人体生理学论文
引言
疲劳是日常工作生活中的一种普遍现象，但是疲劳的概念却很复杂。疲劳涉及生理、心理等多方面的因素，是一个多维的概念，虽然至今还没有统一的疲劳定义，但仍有一些被大家所认可的描述及判定标准。简单来说，可以认为疲劳是由长时间的体力或脑力劳动所导致的作业绩效下降，主观上伴有倦怠感觉的一种状态。其中疲倦感是人的主观感受，而作业能力下降是其客观体现。
Nakagawa等[1]认为疲劳是人体一种不可或缺的生物警钟，它提醒人身体或大脑需要休息，从而避免由于过度工作和压力对身心造成不可挽回的损伤。疲劳是人体负反馈系统的一种正常响应，从这个角度讲，疲劳对人体是有利的。但是疲劳也会给工作生活带来很多不利，表现在：首先，疲劳会增加负性情绪，降低工作效率；其次，疲劳会分散注意力，引发各种事故；疲劳还会导致焦虑症、抑郁症等慢性疾病；长期处于疲劳状态还会危害生命安全。而随着现代社会的进步，人们工作压力的增大，疲劳现象越来越严重，疲劳已成为一个广泛的社会学问题。
疲劳的评价方法有很多种，主要分为主观评定法和客观评定法。主观评定法多采用问卷调查形式，通常做成规范化疲劳量表进行评定。客观评定法，又分为心理学、行为学指标评定法，生理学指标评定法及生化指标评定法。心理学、行为学指标评定法主要采用心理学测验和心理运动测验方法。用于疲劳检测的生理学指标主要有脑电信号、眼电信号、心电信号、肌电信号等。常用的生化指标有唾液、乳酸含量、氧合血红蛋白含量等（其中有些生化参数检测涉及侵入性技术，很多场合下不宜采用）。
疲劳可由长时间的大脑或肌肉活动引起。从这个方面考虑，Grandjean[2]将疲劳分为脑疲劳和体疲劳，并且认为体疲劳主要关注外部肌肉系统功能的下降，而脑疲劳主要关注脑部功能的下降和疲劳感觉。目前，分别针对体疲劳和脑疲劳单独进行的研究较多，而结合体脑疲劳的相关研究较少。但在很多实际生活与工作场合，体疲劳和脑疲劳是难以分开的。尤其在航空航天、道路交通、临床手术、人机交互等大量复杂的工作环境中，操作者的身心疲劳是由体力疲劳和脑力疲劳相互影响而共同导致的。
例如：在进行外科手术时需要体力和脑力同时付出，极易导致临床医师身体和大脑共同疲劳，这也增加了医疗事故的隐患[3].显然，分别孤立地研究体疲劳或脑疲劳而不涉及体脑疲劳的交互影响难以揭示疲劳的深刻科学本质，也不利于找到缓解疲劳、提高工作效率与生活质量的有效科学方法。体脑疲劳的交互影响不仅与外周肌肉系统有关，而且可能涉及中枢神经系统及相关的脑区基底神经节。这也是当前神经工程研究的前沿热点领域。因此，研究体脑疲劳的交互影响及神经机制不仅具有重要的科学意义，并且应用前景诱人。
本文从体脑疲劳的交互影响、诱发方法和检测参数等方面介绍了近几年的有关研究情况，并介绍了体脑疲劳交互影响机制研究的初步进展，归纳总结了目前存在的研究难点与未来可能的发展方向，以促进该领域研究的深入开展。
1体脑疲劳的交互影响
至今较多学者主要观察脑疲劳程度对体疲劳及其恢复的影响，以便在评价和设定工作任务时更好地综合考虑所需付出的脑力劳动、体力劳动及其负荷量等因素。
Mehta等[4-6]报告了额外的脑负荷对体力疲劳的影响，通过被试在进行体疲劳诱发任务实验时，加入额外的脑负荷任务，得到额外的脑负荷会减小肌肉收缩力、缩短肌力持续时间、增加疲劳感觉及延缓心率恢复过程、延长疲劳肌肉的恢复时间。
结果说明：额外的脑负荷会严重影响体疲劳及其恢复。该团队还报告了用不同等级的静态、动态体力负荷来诱发体力疲劳的情况下，脑负荷对体疲劳的影响。观察到中度体力负荷水平和静态力负荷情况下，脑负荷对体疲劳的影响较大，故建议在需要脑体结合劳动时应尽量减少静态力付出、经常改变姿势或提供体力休息。
Marcora等[7]研究了脑疲劳对体疲劳的影响，通过被试处于脑疲劳状态时，进行体力运动，观察到脑疲劳会导致体力运动持续时间的下降及体疲劳感觉增加。反之，关于体疲劳对脑疲劳影响的研究较少。
Lorist等[8]观察了体疲劳对大脑认知功能的影响，通过被试同时进行体力劳动和认知任务实验，观察到体疲劳会严重影响大脑认知任务的表现。
Mashi-ko等[9]分析了不同位置的橄榄球运动员参加比赛后体疲劳和脑疲劳的关系，通过量表评分和生化参数比较，发现不同位置的运动员体疲劳对脑疲劳的影响关系不同，因此有必要根据运动员的场地位置来制定其健康管理方案。总之，虽然目前尚缺乏全面系统深入的体疲劳与脑疲劳交互影响的研究，但根据已有的研究可初步认为两者是相互影响的[10].
2体脑疲劳的诱发
要通过实验方法研究体脑疲劳的交互影响，首先必须设计出可准确诱发体疲劳和脑疲劳的体力劳动和脑力认知任务实验方案；其次，需选取敏感可靠的疲劳评价指标，以便建立相应的疲劳模型来研究不同体脑疲劳模型的交互影响及其转换机制。这也是疲劳研究的首个难点。而且在疲劳实验的研究中，常以健康人作为被试，不能因实验对被试造成不可逆的心理和生理创伤。相对而言，在体力疲劳实验研究中，对体疲劳可能引发生理创伤的负荷极限较易掌握；而在脑力疲劳和体脑交互疲劳实验研究中，则难以把握脑疲劳所产生心理创伤的负荷极限。
因此，建立合理的脑疲劳模型显得格外重要。
常用的脑疲劳诱发方法有睡眠剥夺、模拟驾驶、连续用脑作业等。睡眠剥夺建立的脑疲劳特征比较明显，但睡眠剥夺为特定的疲劳状态，且睡眠与疲劳机制并不完全相同，故由睡眠剥夺建立的脑疲劳模型难以视为普适模型。模拟驾驶在驾驶疲劳的研究中应用比较广泛，所建立的脑疲劳模型也只能适用于特定环境下的疲劳状态。在研究由脑力认知任务导致脑疲劳的建模方法中，最常用的是连续用脑作业，即在一定量的脑力负荷下执行较长时间的脑力认知活动。连续用脑作业通常采用加法运算、N-back实 验[11-13]、精 神 运 动 警 觉 测 试 （psychomotorvigilance test,PVT）等方式进行诱发，持续时间一般为1~2h[14-15].连续作业由单一任务诱发脑疲劳，影响因素单一，故易于建立较简单明确的脑疲劳模型；但不同脑作业任务诱发的疲劳特征可能不同，其对应的脑疲劳模型也有差异。
体力疲劳通过给身体一定量的负荷来诱发，分为全身体力疲劳以及局部体力疲劳。全身疲劳可以采用功率自行车、长时间跑步等来诱发；局部体力疲劳一般通过局部肌肉重复进行自主收缩来诱发，采用最大自主收缩力（maximal voluntary contraction,MVC）来监测其负荷极限[16].
在体脑疲劳研究中，通常需要将体疲劳诱发方式与脑疲劳诱发方式相结合以产生体脑疲劳模式，即体脑疲劳需通过施加定量体力负荷和脑力负荷来诱发。如：
Mehta等[4-5]通过右臂在进行等长收缩时同时进行加法运算来诱发体脑疲劳；Lorist等[8]通过右手进行自主收缩力的同时进行听觉选择反应任务（choice reaction task,CRT）来研究体疲劳对大脑信息加工的影响；Marcora等[7]由长时间的AXcontinuous performance test（AX-CPT）任务诱发脑疲劳后，再进行功率自行车运动至体疲劳，研究脑疲劳对体疲劳的影响。由于影响体脑疲劳的因素较多、体脑交互疲劳诱发方式各异，故应根据不同研究目标与建模要求选择不同的体脑疲劳诱发方式。