吸毒者在运动期间的脑氧合和认知受损

1.研究背景

患有物质使用障碍 (SUD) 的个体中，前额叶皮层 (PFC) 的基线代谢活动较低，这与决策和抑制控制中的认知功能受损有关。过去研究显示有氧运动可改善 PFC 功能和认知能力，但是，其对 SUD 个体的影响尚不清楚。本研究目的在于验证 SUD 个体在增量运动过程中 PFC 的认知表现和氧合。

2.研究方法

2.1 被试

研究共有29名有效被试，14名为SUD个体（平均年龄33岁），15名为健康对照（平均年龄15岁）。

2.2 实验材料

实验采用问卷包括简易精神状态检查（MMSE）、体力活动准备问卷（PAR-Q）、酒精、吸烟和物质参与筛查测试 (ASSIST)、渴望量表。实验任务范式包括Stroop测试，采用的视觉刺激包括不同颜色的形状以及颜色单词。

2.3 实验流程

受试者首先通过问卷[体力活动准备问卷 (PAR-Q)、MMSE、ASSIST 和 DSM-V 标准] 进行筛查，测量平均动脉压 (MAP) 并熟悉程序和锻炼方案。在至少 48 小时后，受试者开始运动任务，包括在自行车测力计上进行最大运动测试（在疲惫最大化时停止测试），同时测量脑血流动力学和肌力计。此外，参与者在运动过程中每两分钟进行一次认知 Stroop 测试。此外，在运动前和运动后，参与者立即完成物质使用渴望量表。

2.4 数据采集和处理

实验使用近红外光谱 (NIRS) (Imagent, ISS, Champaign, IL, USA) 分析脑氧合，它允许对氧合血红蛋白 (O2Hb)、脱氧血红蛋白 (HHb) 和总血红蛋白进行绝对定量 [(tHb) = O2Hb + HHb]。两个光极中的每一个都包含一个检测器和四对光源，每对光源由两个波长（690 和 830 纳米）组成，并且与检测器的距离不同（1.5、2.5、3.5 和 4.5 厘米）。根据国际 EEG 10-20 分布系统，光极被放置在参与者的 PFC 上的 Fp1、Fpz 和 Fp2 区域。系上深色绷带以防止任何光线进入 PFC。 在每次评估之前使用具有特定吸收和散射系数的校准体模和检查体模对设备进行校准。

数据由美国国立卫生研究院提供的 Matlab 和 Homer 2中的特定脚本进行分析。运动期间的休息时间的数据被导出并标准化以表达变化的幅度（Δ），因此能够分析皮层的运动变化。结果与两个光极的数据一起呈现和分析。

3.实验结果

3.1 运动时的认知能力（Stroop任务）

研究结果显示，SUD个体在运动前和运动时的平均错误比健康对照更多，反应时也更长（见图1）。

图1. 运动前与运动时的Stroop任务中的错误数量（A）和反应时（B）

3.2 运动时的脑氧合

运动的增量测试增加了SUD和健康对照组的 PFC 血流动力学。然而，SUD 组在高强度运动下（RCP 和 VO2 峰值）脑氧合较低。运动后，SUD 组还显示出对特定滥用药物的渴望较低得分。图 2 显示了运动对渴望量表和前额叶皮层血流动力学的影响。

图2. SUD组的运动前与运动后的渴望量表分数（A）和脑氧合数据（B-D）。

4.结论

本研究结果表明，化学物质依赖对于较低水平 PFC 功能的损害可以转移到高强度体育锻炼的情况下。这种耗竭的功能与整个体育锻炼过程中较低的认知能力有关。此外，进行高强度运动已表明会增加受长期使用物质影响的区域的脑氧合。通过体育锻炼改变化学物质依赖者脑血流动力学的可能性加强了其作为治疗这些患者的替代、非侵入性和非药物工具的用途。然而，由于 PFC 功能较低，在该人群中进行高强度运动时需要注意。运动期间认知控制受损可能会损害身体活动的依从性和长期益处。

5.文献名称及DOI号

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