲劳任务后对照组耐力时间基于基线减少了(13.)%，而试验组仅降低了(9.)%。经分析发现，由于试验组与对照组耐力时间在基线存在极其微弱的差异(对照组略高于试验组，P=0.109)，导致原本具有微弱干预效果的tDCS 结果在此次荟萃研究中的结果呈阴性。
此次荟萃分析中12 项研究结果呈阳性[14，16-23，25-27]。COGIAMANIAN 等[14]在左肘曲肌疲劳任务前对右初级运动皮质进行tDCS 刺激，之后测评发现，任务失败时间在阴极刺激和控制组无刺激后急剧下降[(-35.)%，(-39.)%]，而阳极刺激后耐力时间减少相对较小(-21.)%，该研究为非病理条件下阳极tDCS 可减少肌肉疲劳与提高肌肉耐力开辟了道路。在随后的研究中，WILLIAMS 等[19]利 用 阳 极tDCS 刺 激条件下，受试者任务失败时间延长了31%；VITOR-COSTA 等[20]证明了在没有生理变量(心率和肌电图)和感知变量变化的情况下，tDCS 能改善80%峰值功率骑行的任务失败时间；PARK 等[21]在80%最大摄氧量恒定负荷跑步试验中，发现tDCS 显著延长了任务失败时间[(21.) min，(18.) min，P=0.011]；OKANO 等[16]通 过 对10 名 国家级公路自行车运动员在实验室条件下完成最大增量骑行进行研究，发现在颞叶皮质上进行tDCS 刺激最大输出功率改善了4%，降低了心率和感知变量，对调节运动表现具有至关重要的作用。该研究为tDCS 在专业运动员中应用提供了证据，但针对临场比赛中的应用研究未来仍需进一步加强。
在荟萃中发现，关于tDCS 对运动表现影响试验研究的作者较为分散，除FLOOD 及其团队2 项研究外[24，28]，仅ANGIUS 团队在2015 至2019 年间进行了4 项持续追踪研究[18，25-27]。ANGIUS团队在最早的一项研究中发现，tDCS未引起骑行期间任务失败时间与生理参数的显著变化，分析认为任务失败时间未明显变化可能是tDCS 蒙太奇所致，因为阳极电极对初级运动皮质的任何好处可能被右背外侧前额叶皮质上的阴极电极所抵消，建议全身运动应采用双侧tDCS 蒙太奇[25]。在其随后的2项研究中支持了前面的推测，ANGIUS团队比较了2 种蒙太奇对单腿伸肌任务失败时间的影响，发现阳极初级运动皮质和阴极同侧肩部的外部蒙太奇引起任务失败的时间显著改善了17%，而对皮质脊髓和周围参数未有影响，因此目前对任务失败时间改善的确切机制尚不清楚[26]。ANGIUS 等[18]在进一步研究中发现，双侧初级运动皮质上的外侧阳极刺激对自行车运动期间的任务失败时间显著改善了23%。基于背外侧前额叶是抑制性控制的关键脑区，ANGIUS 等[27]在最近的研究中，对健康个体左背外侧前额叶进行tDCS 刺激，发现任务失败时间延长(P=0.029)，心率(P=0.002)和感知变量(P＜0.001)明显较低，可同时改善抑制性控制和循环性能。
针对感兴趣区域焦点定位优化，与传统的tDCS 相比，高清tDCS 能避免因电极过大对其他脑区产生不必要的污染，此次荟萃研究共有3 项随机对照试验使用高清tDCS 进行干预。FLOOD等[28]研究发现，高清tDCS 增加了止痛能力，但对提高肌肉耐力的效果不显著，对先前的研究观点，即对运动引起的内源性疼痛抑制与调节运动表现间的关系提出了质疑[32-33]。在最近的2 项研究中，电极位置、刺激强度和时间均相同，分别测试肘屈肌和膝伸肌疲劳任务的时间，tDCS 试验组任务失败时间下降的幅度均小于假刺激组[22-23]。RADEL 等[22]采用近红外光谱和肌电图探究脑刺激对外周和中枢疲劳的影响；DENIS 等[23]发现tDCS 组与假刺激组无显著性主效应，但tDCS 组耐力时间优于对照组。
针对目前tDCS 的最佳电极放置不确定的问题，ANGIUS 团队在2 种tDCS蒙太奇会话随机对照试验中，将阳极电极置于左侧运动皮质，将阴极电极分别置于对侧前额和肩部，对2 种不同tDCS 电极蒙太奇对改善运动表现的影响进行分别测试，研究发现SHOULDER蒙太奇比HEAD 蒙太奇能更有效地提高耐力性能[26]。初级运动皮质一直被认为是调节耐力的决定性皮质区域，已有多项研究针对初级运动皮质进行干预[14，18-19，25]。针对近期研究认为初级运动皮质未增强皮质脊髓的兴奋性，RADEL 等[22]采用近红外光谱监测在阴极初级运动皮质和前额叶分别运用高清tDCS 对肘屈肌持续收缩任务氧合血红蛋白的影响，近红外光谱结果表明高清tDCS 干预可有效调节前额叶的活性，但对于tDCS 是否减少任务激活区域的O2HB 仍需进一步研究验证。
基于上述观察结果，据总体合并效应量来看，tDCS 干预对提高肌肉耐力表现效果总体趋于有效。鉴于tDCS改善任务失败时间的确切机制仍然未知、目前团队追踪研究较少、电极位置和感兴趣区域精准定位等因素，未来仍需进一步加强研究。
3.3 研究不足与局限性 目前tDCS 对改善肌肉功能的确切机制尚存争议，COGIAMANIAN 等[14]与WILLIAMS 等[19]的团队认为tDCS 能减轻脊髓上疲劳；而ABDELMOULA 等[17]与FLOOD 等[28]的团队研究认为运动表现的改善与皮质脊髓变化、内源性疼痛抑制无显著联系。因此，弄清确切的机制是当前急待解决的首要问题。其次，返回电极的位置、tDCS 刺激的最佳剂量(刺激强度、刺激时间)、刺激脑区等控制变量仍在进一步的探索中。再次，连续性研究较少，样本量待加强，除ANGIUS[18]及其团队有持续追踪研究，其余研究均较为分散；部分研究样本较小可能会增加Ⅱ型统计误差。最后，神经兴奋的增补剂能使运动员在比赛中占据竞争优势，同时亦会引发人们对体育公平性与道德性的思考。
3.4 结论与建议 该系统评价与荟萃分析的结果提示，tDCS 技术对于肌肉力量改善效果不明显，但对提高肌肉耐力效果显著。tDCS 对于改善运动表现是一项极具前景的非侵入性脑刺激技术，未来将会受到生物医学、运动医学以及竞技体育领域的广泛关注。然而，鉴于目前确切机制尚不明晰、刺激剂量缺乏个性化参数、样本量相对较小、高质量连续性追踪研究较少、感兴趣区域精准定位不足等因素，未来应用与发展应注意以下几方面：
(1)加强tDCS 神经生理机制探索：采用脑电图、功能MRI、功能近红外光谱多种神经影像学技术，监测tDCS 对脑网络神经调节的影响。加强tDCS 对肌肉功能影响的神经作用机制研究，进一步深入探索tDCS 刺激与运动表现间的关系。
(2)实施更严格与广泛的试验研究：针对目前效用结果存在不一致性，刺激脑区和感兴趣区域聚焦性等问题、应加强高质量的试验研究，通过更大样本量测试，以期为tDCS 改善肌肉功能提供更有效的刺激参数与有力的证据支持。
(3)对高水平竞技临场应用持期待与谨慎态度：在实践应用中，对于tDCS 在高水平竞技临场应用，仍需保持期待与谨慎的态度。加强tDCS 在竞技体育实践应用中的前期测试与监控，以tDCS 为“脑-肌”沟通渠道，实现神经系统与运动系统光滑链接，以期为tDCS 提高体育成绩、促进疲劳恢复与运动功能康复等提供有益的科技服务。
(4)设计个性化刺激方案：针对不同被试的个体差异，建立个性化刺激方案。借助基于脑结构和功能连接信息绘制的脑网络组图谱，通过高清tDCS 刺激技术，精准定位皮质刺激区域，以便更有效地提高不同人群的运动表现。
作者贡献：李智伟负责研究设计、文献纳入与论文撰写，伍朝明负责数据分析与论文初稿讨论，顾心雨负责文献收集与评价，何颖负责论文修订、审校与基金支持。
经费支持：该文章接受了“国家重点研发计划‘科技冬奥’重点专项2019 年度定向项目(2019YFF0)”的基金资助。所有作者声明，经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。
利益冲突：文章的全部作者声明，在课题研究和文章撰写过程，不存在利益冲突。
写作指南：该研究遵守《系统综述和荟萃分析报告规范》(PRISMA 指南)。
文章查重：文章出版前已经过专业反剽窃文献检测系统进行3 次查重。
文章外审：文章经小同行外审专家双盲外审，同行评议认为文章符合本刊发稿宗旨。
生物统计学声明：文章统计学方法已通过成都体育学院生物统计学专家审核。
文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。
开放获取声明：这是一篇开放获取文章，根据《知识共享许可协议》“署名-非商业性使用-相同方式共享4.0”条款，在合理引用的情况下，允许他人以非商业性目的基于原文内容编辑、调整和扩展，同时允许任何用户阅读、下载、拷贝、传递、打印、检索、超级链接该文献，并为之建立索引，用作软件的输入数据或其它任何合法用途。
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文章来源：运动 网址: http://yd.400nongye.com/lunwen/itemid-45456.shtml
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