运动对人体功能的影响

1 前言
1.1选题目的及意义
有关人类的大量研究显示，运动对整个生命过程中的身体健康和认知功能均有有益的影响。规律的身体活动可以降低现代文明社会中某些流行病的发病率和死亡率，这些疾病包括癌症、心脏病、关节病、糖尿病和抑郁。这些疾病的发生均与坐式生活方式的流行有关，除了这些健康益处之外，身体活动也能增进人的认知功能。新近的一项分析研究确定了在儿童少年中运动和认知表现方面存在有正相相关关系，这些认知表现包括知觉、词汇和数字技能等。研究发现运动对许多认知功能是有益的，如注意、执行控制、词汇和数字才能等。但记忆除外，记忆能力无法通过运动训练得以提高[1]。
注意力是指人的心理活动指向和集中于某种事物的能力。注意的广度、稳定性、分配和转移这四种品质构成了衡量一个人注意力好坏的标志。注意力是组成人的智力的五个基本因素之一，是记忆力、观察力、想象力、思维力的准备状态，注意力也被人们称为心灵的门户。
注意力缺损是其他认知功能缺损的神经心理学基础，它先于疾病的发生而存在。感觉门控P50被认为是去除大脑无关刺激进入的一种注意前驱自动忽略的能力，它反映了在注意的前期阶段对无关刺激的过滤。事件相关电位P300成分则反映了脑对有用信息所分配的注意力资源。两者从不同的侧面反映了人的注意的功能能力，成为评价人注意能力的两个重要的神经生理学指标。
运动对人体功能的影响均表现出其普遍性和特殊性。运动可改善认知功能，运动可改善人体的注意能力。不同运动对注意能力的改善作用可能也表现出其普遍性和特殊性。那么何种运动对改善认知功能尤其是注意力会更好些呢？
太极拳运动作为中华民族的传统体育项目的典型代表，凸显了天人合一、形神共养、阴阳协调、整体观的中国传统的养生理论。太极拳老幼皆宜，其太极拳动作柔和、缓慢，有很好的调节作用，既能增加脑动脉内的血流量和供氧量，又能加速脑内有害物质的排除，能够有效地改善脑神经细胞的营养。练习太极拳时要求心静体松、消除杂念、用意不用力、身心合一的技术动作，长时间从事太极拳锻炼可以消除人们日常生活中的紧张和疲劳，缓解压力，有利于人体的健康[2,3]。
北欧健步走（北欧式健走，Nordic Walking）源自斯堪的纳维亚，20年前引入中欧。该运动体现了西方现代健身运动的理念，即运动可以增加能量消耗，认为只要能量消耗相同的运动项目其健身效果是相同的。
北欧健步走作为一种简单可行的身体活动形式，任何人在任何地点任何时间均可进行。这种运动形式除了有专门设计的支撑杆以主动增加上体及臂部的运动之外，几乎和快步走一样。北欧健步走就是类似脚下没有滑雪板的越野滑雪，这原本是作为越野滑雪运动员夏季体能训练的方式，后来逐渐发展，并改造滑雪杆的手柄、腕带以及杆体的材质，制成了专门的“健走杖”使之更适合健走。现在该方式运动已经成为一种深受大众喜爱的户外运动。大量的研究显示，相比于没有支撑杖的快走而言，北欧健步走可使吸氧量增加11-23%、心率增加4-18%、呼吸商增加5%、乳酸浓度增加12%、热量支出增加18-22%；北欧健步走在快速走时强度可达6.3-7.7METs，而快步走只能达到3.3-5.METs。相比于无支撑杖的快走而言，由于北欧健步走上肢额外的肌肉运动，进而增加了能量支出，以同样速度走时将额外增加心血管和呼吸系统的反应，当走的速度达到8.5千米/小时（即2.4m/s）能导致与慢跑相同甚至更高的耗氧量值。北欧健步走弥补了走与跑强度间的空缺，进而提供了一种可供选择性的运动形式，北欧健步走比散步更有效、比慢跑更安全。研究显示，12周的北欧健步走运动即可导致BMI减少、总脂肪量降低、低密度脂蛋白减少、甘油三酯降低、腰围减少、高密度脂蛋白胆固醇增加。
像常规的身体活动一样，北欧健步走对糖尿病及肥胖等慢性病患者有类似的积极的作用。北欧健步走可作为心脏康复计划的一个部分，可改进走的距离、增加心血管适能、提高生活质量、降低自感跛行疼痛水平。对慢阻肺病人中，北欧健步走可增加其日常活动水平、增强运动能力、提高生活质量、减少运动诱发的呼吸困难、降低焦虑和抑郁。北欧健步走可减轻纤维肌痛病人的疼痛程度，增加肌肉耐力和力量、提升自尊和生活质量。对于有慢性疼痛的病人，北欧健步走与力量和活动性训练相结合，可显著降低非特异性的慢性颈部和下腰痛，伴随有生活质量的提升。北欧健步走额外增进了肩部的活动性，减少了上体疼痛的敏感性，且没有恶化淋巴水肿，因此也被推荐给乳腺癌患者以增进她们的活动量。同样，渐进性神经源性运动障碍的病人如帕金森氏病患者也可以从北欧健步走运动中获益，通过北欧健步走运动病人可以改进运动技能、改进已损的功能性运动、改进走的速度和距离、降低摔倒的几率、提高生活质量。北欧健步走运动还可改进抑郁患者的抑郁状态、提高生活质量[4]。
虽然有关太极拳和北欧健步走的健身功效前人已进行了充分的研究，但有关这两种运动对认知功能影响的研究较少，有关二者对注意功能影响的研究尤其是对反应注意能力的神经电生理学指标P50和P300影响的对比研究作者尚未见报道。
本文拟通过观察7周北欧健步走和太极拳这两种具有代表性的运动对事件相关电位P50和P300的影响，探讨不同运动形式对人体注意能力的影响，为健身运动的开展、健脑运动处方的制定提供参考。
1.2文献综述
1.2.1事件相关电位的定义
脑电变化可分为两类即脑自发电位和诱发电位。
脑自发电位（brain spontaneous potential）是指在没有特定的外源性刺激时，神经系统本身自发地产生的电位变化如脑电图的波。
事件相关电位（Event-related potential, ERP）就是当给人特定刺激进行认知加工(如注意、思维、记忆) 时,通过计算机平均叠加的方法从头颅表面记录到的大脑电位,它反映了认知过程中大脑的神经电生理改变。它是一种特殊的脑诱发电位，主要用于研究人类大脑的认知活动。事件相关电位的成分包括内源性成分和外源性成分，认知电位P300和感觉门控P50均属于ERP的内源性成分，内源性成分不受刺激物理特性的影响，与受试者的注意和精神状态有关。这些内源性成分被认为是窥视心理活动内容的“窗口”[5，6]。
1.2.2听觉感觉门控P50的研究
人生活的外部世界中充斥着各种各样的感觉信息，大脑会对这些信息有一个选择和过滤的过程，自动屏蔽无关刺激传入，这个过程被称为感觉门控(sensory gating，SG)。感觉门控功能是大脑的一种正常生理功能，是大脑对感觉刺激的选择性的处理过程，是大脑对环境中重复刺激的过滤过程，它反映了大脑对传人的无关刺激的一种正常的自动的调节能力，也就是在信息被传递到更高一级的中枢进行更加详尽地分析处理以前抑制无关刺激的传入，其生理学本质就是大脑的抑制功能。
听觉感觉门控电位(auditory sensory gating potential，AG)是目前常用的定量测评感觉门控功能的方法之一，它是利用脑听觉诱发电位检测来反映脑抑制功能的电生理学指标。
听觉事件相关电位P50是刺激出现后潜伏期在30-90ms时间窗口内的最大正相波。是大脑在一个刺激后对同样的第二个刺激产生抑制的过程。它是注意前驱阶段大脑对感觉刺激进行选择性过滤的信息加工处理的过程。听觉感觉门控P50是对出现在同一刺激之后的一个短暂的听觉刺激诱发反应的抑制，是对重复刺激反应时P50波幅减少程度的一种测量，这种事件相关电位出现在信息加工流的早期阶段，它反映了大脑对听觉刺激信息的早期注意阶段的加工过程；反映了大脑排除无关刺激传入的自动抑制的注意初期抑制能力；反映了一种前注意的过滤机制，以防止大脑被环境中丰富的感觉信息所超载，进而保护大脑认知功能的完整性[7]。
感觉门控的正常功能应该是调节到脑的感觉传入量，如果一个人处在危险的时刻，他需要及时获悉所有的声音，那么此时感觉门控通路需要允许大脑变得非常敏感，但如果声音已经探测到或如果环境非常嘈杂，那么大脑就需要强烈地进行过滤，以防止大脑被无关的声音分散注意力或变得心烦意乱或精神错乱。
精神分裂症患者的特征就是警觉亢进，尤其是在患病的早期阶段，他们对分散注意的声音极其敏感。有时尤其是精神病的失代偿期，他们无法门控刺激的输入而使的他们感觉自己被淹没在失控的、势不可挡的感觉刺激中。P50门控缺损在其他不同的临床病人中也已观察到，这些病人包括创伤性脑损伤、阿尔兹海默氏病、恐慌症、舞蹈病，但最著名的是精神分裂[8]。
P50感觉门控缺损是精神分裂症的一种标志，它和临床状态无关，有时候被称为是一种遗传性特征；但在多种精神障碍中，P50感觉门控缺陷却是一种状态标记，它和疾病的严重程度有密切关系，但这种缺陷也会随着病情的缓解逐渐消失。P50感觉门控缺损不仅限于临床病人中，在健康人群中P50的个体差异也是很大的，有的已经达到了精神分裂患者的数值范围[9]。
Braff和Geyer在1990年提出了感觉门控是大脑过滤掉无关信息刺激，从而促进最佳信息处理的过程。感觉门控功能是大脑的一种正常生理功能，能抑制无关刺激的输入，通过对无关刺激的过滤使大脑不被环境中多余的刺激所超载。反映了大脑对传入刺激敏感性的调节能力，是大脑对听觉刺激早期注意阶段的加工过程，也是大脑对信息有序加工的重要机制。感觉门控功能缺失是导致认知和注意有关各种精神病症的前提条件，因为这种缺失是环境中的无关刺激感觉进入大脑使大脑超载。王红星等[10]认为感觉门控的异常表示个体存在有知觉破裂和注意功能异常。可见感觉门控的缺失是导致精神异常等症状的重要机制。
Carly和Julie[11]认为听觉门控P50是对出现的重复刺激后的一个短暂的听觉刺激抑制反应。这种事件相关电位出现在信息加工流的早期阶段，是一种前注意过滤机制，一般是指在听觉刺激出现后的30-90ms内的最大正向波，是一种反映生物体避免被环境多余刺激淹没的保护性机制。听觉感觉门控P50被广泛认为是测量感觉门控的可操作性手段之一[12]。除了P50以外，反应感觉门控功能的指标还有晚期成分N100和失匹配性波（MMN），由于N100易受受试者情绪的影响，所以常用P50来进行测量评价。它主要反映了注意的前驱过程，受试者情绪的影响比较小[13]。
王红星等[10]认为听觉感觉门控P50的影响因素是多种多样的，有刺激间隔、刺激频率、刺激强度和刺激偏差，有药物、尼古丁、咖啡、疾病、性别、年龄、身体姿势、睡眠、觉醒状态及脑损伤等。但是姿势对感觉门控P50波幅或其比值的影响很小或无影响。
蒋廷云等[14]认为感觉门控P50相对恒定，它与受试者的性别、年龄、文化程度、情绪等因素无显著性相关，同时与受试者的意识唤醒、突发反应、神经系统疾病以及精神分裂症等有一定的关系。感觉门控P50的异常与人体内15号染色体存在相关关系，具体定位在紧靠尼古丁烟碱样受体α-7亚型基因(CHRNA7)的部位。
Crofta等[15]认为感觉门控P50相对恒定，但是与受试者的行为、人格特征、左或右利手、有无物质滥用、药物应用史、既往史、家族史、吸烟以及烟龄都有关系。
受试者的优势手、行为学特征、药物应用史、家族遗传史都对感觉门控P50功能有一定程度的影响。Li wan等[8]的研究结果表明，抽烟与否、抽烟史及抽烟量和人格特征对P50有一定的影响。脑外伤、神经系统疾病等临床病症也可以引起感觉门控功能P50的改变。
由于感觉门控功能受到大脑神经不应期的影响，所以在进行听觉P50感觉门控测试时必须要考虑条件刺激（S1）与测试刺激（S2）之间的间隔。王明时等[16]对正常人进行不同模式（前后刺激出现在不同的时间以及不同测试次数）的P50测试，结果表明，人的大脑神经有不应期效应，决定了人的大脑在接受连续的刺激时的抑制功能是有一定范围的，超过这个范围就会减弱；所以在进行感觉门控P50的S1-S2（条件-测试刺激）范式时应该在短时间内适当减少测试次数，并改变S1和S2之间的出现频率和时间。在重复刺激对P50波幅及感觉门控功能影响的研究中发现，随着刺激次数的增加S1所引起的P50波幅减少，S2引起的P50波幅增大。