極低頻電刺激足三里穴位 對警覺度維持及提升的影響作用研究

馬佳馨，李敬強(qiáng)，秦 朗，袁洲旅，吳 玉，王 超

(中國民航大學(xué) 天津 300300)

目前，眾多公共服務(wù)行業(yè)如交通運(yùn)輸、公共衛(wèi)生、社會(huì)治安等崗位人員處在晝夜倒班等多種違背生物節(jié)律的工作環(huán)境中[1]。為維持社會(huì)公共服務(wù)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，他們的警覺度、反應(yīng)特性至少應(yīng)保持在正常水平狀態(tài)[2]。周鵬等[3-4]研究表明大腦的警覺度具有節(jié)律性，在睡眠限制后生物節(jié)律紊亂、大腦各區(qū)域連接性在紊亂階段顯著降低，短暫休息后能有所恢復(fù)但不足以恢復(fù)到基準(zhǔn)水平。本研究欲尋找除睡眠以外的方法來提升和維持人的警覺度和反應(yīng)水平。

劉景玉等[5]在對小鼠針灸研究中發(fā)現(xiàn)足三里穴能補(bǔ)益中氣，針灸足三里穴能夠延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞發(fā)生；徐桂芝等[6]研究表明，由于磁場容易透過皮膚和骨骼而達(dá)到深層組織，磁刺激效果較理想，且磁刺激線圈與被試者身體無接觸，無需對皮膚進(jìn)行預(yù)處理就可以直接施加刺激，對機(jī)體無痛無害，安全性較高?；谝陨涎芯靠芍糯碳な且环N較為理想的刺激神經(jīng)方式，但前期關(guān)于磁刺激的研究僅驗(yàn)證了磁刺激對身體的無害性，對于具體身體某部分磁刺激的作用效果仍有待進(jìn)一步研究。

刺激足三里穴可以激活腦的大部分區(qū)域和增加去甲腎上腺素及多巴胺含量，通過對神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用達(dá)到在調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力、增強(qiáng)抗病能力的基礎(chǔ)上提升警覺度的目的。本論文基于前期研究提出了電刺激足三里穴維持、提升大腦警覺度的科學(xué)假設(shè)。

結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)際技術(shù)水平，本研究選擇了極低頻(20～100Hz)磁刺激人體足三里穴這一方式研究其對提升和維持人的警覺度的作用[7]。通過對磁刺激前后被試者自評量表和選擇反應(yīng)時(shí)測試結(jié)果數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和綜合分析，結(jié)果表明磁刺激的確有利于改善人體反應(yīng)特性和提升警覺度；同時(shí)，本研究也為基于神經(jīng)系統(tǒng)興奮的人體警覺度提升技術(shù)項(xiàng)目提供了前期理論基礎(chǔ)。

1 研究方法

我們招募了45名被試者(男性和女性數(shù)量大致均等)，將其設(shè)置為真假刺激等對照組，并進(jìn)行低頻磁刺激實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)利用N-back工作記憶任務(wù)進(jìn)行大腦警覺度下降建模，通過真假刺激對比研究磁刺激對警覺度的調(diào)控作用，采用KSS自評量表獲得主觀疲勞程度。綜合得到量表評分、行為參數(shù)來研究電刺激調(diào)控警覺度的可行性。

經(jīng)皮穴位電刺激(Transcutaneous electrical acupoint stimulation，TEAS)綜合運(yùn)用了中醫(yī)針灸療法和物理電刺激療法，具有安全無創(chuàng)、簡捷方便、易于操作的特點(diǎn)。

我們在篩選符合要求的被試自愿簽署知情同意書參與本次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用KSS自評量表測定被試疲勞程度基線，警覺度評估量表得分越高表示警覺度越差，疲勞量表得分越低則表示越疲勞。然后讓被試通過電腦程序進(jìn)行約20min的N-back實(shí)驗(yàn)，使被試疲勞程度提升、警覺度下降，并再次通過自評量表記錄被試第二次自評KSS量表的疲勞程度。之后不間歇地讓被試通過電腦程序進(jìn)行第一次選擇反應(yīng) 時(shí)測試，數(shù)據(jù)結(jié)果體現(xiàn)了被試在疲勞狀態(tài)下的反應(yīng) 能力。

采用常規(guī)家用理療儀進(jìn)行30min的雙側(cè)足三里穴位電刺激。實(shí)驗(yàn)組：電極貼片置于被試雙側(cè)足三里穴處，刺激參數(shù)為頻率100Hz的連續(xù)波，刺激強(qiáng)度分為1.8mA組和2.4mA組。對照組：電極貼片置于被試雙側(cè)足三里穴處，刺激參數(shù)為頻率100Hz的連續(xù)波，刺激強(qiáng)度為0mA。

在刺激過程中講解數(shù)獨(dú)規(guī)則后讓被試做數(shù)獨(dú)練習(xí)，以保持被試處于持續(xù)工作狀態(tài)。刺激結(jié)束后記錄被試第三次自評KSS量表的疲勞程度。被試進(jìn)行第二次選擇反應(yīng)時(shí)測試，數(shù)據(jù)體現(xiàn)了被試在刺激后的反應(yīng)能力。在磁刺激后讓被試進(jìn)行第二次選擇反應(yīng)時(shí)測試，數(shù)據(jù)結(jié)果體現(xiàn)了被試在進(jìn)行30min極低頻磁刺激足三里后的反應(yīng)活性。通過對2次數(shù)據(jù)結(jié)果的處理和分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并分析性別等變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制單一變量確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

2.1 實(shí)驗(yàn)對象

實(shí)驗(yàn)對象為某大學(xué)在校本科生，共計(jì)45人。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 被試人員信息統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Chart of experimenters’ information

2.1.1 納入標(biāo)準(zhǔn)

①年齡在18～23周歲之間。

②聽力正常，身體健康，心理正常。無重大疾 病史。

③自愿接受實(shí)驗(yàn)，并知曉實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)驗(yàn)流程。

2.1.2 排除標(biāo)準(zhǔn)

①正在服用或3個(gè)月內(nèi)服用過有益智功能的保健品或藥物者。

②正在參加或3個(gè)月內(nèi)參加過任何記憶力提高班、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)班者。

③有器質(zhì)性疾病，如腦性癱瘓、精神分裂癥、視聽運(yùn)動(dòng)缺陷、情感障礙、社會(huì)適應(yīng)不良和軀體疾病等患者。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

2.2.1 電腦程序

①N-Back警覺度下降模型。

②選擇反應(yīng)時(shí)測試。

2.2.2 自陳量表

采用卡羅林斯卡嗜睡量表(KSS)。

2.3 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器為SDZ-II型電子針療儀，可調(diào)電流檔位分別是2、4、6、8、10mA，可調(diào)磁刺激頻率檔位分別是20、40、60、80、100Hz。

3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)實(shí)驗(yàn)自變量控制確定被試的分組結(jié)果如表2所示。根據(jù)分組結(jié)果確定刺激和刺激強(qiáng)度對反應(yīng)速度的影響是否顯著，運(yùn)用SPSS22.0進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和威爾科克森符號秩檢驗(yàn)。

表2 被試者分組統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Group statistical table of experimenters

4 結(jié)果分析

4.1 自評量表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

如表3所示，通過自評得分可以看出，男女被試主觀感受N-Back警覺度下降建模后疲勞程度均增加，但在刺激后疲勞程度均有所緩解，且疲勞分?jǐn)?shù)低于基線值。

表3 自評量表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of self-rating scale data

4.2 刺激前后測得的反應(yīng)時(shí)差異

如表4所示，當(dāng)刺激強(qiáng)度為0mA時(shí)，前后測得的反應(yīng)時(shí)差異為0.135＞0.05，差異不顯著；當(dāng)刺激強(qiáng)度為6mA、8mA時(shí)，前后測得的反應(yīng)時(shí)差異為0.000＜0.05，差異顯著?？芍?，在真刺激的情境下，被試的神經(jīng)系統(tǒng)的興奮狀態(tài)有所改變。

表4 刺激前后反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)分析Tab.4 Data analysis of response time before and after stimulation

4.3 刺激前后測得的反應(yīng)正確率差異

如表5所示，在所有分組的情況下，男女生前后測得的反應(yīng)正確率差異均大于0.05，沒有顯著性差異且后測的正確率均值均高于前測。表明刺激后男女生反應(yīng)正確率均有所提高。

表5 反應(yīng)正確率數(shù)據(jù)分析Tab.5 Data analysis of response accuracy

4.4 男女生前后測反應(yīng)時(shí)差異

去除0mA刺激強(qiáng)度，對6mA和8mA刺激強(qiáng)度進(jìn)行性別差異分析，分析結(jié)果如表6所示。得到男生的反應(yīng)時(shí)前后測差異為0.006＜0.05，有顯著性差異；而女生的反應(yīng)時(shí)前后測差異為0.562＞0.05，差異不顯著。表明男生的神經(jīng)系統(tǒng)對于一定強(qiáng)度電刺激的敏感度更高。

表6 性別差異反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)分析Tab.6 Data analysis of response time for gender differences

4.5 6mA刺激強(qiáng)度不同反應(yīng)時(shí)間隔的差異

如表7所示，在6mA刺激強(qiáng)度下，500ms的反應(yīng)時(shí)間隔差異為0.068＞0.05，無顯著差異；在6mA刺激強(qiáng)度下，1000、1500ms的反應(yīng)時(shí)間隔差異均小于0.05，有顯著性差異。從前后測反應(yīng)時(shí)的平均值來看，刺激后的反應(yīng)時(shí)均較刺激前下降，表明6mA的電刺激可以提高神經(jīng)系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

表7 6mA不同刺激強(qiáng)度反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)差異分析Tab.7 Analysis of data differences in response timeof different stimulation i ntensities at 6 mA

4.6 8mA刺激強(qiáng)度不同反應(yīng)時(shí)間隔的差異

如表8所示，在8mA刺激強(qiáng)度下，500、1000和1500ms的反應(yīng)時(shí)間隔差異均小于0.05，有顯著性差異。從前后測反應(yīng)時(shí)的平均值來看，刺激后的反應(yīng)時(shí)均較刺激前上升。

表8 8mA不同刺激強(qiáng)度反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)差異分析Tab.8 Analysis of data differences in response time of different stimulation i ntensities at 8mA

5 結(jié) 論

使用30min極低頻對被試進(jìn)行刺激，通過分析刺激前后的反應(yīng)時(shí)差異和KSS主觀疲勞程度量表得分可以得到：頻率為100Hz、強(qiáng)度為6mA時(shí)，35名被試平均反應(yīng)速度變快且正確率提高，神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性有所提升，其中男性被試的前后測反應(yīng)時(shí)差異顯著；但相同頻率、強(qiáng)度為8mA時(shí)反應(yīng)速度減慢且相同頻率，強(qiáng)度為0mA時(shí)反應(yīng)速度變快，初步推測是由于這2種強(qiáng)度下被試均僅有5名，數(shù)量較少，存在誤差。

通過對2次選擇反應(yīng)時(shí)測試時(shí)間的反應(yīng)時(shí)和正確率做出統(tǒng)計(jì)性描述和差異性檢驗(yàn)后得出以下結(jié)論：頻率為100Hz電流刺激提高神經(jīng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)速度，使其在警覺度測試中反應(yīng)時(shí)間縮短，其中男性被試的前后測反應(yīng)時(shí)差異更顯著；實(shí)驗(yàn)中假刺激前后測在反應(yīng)時(shí)上無明顯差異；在KSS自評量表的統(tǒng)計(jì)中，刺激后的被試對覺醒程度的主觀感受明顯高于刺激前，且較基線水平有上升趨勢。