七、讨 论
本研究证明了间歇性低氧训练可减轻高原反应，促进低氧习服。并且间歇性低氧训练可以减轻急性低氧暴露后的焦虑抑郁情绪，并改善急性低氧暴露后认知功能的下降。此外，间歇性低氧训练后还可增加急性低氧暴露后的脑血流，减轻脑体积的增加。这些结果揭示了间歇性低氧训练通过提高机体耐缺氧的能力，增加重要脑区的血流灌注，改善低氧引起的睡眠障碍，促进体内BDNF的表达以及减轻高原低氧下脑白质体积的增加等机制，促进了高原习服及急性低氧暴露后认知功能的改善。
以前，间歇性低氧训练主要是应用在运动医学方面，结果表明该方法可以提高运动员的有氧耐力及运动成绩。以往的几项研究报道，经过数天的间歇性低氧训练后可以增加100m游泳速度以及改善峰值力量，并且可以提高长跑运动员的耐力（最大氧摄取量增加了5%，力量枯竭时间延长了35%）。以上列举的研究中一个明显的发现就是间歇性低氧训练的额外获益看起来与糖分解潜能的上调和增加的无氧能力有关。在我们的研究中，采用低氧耐力测试对间歇性低氧训练后的耐低氧能力进行评估，发现低氧训练第10天的平均SPO2高于第1天的平均SPO2，在间歇性低氧训练前后进行的低氧耐力测试提示经过10天的低氧训练受试者的耐低氧能力是明显改善的。
我们对受试者每日的训练数据包括心率、SPO2、吸入氧浓度等参数行了数据分析。以低氧区间耐氧能力指标，即在低氧训练5 min内受试者SPO2第1次下降到85%的时间（未下降到85%的以300 s计算）作为评价患者训练结果的指标，并取低氧区间耐氧能力指标频数分布的第20百分位数作为此日训练结果，结果提示18位受试者平均耐低氧能力有所提升，并且第10日低氧区间耐氧能力指标与训练后低氧耐力测试、高原低氧睡眠深睡时间、深睡比例和夜间平均血氧饱和度都具有一定相关性。此结果说明由平原训练数据实时获得的第10日低氧区间耐氧能力指标可以较好评价受试者的耐氧水平，可以对受试者上高原后是否发生高原反应进行有效的预测。David A.等通过闭环软件设计（MediTrain）对受试者进行6周的呼吸冥想训练，根据受试者自我观察并汇报注意力的集中程度，软件运用阶梯样算法调整下一次实验的难度，如此不断进行反馈以指导训练。结果发现该方法可以明显提高受试者的注意力和工作记忆，可以增加额叶θ波的一致性，并减少顶叶P3b的潜伏期。我们对受试者进行低氧训练时，也类似于上述设计将目标SPO2设定在80%，当受试者SPO2下降到80%以下时，会自动上调吸入氧气的浓度，类似于负反馈效应。这样既可以保证受试者达到训练效果，又可以充分保护受试者不至于因SPO2下降过低而产生不利后果。因此，基于不同的个体间耐低氧能力的差异性，这种负反馈设计可能有助于提高低氧训练的效果。
高原低氧可影响人的睡眠，海拔高度的急性上升会引起睡眠紊乱，可引起觉醒次数增多，交感神经兴奋，阻塞性睡眠呼吸暂停、SPO2下降等。在本次实验研究中采用床垫式生理信息监测分析系统进行持续的整夜睡眠监测，对受试者高原低氧前后睡眠状态进行评估。结果发现高原低氧环境对对照组影响较大，睡眠质量明显下降。夜间持续睡眠监测显示间歇性低氧训练组的深睡时间、深睡比例优于对照组，并且间歇性低氧训练组的夜间睡眠平均SPO2高于对照组，夜间平均心率亦低于对照组，这些结果提示间歇性低氧训练可以有效改善低氧引起的睡眠障碍。Juli E等也研究了间歇性低氧训练对于高原低氧睡眠的改善作用，却发现间歇性低氧训练并没有改善高原暴露后的睡眠质量。这可能与间歇性低氧训练方案不同有关，并且Juli E等是在间歇性低氧训练后3天进行的高原低氧睡眠。经过3天是否已经去习服，对实验结果是否造成影响尚不明确。
在高原低氧环境下，CBF的增加对于维持脑的血氧供应是一个重要的代偿机制。刘文佳等研究显示受试者全脑CBF在上高原第1天是明显增加的，在第5天CBF有所下降，回到平原后CBF进一步下降。Marjorie Villien等发现采用经颅多普勒检测（TCD）在高原暴露5天CBF是增加的，高原暴露6天后返回平原6小时内应用MRI检测CBF仍旧是增加的。不同于上述研究结果，我们的研究显示在高原低氧暴露10小时后，对照组大脑灰质、白质的血流较平原无明显差异。此次研究中受试者进行了10小时的低氧暴露，并在出低氧舱半小时后进行CBF检测，我们考虑出现不同结果的原因可能与复氧或者低氧暴露时间较短有关。但是我们发现对照组CBF的逐体素对比结果提示高原低氧暴露后双侧颞叶、额叶、小脑、基底节区局部区域CBF是下降的，而间歇性低氧训练组在急性高原低氧暴露后CBF下降区域明显小于对照组，右侧小脑半球及蚓部、右侧海马、丘脑、额顶叶白质明显血流增多。以往的研究在进行CBF对比时往往采用的是全脑或者皮质白质CBF总量的对比，但是不同的脑区对于低氧的反应可能并不相同，CBF的逐体素对比可能更有助于发现CBF更为细微的变化。这些结果提示在高原低氧环境下一定的脑区会出现局部的CBF下降，继而影响相应的脑功能，经过10天的间歇性低氧训练后CBF下降的区域明显缩小，这对维持正常的脑功能无疑具有重要意义。
CBF感兴趣区（ROI）分析结果显示，间歇性低氧训练组高原低氧暴露后大脑白质CBF下降，而半卵圆中心、丘脑及小脑CBF却是增加的。而对照组高原低氧暴露后大脑皮质、大脑白质、半卵圆中心、丘脑、小脑和胼胝体CBF均无明显变化。Samuel Verges等发现高原低氧暴露后白质体积增加更为明显，脑白质可能对于血管源性水肿更敏感，因为脑白质密度相对皮质密度较低，对于液体的侵袭抵抗力低，白质体积增加和ADC值升高也提示白质细胞外的水增加。间歇性低氧训练组高原低氧暴露后大脑白质CBF的下降可以有效缓解脑白质体积的增加，缓解颅内压的增高。半卵圆中心为大脑半球中心的白质区，主要由胼胝体的辐射纤维和经内囊的投射纤维组成，丘脑是最重要的感觉传导接替站，而小脑主要负责机体的协调运动与平衡，在高原低氧环境下，维持这3个部位的血液供应无疑对适应低氧具有重要意义，而此项研究显示间歇性低氧训练可以使高原低氧暴露后半卵圆中心、丘脑、小脑的CBF均增加。核磁共振ASL序列测量的是CBF的绝对值，并且反映的是脑组织微循环的血流。以上结果表明通过间歇性低氧训练可明显改善低氧环境下重要脑区的灌注，这对于维持人的认知、感觉、运动、平衡协调功能，更好地适应低氧具有重要意义。VEGF是非常重要的低氧诱导的血管生成因子，具有神经保护作用。它作用于血管内皮生长因子受体2（VEGFR-2），该受体在血管内皮细胞和神经元表达，通过MAPK/ERK和PI3K/Akt信号通路产生神经保护作用，也可以抑制促凋亡因子的产生。研究表明间歇性低氧训练可以促进机体VEGF的表达，增加组织毛细血管密度，改善组织的灌注。因此我们考虑间歇性低氧训练明显改善高原低氧暴露后CBF可能与其促进机体表达VEGF有关。(https://www.daowen.com)
高原环境恶劣，对人的认知功能可造成严重影响，比如知觉、记忆、反应和注意力等。由于大脑知觉加工的容量有限，人们不得不对比较重要的信息优先加工，因此选择性注意是人非常重要的高级认知功能。注意网络的功能异常使得难以将注意分配到最为重要的事情中去，造成作业效率下降。注意网络作为一个特别的系统在脑内有其特定的解剖区域和生化机制，主要分为三个注意力成分，即警觉、定向和执行控制。警觉（alerting）指维持警觉状态，是注意独立成分也是各种认知加工的基础；定向（orienting）是指从传入的感觉中，按照空间分布信息进行选择加工的过程；执行控制（executive control）指对认知操作进行协调控制和解决反应冲突的能力。在经典的注意网络测验中，根据是否出现线索来检测警觉的水平，根据线索出现的位置（中心或偏向一侧）来检测定向的水平，而通过flanker任务的一致和不一致条件来检测执行系统的水平。以往已有多项研究应用注意网络测试（ANT）对不同人群的注意网络进行了测试。Katherine等应用ANT软件对注意力缺陷多动症（ADHD）的儿童进行检测，发现这些儿童的执行控制能力和警觉性受到了损害，而定向力没有受到影响。Fumiharugo等对于伴有或者不伴有抑郁症的慢性疲劳综合征患者进行ANT检测，结果发现这类患者对于刺激的反应时间是明显延长的，尤其是在复杂任务条件下。目前应用ANT范式对于高原低氧暴露人群进行注意网络检测的研究还鲜有报道。我们的研究发现，在急性高原低氧暴露10小时前后对照组和间歇性低氧训练组高原低氧暴露前后的警觉、定向和执行控制作用无明显改变。有研究发现急性暴露于常压低氧模拟海拔4500m、24 h后，受试者的注意力、视觉、工作记忆和执行功能显著减退，睡眠效率明显低下。Caldwell等研究发现，高原低氧急性暴露0.5 h后大脑皮层缺氧影响了反应时间，但未影响复杂认知能力。总之，目前大多数研究认为急性高原低氧暴露认知损害的海拔高度在3000m以上，且认知功能损害以注意力、执行力及记忆力减退为主，低氧暴露时间越长认知功能损害越严重。我们的研究中高原低氧暴露持续时间为10 h，受试者的注意网络尚未受到明显影响，可能与暴露时间较短有关。
大脑对冲突情境的解决依赖于有效的认知控制能力，在认知控制水平较高时能够有效解决冲突情境带来的干扰。对冲突的解决是认知控制的一个重要方面。ERP的诱发对于Stroop-Simon范式是非常敏感的。即使是健康的老年人，其执行控制功能也是下降的。在Stroop任务中，与青年人相比老年人的反应时间更慢，Stroop效应和Simon效应更大。不同的冲突任务都包含一个一致条件和一个不一致条件，通常发现不一致同条件下的反应时和正确率要显著差于一致条件下的成绩，受试者需要付出更大的努力来克服不一致条件所产生的干扰。
在此次研究中采用经典的Stroop-Simon范式采集受试者完成冲突任务时的脑电信号。ERP的N200成分是在刺激开始后200～300ms出现的一个负向波，目前认为是在进行认知控制时所必须的，主要包括抑制控制和干扰抑制两个方面，它是冲突性任务解决的特征性成分，负责错误与正确反应的察觉和监测。在一项研究中老年人较青年人在Stroop任务中表现出更长的N200潜伏期。在此次研究中FCz电极记录到的N200成分对照组和间歇性低氧训练组均未发现高原低氧暴露前后存在差异，这说明10 h的高原低氧并未影响到前额叶的冲突察觉和监测能力。此次研究中所有受试者在FCz和Pz电极均诱发出了ERP晚期成分（LP，550～650 ms）。LP同样是一个认知控制成分，它反映了高级别的认知过程，其意义在于更好地对刺激进行评估以及反应决策的过程。我们的研究发现，Pz电极记录到的LP存在明显的干预主效应，对照组在高原低氧暴露后出现了明显的LP下降，而间歇性低氧训练组则无明显变化。间歇性低氧训练组LP的波幅维持在较高的水平，表明有更多的注意力资源分配到冲突处理过程中，其中主要包括处理冲突的动力和情绪，这提示经过间歇性低氧训练的受试者在高原低氧暴露时可以有更加充足的动力和高涨的情绪参与冲突的解决。
工作记忆能力是完成很多任务过程中必须具备的能力，它是将任务相关的信息存储并保持在短时记忆中，进而在没有外界线索的情况下指导行为的完成。N-back任务是测量工作记忆的重要工具之一，有很多不同的形式，最常用的是一致性判断任务。比如给被试顺序呈现一系列的字母，要求判断当前的字母和前一个（1-Back）/前两个（2-Back）/前n个（n-Back）是否相同。N是决定工作记忆负荷的变量，一般最高取值为3。N-back可以考察工作记忆的刷新和记忆负荷过程中的注意加工机制。工作记忆任务的二次完成会带来明显的练习作用，即再次完成任务时的反应会变好，因此我们在数据分析时着重去除了练习效应对实验结果的影响。在此次研究中，对照组在0-back测试中出现了准确率的明显下降，而间歇性低氧训练组则在高原低氧暴露前后无明显变化，N-back（n=3）和0-back错误率之间的差异方面对照组在高原低氧暴露后没有明显的变化，而间歇性低氧训练组的错误率明显下降。这些结果提示间歇性低氧可以改善高原低氧环境下的工作记忆能力，减少错误的发生。
多项研究发现，缺氧时的脑电图表现为β波减少，δ、θ波增加，δ、θ波频带能量值相对增高，正常的α波节律消失，这可能与大脑神经元代谢降低、神经纤维传导速度变慢、神经元退化变性和缺失有关。脑电delta波主要在机体疲乏睡眠时出现。脑电静息态结果显示，在急性高原低氧暴露前后对照组与疲劳关联密切的delta波的能量表现出明显差异，这种现象在间歇性低氧训练组却不明显，说明间歇性低氧训练可以明显改善低氧导致的疲劳。
本研究运用多种检测手段证明了间歇性低氧训练可提高机体耐缺氧的能力，有效地减轻急性高原病的症状和脑认知功能，使机体更好地适应低氧环境。通过间歇性低氧训练数据分析发现，第10日耐氧能力指标可以很好地反映间歇性低氧训练效果，可以作为一个预测指标来评估机体对于高原习服的能力。间歇性低氧训练的优势在于短时间内将机体暴露于低氧，可以避免一些不利的后果，比如高原反应、脑水肿及肺水肿等，并且可以节省时间及花费，同时又可以有效地提高机体耐缺氧的能力，因此在高原习服方面该方法可以作为一种非常有价值的预防手段进行推广。