加壓訓練與老年人心血管系統:反應效果及安全性評估

江曉翔

宿州學院體育學院,安徽宿州,234000

2019年7月衛健委頒布《健康中國行動(2019—2030年)》[1],共包括15項健康行動計劃,“實施老年健康促進行動”和“實施心腦血管疾病防治行動”是其中的兩項。隨著年齡增長,老年人各項身體機能逐步下降,特別是在心血管功能方面,血管內皮功能失調、動脈僵硬度增加,血壓升高,心血管疾病發生風險逐年增加。目前,心血管疾病因其高致殘率、致死率、高復發率等特點,已成為威脅老年人生命健康的“頭號殺手”。因此,提高老年人生活質量及健康水平,維持和改善老年人心血管功能刻不容緩。

運動是改善老年人身體功能的有效方式。有氧運動可以改善老年人心血管系統功能,增加動脈順應性和肌肉血流量,降低心血管疾病患病風險,但其在步速緩慢的老年人中存在局限性;抗阻訓練可增強體弱老年人的肌肉力量和質量,提高身體功能,但其具有強度限制。例如,目前普遍認為只有高強度抗阻訓練(強度須大于60%1RM)才能刺激骨骼肌蛋白質合成,提高機體運動能力。然而較大的運動強度并不適合老年人,其引起的疲勞、損傷等可降低老年人的運動依從性,且大強度的抗阻運動會對老年人心血管系統造成過度壓力,促使其心血管損傷風險增加。

加壓訓練是通過外部加壓限制肌肉血流以提高訓練效果的一種運動方式,可作為高強度運動的替代方案,獲得與高強度訓練相似的運動效益。且加壓訓練強度小、收益高,對關節壓力也相對較小,可能更適用于老年人。已有研究表明加壓訓練可增加老年人肌肉效果,提高身體機能,尤其是對老年人肌肉減少癥具有良好的改善效果[2]。然而,加壓訓練的大多數研究受試者為年輕人或中年人,尚不清楚其對老年人心血管系統的應用效益及安全風險。

本文梳理了目前加壓訓練對老年人心血管反應效果的研究現狀,并闡述了加壓訓練可能誘發的心血管機制及加壓訓練對老年人心血管反應的潛在危險因素,希望能夠加深加壓訓練在老年人心血管機能方面的了解,為今后制定與血流限制相結合的老年人運動方式提供幫助。

1 加壓訓練概述

加壓訓練(KAATSU Training),又稱血流限制訓練(Blood Flow Restriction Training,BFRT),是指在運動期間通過外部加壓裝置(如充氣袖帶或止血帶等)對肢體近端進行適度加壓,人為限制肌肉血流,造成肢體遠端相對缺血的一種訓練方式。其目的是通過較低強度運動模擬高強度運動時的缺氧缺血環境,促使機體發生一系列變化,如骨骼肌中代謝產物積累增多等,以此刺激肌肉生長,增加肌肉力量。

BFRT可達到與高強度運動相似的訓練效果,在提高肌肉質量和力量、提高有氧能力、促進康復治療、預防廢用性肌萎縮等多方面均具有良好效果[2],被廣泛應用于競技、健身、醫療、航天等領域。近年來,BFRT也逐漸被應用于老年人及體弱人群。現有研究及元分析證據表明,BFRT可改善老年人身體功能及運動表現,減少患病風險。如BFRT誘導老年人肌肉肥大,從而增加肌肉力量,對抗肌肉萎縮[3];降低膝骨關節壓力,促進骨關節炎康復;改善身體機能,提高身體平衡能力,預防跌倒等[4]。此外,BFRT也可通過改變血管結構和功能等促使老年人心血管系統發生適應性變化[5],但目前尚不清楚其對心血管健康的潛在影響。

2 BFRT對老年人心血管的反應效果

2.1 改善內皮功能

血管內皮細胞在維持血管穩態和調節血管功能等方面發揮重要作用,其功能障礙是動脈粥樣硬化斑塊及其后續并發癥發生、發展的關鍵早期特征。老年人內皮細胞易發生增齡性變化,如細胞滲透壓增加、一氧化氮等分泌減少等,造成血管內皮功能失調,動脈粥樣硬化等心血管病變風險增加。而BFRT可通過造成缺血、剪切應力刺激等上調血管內皮生長因子、血管內皮生長因子受體、缺氧誘導因子及一氧化氮合成酶的表達,介導機體產生積極的血管適應,從而改善血管內皮功能,促進血管健康[5]。然而,有研究發現,BFRT對不同人群的血管動力學效應可能具有差異性。Kim等[6]比較了BFRT對老年人和青年人前臂血管功能的影響,結果發現青年組前臂血流量和前臂血管電導峰值均明顯提高,而老年組并不具有相似的改善效應。老年人血管舒張功能下降可能是造成這種差異的主要影響因素之一。但也有研究表明,BFRT可以通過促進血管內皮生長因子和生長激素的釋放改善老年人血管內皮功能,并誘導外周血管結構和功能發生變化,促進其外周血液循環[7]。這表明,BFRT對老年人血管功能也存在一定的良性作用,可能需要更長的訓練時間或更大的訓練量來引起與青年人類似的血管適應性。

2.2 緩解動脈僵硬度

動脈僵硬度是指機體動脈血管壁的硬度,能夠反映動脈管壁結構和功能早期異常變化的情況,是衡量心血管發病率和全因死亡率的獨立預測因素[8]。常用的無創性動脈僵硬度檢測指標有脈搏波傳導速度(Pulse Wave Velocity,PWV)、心踝血管指數(Cardio-Ankle Vascular Index,CAVI)及主動脈反射波增強指數(Augmentation Index,AIx)等。動脈僵硬度與年齡密切相關。隨著年齡的增長,老年人動脈管壁增厚,彈性纖維發生退變鈣化,動脈順應性降低,僵硬度逐年增加,冠心病及高血壓等患病風險也隨之升高。目前,BFRT對老年人動脈僵硬度的研究結果不一。Chen等[9]對老年人分別進行了上肢和下肢的低強度BFRT,結果均發現運動前后CAVI數值無明顯變化,即低強度BFRT對老年人動脈僵硬度無顯著影響。而Fahs等[10]研究表示,低強度BFRT可使老年人的PWV(與動脈僵硬度呈正相關)略有增加。與Chen等研究方案不同,Fahs等人的研究為單側腿加壓設計,其受試者加壓腿PWV的小幅增加可能是由于局部血管活性物質變化所導致的。此外,測量指標差異可能也是造成研究結果不同的原因之一,與CAVI相比,PWV更容易受到血壓變化的影響。綜上,尚不清楚BFRT對老年人動脈僵硬度的具體影響,后續仍須進一步探究。

2.3 增加肢體血流量

先前多項研究表明,與對側非BFR抗阻訓練肢體相比,單側BFR抗阻訓練可增加年輕人的肱動脈直徑,增強其閉塞后的小腿血流[11-12]。其機制可能為:(1)通過提高一氧化氮合成酶的活性,促使血漿中內皮依賴性舒張因子——一氧化氮含量增加,從而使血管舒張,血流量增加;(2)通過低氧應激激活血管內皮生長因子,誘導內皮細胞增殖遷移,加速毛細血管生成,從而改善外周血液循環,增加血流。針對老年人受試者,研究結果與其相似。Patterson等[13]和Lim等[7]研究均發現,4周的低強度BFR抗阻訓練可使老年人外周血管發生適應性改變,周圍血液循環改善,肢體血流量顯著增加。但此研究結果仍存在質疑。Kim等[6]和Fahs等[10]研究發現,4周和6周的低負荷BFRT未能使老年人血流量發生明顯變化。與年輕人相比,老年受試者血管反應研究所涉及的影響因素更甚,如老年人的個體血管反應及表現存在較大差異等;另外,運動持續時間、方式、強度或肌肉大小的差異等也應納入造成結果差異的考慮范圍內。

2.4 改善血壓

BFRT被證明具有潛在的降血壓作用,可作為高血壓患者的輔助治療手段。其可通過降低血液中內皮素-1含量、提高血管內皮生長因子和一氧化氮合成酶活性等來改善機體血管功能,降低血壓[14]。其中,與單純低負荷訓練相比,低強度BFRT可顯著上調心肌中內皮型一氧化氮合成酶的表達,促使一氧化氮大量釋放,改善血管張力,從而產生更為顯著的降壓效果。無論與傳統高強度運動還是單純低強度運動相比,低強度BFRT對老年人均展現了更大的血液動力學效應[15],且能夠顯著降低高血壓患者的運動后血壓[16]。但需要注意的是,BFRT運動過程中老年人的收縮壓和心率會急劇增加,其引發的心肌負荷更是與傳統高強度運動相似,可能存在潛在的心血管風險[15-16]。故在老年人BFR運動實施過程中,須時刻觀測老年人的身體狀況及相關參數,避免由于血壓升高而導致安全風險的發生。

上述研究提示,BFRT可促使老年人心血管系統發生適應性改變,維持或改善老年人心血管結構和功能,但BFRT對老年人,尤其是患有心血管疾病的老年人,可能會誘發潛在安全風險。故在對其實施BFRT時,須關注運動過程中心血管功能的急性效應,謹慎應對運動過程中的各種突發情況。

3 BFRT對老年人心血管反應安全性評估

3.1 BFRT與心血管反應機制

運動過程中參加心血管反應的機制主要有動脈壓力反射、中樞命令和骨骼肌運動升壓反射,其中,骨骼肌運動升壓反射可能在BFRT的心血管反應中發揮重要作用[17]。運動升壓反射包括肌肉代謝反射和機械壓力反射,其在運動中的參與是通過骨骼肌內化學和機械感受器的激活來介導的。運動時,隨著來自中央命令(大腦皮層的前饋神經元信號)和動脈壓力反射(頸動脈竇和主動脈弓的反饋神經元信號)的輸入,運動升壓反射被激活并通過調控交感神經和副交感神經活動來介導心血管系統的自主調節。在此過程中,BFRT通過兩種途徑激活運動升壓反射:骨骼肌灌注不足、缺氧及代謝物積累等可刺激化學感受器并傳入第四組傳入神經纖維激活代謝反射;袖帶壓力及骨骼肌拉伸等刺激機械感受器并傳入第三組感覺神經元激活機械壓力反射[17-18]。當BFRT中靜脈血液回流受阻致使代謝產物濃度積累達到某一閾值時,運動升壓反射,尤其是代謝反射被激活,交感神經活性增加,副交感神經活性受到抑制,從而產生血壓升高、心率加快等一系列心血管反應[19]。

3.2 BFRT對老年人心血管反應的潛在風險因素

老年人隨著年齡增長,血管內皮功能下降,動脈僵硬度增加,血壓升高,極易誘發高血壓、心力衰竭、外周動脈疾病等各種心血管疾病。而這些疾病的普遍特征為骨骼肌灌注受損,這表明即使在較低運動強度下,肌肉代謝反射也容易被激活,交感神經活動過度增強,從而使機體產生異常的心血管反應,增加不良心血管事件風險。如對患有高血壓的老年人進行BFRT時,由于其代謝反射和機械壓力反射存在功能障礙,可能會出現交感神經異常興奮,從而導致平均動脈壓和冠狀動脈舒縮張力過度升高等運動異常反應[17]。雖低強度BFRT有潛力成為治療高血壓的有效運動方法[16],但運動期間機體可能出現的潛在風險必須著重考慮。

BFRT方案設計(如綁帶壓力、袖帶寬度、閉塞方案等)不適當也可能會導致老年人心血管反應的異常激活。(1)綁帶壓力。較大壓力血流限制(80%AOP)與較小壓力(40%AOP)和中等壓力(60%AOP)血流限制相比更容易誘發外周疲勞(肌肉力量及收縮性能大幅下降),促使心率顯著增加、副交感神經恢復延遲、交感神經活性顯著增強,并給機體帶來更大的心臟負擔,增加心血管不良反應發生風險;(2)袖帶寬度。與較窄的袖帶(5 cm)相比,較寬的袖帶(13.5 cm)可更大程度地限制血流,促使心率、血壓升高,疼痛評分及AIx(與動脈僵硬度呈正相關)降低,引發更為明顯的心血管和感知反應[20]。Spranger等[17]表明這與骨骼肌運動升壓反射密切相關,運動升壓反射程度的激活可通過袖帶寬度分級以判定。(3)閉塞方案。BFRT間歇期間保持血流限制可能比解除血流限制具有更大的升壓反應[19]。此外,BFRT中還需要考慮的因素包括運動強度、運動持續時間、頻率、周期等運動劑量,年齡、性別等受試者特征及上下肢、大小肌肉群等部位特征,這些因素對BFRT過程中老年人的心血管反應均可能造成一定影響,后續仍須繼續研究。

綜上,如圖1 所示,BFRT可通過缺血、缺氧及剪切應力刺激等提高機體血管內皮生長因子及一氧化氮合成酶活性,降低內皮素-1濃度,從而促進血管生成、改善血管結構和功能,促進外周血液循環 、增加血流量,對改善無法適應大強度訓練的老年人的心血管功能具有積極意義。然而另一方面,BFRT可通過化學及機械壓力刺激激活運動升壓反射。這對于老年人,尤其是具有心血管功能障礙的老年人來說,極易造成其升壓反射的過度激活,使交感神經過度興奮,副交感神經過度抑制,造成心率及急性血壓升高,產生異常的心血管反應。另外,BFRT的方案設計(綁帶壓力、強度等)對老年人心血管的影響也會增加許多不確定因素,為老年人帶來極大的運動安全風險。

圖1 加壓訓練對老年人心血管功能反應效果及安全風險

4 小結與展望

4.1 小 結

(1)BFRT對老年人心血管的反應效果目前無明顯負面影響。BFRT可改善老年人血管內皮功能及外周血液循環,降低運動后血壓,改善或維持老年人心血管結構和功能,可能是目前促進老年人心血管健康的最有效的運動方式之一。

(2)與年輕人相比,對老年人實施BFRT更容易誘發運動風險。其原因可能是由于老年人更易出現心血管系統功能障礙,促使BFRT運動過程中運動加壓反射被過度激活,引起交感神經過度興奮,從而導致異常的心血管反應。

4.2 展 望

當前,BFRT對心血管方面的影響研究相對較少,尤其是缺乏高質量臨床研究,且研究結果不一。老年人身體機能下降是BFRT對老年人心血管功能改善效果弱于年輕人的主要原因之一,這提示可能需要更大的運動刺激以激發老年人的心血管適應性,但這同時意味著不良心血管事件及運動風險的增加。故制定安全有效的老年人BFRT運動處方十分必要。可主要從兩方面入手:(1)在老年人運動過程中,應采用更多數據指標去評估其運動情況和實時身體狀況,確保其急性血壓及心率的升高幅度保持在安全范圍內,以減少運動風險發生概率;(2)進一步探究綁帶壓力、袖帶寬度、閉塞方案、運動強度等不同BFRT變量對血流動力學的影響,以便在保證安全的情況下使老年人得到更好的康復改善效益。此外,BFRT對心血管分子層面的影響機制研究有限,后續仍須深入研究,以期為制定更加精細化、規范化和合理化的BFRT運動方案提供思路。