一次性不同劑量氫吸入對(duì)大學(xué)生空間認(rèn)知能力的影響

王金璞,趙敬國(guó)

(山東師范大學(xué) 體育學(xué)院,山東 濟(jì)南 250300)

空間認(rèn)知是人們對(duì)出現(xiàn)在周?chē)h(huán)境中事物或現(xiàn)象的存在、變化的方式,以及它們相對(duì)位置的認(rèn)知過(guò)程和能力[1],是腦認(rèn)知功能的重要組成部分。一個(gè)人能否獲得更多的高等教育機(jī)會(huì)、擁有更好的職業(yè)成就等,與其青少年時(shí)期的空間認(rèn)知能力有直接關(guān)系[2]。因此,提高青少年的空間認(rèn)知能力具有深遠(yuǎn)意義。近年來(lái),氫氣作為一種新型氣體藥物廣泛應(yīng)用于眾多認(rèn)知功能障礙疾病(如阿爾茨海默病)的臨床治療,且具有良好的治療效果[3-4]。有研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)某些方式給氫,氫氣在10～15 min內(nèi)就可以到達(dá)全身[5],但對(duì)于氫氣劑量效應(yīng)的研究不夠完善,不同供體、不同劑量針對(duì)不同問(wèn)題產(chǎn)生的作用可能不同。基于此,本實(shí)驗(yàn)觀察一次性不同劑量氫吸入對(duì)大學(xué)生空間認(rèn)知能力的影響,以期為改善青少年的空間認(rèn)知能力提供方法,為氫氣的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 本研究共招募到44名志愿者,均為男性,將其隨機(jī)分成4個(gè)組,每組11人。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于被試操作失誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)效、后期數(shù)據(jù)處理剔除極端數(shù)據(jù),最終納入38人,其中吸氫20 min組9人、吸氫40 min組8人、吸氫60 min組11人、對(duì)照組(不吸氫)10人。受試者智力正常,裸眼或矯正視力正常,且均是首次參與類(lèi)似實(shí)驗(yàn)。各組間基本情況差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表1。本研究已經(jīng)山東師范大學(xué)體育學(xué)院倫理委員會(huì)審批。

表1 各組人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征Table 1 Demographic characteristics of each group

1.2 給氫方式及儀器 采用呼吸道吸入氫氣的給氫方式。本實(shí)驗(yàn)使用的制氫機(jī)為山東威爾命生物科技有限公司生產(chǎn)的氫氧康氧機(jī),型號(hào)YSR-900A,采用SPE質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù),實(shí)驗(yàn)時(shí)輸出流量為默認(rèn)的450 mL/min,輸出的混合氣體氫氧比為2∶1。實(shí)驗(yàn)所需的純凈水均選用華潤(rùn)怡寶飲料有限公司產(chǎn)出的怡寶純凈水。采用一次性鼻氧管,每次實(shí)驗(yàn)前經(jīng)檢查均無(wú)漏氣現(xiàn)象。

1.3 空間認(rèn)知能力的評(píng)估方法 用心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試來(lái)評(píng)定受試者的空間認(rèn)知能力,刺激材料為“R”圖片,背景為黑色,包括正面和鏡面兩類(lèi),正面和鏡面“R”圖片的旋轉(zhuǎn)角度均分別為0°、60°、120°、180°、240°和300°,圖片刺激共12種,利用 E-prime 2.0軟件編程實(shí)現(xiàn)各種圖片的隨機(jī)呈現(xiàn),受試者需在圖片呈現(xiàn)后判斷各種角度的“R”圖片屬于正面還是鏡面,若為正面,按“F”鍵,若為鏡面,按“J”鍵。受試者在做出反應(yīng)后,電腦會(huì)自動(dòng)記錄反應(yīng)時(shí)和準(zhǔn)確率。由于反應(yīng)時(shí)與準(zhǔn)確率的比值(每選對(duì)一個(gè)所需的時(shí)間)能更客觀地反映出被試的空間認(rèn)知能力,故本實(shí)驗(yàn)中心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試結(jié)果的反應(yīng)時(shí)均用相對(duì)值(反應(yīng)時(shí)/準(zhǔn)確率)表示。

1.4 測(cè)試流程 4組受試者在吸氫實(shí)驗(yàn)前均先做一次心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試,測(cè)試完成后,各組陸續(xù)開(kāi)始吸氫,吸氫結(jié)束后即刻再做一次心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試,測(cè)試完成后間隔30 min進(jìn)行最后一次心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試,每組共進(jìn)行3次心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試。對(duì)照組除不吸氫外,與吸氫組流程相同。每次測(cè)試結(jié)束電腦會(huì)自動(dòng)記錄反應(yīng)時(shí)和準(zhǔn)確率。

2 結(jié)果

結(jié)果顯示,吸氫20 min組和吸氫40 min組在干預(yù)不同時(shí)段的反應(yīng)時(shí),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。詳見(jiàn)表2。吸氫結(jié)束即刻,吸氫40 min組的反應(yīng)時(shí)低于吸氫前,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.020);吸氫后30 min,吸氫20 min組、吸氫40 min組的反應(yīng)時(shí)均低于吸氫前,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表2 不同時(shí)段各組心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試的反應(yīng)時(shí)(相對(duì)值,Table 2 Response time of the mental rotation test for each group at different time periods(relative value,

3 討論

研究[6-8]表明,對(duì)富氫水干預(yù)后的認(rèn)知功能障礙大鼠進(jìn)行水迷宮試驗(yàn),其空間認(rèn)知能力得到提高。也有研究[9]發(fā)現(xiàn),氫氣吸入可以減少骨科老年患者術(shù)后認(rèn)知功能障礙的發(fā)生率。可見(jiàn),對(duì)于已經(jīng)發(fā)生認(rèn)知損傷的人或動(dòng)物,氫氣可有效改善其認(rèn)知功能、減輕受損程度。但氫氣對(duì)健康人是否也有類(lèi)似積極效果,尚未得知。本實(shí)驗(yàn)探究一次性不同劑量氫吸入對(duì)大學(xué)生空間認(rèn)知能力的影響,結(jié)果表明,氫氣的吸入可以一定程度上提高大學(xué)生的空間認(rèn)知能力。

空間認(rèn)知能力是一種重要的腦功能,雖然細(xì)菌會(huì)影響大腦功能和行為的觀點(diǎn)似乎不可信,但臨床上通常使用瀉藥和口服抗生素來(lái)治療肝性腦病引起的精神狀態(tài)改變的患者[10]。研究表明,重塑腸道微生物群可改善阿爾茨海默病患者的注意、記憶、空間認(rèn)知能力等認(rèn)知功能[11];使用腸道微生態(tài)制劑能夠提高腹腔鏡結(jié)直腸癌老年患者圍手術(shù)期的腦認(rèn)知[12],這說(shuō)明了腸道菌群的種類(lèi)和數(shù)量會(huì)影響空間認(rèn)知能力等腦功能。耿雪[13]認(rèn)為氫氣的補(bǔ)充可增加有益菌的豐富度、改善菌群結(jié)構(gòu)、促進(jìn)腸道菌群微生態(tài)的平衡。因此我們認(rèn)為,氫氣的吸入使受試者的腸道菌群得到改善,從而提高了其空間認(rèn)知能力。此外,研究者發(fā)現(xiàn)空間認(rèn)知能力與S100B基因及S100B蛋白的表達(dá)有關(guān)[14]。而氫氣作為氣體信號(hào)分子,常通過(guò)調(diào)節(jié)特定的信號(hào)通路發(fā)揮作用[15-17],因此本實(shí)驗(yàn)中氫氣可能通過(guò)這種方式促進(jìn)了相關(guān)蛋白的表達(dá),進(jìn)而改善了空間認(rèn)知能力。

本次研究結(jié)果顯示,吸氫20 min組吸氫結(jié)束即刻反應(yīng)時(shí)無(wú)顯著變化,而結(jié)束后30 min反應(yīng)時(shí)明顯下降,可能是由于吸氫結(jié)束即刻,體內(nèi)的氫氣還未達(dá)到產(chǎn)生效應(yīng)的最低濃度,可見(jiàn)氫氣對(duì)大學(xué)生空間認(rèn)知功能的作用存在一定的劑量效應(yīng)。人體吸入氫氣時(shí),體內(nèi)氫氣濃度低,氫氣吸入后血液和組織內(nèi)氫氣濃度會(huì)逐漸升高,30 min后可以達(dá)到最高飽和濃度[18]。姜志勝[19]曾在其綜述中提到,不同供體、不同用量和不同疾病狀態(tài)下,氣體信號(hào)分子可能呈現(xiàn)不同效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)中,吸氫60 min作用不顯著,可能由于在此實(shí)驗(yàn)中,氫氣的劑量效應(yīng)呈倒U型,因此相比于20 min和60 min,40 min同濃度的氫吸入為最適。

綜上,一次性氫吸入對(duì)男性大學(xué)生空間認(rèn)知能力的提高有積極作用,這種作用與吸氫量存在一定關(guān)系,40 min的吸氫效果更好。但本次研究存在一定的不足,后期研究可作相應(yīng)改進(jìn):一方面,本次實(shí)驗(yàn)的樣本量相對(duì)較少,發(fā)生偶然性的概率較大,在一定程度上可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的效度和信度,后期可擴(kuò)大樣本量或者進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn);另一方面,一次性吸氫只具有單次效應(yīng),不具有長(zhǎng)期效應(yīng),未來(lái)可進(jìn)行長(zhǎng)期干預(yù),更深入地探索氫氣帶來(lái)的影響。