高原低氧環境下不同運動強度對藏漢大學生執行功能的影響

摘要：目的：考察高原低氧環境下不同強度運動對藏漢大學生執行功能的影響。方法：選取藏族大學生18名，漢族大學生19名，分別在跑步機上進行30分鐘的小強度和中等強度有氧運動干預，采用Stroop任務、2-Back任務、more-Odd shifting任務測量被試的抑制、刷新、轉換功能。結果：與藏族大學生相比，漢族大學生的抑制功能顯著高于藏族大學生，轉換功能和刷新無顯著差異；與基線水平相比，藏漢大學生在小強度運動干預后、中等強度干預后，執行功能三個子成分都得到了顯著改善。結論：高原低氧環境下不同強度運動對 藏漢大學生的執行功能都具有積極影響。

關鍵詞：高原低氧；短時有氧運動；執行功能；運動強度

高原占據地球表面的五分之一，全世界有超過1.4億人生活在2500米以上的高原地區，并且是各種活動的熱門目的地，例如徒步、攀登、朝圣、采礦、科學實驗和天體觀測等，高原同時也吸引了大量的低海拔人群到高原地區旅游、經商、工作 。隨著海拔高度的增加，大氣壓呈指數降低，人動脈血和組織中的氧分壓也隨之降低，由此產生的低氧狀態導致氧攝入量減少，引起認知和生理的變化。

目前，大量實證研究表明，高原低氧環境會影響認知功能，導致反應時間變慢、反應準確性下降、記憶、思維與學習能力降低[1]。由于氧氣對于大腦中神經元功能和生長是關鍵的，雖然人腦只占體重的約2％，但它消耗大約20％的氧氣攝入，大腦功能需要持續的氧氣供應，以獲得有氧代謝。然而，當大腦處于缺氧狀態時，其氧合代謝的減少可能會對認知功能造成損害。來自神經影像學的研究也發現，高原低氧對不同認知任務類型（包括n-back任務、Go-NoGo任務、Stroop任務等）的腦刺激模式和激活模式都會產生影響。

在缺氧環境下運動對認知功能的影響取決于缺氧的有害影響和運動的有益影響之間的平衡。缺氧和運動對認知功能的影響受到許多調節變量的影響，如缺氧嚴重程度、缺氧暴露時間、海拔上升速度、運動強度、運動持續時間、個體心肺功能水平、性別、年齡等，這些因素之間的獨立和交互作用對認知功能的影響[2]，將成為未來高原腦認知科學研究的趨勢。所以，本研究以生長在低海拔地區，成年后移居高海拔地區的漢族大學生和世居高原的藏族大學生為研究對象，以運動強度為自變量，探討高原低氧環境下不同強度的短時有氧運動與執行功能的關系，并對比藏漢大學生執行功能的認知過程特征，為科學地制定高原體育活動提供理論依據。

1研究對象與方法

1.1研究對象

在西藏某高校公開招募實驗被試，共招募37人，其中藏族18人，漢族19人。藏族大學生均來自海拔3650米以上地區，漢族大學生均來自內地四川、陜西、重慶等平原地區，被試平均年齡為20歲。

1.2研究方法

1.2.1運動干預方案

本研究的有氧運動強度的分級標準以美國運動醫學會的標準為藍本，針對中國大學生的實際情況進行調整，將有氧運動強度分為三個等級：小強度、中等強度和大強度。每個等級的運動負荷都根據個體的最大心率百分比來設定。因為每個人的健康狀況和適應能力各不相同，在進行運動時如果感到不舒服或疼痛，應立刻停止活動并尋求專業支持。

1.2.2實驗流程

本實驗由三個部分組成，包括基線部分、小強度有氧運動部分和中強度有氧運動部分。

基線部分：被試首先需要休息10分鐘，接著進行基本心率的測量。然后，我們會使用三項認知任務來評估他們的執行能力。

小強度有氧運動部分：被試在跑步機上進行小強度有氧運動，持續30分鐘后停止運動并休息。當他們的心率恢復到基礎心率的±10%以內時，再次使用三項認知任務測量其執行功能。

中強度有氧運動部分：這部分與小強度有氧運動部分的實驗過程基本相同，唯一的區別是采用了不同的有氧運動強度負荷。

此外，文中還提到了實驗的一些細節設計，采用拉丁方設計以抵消練習效應，三項執行功能任務采用平衡設計，以消除順序效應。

1.2.3執行功能測量

利用Eprime工具設計了Stroop試驗：我們提供了四個顏色（紅色、綠色、藍色和黃色）的漢字"紅"、"綠"、"藍"、"黃"作為測試素材，共有16個不同的樣本，包括與詞匯顏色相匹配的4個樣例，以及12個與之相反的樣例。被試的任務是忽略字的意義，僅對字的顏色做反應，如果字的顏色是紅色則按“D”鍵，綠色按“F”鍵，藍色按“J”鍵，黃色按“K”鍵。通過stroop干擾效應來衡量被試的沖突控制能力，不一致試次與一致試次反應時間的差距越小，表明抑制能力越強。

2-back任務測量工作記憶刷新功能。該任務要求被試根據電腦屏幕上依次呈現的數字，按照數字呈現的順序，當第三個數字出現時，被試需要將其與第一個呈現過的數字進行比較，第四個數字與第二個呈現過的數字進行比較，第五個與第三個比較，以此類推，數字比較結果一致時按“F”鍵，不一致時配按“J”鍵，任務材料為數字1到9，以偽隨機的方式呈現[3]。測驗成績為正確率，正確率越高，刷新能力越好。

More-oddshifting任務測量轉換功能。在實驗過程中，被試需要在兩種不同顏色的數字之間進行快速切換，并分別進行大/小和奇/偶的判斷。他們需要在看到數字后的很短的時間內做出決定，這就測試了他們的認知速度和靈活性。對于轉換條件與不轉換條件下的平均反應時的差異，如果差異越小，說明被試在任務之間切換得越快，他們的轉換能力就越好。

1.2.4數據統計與分析

本實驗數據采用spss26.0統計軟件進行處理，采用獨立樣本t檢驗對基線水平的藏漢大學生執行功能進行比較分析，采用配對樣本t檢驗對不同運動強度干預下的藏漢大學生執行功能進行分析。結果用平均數±標準差表示，以P＜0.05為顯著性差異。

2研究結果與分析

2.1藏族和漢族大學生執行功能基線水平比較

采用獨立樣本t檢驗對藏漢族大學生的執行功能進行分析，見表1。結果顯示，藏漢大學生基線水平的抑制功能（P=0.34＞0.05）沒有顯著性差異；轉換功能（P=0.035＜0.05）和刷新功能（P=0.007＜0.05）存在顯著差異，藏族大學生轉換功能反應時顯著高于漢族，藏族大學生的刷新功能正確率顯著低于漢族。

2.2小強度短時有氧運動干預對藏漢大學生執行功能影響

分別對藏族和漢族大學生執行功能基線水平和小強度運動干預后進行配對樣本t檢驗，見表2。結果顯示，與基線水平相比，藏族大學生的刷新（P=0.000<0.05）正確率顯著提高，抑制功能（P=0.006<0.05）和轉換功能（P=0.000<0.05）反應時顯著下降。與基線水平相比，漢族大學生的刷新（P=0.003<0.05）正確率顯著提高，抑制功能（P=0.000<0.05）和轉換功能（P=0.000<0.05）反應時顯著下降。

2.3中等強度短時有氧運動干預對藏漢族大學生執行功能影響

分別對藏族和漢族大學生執行功能基線水平和中等強度干預后進行配對樣本t檢驗，見表3。結果顯示，藏族大學生的抑制功能（ P=0.000＜0.05）和轉換功能（P=0.000＜0.05）反應時顯著降低，刷新功能（P=0.000＜0.05）正確率顯著提高。漢族大學生的刷新任務（P=0.000＜0.05）正確率顯著提高;抑制功能（P=0.043＜0.05）和轉換功能（P=0.000＜0.05）任務反應時顯著降低。

3討論

本研究探討了在海拔3650米高原上小強度和中等強度運動干預對藏族和漢族大學生執行功能的影響。由于藏族大學生從小生活在拉薩、那曲、日喀則等高原地區，并且漢族被試是移居高原1年后的大學生，對高原低氧環境已經產生了習服。因此，在靜息狀態下，通過比較藏族和漢族大學生的執行功能發現，藏族大學生的抑制反應時顯著高于漢族大學生，但刷新和轉換功能沒有顯著性差異。這可能是由于藏族大學生長期生活在缺氧環境下，較低的腦氧代謝率影響了抑制功能的發揮[4]。

本研究結果還發現，小強度運動和中等強度運動干預都顯著改善了藏族和漢族大學生的執行功能。在低海拔地區的大量研究發現，短時運動可以改善認知功能，尤其，中等強度的運動最有利于認知功能[5]。運動強度可劃分為高強度運動、中等強度運動、小強度運動。喚醒理論認為，運動導致的喚醒反應會影響清醒時的生理和心理狀態，這被認為與網狀激活系統（RAS）的激活有關，RAS調節對大腦前額葉皮層的上行投射，喚醒誘導的神經調節反應發生在神經系統，當覺醒增加時，認知表現提高到最佳點。雖然，隨著海拔升高，空氣中的氧含量也在降低，當海拔3700米時，空氣中的氧含量是海平面的70%，當海拔4000米時，空氣中的氧含量僅占50%，但人的機體會通過心率加快、血壓升高、呼吸加深加快方式增加氧氣供應，以滿足身體各器官和組織的正常運作。

本研究起初也對高強度運動進行了測試，但由于高強度運動過程中，有兩名學生分別出現了摔傷和膝關節脫臼，最終放棄了高強度運動，因此本研究只顯示小強度運動和中等強度運動。

另外，本研究發現，藏族大學生和漢族大學生無論是小強度運動，還是中等強度運動，執行功能都得到顯著改善，這和王成志的研究結果一致[6]，可能的原因是藏漢學生都已經習服了3650米的高原缺氧環境。Ma等的研究指出，人的心理功能存在一定的海拔閾值，與居住在海拔2700米和3700米的人群相比，居住在海拔4500米人群在Flanker任務中的N2差異波更小，表明4000米以上海拔對沖突監控階段加工的損害影響更顯著[7]。未來研究可以在海拔4000米以上環境進行小強度和中等強度運動干預，來檢測海拔高度和運動強度的交互作用對執行功能的影響。

4結論

在高原低氧環境下，藏漢大學生在小強度運動干預后、中等強度干預后，執行功能三個子成分都得到了顯著改善。這說明在高原低氧環境下，運動可以產生喚醒反應、加快心率、提升血壓、呼吸加深加快等方式增加機體的氧氣供應，以滿足身體各器官和組織的正常運作，以此改善執行功能。

參考文獻

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[3]張文彥.工作記憶刷新訓練對青少年創造性思維的影響[D].西北師范大學，2021.

[4]馬強，侯會生，李佳鑫.高海拔環境中短時有氧運動與大學生執行功能的實驗研究[J].中央民族大學學報（自然科學版），2020，29（01）：81-86.

[5]周志強，呂中凡，史鵬等.不同強度短時有氧運動對久坐大學生自我控制的影響及時程特點[J].湖北體育科技，2023，42（03）：189-192+229.

[6]王成志.不同強度有氧運動對高原移居者注意功能的影響[D].西藏大學，2023.

[7] Ma H ， Han B ， Wang Y .Different Neurocognitive Patterns of Conflict Control in Tibetans Living Above and Below 4，000 m[J].PeerJ， 2019， 7： e7269.

基金項目：西藏藏醫藥大學2021年度校級科研項目（2021ZRYB12）。

作者簡介：李沖（1984—），男，碩士研究生，中級-講師; 研究方向為認知心理學。