吸毒者在運(yùn)動(dòng)期間的腦氧合和認(rèn)知受損

1.研究背景

患有物質(zhì)使用障礙 (SUD) 的個(gè)體中，前額葉皮層 (PFC) 的基線代謝活動(dòng)較低，這與決策和抑制控制中的認(rèn)知功能受損有關(guān)。過去研究顯示有氧運(yùn)動(dòng)可改善 PFC 功能和認(rèn)知能力，但是，其對(duì) SUD 個(gè)體的影響尚不清楚。本研究目的在于驗(yàn)證 SUD 個(gè)體在增量運(yùn)動(dòng)過程中 PFC 的認(rèn)知表現(xiàn)和氧合。

2.研究方法

2.1 被試

研究共有29名有效被試，14名為SUD個(gè)體（平均年齡33歲），15名為健康對(duì)照（平均年齡15歲）。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用問卷包括簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查（MMSE）、體力活動(dòng)準(zhǔn)備問卷（PAR-Q）、酒精、吸煙和物質(zhì)參與篩查測(cè)試 (ASSIST)、渴望量表。實(shí)驗(yàn)任務(wù)范式包括Stroop測(cè)試，采用的視覺刺激包括不同顏色的形狀以及顏色單詞。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

受試者首先通過問卷[體力活動(dòng)準(zhǔn)備問卷 (PAR-Q)、MMSE、ASSIST 和 DSM-V 標(biāo)準(zhǔn)] 進(jìn)行篩查，測(cè)量平均動(dòng)脈壓 (MAP) 并熟悉程序和鍛煉方案。在至少 48 小時(shí)后，受試者開始運(yùn)動(dòng)任務(wù)，包括在自行車測(cè)力計(jì)上進(jìn)行最大運(yùn)動(dòng)測(cè)試（在疲憊最大化時(shí)停止測(cè)試），同時(shí)測(cè)量腦血流動(dòng)力學(xué)和肌力計(jì)。此外，參與者在運(yùn)動(dòng)過程中每?jī)煞昼娺M(jìn)行一次認(rèn)知 Stroop 測(cè)試。此外，在運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后，參與者立即完成物質(zhì)使用渴望量表。

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

實(shí)驗(yàn)使用近紅外光譜 (NIRS) (Imagent, ISS, Champaign, IL, USA) 分析腦氧合，它允許對(duì)氧合血紅蛋白 (O2Hb)、脫氧血紅蛋白 (HHb) 和總血紅蛋白進(jìn)行絕對(duì)定量 [(tHb) = O2Hb + HHb]。兩個(gè)光極中的每一個(gè)都包含一個(gè)檢測(cè)器和四對(duì)光源，每對(duì)光源由兩個(gè)波長(zhǎng)（690 和 830 納米）組成，并且與檢測(cè)器的距離不同（1.5、2.5、3.5 和 4.5 厘米）。根據(jù)國(guó)際 EEG 10-20 分布系統(tǒng)，光極被放置在參與者的 PFC 上的 Fp1、Fpz 和 Fp2 區(qū)域。系上深色繃帶以防止任何光線進(jìn)入 PFC。 在每次評(píng)估之前使用具有特定吸收和散射系數(shù)的校準(zhǔn)體模和檢查體模對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院提供的 Matlab 和 Homer 2中的特定腳本進(jìn)行分析。運(yùn)動(dòng)期間的休息時(shí)間的數(shù)據(jù)被導(dǎo)出并標(biāo)準(zhǔn)化以表達(dá)變化的幅度（Δ），因此能夠分析皮層的運(yùn)動(dòng)變化。結(jié)果與兩個(gè)光極的數(shù)據(jù)一起呈現(xiàn)和分析。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 運(yùn)動(dòng)時(shí)的認(rèn)知能力（Stroop任務(wù)）

研究結(jié)果顯示，SUD個(gè)體在運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均錯(cuò)誤比健康對(duì)照更多，反應(yīng)時(shí)也更長(zhǎng)（見圖1）。

圖1. 運(yùn)動(dòng)前與運(yùn)動(dòng)時(shí)的Stroop任務(wù)中的錯(cuò)誤數(shù)量（A）和反應(yīng)時(shí)（B）

3.2 運(yùn)動(dòng)時(shí)的腦氧合

運(yùn)動(dòng)的增量測(cè)試增加了SUD和健康對(duì)照組的 PFC 血流動(dòng)力學(xué)。然而，SUD 組在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)下（RCP 和 VO2 峰值）腦氧合較低。運(yùn)動(dòng)后，SUD 組還顯示出對(duì)特定濫用藥物的渴望較低得分。圖 2 顯示了運(yùn)動(dòng)對(duì)渴望量表和前額葉皮層血流動(dòng)力學(xué)的影響。

圖2. SUD組的運(yùn)動(dòng)前與運(yùn)動(dòng)后的渴望量表分?jǐn)?shù)（A）和腦氧合數(shù)據(jù)（B-D）。

4.結(jié)論

本研究結(jié)果表明，化學(xué)物質(zhì)依賴對(duì)于較低水平 PFC 功能的損害可以轉(zhuǎn)移到高強(qiáng)度體育鍛煉的情況下。這種耗竭的功能與整個(gè)體育鍛煉過程中較低的認(rèn)知能力有關(guān)。此外，進(jìn)行高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)已表明會(huì)增加受長(zhǎng)期使用物質(zhì)影響的區(qū)域的腦氧合。通過體育鍛煉改變化學(xué)物質(zhì)依賴者腦血流動(dòng)力學(xué)的可能性加強(qiáng)了其作為治療這些患者的替代、非侵入性和非藥物工具的用途。然而，由于 PFC 功能較低，在該人群中進(jìn)行高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)需要注意。運(yùn)動(dòng)期間認(rèn)知控制受損可能會(huì)損害身體活動(dòng)的依從性和長(zhǎng)期益處。

5.文獻(xiàn)名稱及DOI號(hào)

Grandjean da Costa, K., Soares Rachetti, V., Quirino Alves da Silva, W., Aranha Rego Cabral, D., Gomes da Silva Machado, D., Caldas Costa, E., Forti, R.M., Mesquita, R.C., Elsangedy, H.M., Hideki Okano, A. and Bodnariuc Fontes, E., 2017. Drug abusers have impaired cerebral oxygenation and cognition during exercise. PLoS One, 12(11), pp.1-15.

DOI: 10.1371/journal.pone.0188030