體育鍛煉對老年人認(rèn)知功能的作用

任可欣 (吉林師范大學(xué)體育學(xué)院，吉林 四平 136000)

伴隨著人口老齡化率的提高，癡呆和其他認(rèn)知障礙的患病率也在逐步提高〔1〕。對中國北京、上海等 39 個(gè)區(qū)域的 4 萬多名老年人展開的研究結(jié)果表明，65 歲以上人群阿爾茨海默病(AD)患病率超過 5%，并且呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢〔2〕。正常的衰老伴隨著大腦結(jié)構(gòu)和功能的改變及相關(guān)的認(rèn)知功能的變化，且其中一些變化可能與神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，如輕度認(rèn)知功能障礙(MCI)和AD。流行病學(xué)研究結(jié)果表明，維持較高體力活動(dòng)水平的老年人患MCI和AD的風(fēng)險(xiǎn)降低。體育鍛煉對維持身體功能和生理健康至關(guān)重要，本文對體育鍛煉在神經(jīng)保護(hù)和認(rèn)知功能方面的作用進(jìn)行綜述。

1 運(yùn)動(dòng)在神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)可塑性中的作用

1.1動(dòng)物研究 動(dòng)物研究提供了運(yùn)動(dòng)在促進(jìn)大腦神經(jīng)可塑性中作用的強(qiáng)有力證據(jù)。在嚙齒類動(dòng)物中，跑輪上運(yùn)動(dòng)有助于神經(jīng)元生長，并加強(qiáng)了與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)系〔3，4〕。小鼠的運(yùn)動(dòng)伴隨著大腦中神經(jīng)營養(yǎng)因子水平的增加，如與大腦健康相關(guān)的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)生長因子和胰島素樣生長因子(IGF)-1〔4〕。Cotman等〔5〕證實(shí)與對照組大鼠相比，運(yùn)動(dòng)組大鼠海馬中的BDNF-RNA基因表達(dá)增加，并且每晚跑的距離與海馬中的BDNF水平密切相關(guān)。在跑輪上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的大鼠表現(xiàn)出更強(qiáng)的學(xué)習(xí)和記憶能力，這一點(diǎn)在水迷宮中也得到了證實(shí)。這些行為變化也伴隨著運(yùn)動(dòng)大鼠β-淀粉樣蛋白沉積減少〔6〕。運(yùn)動(dòng)還增加了大腦的血液供應(yīng)，從而促進(jìn)神經(jīng)生長和神經(jīng)功能〔4〕。在動(dòng)物模型中，這些血管變化似乎促進(jìn)皮層的可塑性，尤其是海馬體的可塑性，并增強(qiáng)神經(jīng)結(jié)構(gòu)的生長和保護(hù)〔3〕。在動(dòng)物研究中，運(yùn)動(dòng)介導(dǎo)的生理變化可能有助于提高認(rèn)知能力。在動(dòng)物模型中觀察到的體育鍛煉對認(rèn)知能力的影響，對人類可能是可復(fù)制的。

1.2人體研究 中老年經(jīng)常參加運(yùn)動(dòng)的人群，全面的認(rèn)知能力下降〔7〕和癡呆發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)較低〔8〕。檀香山-亞洲老齡化研究對男性進(jìn)行了30多年的跟蹤調(diào)查，與每天步行超過3 218 m(2英里)的男性相比，每天步行少于1 609 m(1英里)的男性患癡呆的風(fēng)險(xiǎn)要高出1.7～1.8倍〔8〕。Weuve等〔7〕對女性進(jìn)行了10～15年的跟蹤調(diào)查，每周步行90 min的女性全面認(rèn)知評分高于每周步行40 min以下的女性。盡管最佳運(yùn)動(dòng)量(強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間)和運(yùn)動(dòng)類型仍不十分清楚，但對于老年人，運(yùn)動(dòng)量的增加與認(rèn)知健康之間存在著積極的關(guān)系。在對16項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究的薈萃分析中，體力活動(dòng)水平最高的人患癡呆和AD的相對風(fēng)險(xiǎn)最低，表明高體力活動(dòng)水平對人體具有保護(hù)作用，可將癡呆和AD的風(fēng)險(xiǎn)降低28%和45%〔9〕。在一項(xiàng)對68～92歲男性和女性進(jìn)行的橫斷面研究中，在控制了年齡、智商和教育水平后，通過STROOP顏色詞測試，體力活動(dòng)水平與更好的執(zhí)行功能相關(guān)〔10〕。橫向和縱向研究均證明了高水平的體力活動(dòng)對認(rèn)知能力下降有保護(hù)作用。雖然尚未確定改善認(rèn)知功能所需的最佳運(yùn)動(dòng)量，但持續(xù)時(shí)間和多種運(yùn)動(dòng)方式是兩個(gè)重要的方面。

2 老年人體育鍛煉改善認(rèn)知能力的可能機(jī)制

多種生理機(jī)制解釋了運(yùn)動(dòng)對大腦結(jié)構(gòu)的神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)可塑性影響，包括神經(jīng)營養(yǎng)素水平升高、血管化改善、促進(jìn)突觸生成、炎癥調(diào)節(jié)和蛋白沉積紊亂減少〔11，12〕。此外，許多心血管危險(xiǎn)因素與認(rèn)知能力及認(rèn)知能力下降有關(guān)〔13〕。

2.1運(yùn)動(dòng)、心血管危險(xiǎn)因素和認(rèn)知功能 認(rèn)知障礙風(fēng)險(xiǎn)的增加與心血管危險(xiǎn)因素有關(guān)，如高血壓、血脂異常、代謝綜合征、不受控制的糖尿病、高胰島素血癥和高水平的炎癥標(biāo)志物，都可通過增加運(yùn)動(dòng)水平來改變〔14〕。降低心血管危險(xiǎn)因素并提高其健康水平與老年人較好的大腦健康和認(rèn)知能力有關(guān)。但是其產(chǎn)生的機(jī)制尚不清楚。運(yùn)動(dòng)可能介導(dǎo)與認(rèn)知和認(rèn)知能力下降相關(guān)的心血管危險(xiǎn)因素，也可能在神經(jīng)可塑性中發(fā)揮更直接的作用。

2.2運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)營養(yǎng)因子和認(rèn)知功能 神經(jīng)營養(yǎng)因子，如BDNF和神經(jīng)生長因子已被證明能促進(jìn)包括海馬在內(nèi)的大腦特定區(qū)域的可塑性和增強(qiáng)神經(jīng)血管系統(tǒng)〔15〕。在動(dòng)物和人類研究中，保護(hù)性神經(jīng)營養(yǎng)素的釋放增加與較高的運(yùn)動(dòng)水平有關(guān)〔16，17〕，在年輕人進(jìn)行短期〔16〕或長期〔17〕有氧運(yùn)動(dòng)的血液中BDNF增加。在進(jìn)行3個(gè)月耐力訓(xùn)練的受試者中，靜息期BDNF水平增加了近4倍〔17〕。這些生理效應(yīng)可能對衰老大腦的認(rèn)知功能產(chǎn)生積極影響〔15〕。IGF-1促進(jìn)神經(jīng)元的生長、存活和分化〔5〕，在6個(gè)月中至高水平的抗阻運(yùn)動(dòng)后，老年人血清IGF-1水平升高〔18〕。體育運(yùn)動(dòng)可能通過調(diào)控與認(rèn)知功能相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)釋放(主要有BDNF和IGF-1等)分泌、學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的基因表達(dá)及腦組織抗氧化能力進(jìn)而促進(jìn)認(rèn)知功能〔19〕。總之，有助于降低心血管危險(xiǎn)因素的體育鍛煉，均與大腦健康的生物標(biāo)志物和提高認(rèn)知能力呈正相關(guān)。體育鍛煉可防止與衰老和神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的大腦退化。

3 改善老年人認(rèn)知能力的運(yùn)動(dòng)干預(yù)方式

3.1有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù) Erickson等〔20〕將一組參加有氧運(yùn)動(dòng)(步行)項(xiàng)目的久坐不動(dòng)的老年人與只做伸展運(yùn)動(dòng)的老年人進(jìn)行比較，結(jié)果表明有氧運(yùn)動(dòng)組的心血管健康狀況有所改善，最大攝氧量(VOmax2)增加了7.8%。有氧運(yùn)動(dòng)組還表現(xiàn)出空間記憶的改善，海馬前部體積增加了2%，海馬中BDNF水平增加。在另一項(xiàng)針對沒有認(rèn)知障礙的老年人的研究中，與拉伸和調(diào)理對照組的受試者相比，進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)的受試者的執(zhí)行控制區(qū)域的激活變化增加，其他區(qū)域的激活變化減少〔21〕。中度有氧訓(xùn)練12個(gè)月后，易受年齡影響的區(qū)域之間的功能連通性有所改善，這與執(zhí)行功能的改善有關(guān)〔22〕。此外，功能連通性的變化與BDNF和其他生長因子的變化相關(guān)。針對患有MCI老年人為期12個(gè)月的小組運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，該計(jì)劃90 min/d，2次/w，與只接受教育的對照組相比，運(yùn)動(dòng)組的參與者表現(xiàn)出更好的一般認(rèn)知功能、即時(shí)記憶和語言能力〔22〕。

3.2抗阻運(yùn)動(dòng)干預(yù) 一項(xiàng)對健康久坐老人進(jìn)行的24 w研究將中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)方案組(50%1RM和80%1RM的上、下肢阻力運(yùn)動(dòng))與伸展控制組進(jìn)行了比較。中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)組在幾個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域均有改善，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)組的IGF-1水平均升高，說明與保持認(rèn)知功能有關(guān)〔18〕。另一項(xiàng)針對女性的研究，對比了抗阻訓(xùn)練計(jì)劃與平衡和調(diào)理練習(xí)對照計(jì)劃對認(rèn)知功能的效果。每周參加1～2次為期12個(gè)月的抗阻運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的女性在執(zhí)行功能測試中表現(xiàn)出了改善，包括選擇性注意力和沖突解決。抗阻運(yùn)動(dòng)組的認(rèn)知功能6個(gè)月的訓(xùn)練后并沒有改善，但12個(gè)月后有所改善，說明需要較長時(shí)間的抗阻訓(xùn)練才能使認(rèn)知能力發(fā)生變化〔23〕。

3.3多種模式運(yùn)動(dòng)干預(yù) 研究運(yùn)動(dòng)干預(yù)對認(rèn)知影響的實(shí)驗(yàn)多數(shù)都集中在有氧運(yùn)動(dòng)和抗阻運(yùn)動(dòng)，但有研究表明，多種模式的聯(lián)合干預(yù)效果似乎更好。陳宇婧等〔24〕運(yùn)用 Meta 分析，探究認(rèn)知聯(lián)合運(yùn)動(dòng)療法干預(yù) AD及 MCI老年人的療效，認(rèn)為認(rèn)知聯(lián)合運(yùn)動(dòng)療法可不同程度地改善或緩解老年患者的認(rèn)知功能水平、日常生活能力、抑郁水平、執(zhí)行功能、記憶力與注意力等，具有較好的臨床療效。楊慧娟等〔25〕認(rèn)為認(rèn)知策略訓(xùn)練和多模式運(yùn)動(dòng)干預(yù)對老年人認(rèn)知功能的改善具有積極意義；干預(yù)期的長短對認(rèn)知改變的程度具有影響作用，認(rèn)知策略訓(xùn)練效果起效快、運(yùn)動(dòng)干預(yù)效果更持久穩(wěn)定。

3.4中國傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目干預(yù) 中國傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目如太極拳〔26〕、五禽戲〔27〕、易筋經(jīng)〔28〕等在改善老年人的認(rèn)知功能方面也表現(xiàn)出一定的干預(yù)效果。40例患有代謝綜合征的老年人，經(jīng)過6個(gè)月的五禽戲練習(xí)(6次/w，1 h/次)后，無論是與對照組相比，還是自身前后比較，簡易智能精神狀態(tài)檢查量表、視空間與執(zhí)行能力、命名、注意、延遲回憶、定向、蒙特利爾認(rèn)知評估量表等均有顯著積極性變化〔27〕。健康老年人(60～69歲)經(jīng)過3個(gè)月的易筋經(jīng)練習(xí)后，認(rèn)知能力得到顯著改善，且外周血 BDNF 水平表現(xiàn)出了與認(rèn)知能力評分結(jié)果相一致的變化趨勢〔28〕。

綜上，中等強(qiáng)度的體育鍛煉可導(dǎo)致大腦健康和認(rèn)知能力的顯著變化，對廣泛的認(rèn)知領(lǐng)域，包括記憶、注意力和執(zhí)行功能有潛在影響。在成年后的任何時(shí)候開始中等強(qiáng)度的體育鍛煉都是有益的，特別是對于久坐不動(dòng)的人〔29〕。盡管其機(jī)制尚不清楚，但經(jīng)常鍛煉可能會(huì)影響多種可改變的危險(xiǎn)因素，從而改善老年人的大腦健康和認(rèn)知能力。目前的研究結(jié)果支持持續(xù)時(shí)間較長的、多成分的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃效果較佳，進(jìn)一步的研究需要確定改善老年人認(rèn)知能力的最佳運(yùn)動(dòng)劑量。