一次性不同劑量氫吸入對大學生空間認知能力的影響

王金璞,趙敬國

(山東師范大學 體育學院,山東 濟南 250300)

空間認知是人們對出現在周圍環境中事物或現象的存在、變化的方式,以及它們相對位置的認知過程和能力[1],是腦認知功能的重要組成部分。一個人能否獲得更多的高等教育機會、擁有更好的職業成就等,與其青少年時期的空間認知能力有直接關系[2]。因此,提高青少年的空間認知能力具有深遠意義。近年來,氫氣作為一種新型氣體藥物廣泛應用于眾多認知功能障礙疾病(如阿爾茨海默病)的臨床治療,且具有良好的治療效果[3-4]。有研究發現,通過某些方式給氫,氫氣在10～15 min內就可以到達全身[5],但對于氫氣劑量效應的研究不夠完善,不同供體、不同劑量針對不同問題產生的作用可能不同。基于此,本實驗觀察一次性不同劑量氫吸入對大學生空間認知能力的影響,以期為改善青少年的空間認知能力提供方法,為氫氣的開發應用提供實驗依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象 本研究共招募到44名志愿者,均為男性,將其隨機分成4個組,每組11人。實驗過程中由于被試操作失誤導致數據無效、后期數據處理剔除極端數據,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,且均是首次參與類似實驗。各組間基本情況差異無統計學意義(P>0.05),見表1。本研究已經山東師范大學體育學院倫理委員會審批。

表1 各組人口統計學特征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。本實驗使用的制氫機為山東威爾命生物科技有限公司生產的氫氧康氧機,型號YSR-900A,采用SPE質子交換膜電解水制氫技術,實驗時輸出流量為默認的450 mL/min,輸出的混合氣體氫氧比為2∶1。實驗所需的純凈水均選用華潤怡寶飲料有限公司產出的怡寶純凈水。采用一次性鼻氧管,每次實驗前經檢查均無漏氣現象。

1.3 空間認知能力的評估方法 用心理旋轉測試來評定受試者的空間認知能力,刺激材料為“R”圖片,背景為黑色,包括正面和鏡面兩類,正面和鏡面“R”圖片的旋轉角度均分別為0°、60°、120°、180°、240°和300°,圖片刺激共12種,利用 E-prime 2.0軟件編程實現各種圖片的隨機呈現,受試者需在圖片呈現后判斷各種角度的“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。受試者在做出反應后,電腦會自動記錄反應時和準確率。由于反應時與準確率的比值(每選對一個所需的時間)能更客觀地反映出被試的空間認知能力,故本實驗中心理旋轉測試結果的反應時均用相對值(反應時/準確率)表示。

1.4 測試流程 4組受試者在吸氫實驗前均先做一次心理旋轉測試,測試完成后,各組陸續開始吸氫,吸氫結束后即刻再做一次心理旋轉測試,測試完成后間隔30 min進行最后一次心理旋轉測試,每組共進行3次心理旋轉測試。對照組除不吸氫外,與吸氫組流程相同。每次測試結束電腦會自動記錄反應時和準確率。

2 結果

結果顯示,吸氫20 min組和吸氫40 min組在干預不同時段的反應時,差異有統計學意義(P<0.05)。詳見表2。吸氫結束即刻,吸氫40 min組的反應時低于吸氫前,差異有統計學意義(P=0.020);吸氫后30 min,吸氫20 min組、吸氫40 min組的反應時均低于吸氫前,差異有統計學意義(P<0.05)。

表2 不同時段各組心理旋轉測試的反應時(相對值,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,對富氫水干預后的認知功能障礙大鼠進行水迷宮試驗,其空間認知能力得到提高。也有研究[9]發現,氫氣吸入可以減少骨科老年患者術后認知功能障礙的發生率。可見,對于已經發生認知損傷的人或動物,氫氣可有效改善其認知功能、減輕受損程度。但氫氣對健康人是否也有類似積極效果,尚未得知。本實驗探究一次性不同劑量氫吸入對大學生空間認知能力的影響,結果表明,氫氣的吸入可以一定程度上提高大學生的空間認知能力。

空間認知能力是一種重要的腦功能,雖然細菌會影響大腦功能和行為的觀點似乎不可信,但臨床上通常使用瀉藥和口服抗生素來治療肝性腦病引起的精神狀態改變的患者[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、空間認知能力等認知功能[11];使用腸道微生態制劑能夠提高腹腔鏡結直腸癌老年患者圍手術期的腦認知[12],這說明了腸道菌群的種類和數量會影響空間認知能力等腦功能。耿雪[13]認為氫氣的補充可增加有益菌的豐富度、改善菌群結構、促進腸道菌群微生態的平衡。因此我們認為,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知能力。此外,研究者發現空間認知能力與S100B基因及S100B蛋白的表達有關[14]。而氫氣作為氣體信號分子,常通過調節特定的信號通路發揮作用[15-17],因此本實驗中氫氣可能通過這種方式促進了相關蛋白的表達,進而改善了空間認知能力。

本次研究結果顯示,吸氫20 min組吸氫結束即刻反應時無顯著變化,而結束后30 min反應時明顯下降,可能是由于吸氫結束即刻,體內的氫氣還未達到產生效應的最低濃度,可見氫氣對大學生空間認知功能的作用存在一定的劑量效應。人體吸入氫氣時,體內氫氣濃度低,氫氣吸入后血液和組織內氫氣濃度會逐漸升高,30 min后可以達到最高飽和濃度[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下,氣體信號分子可能呈現不同效應。本實驗中,吸氫60 min作用不顯著,可能由于在此實驗中,氫氣的劑量效應呈倒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,一次性氫吸入對男性大學生空間認知能力的提高有積極作用,這種作用與吸氫量存在一定關系,40 min的吸氫效果更好。但本次研究存在一定的不足,后期研究可作相應改進:一方面,本次實驗的樣本量相對較少,發生偶然性的概率較大,在一定程度上可能會影響實驗的效度和信度,后期可擴大樣本量或者進行重復實驗;另一方面,一次性吸氫只具有單次效應,不具有長期效應,未來可進行長期干預,更深入地探索氫氣帶來的影響。