《Journal of Physiology》：Profound neuronal differences during exercise-induced hypoalgesia between athletes and non-athletes revealed by functional near-infrared spectroscopy
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這篇綜述利用功能近紅外光譜（fNIRS）技術，深入探討了高強度間歇訓練（HIIT）對耐力運動員與非運動員痛覺處理神經機制的差異。研究發現，運動員在HIIT期間后頂葉皮層（PPC）氧合血紅蛋白（oxyhaemoglobin）升高更顯著，且僅在運動員中觀察到HIIT后痛覺評分顯著降低，同時其前額葉皮層（PFC）等腦區活動下降。這些發現提示長期耐力訓練可能通過優化大腦氧合與神經效率，增強運動性痛覺減退（EIH）效應，為基于運動的個性化疼痛管理策略提供了重要神經依據。
引言背景
規律的身體活動是慢性疼痛治療的重要組成部分，其潛在機制之一是運動性痛覺減退（EIH），即運動后痛覺感知降低的現象。高強度間歇訓練（HIIT）作為一種能引起顯著生理代謝反應的運動模式，是研究EIH的有效手段。然而，EIH背后的神經機制，特別是在訓練有素與未經訓練的個體之間的差異，尚未被充分理解。功能磁共振成像（fMRI）因受試者需保持靜止而難以捕捉運動期間的瞬時效應，功能近紅外光譜（fNIRS）則為在運動期間連續監測腦活動提供了便利。本研究旨在利用fNIRS，比較高強度間歇訓練（HIIT）及痛覺刺激前后，耐力運動員與非運動員大腦活動的神經機制差異。
材料與方法
研究共納入22名耐力運動員（平均年齡33.3±10.8歲）和20名非運動員（平均年齡28.9±9.0歲）。所有參與者完成了為期兩天的測試。第一天進行心肺運動測試（CPX）以測定最大攝氧量（VO2max）和峰值功率輸出（PPO），用于個性化設計第二天的HIIT方案。第二天，在HIIT前后，對參與者的大魚際肌施加疼痛壓力刺激（運動員450 kPa，非運動員400 kPa，持續20秒，重復5次），并使用NIRSport-2 fNIRS系統同步監測大腦氧合水平。探針覆蓋了痛覺處理的關鍵腦區：前額葉皮層（PFC）、感覺運動皮層和后頂葉皮層（PPC）。數據分析采用線性混合效應（LME）模型，并計算了效應量（Cohen's d）。
研究結果
- 1.
人口學與生理數據：正如篩選標準所設定，運動員在所有耐力指標（如更高的VO2max、PPO）上都顯著優于非運動員。但在HIIT期間，兩組都達到了相近的相對強度（第三間歇末均達到約94%的VO2max），確保了運動負荷的可比性。心理測量問卷顯示，運動員在抑郁、焦慮評分上低于非運動員，而在本體感覺和盡責性上高于非運動員，但這些因素與EIH程度無顯著相關性。
- 2.
HIIT期間的腦氧合水平：假設I部分證實，在HIIT期間，兩組受試者的PFC氧合血紅蛋白均呈現穩步上升。運動員在PPC區域的氧合血紅蛋白曲線下面積（AUC）顯著高于非運動員。而在PFC和感覺運動區，兩組間無顯著差異。
- 3.
運動性痛覺減退的行為與神經表現：
- •
痛覺評分（假設IIa）：分析發現，運動條件（HIIT前vs后）對痛覺感知的影響在運動員與非運動員之間存在顯著差異。事后檢驗顯示，運動員在HIIT后自我報告的痛覺評分顯著降低，而非運動員組則無顯著變化。
- •
痛覺刺激期間的腦氧合水平（假設IIb）：組別、腦區和條件之間存在顯著的三重交互作用。事后比較顯示，運動員在HIIT后，所有三個腦區（PFC、感覺運動區、PPC）的氧合血紅蛋白水平均顯著下降。而非運動員僅在感覺運動區表現出顯著下降，在PPC無顯著變化，在PFC甚至出現顯著上升。
- 4.
相關性分析（假設III）：經過錯誤發現率（FDR）校正后，研究發現PFC氧合血紅蛋白的變化（HIIT后 vs HIIT前）與痛覺評分的變化呈顯著正相關，即痛覺降低越多，PFC活動下降也越多。事后分析表明，這種關聯主要由運動員組驅動，在非運動員組中不顯著。此外，感覺運動區在HIIT期間的氧合血紅蛋白AUC與VO2max呈正相關趨勢，與通氣當量（V?E/V?CO2, V?E/V?O2）呈負相關趨勢，但這些相關性在經過多重比較校正后未保持顯著。
討論與結論
本研究的發現為理解EIH的神經機制提供了新見解。首先，HIIT期間，運動員在PPC表現出更強的氧合血紅蛋白增加，這可能反映了長期耐力訓練帶來的腦血管適應性變化（如微血管化增強、氧輸送效率提高）和該腦區在注意力、身體意識處理中更強的神經募集。其次，僅在運動員中觀察到的、行為上顯著的EIH，與其在痛覺刺激期間多個腦區（特別是PFC）神經活動的廣泛降低相吻合。這表明運動員可能通過HIIT將基線神經活動提升至較高水平，從而限制了痛覺相關信號傳入時的額外激活空間，降低了痛覺信號的顯著性。而非運動員PFC活動的反向增加，可能提示其痛覺調制效率較低，或需要更多的認知資源來處理痛覺。最后，運動員中PFC活動降低與痛覺減輕的相關性，進一步強調了前額葉在痛覺自上而下調制中的核心作用。這些結果凸顯了HIIT作為運動員針對性疼痛管理策略的潛力，同時也指出需要對非運動員群體設計更具個體化的運動處方。未來的研究可探索不同運動模式、強度及人群（如慢性疼痛患者）的EIH神經特征，以推動運動鎮痛在臨床中的精準應用。
