认知疲劳状态下短暂呼吸练习对主观幸福感与膈肌功能的影响：一项随机交叉设计研究

《Stress and Health》：Effects of Brief Breathwork Under a State of Cognitive Fatigue on Subjective Well-Being and Diaphragm Function: A Randomized Crossover Design

　　

既往研究已证实呼吸练习（breathwork）对静息状态下个体的心理与身体健康具有有效性。然而，尚无研究探讨在精神疲劳（mental fatigue）状态下呼吸练习的作用。本研究旨在考察通过认知任务诱导精神疲劳后，进行呼吸练习对主要自报结局指标（包括正性情感、负性情感及自报压力指数）的急性效应，以及对次要生理结局指标（包括膈肌功能及压力相关生理反应）的影响。本研究采用随机交叉设计（randomized crossover design）。二十名健康大学生自愿参与本研究。每名受试者在完成颜色-词汇Stroop任务（Colour-Word Stroop Task, CWST）后，以随机顺序在间隔至少一周的两天内分别进行20分钟呼吸练习和对照（安静卧床休息）条件。受试者在基线、CWST前、CWST后及干预后分别完成正性情感与负性情感及压力指数的自报问卷，并接受膈肌功能超声评估、唾液皮质醇（cortisol）与免疫球蛋白A（Immunoglobulin-A, IgA）采集以及心率变异性（heart rate variability, HRV）评估。结果显示，与对照条件相比，呼吸练习条件在干预后的正性情感显著更高（p = 0.021）。在呼吸练习条件下，右侧半膈肌移动度（right hemidiaphragm excursion）及左侧半膈肌吸气末厚度（left hemidiaphragm thickness at end-inspiration）自CWST后至干预后显著增加。与对照条件相比，呼吸练习条件即使在精神疲劳状态下也能改善正性情感及膈肌功能。这些研究结果表明，呼吸练习可能作为一种简单、易行且实用的策略，在压力环境中增强主观幸福感并改善膈肌功能，且不受精神疲劳状态的影响。

一、研究背景与问题提出

幸福感（well-being）已被广泛视为衡量个人与社会健康的多维指标，涵盖身体、心理及社会层面。政府与国际组织已将幸福感纳入政策框架与可持续发展议程，反映出心理困扰与心理健康问题对生产力下降及医疗成本上升等社会挑战的显著影响。全球范围内身体、心理与社会压力的增加进一步加剧了心理健康问题及生活满意度下降的趋势。在此背景下，寻找有效干预措施以减轻压力并增强心理韧性已成为重要的公共卫生优先事项。

呼吸练习（breathwork）作为一种压力管理策略日益受到关注，其生理与心理效应与自主神经调节密切相关。在身体与心理压力下，常观察到呼吸模式改变，如浅快呼吸或胸式主导呼吸，反映交感神经激活增强及副交感神经张力降低。若此类功能失调模式持续存在，可能减少呼吸过程中膈肌的参与，损害呼吸效率，并使辅助呼吸肌负荷过重，进而导致腰背痛与颈痛等肌肉骨骼问题。因此，恢复最佳呼吸模式对促进个体幸福感具有重要意义。

既往研究已在静息状态下证实呼吸练习对健康个体的心理与生理益处。心理层面，呼吸练习与情绪幸福感改善相关，包括增加正性情感、减少负性情感及焦虑。生理层面，呼吸练习可降低呼吸频率、减少唾液皮质醇水平并增加心率变异性（HRV），提示自主神经调节改善。此外，呼吸练习还可能影响膈肌呼吸力学，膈肌移动度与厚度可作为呼吸练习中膈肌参与的探索性指标。

然而，现有研究大多在静息条件下评估呼吸练习效果，尚无研究探讨其在精神疲劳（mental fatigue）状态下的作用。精神疲劳是长时间从事认知与注意需求任务后产生的心理生理状态，其特征为执行与注意网络效率降低、警觉性下降、反应时变慢及动机减弱。在现实情境中，个体常在经历工作、学习或运动相关持续认知压力后寻求放松与恢复技术。因此，考察精神疲劳状态下呼吸练习的效应，可为评估其在日常生活中恢复认知与情绪功能的实用价值提供重要见解。

二、研究设计与主要结论

研究人员开展了一项单盲、双臂随机交叉设计（randomized crossover design）研究，旨在考察单次20分钟呼吸练习对正性情感、负性情感及自报压力的急性效应，并探索膈肌功能与自主神经反应的变化。二十名健康大学生（男女各10名；年龄20.8 ± 1.3岁）自愿参与。每名受试者在间隔至少7天（平均8.7 ± 2.7天）的两天内，以随机顺序完成呼吸练习与对照（安静卧床休息）两种条件。受试者首先进行30分钟颜色-词汇Stroop任务（CWST）以诱导精神疲劳，随后进行20分钟干预。

研究主要发现为：呼吸练习条件在干预后的正性情感显著高于对照条件（p = 0.021）；右侧半膈肌移动度及左侧半膈肌吸气末厚度自CWST后至干预后显著增加。这些结果表明，即使在精神疲劳状态下，呼吸练习仍能改善正性情感与膈肌功能，提示其可作为压力环境中增强主观幸福感的简单、易行且实用的策略。

三、关键技术方法

研究人员采用了以下主要技术方法：

1. 1.
   颜色-词汇Stroop任务（CWST）：通过SuperLab软件编程，进行30分钟认知负荷任务以诱导精神疲劳，任务包含一致与不一致词汇各50%随机呈现。
2. 2.
   呼吸练习干预：采用循环呼气膈肌呼吸方案，包含仰卧位与坐位两个10分钟阶段，呼吸周期为5秒鼻吸、10秒口呼、5秒屏气，呼吸频率约3-6次/分钟，吸呼比1:2，通过听觉节拍器引导并采用压电呼吸传感器监测呼吸频率。
3. 3.
   正性情感与负性情感评估：采用日本版积极消极情感量表（PANAS），6点Likert量表，各分量表10个项目。
4. 4.
   视觉模拟量表（VAS）：评估精神疲劳状态、CWST专注能力及动机。
5. 5.
   膈肌超声评估：采用B型超声评估膈肌厚度，M型超声评估右侧膈肌移动度。
6. 6.
   心率与心率变异性（HRV）测量：使用无线心率传感器连续记录，计算RMSSD作为时域HRV指标。
7. 7.
   唾液采集与分析：采用唾液压力标记物分析仪测量皮质醇与免疫球蛋白A（IgA）浓度。

四、研究结果

CWST期间认知与生理反应变化

在CWST期间，一致刺激词反应准确率、RMSSD及呼吸频率随时间显著下降，而心率显著增加。这些变化反映认知表现下降、副交感调节减弱及交感神经活动增强，表明精神疲劳随CWST进行而累积。

呼吸练习对主要结局指标的影响

正性情感存在显著的时间×条件交互作用（p = 0.020）。呼吸练习条件中，正性情感自CWST前至CWST后显著下降（p = 0.027），而CWST后至干预后无显著变化。对照条件中，正性情感自CWST前至CWST后（p = 0.016）及自CWST前至干预后（p = 0.001）均显著下降，而CWST后至干预后无显著变化。干预后，呼吸练习条件的正性情感显著高于对照条件（p = 0.021）。精神疲劳、专注能力及动机均存在显著的时间主效应，且专注能力与动机存在显著的条件主效应。

呼吸练习对次要结局指标的影响

左侧半膈肌吸气末厚度（p = 0.014）及右侧半膈肌移动度（p < 0.001）存在显著交互作用。呼吸练习条件中，右侧半膈肌移动度（p = 0.003）及左侧半膈肌吸气末厚度（p = 0.033）自CWST后至干预后显著增加，而对照条件无显著变化。干预后，右侧半膈肌移动度在条件间存在显著差异（p = 0.004）。皮质醇、心率及RMSSD存在显著的时间主效应，但条件间无显著差异。

五、讨论与结论

本研究发现，呼吸练习条件在干预后表现出更高的正性情感，且右侧半膈肌移动度与左侧半膈肌吸气末厚度自干预前至干预后显著增加，与对照条件相比具有显著差异。这些结果提示，呼吸练习在认知诱导精神疲劳条件下可产生选择性急性效应，主要改善正性情感并促进短期呼吸适应。

关于正性情感的发现与既往研究部分一致。既往研究表明，短时呼吸练习可显著增加自报放松感，多会话或长时程干预亦可增加正性情感。本研究进一步表明，即使单次简短呼吸练习也可能提供心理益处，凸显其作为简单且省时干预措施的潜力。然而，本研究未检测到条件内改善，提示呼吸练习的效应可能较既往研究更为微妙。干预后条件间正性情感的显著差异提示，呼吸练习可能通过调节自主神经活动或呼吸功能，比被动休息更有效地促进恢复过程。值得注意的是，正性情感的条件间差异并未伴随生理压力标记物的显著变化，这与既往研究关于心理状态改善不一定伴随生理反应变化的发现一致。

关于膈肌功能的发现与既往研究一致。既往研究表明，呼吸练习联合矫正运动可增加膈肌移动度，高强度吸气肌训练可增加健康个体吸气末膈肌厚度。本研究提供了新证据，表明单次呼吸练习即可对健康大学生的膈肌功能产生有益影响。其潜在生理机制可能为：呼吸练习中有意识呼吸较自发呼吸产生更大的膈肌垂直运动，促进更强收缩与肌纤维更大延伸，从而增加吸气末膈肌厚度并增强膈肌灵活性。膈肌在呼吸、姿势控制及脊柱稳定性中具有多重功能，且膈肌功能与情绪调节、压力韧性及主观幸福感相关联。因此，呼吸练习可能通过改善膈肌功能同时促进身体与心理健康。

本研究未观察到右侧膈肌厚度的变化，可能归因于右侧半膈肌的功能优势，其通常更强且不易发生功能障碍。既往研究表明，当膈肌失衡或功能受损时，左侧半膈肌更易受影响。

研究结论为：即使在认知诱导精神疲劳状态下，单次20分钟呼吸练习仍可改善正性情感与膈肌功能，与对照条件相比具有显著差异。呼吸练习可作为压力环境中增强主观幸福感的简单、易行且实用的策略。未来研究需采用更长时程干预以阐明其对主观幸福感的临床意义效应。