老年女性的執行功能與功能性體適能、體力活動水平關系的研究

丁翠萍，王竹影

（南京師范大學體育科學學院，江蘇 南京 210097）

我國已步入“深度老齡化”社會，據統計，到2011年末，中國65歲以上老人已達1.23億，人口老齡化率高達9.13%，而預計到2030年，中國60歲及以上人口老齡化率將達到25%，65歲及以上老齡人口率將達14%[1]。人口老齡化會給社會、老年人及其家庭帶來了一系列嚴峻的問題，包括勞動力供給減少、養老服務需求增加、社會保障支出增大，等等。在老齡化進程中，老年人的全身器官都會出現增齡性退化，而其中最明顯且對老年人影響最大的是認知功能的老化。認知老化如若得不到及時干預和防治，將會逐步發展成輕度認知功能障礙和嚴重認知功能障礙——阿爾茨海默病，嚴重影響老年人及其家庭生活，截至2008年,我國老年癡呆患者已達600～700萬人,約占全世界老年癡呆患者的四分之一[2]。

執行功能（Executive Function，EF）被視為一種高級的認知功能，包括抑制控制（Inhibition）、記憶刷新（Updating）和注意轉換（Switching）3個子功能，反映了監控與管理基本心理功能的能力，其衰退較一般認知能力更早且更明顯。老年人執行功能下降會引起如記憶力下降、動作執行控制能力低下、思維語言能力衰退以及生活自理能力差等問題，嚴重者發展為老年癡呆，降低老年人的生活質量。目前認為執行功能的衰退是其他認知功能衰退的主要原因[3]。體適能（Physical Fitness）是指人體具備充足的精力從事日常工作（學習）而不感到疲勞，同時有余力享受康樂休閑活動的樂趣，具備能夠適應突發狀況的能力，是健康相關（Health-related）、競技相關（Skill-related）和代謝相關（Metabolic-related）多方面參數的綜合。功能性體適能是針對老年人提出的一項體適能，最早由美國體育界的健康、體育、舞蹈組織（AAHPERD）為了更加準確科學地了解老年人的體適能狀況而專門提出。體力活動（Physical Activity，PA）不等同于體育鍛煉，它是任何由骨骼肌收縮引起的能量消耗高于休息狀態的身體活動，日常生活中的體力活動包含工作、家務勞動、體育鍛煉和娛樂活動等。

積極的體力活動能改善神經系統功能，延緩認知功能的增齡性退化，預防認知障礙的發生[4]。而適度規律的體力活動也有助于提高老年人的體適能水平。但關于老年人體適能與認知功能特別是執行功能之間的關系，目前所知甚少，有必要作進一步探討，為老年女性通過運動干預改善體適能并延緩認知老化提供依據。

1 對象與方法

1.1 測試對象 采用隨機抽樣及目的抽樣相結合的方法，選取南京市19個社區60歲以上的老年女性。納入標準：年齡≥60歲，職業不限，受教育程度不限，無明顯試聽障礙，且無明顯已知的認知功能障礙；沒有嚴重的腦部和軀體疾病，部分被試有高血壓或糖尿病等病史，但所患慢性病少于3種并且自述對生活沒有造成明顯影響，簡易精神狀態評價量表（MMSE）得分在24分以上，無明顯認知缺損。最終進入測試的老年人共計186人，其中29人因執行功能測試中的stroop任務中的詞色判斷實驗正確率低于75%、1-back任務正確率低于80%、大小-奇偶混合判斷實驗正確率低于70%而被剔除，12人因未完成測試任務被剔除，最終獲得有效樣本145人。

依照WHO2000年對老年人年齡的劃分標準，將所有有效被試按實足年齡（被試測試年份減去出生年份）分為2組：年輕老人（60～74歲）和年老老人（75～82歲）。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法 借助南京師范大學圖書館，通過中國知網、萬方數據庫、超星數據庫、維普網、數字資源導航及百度學術等文獻檢索工具，檢索“認知功能”“功能性體適能”“認知功能與體力活動”“認知功能與功能性體適能”“體力活動水平”“執行功能”“執行功能與體力活動”“執行功能與功能性體適能”等關鍵詞，收集相關中外文獻132篇，為文章的撰寫提供文獻參考。

1.2.2 問卷調查法 通過隨機抽樣與目的抽樣相結合的方法，于2016年6月至2016年7月對南京市19個社區60周歲以上的老年女性進行問卷調查，問卷填寫方法為一對一填寫，填寫完畢后由測試人員當場回收保管。

問卷1為個人基本信息填寫。采集受試者的基本信息，包括年齡、學歷、職業、月收入、婚姻居住狀況、身體狀況自評、住宅地理區位等。實際發放問卷200份，回收190份，有效問卷190份。

問卷2為簡易精神狀態評價量表（MMSE），對測量對象的認知狀況進行評價，MMSE包括定向力、記憶力、注意力和計算能力、回憶能力以及語言能力5個方面，總分30分，本研究使用李格等人編著的中文版[5]。評分標準如下：1）認知功能障礙：最高分為30分；分數在27～30分為正常；分數＜27分為認知功能障礙；2）癡呆劃分標準：文盲≤17分；小學程度≤20分；中學程度（包括中專）≤22分；大學程度（包括大專）≤23分；3）癡呆嚴重程度分級：輕度MMSE≥21分；中度MMSE10～20分；重度MMSE≤9分。實際發放問卷200份，回收188份，有效問卷188份。

問卷3為國際老年人身體活動量表（PASE），對受試對象的體力活動進行調查。計分方式有2種：一種為活動頻率（一周幾天）×活動時間（每天幾小時）÷7天×各項活動加權指數；另外一種是直接用各項目系數×權重相加求得PASE計分，總分范圍0～360分。本研究使用第1種計算方法，將所有受試者分為低體力活動水平組、中體力活動水平組以及高體力活動水平組。實際發放問卷200份，回收188份，有效問卷188份。

2.4.2 總RNA的提取 將“2.4.1”項下所得單核細胞樣品于室溫下放置，混勻，于室溫下靜置10 min，加入氯仿100 μL，混勻，于4 ℃下以10 000 r/min離心10 min。吸取上層水相至另一1.5 mL離心管中，加入3倍體積的異丙醇（4℃預冷）混勻，于4℃靜置20 min，以15 000 r/min離心15 min以沉淀RNA。吸棄上清液，沉淀用75%乙醇200 μL清洗1次，以15 000 r/min離心5 min，吸棄上清液，加入滅菌水（含0.1%DEPC）20 μL以溶解RNA，于－80℃凍存，備用。

1.2.3 測量法 應用E-Prime2.0心理實驗設計軟件自行編制stroop任務、1-back任務和more-odd shifting任務，采用一對一單獨測試，分別測試老年人執行功能的抑制、刷新、轉換功能。老年人功能性體適能測試參照Rikli& Jones[6]于1999年發布的老年人功能性體適能測試（SFT測試）方法，測試內容包括6個方面，分別是上肢肌力、下肢肌力、上肢柔韌性、下肢柔韌性、敏捷及動態平衡能力和有氧耐力。有186人參與測試，最終完成測試任務并符合要求的測試對象共145人。

1.2.4 數理統計法 使用SPSS 22.0對實驗數據進行分析處理。差異性比較采用單因素方差分析，相關分析控制變量后采用偏相關分析。

2 結 果

2.1 執行功能的年齡特征

表1 不同年齡老年人執行功能比較（±S）

表1 不同年齡老年人執行功能比較（±S）

注：與75-82歲年齡組相比，*表示P＜0.05； **表示P＜0.01。

60-64（n=61） 268.54±42.86** 86.94±6.59** 141.74±89.16 65-69（n=33） 265.34±48.72** 85.40±8.42* 125.19±41.06**70-74（n=26） 269.13±45.59** 86.84±6.11** 135.42±66 75-82（n=25） 303.58±47.33 81.47±7.56 170.80±60.80

從表1可見，本研究中，年老老人（75～82歲）與年輕老人（60～74歲）相比，抑制控制和記憶刷新功能下降顯著，表明75歲之后的增齡性老化明顯加劇，而60～74歲之間執行功能衰退并不明顯。

2.2 執行功能和體力活動水平的關系

表2 不同體力活動水平老年人執行功能狀況比較（±S）

表2 不同體力活動水平老年人執行功能狀況比較（±S）

注：與低體力活動水平相比，*表示P＜0.05，##表示P＜0.01；與中體力活動水平組相比，△表示P＜0.05。

高體力活動水平（n=49）抑制控制 293.52±54 273.90±45.6* 258.16±35.50##記憶刷新 83.3±6.9 84.96±7.59 88.21±6.83△##注意轉換 154.65±59.78 133.51±52.28 141.83±97.55低體力活動水平（n=41）中體力活動水平（n=55）

從表2可見，中、高體力活動水平組老年人的抑制和刷新功能好于低體力活動水平組，同時高體力活動水平組老年人的刷新功能好于中體力活動水平組，轉換功能3組之間差異不顯著（P＞0.05）。

表3 執行功能和功能性體適能的相關關系(r值)

3 討 論

老年人執行功能的年齡特征分析顯示，隨著年老程度的加深，老年人的執行功能出現不同程度的下降，其中抑制控制和記憶刷新功能的下降較為明顯。一般認為，與大腦和神經系統的生理功能關系密切的在新情景中加工新信息的能力（液態智力）到成年時達到高峰，隨年齡減退較早、較快，到60歲開始減退明顯；而與知識、文化和經驗相關的已習得的心理能力（晶態智力）到成年后仍保持較好，到70歲后才緩慢減退[7-8]。相關研究認為，增齡是引起認知下降的最重要因素，隨著年齡的增加，與認知相關的腦區中的腦白質、腦灰質等組織密度減小，從而引起認知下降[9]。本研究發現，75歲以上老人的執行功能衰退明顯加劇，這與前人的研究結果一致[10]。認知功能損害隨著年齡的增長而逐漸明顯,尤其是75歲以上人群更加顯著,其原因可能與社區高齡老年人社會活動減少、機體多系統功能衰退、腦代謝降低以及身患慢性疾病有關[7，11，12]。

動物實驗研究證實，腦源性神經生長因子（BDNF）、胰島素樣生長隱子（IGF-1）以及血管內皮生長因子（VEGF）等與認知功能相關的物質均出現隨年齡增長而釋放減少的現象[13-15]。

體力活動對于認知功能的影響具有選擇性，相較于認知功能的其他方面，執行功能更易受體力活動影響[16-17]。本研究發現，參與測試的老年女性中，中、高體力活動水平的老年人其執行功能的抑制功能的得分顯著高于低體力活動水平組，而中、高體力活動水平組間比較差異不顯著；其刷新功能的得分中，中、低體力活動水平組間比較差異不顯著，而高體力活動水平組與中、低體力活動水平組比較，差異具有統計學意義。除此以外，3組的轉換功能得分差異沒有統計學意義，可以看出，不同水平的體力活動對執行功能的影響具有選擇性，抑制和刷新功能受體力活動水平的影響較大，轉換功能的影響較小，這說明執行功能的3個子功能對體力活動水平的敏感性不同，轉換功能的敏感性較低。Kristian S F等經過一系列篩選，最終選定282名平均年齡為73.1歲的無MCI和AD老年人進行跟蹤研究，采用MRI技術分析腦白質的增齡性退化過程以及應用MMSE量表分析評價神經心理狀況，3年后結果顯示，體力活動對執行功能的影響最為顯著，這一研究同樣證實了體力活動對老年人認知功能的長期影響[18]。體力活動越多的人越不容易患老年癡呆癥，經常進行低強度體力活動的老年人相比靜坐老年人具有更好的認知功能[19-21]。研究認為，體力活動改善老年人認知功能的機制一是通過減少炎癥病變，二是通過促進血管生成、增加大腦血流量、減少纖維蛋白的丟失等延緩神經血管的衰退，三是增加海馬體積，減少突觸蛋白的丟失，從而促進中樞神經系統的重塑[22]。心肺能力與大腦白質和灰質密度的下降有關，而高心肺能力的老年人兩者密度下降較慢，體力活動可通過提高心肺適能從而提高老年人的認知能力[23-24]。LTP是突觸可塑性的重要表現形式，是公認的學習記憶活動細胞水平的生物學基礎，而腦源性神經營養因子（BDNF）是誘發和維持LTP的重要信號分子。運動可以增大海馬體積，促進海馬區腦源性神經營養因子（BDNF）在大腦特定區域的表達，從而改善認知功能[25]。

對于體力活動水平與執行功能關系的研究表明[26]，短時中等強度有氧運動干預能有效提高老年人抑制控制（Flanker 任務）能力，干預組P3電位潛伏期與控制組相比明顯縮短，而高強度體力活動易造成運動疲勞而選擇性地損害執行功能[27-28]。而本研究結果證實，高體力活動水平不會損害老年人認知功能，反而有助于其具備更好的執行功能,長期高度活躍的體力活動使老年人大腦額區皮層的執行控制神經網絡的激活速度快，對沖突信息的識別效率高，占用的認知資源少，從而在反應行為上體現為更強的速度優勢[29]。類似研究也證實，每周從事90min中等強度及以上體力活動對老年人的認知功能有改善作用[30]。

另外體力活動對執行功能的影響可能與運動類型有關，研究發現，太極拳運動和有氧運動對執行功能的影響較為明顯，而力量練習對于執行功能的改善不明顯[31-32]。神經電生理和影像學技術表明，前額葉是執行功能重要的物質基礎，積極參與有氧運動可增加老年人前額葉背側和頂葉腦區域激活度，Venkatraman[33]等干預研究進一步證實，與控制組相比，1年步行干預（每周步行150min以上）顯著提高了老年組被試Digit Symbol Substitution任務準確率，且與左側額中回和右側頂葉皮層的激活呈顯著正相關，同時積極體力活動組被試額區前帶扣皮層產生的錯誤相關負電位ERN振幅降低[34-35]。但本研究發現，肌肉力量與執行功能的相關性較大，其原因可能是力量素質好的老年人多為年輕老人，其認知水平總體較高。

有研究者在控制人口學變量后發現，高體適能者的海馬體積更大，空間記憶表現更好，而體適能的積極改變與額葉和顳葉的腦白質完整性增加以及短時記憶密切相關，而在控制了體適能變量以后，腦白質完整性與短時記憶不相關[36]。提示體適能水平可能是影響老年人認知功能的重要因素。

本研究顯示，老年人功能性體適能測試中的6項身體素質都與認知功能有相關關系，并且上肢肌肉力量與柔韌性與認知功能的相關性大于下肢，原因可能是上肢更靠近大腦，并且上肢經常需要做更多的精細運動，需要更好的神經調控，從而能促進相關腦區神經的激活，而下肢此類運動相對較少。而一項應用腦成像技術研究拍手、握拳松拳、雙手連續手指反轉對大腦皮質激活的影響的結果證實拍手運動對認知正常老年人的整個大腦功能反應區影響最大，其中拍手運動對運動系統區、前運動系統區改變較大，雙手連續手指反轉對前額葉區改變較大[37]。另外，靈敏性與認知功能的相關系數較高，好的靈敏性需要復雜的神經支配，調查中得知，靈敏性好的老年人可能具有較好的運動習慣，運動可能促進了靈敏素質的保持，并有部分老年人參加太極劍等社團，可能與此類運動能改善柔韌性、靈敏性有關。而相關研究也發現，太極拳運動能有效改善老年人的執行功能、記憶功能、注意功能和全腦認知功能[38]。太極拳形式復雜多變，運動過程能夠像認知訓練一樣，刺激中樞神經系統的興奮性，改善大腦結構和功能。相比僅僅是單一動作反復重復的拉伸訓練、力量訓練，像舞蹈、雜技等伴有新技能學習的活動，對改善海馬區、枕顳葉灰質等腦區的容積更顯著[39]。除此以外，靈敏性好的老年人多是年輕老年人，其認知功能高于年老者也是可能的原因。后續將會針對這一發現做深入研究。

有研究者證實，高有氧適能的老年人在減少注意力分散方面往往有更好的表現，并且表現出和年輕人相似的fMRI激活模式[40]。已知老年人認知功能的退化與相關的腦區白質和灰質密度及數量減少有關，而有氧運動能顯著增加這些腦區的神經結構數量，并通過增加大腦中BDNF水平來改善認知。有氧運動對認知功能尤其是執行功能的促進作用是目前研究較多的方面，這也提示高有氧適能的老年人可能具有更好的執行能力。研究認為，腦神經遞質多巴胺和去腎上激素是影響認知的重要神經物質，有氧運動可引起大腦多巴胺和去腎上腺激素等神經遞質水平的增加，這兩種物質可激發大腦神經活性，從而改善認知[41]。

運動協調能力、移動速度與認知功能有著極強的相關性。在跌倒風險指數較高的老年人中研究發現，身體活動能力下降的同時伴有認知的衰退。相較于認知功能的其他方面，執行功能的衰退最為明顯[42]，易跌倒老人的平衡能力必然下降，上述研究提示平衡能力和認知功能之間存在關聯。實驗研究和臨床證據都表明大腦前庭尤其是額前區是保證動作協調控制的重要區域，也是與執行功能相關的區域，這可能也是運動速度、平衡能力和靈敏性與認知功能相關的原因[43]。韓國學者Jeong-Deok Ahn等人通過對108名平均年齡為74.4歲的老年男性和304名平均年齡為73.1歲的老年女性共412名受試者進行認知測驗和體適能測試，并對數據進行相關和多重回歸分析，結果表明，老年人功能性體適能中的上肢柔韌性、上肢肌力、下肢柔韌性、下肢肌力以及敏捷動態平衡能力、有氧耐力各項素質均與認知功能有統計學意義上的相關性,并且靈敏性和有氧耐力是老年人認知功能的獨立影響因素[44]。這一結果也在此次研究中得到證實，靈敏性、肌肉力量以及有氧耐力與執行功能的相關性更大。

4 結 論

1）與60～74歲的年輕老人相比，75歲以上年老老人的執行功能明顯下降，尤其表現為抑制控制和記憶刷新功能的減退。

2）中、高水平體力活動組的老年人具有更好的抑制功能，高水平體力活動組的老年人的刷新功能顯著優于中等及低水平組，表明老年人可以通過增加體力活動水平來延緩認知老化速度。

3）老年人功能性體適能與執行功能顯著相關，其中有氧耐力、肌肉力量和靈敏性等素質與執行功能的相關性更大，提示老年人可以通過提高有氧耐力、增強肌肉力量以及靈敏性鍛煉來提高執行功能。

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