黃俊彥，司 琦

(浙江大學 教育學院體育學系，浙江 杭州 310058)

0 前 言

21世紀以來，醫(yī)療技術不斷發(fā)展，傳染性疾病的發(fā)病率、致死率獲得了有效控制。慢性非傳染性疾病逐漸成為危害我國人民健康，導致死亡的主要原因[1]。2021年，世界衛(wèi)生組織在《世界健康統(tǒng)計2021：監(jiān)測健康以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標》(World Health Statistics 2021: Monitoring health for the SDGs，以下簡稱《2021報告》)的報告中指出，2019年全球前十位致死因素中，有七個是慢性非傳染性疾病，其中癌癥、心血管疾病(CVD)，糖尿病和慢性呼吸系統(tǒng)疾病(CRD)為人類的主要死因[2]。疾病譜和致死因素的變化與現(xiàn)代人快節(jié)奏生活方式息息相關，高強度學習工作令人壓力巨大，“久坐”成了生活常態(tài)。

從世界衛(wèi)生組織的《2021報告》看，身體活動不足是導致慢性非傳染性疾病的重要誘因之一，并且全球范圍內還有約四分之一的成年人長期處于身體活動不足的狀態(tài)[2]?？梢?，身體活動不足和與其相關的慢性非傳染性疾病正嚴重威脅著人類健康。越來越多的科學研究證據(jù)表明，規(guī)律參與身體活動對人類健康具有積極正向影響作用[3,4]。參與身體活動有利于生理健康，可以提高體適能水平，改善心肺功能，促進新陳代謝等；同時身體活動也有利于心理健康，能提高自尊、自信水平、自我效能感等[5,6]。對于心臟病、肺病、糖尿病和癌癥等慢性非傳染性疾病，科學的身體活動能起到預防和治療作用[7]。因此，美國運動醫(yī)學會提出了“鍛煉是良藥(Exercise is medicine)”[8]，倡導積極參與身體活動應該成為每個人的“必修課”。

參與身體活動需結合自身實際情況，也需考慮活動的場所、環(huán)境，其中就包含活動場所的環(huán)境質量。隨著我國經濟的快速發(fā)展，引發(fā)了一定程度的環(huán)境污染，而以霧霾為代表的空氣質量問題則與參與戶外身體活動息息相關。自2013年1月起，我國東部諸多城市出現(xiàn)嚴重霧霾，對社會環(huán)境和居民生活產生巨大影響。2014年1月，國家減災委員會辦公室把霧霾定義為自然災情，全國各省、市、自治區(qū)開始對每日霧霾濃度進行檢測、公開，并向公眾普及相應防護措施[9]。

空氣污染對人的身心健康危害嚴重，尤其對呼吸系統(tǒng)造成的危害會大大降低人們參與戶外身體活動的動機；進行中高強度身體活動可能加重污染對人體健康的損害。而規(guī)律性參與身體活動又對人類健康具有積極正向影響作用[10]。這就像一個天平的兩端，一端是參與戶外身體活動帶來的健康益處，另一端則是在空氣污染下進行戶外身體活動可能帶來的健康損害。那么，空氣污染環(huán)境下是否應該進行戶外身體活動？變成了一個權衡收益和損害的決策難題。理想情況下，研究者可以通過隨機分組實驗等方法探究這個決策難題的“拐點”，然而出于道德倫理考慮，將人曝露于空氣污染環(huán)境下進行身體活動干預實驗研究無法實施。因此，空氣污染環(huán)境下的戶外身體活動到底會對人類身心健康帶來怎樣的影響？收益與損害的“拐點”會在何時、何種情形下出現(xiàn)？這些問題難以在現(xiàn)實條件下得到回答。

虛擬現(xiàn)實(virtual reality)是利用計算機模擬產生一個虛擬世界，為使用者提供視覺等感官體驗，使其仿佛身臨其境的一項技術[11]。誕生至今，在人類生活各個領域得到了廣泛應用。例如康復醫(yī)學，包括對腦卒中、帕金森綜合征、小兒麻痹癥、骨關節(jié)置換手術患者等的康復治療[12，13]。在心理學領域，虛擬現(xiàn)實技術被應用于社交恐懼癥、創(chuàng)傷后應激障礙以及自閉癥兒童等患者群體的干預研究[14]。在體育領域，虛擬現(xiàn)實技術則多被應用于運動訓練。研究者模擬不同運動場景，以期改善專業(yè)運動員技戰(zhàn)術水平和臨場應變能力[15，16]。以上研究有一個共同點，即嘗試用虛擬現(xiàn)實技術構建一個理想的、現(xiàn)實不可行的研究環(huán)境。而該技術同樣為解決空氣污染環(huán)境下是否應該參與戶外身體活動？身體活動的健康收益與損害“拐點”可能在何時、何種情況下出現(xiàn)？虛擬空氣污染環(huán)境下，身體活動的身心影響效益如何等問題，提供了思路和可能。

因此，本文將綜述前期虛擬現(xiàn)實技術相關文獻，梳理虛擬空氣污染環(huán)境下參與身體活動對人體可能帶來影響的相關證據(jù)，為探究虛擬空氣污染環(huán)境下參與身體活動對成年人群體可能帶來的身體和心理健康影響效益提供參考。

1 身體活動影響健康

1.1 身體活動對死亡率影響的研究

Blair等人1995年對大樣本體育鍛煉人群進行了為期5年的縱向研究后發(fā)現(xiàn)，積極參與體育鍛煉的人死亡率降低達44%[17]。Macera等人在2003年的一篇系統(tǒng)綜述中結合大量研究結果指出，身體活動對死亡率有顯著積極影響，身體活動較多的心血管疾病患者死亡率低于不活動者兩到四倍，提高身體活動水平能夠降低20%到35%的死亡率[18]。Myers等在2004年的研究中對1987年到2000年的6 213名男性進行測試，并對其中842名男性進行了身體活動模式評估。在持續(xù)平均5.5±2年隨訪后，研究結果顯示，規(guī)律參與身體活動能夠減少由心血管疾病引發(fā)的死亡率50%以上。身體活動每增加1 000千卡或1梅脫能量消耗可減少20%的死亡率[19]。

1.2 身體活動對慢性非傳染性疾病發(fā)生率影響的研究

大量研究證實，身體活動在預防和控制疾病方面與藥物有相似的影響作用[20]。Warburton等的系統(tǒng)綜述，對身體活動與過早全因性死亡率和慢性疾病(如心血管疾病、中風、高血壓、結腸癌、2型糖尿病等)之間的關系進行了評估。研究發(fā)現(xiàn)，身體活動和很多慢性疾病之間存在劑量-反應(dose-response)關系，即越缺乏身體活動的人，患慢性疾病的可能性越高[21]。

Taylor對48個臨床研究進行系統(tǒng)綜述發(fā)現(xiàn)，對比正常用藥組，身體活動治療組心血管疾病患者死亡率下降更加顯著[22]。每周消耗1 600千卡能量能夠有效延緩疾病的進一步惡化，每周消耗2 200千卡能量則能夠更為有效的控制疾病[23]。中高強度有氧身體活動能夠有效提高心血管病人的健康狀態(tài)[24]。2016年，美國糖尿病組織在一份官方研究報告中總結了大量科學研究結果后指出，作為血糖控制和整體健康管理的一部分，應向所有糖尿病患者推薦身體活動[25]。Manson等通過對21 271名有鍛煉習慣的男性進行流行病學研究后認為，經常參與身體活動的個體Ⅱ型糖尿病的發(fā)生率大大下降。中等強度身體活動能夠有效控制Ⅱ型糖尿病的進一步惡化[26]。Lee等[27]的研究和Shephard等[28]的研究探究了癌癥和身體活動之間的關系，證實規(guī)律性身體活動(無論是職業(yè)性的還是閑暇身體活動)能夠減低癌癥發(fā)病率。McTiernan等人對2016年以前的文獻進行系統(tǒng)綜述和元分析后發(fā)現(xiàn)，不同強度身體活動和膀胱，乳房，結腸，子宮內膜，食道，腎臟以及胃部癌癥的發(fā)病風險之間存在聯(lián)系，身體活動能有效降低上述癌癥患病的相對風險[29]。此研究結果后續(xù)被第2版美國國民身體活動指南相應部分采用作為支撐證據(jù)。

綜上，身體活動對慢性非傳染性疾病具有預防作用，且合適強度的身體活動能減少上述疾病的發(fā)生率，并有效提高患者群體的生活質量。

1.3 身體活動對心理健康影響的研究

身體活動對人的心理健康有積極影響作用[30]。Teychenne等人在2020年對全球范圍內成年人身體活動指南和心理健康的關系進行了研究，以期對現(xiàn)有身體活動指南的心理健康效益部分進行有效補充。結果發(fā)現(xiàn)，即便是參與低水平身體活動仍然對成年人心理健康有顯著積極影響[31]。Rodriguez-Ayllon等人對學齡前兒童、兒童和青少年的身體活動、久坐行為對其心理健康的影響做了系統(tǒng)綜述和元分析，研究對涉及上述群體的身體活動與心理健康(即自尊，自我概念，自我效能感，自我形象，積極影響，樂觀，幸福感和對生活的滿意度)和心理疾病(即抑郁，焦慮，壓力或負面影響)的關系研究整理分析后發(fā)現(xiàn)：身體活動可以改善青少年的心理健康，促進身體活動和減少久坐行為可能會保護兒童、青少年的心理健康[32]。有研究發(fā)現(xiàn)，參與身體活動能提升老年人的身體素質和自我效能感[33]，降低其認知損傷和癡呆癥的發(fā)病率[34]并有效提高認知能力[35]。Rebar等人就身體活動對非臨床成年人群中抑郁和焦慮影響的相關研究進行了元-元分析，發(fā)現(xiàn)大量證據(jù)支持身體活動可以減少該人群的抑郁和焦慮[36]。

2 空氣污染對健康和身體活動參與的影響研究

2.1 空氣污染對健康的危害

空氣污染對人類健康的危害主要是空氣中的顆粒物和顆粒物上吸附的其他物質造成的，可以對人的心腦血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)及神經系統(tǒng)造成損害進而增加死亡率[37，38]。研究表明，人體長期暴露于PM2.5含量高的環(huán)境中，可導致心血管疾病，如心肌梗死、缺血性卒中、心力衰竭、心律失常、房顫等的發(fā)生率增加[39]。呼吸道是大氣污染物進入人體的主要途徑之一。大氣污染物通過刺激呼吸道表面的迷走神經末梢，引起支氣管痙攣，使呼吸道阻力增加，肺通氣功能降低，從而誘發(fā)各種呼吸道疾病[40-41]。前期動物實驗證明，大氣顆粒物對神經系統(tǒng)有影響[42]。處于空氣污染環(huán)境還會顯著增加死亡率[43]。因此，空氣污染對人類健康的危害是全方位的。

2.2 空氣污染對身體活動參與的影響

空氣污染對人體健康造成如此大的損害，還能參與戶外身體活動嗎？是參與戶外身體活動帶來的健康收益更大，還是暴露在空氣污染環(huán)境條件下身體可能受到損害更大？“拐點”在哪里？2016年，Tainio等人通過分析不同地區(qū)城市人群的主動出行(包括步行和騎行)和不同程度空氣污染對全因性死亡率變化的影響，探究了主動出行身體活動和暴露于空氣污染下的風險-收益平衡。研究發(fā)現(xiàn)，在城市平均PM2.5濃度為22微克/m3時，即便是最極端的主動出行水平，身體活動帶來的健康收益也遠遠大于空氣污染可能帶來的風險；在PM2.5濃度為100微克/m3的地區(qū)，每天騎行1h30min或步行10h以上，都將弊大于利；如果騎車出行而不是呆在家里，每天騎行3h30min所帶來的健康收益將超過空氣污染可能帶來的危害。研究認為，除最極端空氣污染濃度外，主動出行的健康收益均超過了空氣污染可能造成的危害[44]。

應斌斌等在2019年對空氣污染和身體活動我國的相關文獻進行系統(tǒng)綜述后發(fā)現(xiàn)，空氣污染會減少居民戶外身體活動，如降低戶外身體鍛煉時間、減少外出就餐頻率等。在出行模式選擇上，空氣污染會減少非機動交通模式，如步行、騎自行車等的選擇，而會增加其他空間較為密閉的交通工具，如私家車、軌道交通等的選擇。并且這些變化受年齡、性別以及收入水平等因素影響[45]。

2021年，Tainio聯(lián)合多國學者對2019年秋季之前有關空氣污染，身體活動和健康關系的研究做了非系統(tǒng)性映射綜述(mapping review)，以期綜合說明空氣污染和身體活動之間的相關及其對健康的綜合影響。研究發(fā)現(xiàn)，身體活動和空氣污染通過多種生理、行為機制聯(lián)系在一起?？傮w而言，在城市進行戶外身體活動的長期收益超過暴露于空氣污染可能帶來的損害。另有一些啟示性證據(jù)表明，在空氣污染程度較高的情況下，身體活動對脆弱人群，即心血管或呼吸系統(tǒng)疾病患者的短期健康積極影響可能較弱或不存在。此外，空氣污染程度和對大氣質量信息的公開似乎阻礙了人們參與戶外身體活動[46]。

盡管許多研究支持參與戶外身體活動的健康收益仍大于空氣污染可能帶來損害的觀點，部分研究也指出空氣污染條件下進行戶外身體活動會增加健康受損程度和運動損傷的風險[47，48]。因此，有必要進一步檢驗和探究空氣污染條件下的身體活動到底會給人體帶來怎樣的身心影響？

3 基于虛擬現(xiàn)實技術的相關研究

3.1 虛擬現(xiàn)實技術應用研究

虛擬現(xiàn)實技術在過去二十年間取得了飛速發(fā)展，作為一門新興的人機交互技術，在動作技能訓練、運動康復以及心理治療等領域都得到了廣泛應用。虛擬現(xiàn)實技術被大量運用于運動訓練，國內學者使用該技術影響不同項目運動員技戰(zhàn)術水平。劉園園在2018年的研究中，結合專家訪談和問卷調查結果，使用虛擬現(xiàn)實技術輔助設計少兒羽毛球訓練方案，并通過實驗證明該方案對訓練效果具有積極影響[15]。楊勇濤等人利用虛擬現(xiàn)實技術，研究虛擬網球發(fā)球情景下，不同水平網球運動員在不同知覺動作匹配時的接發(fā)球表現(xiàn)，效果良好[16]。說明虛擬現(xiàn)實技術在運動訓練領域具有應用價值。

虛擬現(xiàn)實在醫(yī)療培訓領域的應用研究與前類似。程凱在其綜述研究指出，虛擬現(xiàn)實技術可以通過虛擬手術和人體三維數(shù)字化模型，在臨床技能培訓、手術訓練和遠程診療等方面提供幫助[49]。目前，國內外已使用虛擬現(xiàn)實技術不同種類手術的模擬[50-53]。

在運動康復領域，虛擬現(xiàn)實技術運用廣泛。2007年，周柳等對運動康復領域虛擬現(xiàn)實技術應用的研究進行了綜述，將研究分為平衡和體態(tài)、行走、上下肢和日常行為康復訓練四種類型[13]。平衡和體態(tài)康復訓練中，研究者關注因本體感覺障礙導致平衡感喪失和動作不協(xié)調的患者，通過虛擬現(xiàn)實技術改善其平衡感[54，55]。上下肢康復訓練中，研究者對不同患者存在的上肢、下肢、手部、踝關節(jié)等部位康復訓練嘗試使用虛擬現(xiàn)實技術進行輔助[56-58]。而針對日常生活行為的康復，研究者則使用虛擬現(xiàn)實技術構建日常生活場景，幫助患者更好地完成日常生活中的任務，提高獨立生活能力[59-61]。

在心理治療方面，2021年，Emmelkamp等對基于虛擬現(xiàn)實技術的前期研究進行了系統(tǒng)綜述。研究表明，虛擬現(xiàn)實技術在心理治療方面的應用主要體現(xiàn)在兩方面：心理障礙評估和治療。心理障礙評估方面的研究主要集中于社交焦慮癥、創(chuàng)傷性應激障礙、強迫癥、物質濫用障礙、飲食失調、精神病和多動癥等的評估。而心理障礙治療方面的研究則主要集中于焦慮癥(包括特定焦慮癥、社交焦慮癥、恐懼癥和恐慌癥以及普遍焦慮癥等)，創(chuàng)傷后應激障礙，強迫癥，成癮行為(主要包括藥物濫用和吸煙等)，飲食失調，精神病，自閉癥相關障礙和注意力缺陷多動障礙(ADHD)等的治療。綜述結果發(fā)現(xiàn)，大量證據(jù)支持在焦慮癥和創(chuàng)傷后應激障礙中使用虛擬現(xiàn)實暴露療法有效，幾乎沒有證據(jù)表明虛擬現(xiàn)實暴露療法在一般焦慮癥和強迫癥治療方面有效；越來越多的證據(jù)證明虛擬現(xiàn)實暴露療法對成癮和飲食失調治療有效[62]。

3.2 基于虛擬現(xiàn)實技術的身體活動研究

目前，基于虛擬現(xiàn)實技術的身體活動研究在國外發(fā)展較快，其關注熱點主要集中在：利用虛擬現(xiàn)實技術促進不同人群參與身體活動以及結合虛擬現(xiàn)實技術的身體活動給參與者可能帶來的身心效益影響。

前期研究發(fā)現(xiàn)，虛擬室內鍛煉環(huán)境能給身體活動者帶來與真實戶外鍛煉情境類似的積極心境狀態(tài)[63]。對比真實室內室外環(huán)境，在虛擬現(xiàn)實模擬的優(yōu)美自然環(huán)境中進行身體活動更有利于鍛煉興趣、動機和堅持性的激發(fā)和培養(yǎng)，且有更好的身心健康效益[64]。研究者認為，可以利用虛擬鍛煉環(huán)境下出現(xiàn)的高動機水平來解釋鍛煉者堅持性和積極情緒體驗水平的增加[65-67]。而與單獨的虛擬環(huán)境、身體活動相比，虛擬現(xiàn)實環(huán)境結合身體活動能更加有效提高鍛煉者的心理效益[68]。Qian等學者2020年綜述了基于虛擬現(xiàn)實的身體活動對于不同群體生理、心理和康復效果的前期研究成果，結果表明：與傳統(tǒng)身體活動相比，結合虛擬現(xiàn)實的身體活動可能對個體的生理、心理和康復效果產生積極影響[69]。

楊勇濤等把30名大學生隨機分配至單一運動組、運動音樂組、虛擬環(huán)境運動組，每組10名大學生，男女各5名，令其完成40min中等強度功率自行車任務。運動前后分別評估心境狀態(tài)和身體自尊，運動開始10min后每5min的主觀用力感。研究結果顯示，中等強度身體活動對心理有改善作用，虛擬鍛煉環(huán)境對心境有更好的調節(jié)效果[70]。Ulas等學者使用虛擬現(xiàn)實和傳統(tǒng)身體活動評估有氧運動的生物學和動機效應。對80名學生進行了為期8周的分組對照實驗，記錄其能量消耗、睡眠質量、焦慮和學業(yè)成績指標，結果顯示，傳統(tǒng)身體活動組能量消耗、睡眠質量顯著提高；傳統(tǒng)身體活動組和虛擬現(xiàn)實身體活動組的學業(yè)表現(xiàn)均顯著改善[71]。Debska等學者使用新型跑步機和飛行模擬器研究了沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境中參與身體活動的樂趣和強度，發(fā)現(xiàn)參與者在使用沉浸式虛擬現(xiàn)實設備進行身體活動期間平均鍛煉樂趣水平提高，并顯著高于使用跑步機時的水平。研究表明，沉浸式虛擬現(xiàn)實技術可以成為增加健康身體活動參與的有效工具[72]。

4 總結與啟示

空氣污染對人體健康的危害作用和身體活動對健康的促進作用均得到了大量實證證據(jù)證實。但三者之間的交互影響效果如何，仍存在爭議，需進行進一步研究。前期多數(shù)研究認為，在非極端空氣污染條件下身體活動的健康促進作用大于暴露于空氣污染對健康產生的損害，但兩者互相作用的機制和劑量效應仍無法明確，因為受限于研究的倫理道德和實驗方法困境。隨著虛擬現(xiàn)實技術日趨成熟，已成為身體活動干預方式的有益補充，且被證實能顯著影響個體參與身體活動的身心健康效益，使得構建虛擬空氣污染環(huán)境并檢驗身體活動對健康的影響以及嘗試尋找健康收益-損害的拐點成為了可能。后續(xù)仍需實驗研究來檢驗基于虛擬空氣污染條件、身體活動與身心健康的交互影響效果。