健康成年人在实验室环境下暴露于10%二氧化碳（CO?）刺激时，下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的应激反应

CO?吸入挑战可有效诱发健康人群神经内分泌、自主神经及情绪反应，皮质醇57.3%受试者显著升高，男性响应更强，避孕药使用者反应更钝，心率和恐惧感同步上升。研究验证CO?范式作为实验室压力工具的可行性，但样本单一及缺乏对照组为局限。

　　
本研究由美国阿肯色大学心理学科学系的研究团队完成，聚焦于二氧化碳（CO?）吸入挑战作为实验室压力源的效度验证。该实验通过系统性分析健康成年人的神经内分泌、自主神经和情绪反应，旨在探讨CO?挑战在非临床样本中的适用性，并为压力研究提供新范式。

### 一、研究背景与理论框架
急性压力反应与多种身心疾病存在显著关联，但传统实验室压力范式（如社会评价性任务）存在两大局限：其一，范式设计偏向社会性压力源，可能无法全面覆盖个体面对的真实压力情境；其二，重复实验易出现反应钝化现象。CO?吸入挑战作为一种生理性压力源，其机制涉及中枢化学感受器激活、自主神经系统调节及情绪认知等多重通路。已有研究证实CO?浓度变化可触发交感神经兴奋和HPA轴激活（Zvolensky等，2001），但关于健康人群的长期皮质醇动态变化仍缺乏系统证据。

### 二、实验设计与实施
#### 1. 样本特征
研究纳入75名健康成人（男女比例46.7:53.3），平均年龄27.2岁。样本涵盖白人（70.3%）、亚裔（10.8%）等多元种族，其中女性使用激素避孕者占比55%。通过严谨的排除标准（包括呼吸系统疾病、近期用药及精神疾病史）确保实验组内压力反应的生态效度。

#### 2. 测量工具与流程
- **神经内分泌指标**：采用6次唾液采样（0、5、15、30、45、60分钟）检测皮质醇水平，通过ELISA双盲检测法消除误差。
- **自主神经指标**：实时监测心率变化，使用改良Lead II导联ECG。
- **情绪评估**：开发连续式恐惧量表（1-10分），结合情绪认知训练确保效度。

#### 3. 研究流程
参与者完成基线评估（情绪训练、生理监测）后，佩戴CPAP面罩进行5分钟10% CO?暴露。同步记录心率、恐惧评分及唾液样本，后续进行60分钟自然纪录片调节观察。整个流程严格遵循赫尔辛基宣言伦理规范。

### 三、核心研究发现
#### 1. 神经内分泌反应
- **皮质醇动态变化**：混合效应模型显示显著线性（β=0.006, p<0.001）和二次效应（β=-0.0001, p<0.001），提示皮质醇呈"爬升-平台-回落"曲线。峰值出现在30分钟时（平均增幅0.13 μg/dL），效应量达0.90（接近Meta分析标准值0.87-0.93）。
- **性别与避孕差异**：男性皮质醇增幅（0.18 μg/dL）显著高于自然周期女性（0.14 μg/dL）和激素避孕女性（0.09 μg/dL）。二次效应分析显示，激素使用者组线性与二次项斜率均显著低于其他两组（p<0.001）。
- **时间效应**：上午组皮质醇基线水平（β=-0.09, p<0.01）和反应斜率（β=0.007, p<0.001）均显著高于下午组，提示昼夜节律对压力应答的影响。

#### 2. 自主神经与情绪反应
- **心率变化**：心率在5分钟内从基线（68±12）升至峰值（82±15），二次模型解释方差达92%。男女心率增幅无显著差异（β=0.004, p=0.01）。
- **恐惧情绪**：主观恐惧评分呈显著线性增长（β=0.025, p<0.001），峰值出现在15-30分钟区间，与皮质醇曲线存在时间位移。女性恐惧评分波动幅度（SD=2.1）高于男性（SD=1.8），但未达统计显著水平。

#### 3. 响应率差异
采用0.054 μg/dL（效应量1.5 nmol/L）为阈值，65.3%参与者为皮质醇应答者。性别差异显著（男性82.8% vs 女性55.5%），激素使用者组应答率（45.5%）仅为自然周期女性的2/3。

### 四、理论贡献与实践启示
#### 1. 压力范式创新
验证了10% CO?暴露5分钟可作为新型实验室压力源，其优势包括：
- **生理特异性**：激活脑干-下丘脑-垂体轴，区别于社会评价型压力源
- **剂量可控性**：通过调节浓度（5-35%）和时长（1-5分钟）实现梯度刺激
- **跨文化普适性**：CO?浓度变化对化学感受器具有跨物种激活效应

#### 2. 性别差异机制
研究揭示了激素避孕对神经内分泌的调节作用：
- **生物学基础**：雌激素可能通过抑制HPA轴负反馈调节（Kirschbaum等，1993）
- **行为学表现**：激素使用者组皮质醇曲线斜率降低27%（β=-0.00007, p<0.001）
- **代偿机制**：部分女性通过增强自主神经调节（心率增幅无性别差异）维持整体应激平衡

#### 3. 时间效应启示
- **昼夜节律干扰**：上午组皮质醇基线升高可能与皮质醇昼夜节律峰值（晨间7-8时）相关
- **时间窗优化**：建议下午（14-18时）开展CO?挑战研究，减少基线变异

### 五、研究局限与改进方向
#### 1. 方法论局限
- **未设对照**：未包含生理对照（如空气吸入）和情绪对照（中性刺激）
- **单次暴露**：无法评估反应稳定性（重复暴露可能产生习惯化效应）
- **采样间隔**：15分钟间隔可能错过早期皮质醇峰值（研究显示30分钟达峰）

#### 2. 样本特征限制
- **年龄分布**：平均27.2岁，缺乏老年群体数据
- **种族偏差**：白人占比70.3%，未涵盖少数族裔
- **社会经济因素**：样本中45.3%为兼职，可能影响压力感知阈值

#### 3. 改进建议
- **范式升级**：开发"CO?暴露+中性任务"对照组，排除设备刺激干扰
- **纵向设计**：追踪3次重复暴露（间隔1月），观察习惯化曲线
- **多模态监测**：结合脑电图（EEG）和经颅磁刺激（TMS）验证神经机制

### 六、应用前景展望
1. **临床转化**：可用于焦虑症、恐慌症的前瞻性研究，特别是评估CO?敏感性与惊恐障碍亚型的关联
2. **药物研发**：作为新型皮质醇调节剂的效能验证平台
3. **健康评估**：开发标准化CO?暴露反应量表，用于压力耐受力筛查

本研究为实验室压力范式提供了重要补充，其揭示的性别差异和激素调节机制，为理解压力反应的个体差异提供了新视角。后续研究需结合神经影像（如fMRI）和分子生物学（如CRH基因多态性）进一步解析CO?暴露的神经内分泌通路特异性。