姬瑞敏

成都體育學院，四川成都市610041

目前，太極拳、瑜伽、有氧運動等健康養(yǎng)生保健方法備受關注[1-5]。有氧運動和冥想可以提高認知功能[1]。冥想集中注意力，在精神情緒方面需要承擔一定負荷。太極拳作為中國傳統(tǒng)的養(yǎng)生方法，被推薦為平衡能力的康復手段[6-7]。太極拳是在身體運動的同時配合動態(tài)冥想，可能是一種兼有氧運動和精神訓練雙重負荷的運動形式。

認知功能是指人腦加工、儲存和提取信息的能力[8]。通過在頭皮腦電中提取事件相關電位(event-related potentials,ERPs)，可以了解大腦聯(lián)合皮質的活動[9]。ERPs 中的波形振幅可以反映人體在執(zhí)行任務時大腦中特殊微通路中的信息處理過程[9-10]。P300 作為認知任務過程中ERPs 的一個經典成分，主要反映人體認知的注意和記憶功能[10]。P300 的典型波形是發(fā)生在刺激后250～800 ms 時間窗內的電位波形[10-11]，P300成分又可以分成P3a 和P3b 兩個亞成分[11]。P300 成分主要與額區(qū)-顳區(qū)-枕區(qū)神經網絡功能有關[12]。

太極拳運動可以提高練習者的心肺功能[2,13]。也有學者研究太極拳運動對練習者P300 的影響[3-4]，但多以在校大學生為研究對象。

太極拳運動屬于中等強度的有氧運動，在運動過程中需要將呼吸、注意力、動作三者協(xié)調統(tǒng)一。本研究通過比較長期太極拳練習者、冥想練習者、單純的有氧運動者和長期久坐者之間P300 成分的潛伏期、振幅、反應時，體質量指數(shù)(body mass index,BMI)和最大攝氧量(VO2max)等指標之間的差異，探究不同運動形式對中老年人的腦認知功能和有氧運動能力。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2018 年6 月至2019 年7 月募集研究實驗對象，并完成相關實驗測試。相關測試在成都市第一人民醫(yī)院完成。

納入標準：①自我報告沒有神經或軀體功能紊亂類的疾??；②年齡45～68歲。

將受試者分為太極拳組(TG,n=13)、冥想組(MG,n=14)、有氧運動組(AG,n=17)和久坐組(SG,n=16)。

其中，久坐組納入標準：①沒有參與系統(tǒng)的體育鍛煉達5 年以上；②在被募集之前沒有冥想鍛煉或者太極拳鍛煉經歷。

最初募集到受試者66 例。在實驗過程中，2 例無法完成認知測試過程中的計算機操作，3 例在腦電采集過程中腦電信號嚴重飄移，1 例未能完成實驗，在實驗結束時剩下60例。各組間一般資料無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

本研究經成都體育學院倫理委員會審核通過，所有受試者均清楚實驗過程，且簽署知情同意書。

1.2 方法

太極拳組練習24式陳氏太極拳。冥想組采用正念冥想練習。有氧運動組進行有氧運動鍛煉，包括慢跑、步行等。均有專業(yè)老師進行指導練習。每次40 min，每周4次，共24周。

1.3 評價方法

練習前后分別進行相關指標測試，在受試者方便的時間進行，不集中測試。認知評價和有氧能力測試分開進行。

1.3.1BMI

采用身體成分分析儀(德國賽康)通過生物阻抗法測量受試者的體質量和BMI。

表1 各組一般資料比較

1.3.2有氧運動能力

采用Rockport Fitness 1-mile Walking 步行測試[14]評估受試者有氧運動能力，具體方案見Kline 等[14]的研究，將受試者體質量、性別、年齡和步行時間輸入到在線軟件(http：//www.exrx.net/Calculators/Rockport.html)中，獲取VO2max的測試值。見公式1。

1.3.3P300測試

采用Three-stimulus Oddball 刺激范式誘發(fā)P300[15]，其中標準刺激為黑底白字的數(shù)字“8”圖片，目標刺激為黑底白字的數(shù)字“2”圖片，非目標刺激為黑底白字的字母“A”圖片，分別以76%、12%和12%隨機出現(xiàn)，共300次，每隔2.75 s出現(xiàn)1次。刺激出現(xiàn)在距離受試者1.5 m 的顯示器屏幕上，背景為淡灰色。要求受試者在目標刺激出現(xiàn)時，用食指點按鼠標按鍵，對其他刺激不做出反應。正式實驗開始前，首先練習15 次，熟悉任務。低頻率的目標刺激誘發(fā)P3b，低頻率的非目標刺激誘發(fā)P3a。

采用Neuroscan 64 導腦電儀同步采集受試者的腦電圖(electroencephalography,EEG)信號。堿性洗發(fā)水洗頭，吹干后佩戴腦電帽。接地電極位于前額區(qū)Fz和AFz 電極點之間，參考電極位于雙側顳骨乳突連線。在每一個電極位置注入導電膏(GT5，武漢格林泰克)，通過調整導電膏的注入量，使每個位置的電極阻抗都降低到5 kΩ以下。雙極記錄法監(jiān)測受試者的垂直和水平眼電。所有電極采樣頻率1000 Hz，帶通濾波0.1～100 Hz。

對數(shù)據(jù)進行偽跡去除，將帶有較大干擾或漂移的腦電段手動去除；使用相關法去除眼電干擾；采用Butterworth 濾波器將數(shù)據(jù)進行1 Hz 的高通濾波，30 Hz 的低通濾波；將數(shù)據(jù)按照目標刺激和干擾刺激分段，取事件刺激發(fā)生前100 ms 和事件后800 ms 共900 ms的時間段用于提取P300；以刺激出現(xiàn)前100 ms時間段對基線進行校正；閾值法對分段數(shù)據(jù)再次進行去除偽跡，標準為±80 μV，超過該范圍的時間段將被去除；進行疊加平均化處理。根據(jù)文獻報道[15]，P3a成分和P3b 成分分別選取額區(qū)的Fz 和頂區(qū)的Pz 位置。根據(jù)本研究受試者的特點，P3b成分的時間窗為300～500 ms，在時間窗內計算振幅和潛伏期。

按照以往的研究將振幅定義為刺激出現(xiàn)后的峰值振幅；潛伏期定義為刺激出現(xiàn)至峰值出現(xiàn)的時間。

系統(tǒng)自動記錄圖片刺激呈現(xiàn)時間與受試者按鍵的時間，通過Eprime軟件自動輸出反應時。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 16.0 進行統(tǒng)計學分析。采用多元方差分析觀察不同鍛煉方式對P300 的影響，Levene 檢驗方差齊性，顯著性水平α=0.05。對部分變量行雙變量相關分析，顯著性水平α行Bonferroni 校正。本研究中4 水平獨立變量是分組變量，因年齡老化與認知和生理功能退化有關，將年齡變化設置為協(xié)變量，因變量分別是VO2max、BMI、反應時、P3b 振幅、P3b潛伏期。

2 結果

2.1 多元方差分析

年齡(F=7.040,P=0.0003,ηp2=0.481)和分組(F=9.090,P＜0.001,ηp2=0.559)顯著影響受試者的生理功能和認知功能(F=10.860,P＜0.001,ηp2=0.556)。

2.2 BMI

干預前，各組BMI無顯著性差異(P＞0.05)。干預后，有氧運動組BMI減小(P＜0.05)；各組間BMI有非常高度顯著性差異(P＜0.001)；久坐組BMI明顯大于冥想組和有氧運動組(P＜0.01)，太極拳組BMI與有氧運動組、久坐組比較均無顯著性差異(P＞0.05)。見表2。

表2 各組BMI比較(kg/m2)

2.3 有氧運動能力

干預前，各組VO2max 無顯著性差異(P＞0.05)。干預后，各組VO2max 有非常高度顯著性差異(P＜0.001)；有氧運動組VO2max明顯優(yōu)于太極拳組和久坐組(P＜0.01)；太極拳組和冥想組VO2max 優(yōu)于久坐組(P＜0.05)。見表3。

表3 各組VO2max比較〔ml/(kg·min)〕

表4 各組P3b振幅比較(μV)

2.4 P300測試

各組在Oddball 任務中在頂區(qū)Pz 位置誘發(fā)的P3b電位波形見圖1。頭皮腦電的中線電極位置誘發(fā)P300，其時間窗跨度為刺激前的100 ms到刺激出現(xiàn)后的500 ms內。

2.4.1P3b振幅

干預前，各組間P3b 振幅無顯著性差異(P＞0.05)。干預后，太極拳組和冥想組P3b 振幅有增加趨勢，各組間P3b 振幅有非常高度顯著性差異(P＜0.001)；太極拳組、冥想組和有氧運動組P3b 振幅均明顯高于久坐組(P＜0.01)；太極拳組P3b 振幅與有氧運動組比較無顯著性差異(P＜0.05)。見表4。

2.4.2P3b潛伏期

干預前，各組間P3b 潛伏期無顯著性差異(P＞0.05)。干預后，久坐組P3b 潛伏期略長于其他三組，但均無顯著性差異(P＞0.05)。見表5。

表5 各組P3b潛伏期比較(ms)

圖1 各組Pz位置的P3b波形

2.4.3反應時

干預前，各組間反應時均無顯著性差異(P＞0.05)。干預后，太極拳組反應時短于其他三組，其中久坐組平均反應時最長，但是各組間無顯著性差異(P＞0.05)。見表6。

表6 各組反應時比較(ms)

2.5 指標間的相關性

經Bonferroni校正，顯著性水平α=0.0033。結果顯示，年齡與反應時明顯正相關(r=0.466,P＜0.01)；反應時與VO2max 顯著負相關(r=-0.536,P＜0.001)；P3b振幅與反應時顯著負相關(r=-0.566,P＜0.001)。

3 討論

Rockport Fitness Walking 測試是評價個體心肺機能的方式之一[14]，可評估個體的VO2max 水平。這種測試方法與其他運動方式測試VO2max 的結果具有很好的相關性[14]。該方法符合生理機能合理性：太極拳運動對下肢肌肉要求較高，有氧運動更多以徒步行走的方式進行；本研究實驗對象主要是中老年人，采用VO2max直接測量方法有潛在的危險。

本研究顯示，有氧運動組和冥想組BMI水平顯著低于久坐組。每天有氧運動會使練習者消耗更多的能量，而且長時間有氧運動的能量供應以脂肪為主。我們在走訪中發(fā)現(xiàn)，這些冥想練習者除了規(guī)定的正念冥想練習外，也會參與一些有氧健身鍛煉。太極拳練習者與久坐者之間BMI無顯著性差異，這可能與太極拳練習者練習太極拳的運動量小和練習時間短有關。

本研究還顯示，有氧運動組VO2max 水平最高，其次是冥想組、太極拳組，久坐組最低。VO2max 可以反映個體的有氧運動能力，長期的有氧耐力運動可以提高個體的VO2max 水平。太極拳運動是以腰部為軸帶動上下肢做屈伸旋轉的慢速運動，在運動過程中全身肌肉都參與收縮。太極拳練習者在運動過程中心率可以達到120～140 次/s，屬于中等強度的有氧運動[16-17]。長期從事太極拳運動可以提高練習者VO2max水平和有氧運動能力[18-19]。另外，冥想練習者通常都伴隨著一定運動量的有氧運動。我們推測本研究中不同組VO2max 水平高低的差異性主要是由于從事鍛煉項目的運動強度和運動時間不同引起。

P3a 與個體注意力參與以及對新奇信息處理有關[20]，其振幅越大，代表對刺激做出的反應需要付出更多的腦力[21]；當出現(xiàn)新刺激時，P3a 振幅更大，對刺激適應后P3a 振幅降低[10]。P3b 主要反映刺激處理過程中工作記憶[10]，不同的范式結構會影響P3b振幅，范式結構越復雜，P3b的振幅越小，潛伏期越長。P3b潛伏期變短，說明神經處理過程更加高效[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，與久坐者相比，太極拳組和冥想組P3b 振幅有增高趨勢；各組之間P3b 的潛伏期無顯著性差異。本研究P3b 潛伏期要稍長于其他研究[22]，這可能與刺激任務設置不同有關。據(jù)文獻報道[21]，P3b 潛伏期為200～500 ms。本研究結果在這個范圍內。

目前，關于運動鍛煉對P300 影響的研究較多[3-4,16-17]。有研究發(fā)現(xiàn)[17]，長期從事有氧運動的老年人P3b 振幅要高于久坐而缺少運動鍛煉的同年齡人。還有學者將經常參與身體鍛煉的年輕人、老年人與不活動的同年段對照組相比，發(fā)現(xiàn)經常參加身體鍛煉組的P3b 振幅更高，潛伏期更短[10]。本研究的結果與其相似，盡管久坐組P3b 潛伏期相對來說更長，但未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學差異，這可能與任務范式不同有關[23]。有研究表明[5,16]，有氧健身運動會提高練習者的有氧運動能力，而且認知能力提高與個體較高的VO2max 水平有關。因此，本研究中有氧運動者的P3b 振幅顯著高于久坐組。

不同的有氧運動形式對P300 的影響效應不同。太極拳精髓是要求練習者身體運動的同時配合動態(tài)冥想，練習者在運動過程中調息，將注意力全部集中在每一個動作細節(jié)中，練習者承擔一定的精神負荷，可能有助于提高工作記憶和認知能力，所以本研究中太極拳練習者表現(xiàn)出較高的P3b 振幅。同時，太極拳練習者反應時短于其他形式練習者，其中久坐者最長，但是各組間無顯著性差異，可能是由于個體差異較大引起。

不同運動鍛煉方式者報告的運動強度和運動量比較相近，各組之間的差別主要表現(xiàn)在他們在運動過程中付出的注意力不同[19]。本研究中太極拳練習者、冥想練習者和有氧運動者P3b 振幅均高于久坐組者。太極拳在運動過程中需要集中注意力，冥想練習者在坐位安靜狀態(tài)下集中注意力，而長期久坐者很少有注意力方面的鍛煉，所以他們在執(zhí)行任務時認知能力較弱。

本研究中，與有氧運動者相比，太極拳練習者和冥想者P3b 振幅有增高趨勢。冥想者往往會參與一些有氧運動，這可能使他們比單純進行有氧運動者表現(xiàn)出更優(yōu)的認知功能?？傮w來說，太極拳者和冥想練習者以相似的精神鍛煉方式進行運動，都提高了大腦的認知功能。這兩種方式都比單純有氧運動對認知功能有更好的效果。