01

研究背景

患有物質(zhì)使用障礙 (SUD) 的個體中，前額葉皮層 (PFC) 的基線代謝活動較低，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)動可改善 PFC 功能和認(rèn)知能力，但是，其對 SUD 個體的影響尚不清楚。本研究目的在于驗證 SUD 個體在增量運(yùn)動過程中 PFC 的認(rèn)知表現(xiàn)和氧合。
 

02

研究方法
 

2.1、被試

研究共有29名有效被試，14名為SUD個體（平均年齡33歲），15名為健康對照（平均年齡15歲）。
 

2.2、實(shí)驗材料

實(shí)驗采用問卷包括簡易精神狀態(tài)檢查（MMSE）、體力活動準(zhǔn)備問卷（PAR-Q）、酒精、吸煙和物質(zhì)參與篩查測試 (ASSIST)、渴望量表。實(shí)驗任務(wù)范式包括Stroop測試，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)驗過程

受試者首先通過問卷[體力活動準(zhǔn)備問卷 (PAR-Q)、MMSE、ASSIST 和 DSM-V 標(biāo)準(zhǔn)] 進(jìn)行篩查，測量平均動脈壓 (MAP) 并熟悉程序和鍛煉方案。在至少 48 小時后，受試者開始運(yùn)動任務(wù)，包括在自行車測力計上進(jìn)行最大運(yùn)動測試（在疲憊最大化時停止測試），同時測量腦血流動力學(xué)和肌力計。此外，參與者在運(yùn)動過程中每兩分鐘進(jìn)行一次認(rèn)知 Stroop 測試。此外，在運(yùn)動前和運(yùn)動后，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)驗使用近紅外光譜 (NIRS) (Imagent, ISS, Champaign, IL, USA) 分析腦氧合，它允許對氧合血紅蛋白 (O2Hb)、脫氧血紅蛋白 (HHb) 和總血紅蛋白進(jìn)行絕對定量 [(tHb) = O2Hb + HHb]。兩個光極中的每一個都包含一個檢測器和四對光源，每對光源由兩個波長（690 和 830 納米）組成，并且與檢測器的距離不同（1.5、2.5、3.5 和 4.5 厘米）。根據(jù)國際 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)體模和檢查體模對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。
 

數(shù)據(jù)由美國國立衛(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)動期間的休息時間的數(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)動變化。結(jié)果與兩個光極的數(shù)據(jù)一起呈現(xiàn)和分析。
 

03

研究結(jié)果
 

3.1 運(yùn)動時的認(rèn)知能力（Stroop任務(wù)）

研究結(jié)果顯示，SUD個體在運(yùn)動前和運(yùn)動時的平均錯誤比健康對照更多，反應(yīng)時也更長（見圖1）。

圖1. 運(yùn)動前與運(yùn)動時的Stroop任務(wù)中的錯誤數(shù)量（A）和反應(yīng)時（B）。
 

3.2 運(yùn)動時的腦氧合

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

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

04

結(jié)論

本研究結(jié)果表明，化學(xué)物質(zhì)依賴對于較低水平 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)動已表明會增加受長期使用物質(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)動時需要注意。運(yùn)動期間認(rèn)知控制受損可能會損害身體活動的依從性和長期益處。

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