有氧運動預防中老年人認知功能減退的研究概況

李淑珍，鐘錦然，丁政，鄭國華

隨著我國社會經濟的發展，人口壽命逐年延長，老齡人口比例逐年升高。據統計，目前我國老年人占全國總人口的13.26%左右[1]，表明我國已進入老年化國家。而人體在衰老過程中產生的認知功能減退會影響老年人的生活質量，嚴重時甚至會影響其日常生活[2]，將會給社會與家庭帶來嚴重的經濟負擔，有效預防老年人的認知功能減退已成為人口老年化社會的戰略之一[3]。

有氧運動亦稱有氧代謝運動或耐力訓練,是指人體在運動過程中攝入的氧氣與身體所需要的氧氣大體相當，并且運動強度低、持續時間長、有一定節奏，具有運動強度低、方便易行等特點[4]。已有研究表明，無論是低強度還是高強度運動均能有效預防認知功能減退[3]，散步也對認知功能具有保護作用[5]。認知是大腦對外界事物的全面感知，認知功能是大腦執行高級活動的功能，包括感知覺、注意、記憶、言語、思維、意識及情緒等[6]，執行功能、記憶力與注意力是認知功能的集中體現。近年來，越來越多的中老年人選擇有氧運動作為日常的鍛煉方式。許多基礎實驗證明運動在改善認知功能方面具有一定的生理機制基礎，同時大量的臨床研究表明有氧運動能改善中老年人的整體認知功能[7-8]、執行功能[9]、記憶功能[10-11]、注意功能[12-13]，并增大海馬體積[14]，表明有氧運動對中老年人的認知功能減退具有預防作用。

1 運動改善認知功能的機制

運動改善認知功能的潛在機制主要通過影響神經系統的功能來實現。通過增加大腦區域的活動[15]，提高突觸可塑性、促進神經和血管的生成以及提高大腦神經營養因子(Brain-Derived Neurotrophic Factor,BDNF)和生長因子的有效性來改善認知功能[16-17]，且與海馬神經發生增強有關[18]。

腦老化是大腦組織的結構、形態等隨著年紀增長而出現衰退老化的現象，并伴隨著一定的大腦高級功能障礙，而認知功能衰退是腦老化的伴隨癥狀。腦的增齡性萎縮在形態上主要表現為腦回變窄、腦溝加寬、腦重量減輕[19]。而有研究表明，運動能夠增大額葉、枕葉、內嗅和海馬區域的體積。

Erickson等[14]對299名平均年齡為78歲的正常老年人進行體育活動測評研究灰質體積、體育活動與認知功能損害之間的關系，研究結果顯示，體育活動越多，受試者額葉、枕葉、內嗅和海馬區域的體積更大，灰質體積更大的體育活動者出現認知損害的風險更低。Tseng等[20]的研究中，MRI結果表明長期的有氧運動可能減弱與視空間功能和運動控制相關區域的大腦組織流失，且有利于執行功能的改善。Makizako等[21]以91名社區MCI老年人作為試驗對象，發現6min步行試驗的表現與記憶功能呈正相關。Colcombe等[22]將60～79歲的社區志愿者隨機分配到有氧運動組和拉伸運動對照組。研究結果顯示，6個月的有氧運動訓練顯著增大了受試者的腦體積且灰質和白質區域都顯著增大。Erickson等[23]通過對120名老年人進行隨機對照試驗，發現持續的中等強度有氧運動能增大前海馬體積，從而達到增強空間記憶功能的作用。Ten Brinke等[24]研究發現每周2次持續6個月的有氧運動對左側、右側以及全部海馬體積具有顯著增大作用。

突觸是認知的細胞和分子基礎，突觸效應增強是認知形成的基礎。O'Callaghan等[25]發現，經過2周跑步機訓練能促進SD大鼠齒狀回顆粒細胞下層和內外顆粒細胞層顆粒細胞樹突的生長，使其結構更復雜。海馬神經發生與認知功能關系密切，神經發生增強能提高學習記憶功能，減弱則伴認知功能下降。如前研究所述，運動能夠促進海馬神經的發生，改善認知功能。Swain等[26]的研究證明成年鼠和老年鼠通過跑步鍛煉能夠促進大腦脈管系統中新血管的生成。Pereira等[27]對參加3個月有氧運動訓練的受試者進行MRI掃描發現，其海馬齒狀回血流量明顯增加。

2 有氧運動與中老年人的整體認知功能

有氧運動對中老年人整體認知功能的評估通常采用量表評估，包括簡易精神狀態量表(Minimum Mental State Examination,MMSE)和蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)、Mattis癡呆評定量表(Mattis Dementia Rating Scale,Mattis DRS)、阿爾茲海默癥評估量表認知分量表(Alzheimer's Disease Assessment Scale-Cognitive subscale,ADAS-Cog)以及臨床癡呆量表(Clinical Dementia Rating,CDR)等。孫福立等[28]的研究綜合分析了橫向和縱向方法五項認知測驗實驗研究，結果表明氣功鍛練對中老年人有提高認知作業速度的作用。

Chan等[29]通過140名56歲以上的成年人研究運動習慣(參加心身運動、促進心血管功能運動、兩種運動結合以及無規律運動)與認知功能的相關性，研究發現單獨進行心身運動和促進心血管功能運動的整體認知功能相當，其Mattis DRS分數顯著優于無規律運動者。張楠楠等[30]通過研究參加太極拳鍛煉半年以上者和無體育鍛煉中老年人采用電腦多功能心理和注意力集中能力測定儀發現，鍛煉組的平均反應時間、注意力、協調技能、記憶力和表象能力均優于對照組，且長時間鍛煉者優于鍛煉時間較短者。Cancela等[7]將62名老年女性隨機分為水上運動加高強度力量訓練組和水上運動加柔軟體操訓練組，經過每周5次連續5個月的訓練，結果顯示2組的MMSE得分均顯著提高。Mortimer等[8]對120名老年人進行隨機對照試驗發現持續40周的太極拳運動使老年人的Mattis DRS分數顯著提高。

3 有氧運動與中老年人的執行功能

執行功能是指產生和調節行為的神經處理過程，包括選擇性注意、形成計劃、工作記憶、解決問題以及思維的靈活性[31]。常見的測試包括畫鐘試驗(Clock Drawing Test，CDT)、斯特魯普測驗(Stroop Test)、言語流暢性測試、連線測試(Trail Making Test，TMT)以及符號數字替換測試(Symbol Digit Substitution Test，SDST)。

Prakash等[32]比較研究參加瑜伽冥想運動者和無冥想者，發現10年以上的瑜伽鍛煉者在Stroop測試、連線測試以及字母刪除試驗的結果顯著優于對照組。此外，Tseng等[33]對進行耐力運動15年以上的老年人和久坐老年人做研究，結果顯示長時間運動的人群的執行功能、視空間能力以及工作記憶能力更好。Kara等[34]對45名老年女性進行4個月的有氧運動訓練，通過Stroop測試顯示有氧運動對執行功能有明顯改善作用。Bakken等[35]將15名老年人隨機分為對照組和運動組，通過為期8周的鍛煉，結果顯示運動組在手指運動追蹤試驗中表現明顯優于對照組。Lavretsky等[36]發現持續參與10周、每周1次、每次2h的太極拳訓練的老年人在連線測試A部分表現有改善。此外,Gothe等[37]對118名社區老年人采用瑜伽訓練進行8周的隨機對照試驗，結果顯示瑜伽訓練對執行功能有明顯的提高作用。

4 有氧運動與中老年人的記憶功能

記憶是指獲得的信息或經驗在腦內貯存和提取的神經過程[38]。常見的記憶力測試包括韋氏記憶量表、數字廣度測試以及加州語言學習測試(California Verbal Learning Test，CVLT)和聽覺語言學習測試(Auditory Verbal Learning Test，AVLT)。Man[10]通過對175名受試者(包括42名太極拳鍛煉者，49名定期鍛煉者以及44名當地居民)研究發現，持續3年以上、每周3次、每次45min的太極拳鍛煉使該組受試者在記憶力測試中的表現顯著優于其他兩組。Taylor-Piliae[11]等對太極拳和西方運動的研究中，無論是在鍛煉6個月后還是12個月后，太極拳鍛煉者在數字廣度測試的表現顯著優于西方運動組。

5 有氧運動與中老年人的注意功能

美國心理學家威廉·詹姆斯(William James)指出[39]：“注意是心理以清晰而又生動的形式對同時存在的若干對象中的某些或連續的思維的一種占有，它的本質是意識的聚焦和集中，意指離開某些事物以便有效地處理其他事物。”常見的檢測方法有Stroop測試和注意力集中測試儀。劉楠[12]的研究顯示，長期進行健身氣功鍛煉的中老年女性，注意廣度測試的正確個數和正確率顯著高于對照組。此外，Kattenstroth等[13]對實驗組老年人進行持續6個月、每周1次的舞蹈課程訓練，結果顯示，實驗組的注意力顯著改善。

6 小結

從以上有氧運動對中老年人的研究中可以發現，太極拳以及耐力訓練等有氧運動對健康中老年的整體認知功能、執行功能、記憶功能、注意功能有改善作用，并能一定程度上增加腦體積，表明有氧運動對其認知功能減退和腦老化具有一定的預防作用。此外，在文獻綜述過程發現，研究一種特定運動與健康老年人認知功能相關性的文獻較少，可靠性不強，更多該方面的研究需要施行。目前，對于認知功能的檢測大多采用量表，量表評價雖然成熟，但具有一定的主觀性，需大量投入與認知相關的機制研究，探索更多客觀評價手段，如功能核磁共振成像、腦血流動力學改變。最后，本文在篩選文獻進行綜述的過程中發現存在的一些問題。首先在干預方式上，目前對有氧運動的研究主要局限在耐力訓練、跑步機訓練、舞蹈、散步或者氣功鍛煉，但有氧運動總類繁多，也提示今后研究者可以拓寬有氧運動的類型，為老年人鍛煉的多樣性提供依據。其次，在干預時間上，本文納入的縱向研究中有的干預時間從8周～1年不等，但大多數研究都小于半年，事實上運動對認知干預的產生影響應該至少半年以上，故以后此類研究應在干預時間設計上盡量延長，以期達到更好的效果。

總之，本文充分體現了有氧運動對老年人認知功能減退和腦老化的預防作用。同時，需探索更多評價有氧運動對認知功能影響的客觀手段，對特定運動類型需深入研究以便為老年人進行有氧運動的安全性提供可靠依據。此外，需要更多設計良好、干預時間較長的大樣本隨機對照研究來證明有氧運動對認知功能改善的有效性。

[1] 杜鵬.新時期的老齡問題我們應該如何面對——從六普數據看中國人口老齡化新形勢[J].人口研究,2011,35(4):29-34.

[2] 國家人口發展戰略研究課題組.國家人口發展戰略研究報告摘要[J].人口研究,2007,1(31): 1-10.

[3] Lytle ME,Vander Bilt J,Pandav RS,et al. Exercise level and cognitive decline: the MoVIES project[J]. Alzheimer Dis Assoc Disord,2004,18(2):57-64.

[4] 李秀麗.有氧運動健身的生物學分析[J].北京體育大學學報,2013,26(6):776-783.

[5] Scherder E,Scherder R,Verburgh L,et al. Executive functions of sedentary elderly may benefit from walking: a systematic review and meta-analysis[J]. Am J Geriatr Psychiatry,2014,22(8):782-791.

[6] 張國初,裴建中,蔣宏.認知干預在腦卒中患者康復治療中的作用[J].實用臨床醫藥雜志,2010,14(17):90-92.

[7] Cancela Carral JM,Ayan Perez C. Effects of high-intensity combined training on women over 65[J]. Gerontology,2007,53(6):340-346.

[8] Mortimer JA,Ding D,Borenstein AR,et al. Changes in brain volume and cognition in a randomized trial of exercise and social interaction in a community-based sample of non-demented Chinese elders[J]. J Alzheimers Dis,2012,30(4):757-766.

[9] Guiney H,Machado L.Benefits of regular aerobic exercise for executive functioning in healthy populations[J]. Psychon Bull Rev,2013,20(1):73-86.

[10] Man DW,Tsang WW,Hui-Chan CW. Do older t'ai chi practitioners have better attention and memory function[J]? J Altern Complement Med,2010,16(12):1259-1264.

[11] Taylor-Piliae RE,Newell KA,Cherin R,et al. Effects of Tai Chi and Western exercise on physical and cognitive functioning in healthy community-dwelling older adults[J]. J Aging Phys Act,2010,18(3):261-279.

[12] 劉楠.健身氣功對中老年女性注意力廣度和分配的影響[J].大眾體育,2014,8(2):142-143.

[13] Kattenstroth JC,Kalisch T,Holt S,et al. Six months of dance intervention enhances postural,sensorimotor,and cognitive performance in elderly without affecting cardio-respiratory functions[J]. Front Aging Neurosci,2013,5(5):1-16.

[14] Erickson KI,Raji CA,Lopez OL,et al. Physical activity predicts gray matter volume in late adulthood: the Cardiovascular Health Study[J]. Neurology,2010,75(16):1415-1422.

[15] 孫倩云,趙敬國.運動對認知功能促進作用的機制及影響因[J].素山東師范大學學報,2014,29(4):145-148.

[16] Praag H,Shubert T,Zhao C,et al. Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice[J]. J Neurosci,2005,25(38):8680-8685.

[17] Nagahara AH,Merrill DA,Coppola G,et al. Neuroprotective effects of brain-derived neurotrophic factor in rodent and primate models of Alzheimer's disease[J]. Nat Med,2009,15(3): 331-337.

[18] Praag H. Neurogenesis and exercise: past and future directions [J]. Neuromolecular Med,2008,10(2):128-140.

[19] Bartzokis G,Beckson M,Lu PH,et al. Age-related changes in frontal and temporal lobe volumes in men: a magnetic resonance imaging study[J]. Arch Gen Psychiatry,2001,58(5): 461-465.

[20] Tseng BY,Uh J,Rossetti HC,et al. Masters athletes exhibit larger regional brain volume and better cognitive performance than sedentary older adults[J]. J Magn Reson Imaging,2013,38(5): 1169-1176.

[21] Makizako H,Shimada H,Doi T,et al. Six-minute walking distance correlated with memory and brain volume in older adults with mild cognitive impairment: a voxel-based morphometry study[J]. Dement Geriatr Cogn Dis Extra,2013,3(1):223-232.

[22] Colcombe SJ,Erickson KI,Scalf PE. Aerobic exercise training increases brain volume in aging humans[J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci,2006,61(11):1166-1170.

[23] Erickson KI,Voss MW,Prakash RS,et al. Exercise training increases size of hippocampus and improves memory[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2011,108(7):3017-3022.

[24] Ten Brinke LF,Bolandzadeh N,Nagamatsu LS,et al. Aerobic exercise increases hippocampal volume in older women with probable mild cognitive impairment: a 6-month randomised controlled trial[J]. Br J Sports Med,2015,49(4):248-254.

[25] O'Callaghan RM,Ohle R,Kelly AM.The effects of forced exercise on hippocampal plasticity in the rat: A comparison of LTP,spatial and non-spatial learning[J]. Behav Brain Res,2007,176(2): 362-366.

[26] Swain RA,Harris AB,Wiener EC,et al. Prolonged exercise induces angiogenesis and increases cerebral blood volume in primary motor cortex of the rat[J]. Neuroscience,2003,117(4): 1037-1046.

[27] Pereira AC,Huddleston DE,Brickman AM. An in vivo correlate of exercise-induced neurogenesis in the adult dentate gyrus[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2007,104(13):5638-5643.

[28] 孫福立,嚴亦藹,李貴云,等.氣功鍛練對中老年人認知作業速度的影響[J].老年學雜志,1992,12(9): 227-229.

[29] Chan AS,Ho YC,Cheung MC,et al. Association between mind-body and cardiovascular exercises and memory in older adults[J]. J Am Geriatr Soc,2005,53(10):1754-1760.

[30] 張楠楠,呂曉標,倪偉.長期太極拳鍛煉改善中老年人認知能力的作用[J].中國臨床康復,2006,10(26):7-9.

[31] Piper BJ,Gray HM,Corbett SM,et al. Executive function and mental health in adopted children with a history of recreational drug exposures[J]. PLoS One,2014,9(10):e110459-e110459.

[32] Prakash R,Rastogi P,Dubey I,et al. Long-term concentrative meditation and cognitive performance among older adults[J]. Neuropsychol Dev Cogn B Aging Neuropsychol Cogn,2012,19(4):479-494.

[33] Tseng BY,Uh J,Rossetti HC,et al. Masters athletes exhibit larger regional brain volume and better cognitive performance than sedentary older adults[J]. J Magn Reson Imaging,2013,38(5): 1169-1176.

[34] Kara B,Pinar L,Ugur F,et al. Correlations between aerobic capacity,pulmonary and cognitive functioning in the older women[J]. Int J Sports Med,2005,26(3):220-224.

[35] Bakken RC,Carey JR,Di Fabio RP,et al. Effect of aerobic exercise on tracking performance in elderly people: a pilot study[J]. Phys Ther,2001,81(12):1870-1879.

[36] Lavretsky H,Alstein LL,Olmstead RE,et al. Complementary use of Tai Chi Chih augments escitalopram treatment of geriatric depression: A randomized controlled trial[J]. Am J Geriatr Psychiatry,2011,19(10):839-850.

[37] Gothe NP,Kramer AF,McAuley E. The effects of an 8-week Hatha yoga intervention on executive function in older adults [J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci,2014,69(9):1109-1116.

[38] 王忠磊,李士根,寇景軒,等.腦囊蟲病患者記憶障礙的臨床研究[J].中華行為醫學與腦科學雜志,2010,19(7):607-608.

[39] 梁東梅,唐文清,駱聰，等.太極拳鍛煉促進老年人認知功能的研究綜述[J].體育學刊,2014,21(4):61-65.