血流限制訓(xùn)練在老年人中的應(yīng)用研究進(jìn)展

毛 寧 劉書芳 衛(wèi) 星

隨著年齡的增加，30歲之后骨骼肌質(zhì)量每10年下降多達(dá)3%～8%，因此老年人常出現(xiàn)肌肉萎縮和相關(guān)的身體機(jī)能下降，同時(shí)患肌肉減少癥的風(fēng)險(xiǎn)增加[1]。肌肉減少癥(肌肉質(zhì)量和力量均下降)，會(huì)使跌倒和死亡的風(fēng)險(xiǎn)增加，運(yùn)動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)干預(yù)被認(rèn)為是治療肌肉減少癥的基礎(chǔ)措施[2]。目前可知，力量訓(xùn)練是有效維持肌肉功能的一種方法，有證據(jù)表明以≥70%1RM(一次關(guān)節(jié)全幅運(yùn)動(dòng)所能對(duì)抗的最大阻力值)的負(fù)荷進(jìn)行阻力訓(xùn)練可以促進(jìn)肌肉肥大和增長(zhǎng)肌肉力量[3]。然而，高強(qiáng)度阻力訓(xùn)練會(huì)產(chǎn)生明顯的心肺應(yīng)激與較高的機(jī)械應(yīng)力，對(duì)于老年人來說，有更大的損傷風(fēng)險(xiǎn)[4]，尤其是存在并發(fā)癥(例如冠心病、糖尿病或肌肉骨骼疾病)的老年人，若采用較低強(qiáng)度的阻力訓(xùn)練則達(dá)不到高強(qiáng)度阻力訓(xùn)練的效果。因此，需要探索新的訓(xùn)練方式。

近年來，血流限制訓(xùn)練(blood flow restriction training,BFRT)作為一種新興的訓(xùn)練方式被廣泛應(yīng)用，有研究表明BFRT只需要實(shí)施低強(qiáng)度的阻力訓(xùn)練(20%～30%1RM)便可以促進(jìn)肌肉肥大和增強(qiáng)肌肉力量[5]。BFRT的特點(diǎn)是以較小的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度便可以提高肌肉功能，對(duì)關(guān)節(jié)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力以及心血管系統(tǒng)的壓力較小，與傳統(tǒng)的高強(qiáng)度阻力訓(xùn)練相比相對(duì)安全，因此適用于心血管和肌肉骨骼較脆弱的老年人。目前研究報(bào)告稱BFRT可以有效改善運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)[6]，對(duì)肌骨損傷人群的康復(fù)也有很多益處[7]，且越來越多證據(jù)表明，在老年人群中應(yīng)用也有良好表現(xiàn)[1,8]。綜上所述，BFRT作為新的訓(xùn)練方式廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，考慮其在老年人中的應(yīng)用在逐漸增加，因此本研究對(duì)BFRT的作用機(jī)制以及在老年人中的應(yīng)用方案和療效予以綜述，為科學(xué)地認(rèn)識(shí)此訓(xùn)練方法及制訂老年人BFRT的運(yùn)動(dòng)處方提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1.血流限制訓(xùn)練的作用機(jī)制

血流限制訓(xùn)練(blood flow restriction training,BFRT)是指在運(yùn)動(dòng)過程中通過特殊加壓裝置(如氣動(dòng)袖帶或彈性帶)對(duì)人體肢體施加壓力，阻斷肢體靜脈回流的同時(shí)減少動(dòng)脈血流量，以造成肢體遠(yuǎn)端缺血的一種訓(xùn)練方法，也叫作加壓訓(xùn)練(Kaatsu training)，是一種新興的訓(xùn)練方式[9]。BFRT可以產(chǎn)生與高強(qiáng)度阻力訓(xùn)練相似的效應(yīng)，即促進(jìn)肌肉肥大和增強(qiáng)肌力[5]。其作用機(jī)制尚未明確，不同的學(xué)者從不同的角度解釋了BFRT可能的作用機(jī)制。

1.1 激素分泌 以往研究表明力量訓(xùn)練后生長(zhǎng)激素(GH)及類胰島素增長(zhǎng)因子-1(IGF-1)等合成代謝激素的濃度會(huì)增加，這對(duì)骨骼肌的生長(zhǎng)至關(guān)重要[10]。BFRT會(huì)導(dǎo)致代謝產(chǎn)物大量累積[11]，進(jìn)而引起組織pH降低，刺激Ⅲ組和Ⅳ組傳入神經(jīng)纖維，并調(diào)節(jié)化學(xué)感受性反射，進(jìn)而刺激垂體釋放GH[12]。在一項(xiàng)應(yīng)用BFRT的研究中，年輕男性限制血流的同時(shí)進(jìn)行低強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GH濃度顯著增加[13]，另有研究也報(bào)告類似的結(jié)果[14,15]。此外，當(dāng)體內(nèi)的GH上升時(shí)，會(huì)刺激肝臟釋放IGF-1[16]。在Takano等[17]的研究中，受試者在限制血流的情況下進(jìn)行雙腿抗阻伸膝運(yùn)動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)后IGF-1的濃度增加。然而，有研究[18]表明抗阻運(yùn)動(dòng)后的肌肉蛋白合成與GH、IGF-1和睪酮水平的變化無關(guān)。Ozaki等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，GH水平的變化與BFRT誘導(dǎo)的肌肉肥大沒有顯著相關(guān)。

1.2 纖維募集 有學(xué)者提出，BFR結(jié)合抗阻訓(xùn)練后Ⅱ型肌纖維募集的增加是促進(jìn)肌肉肥大的關(guān)鍵因素[20]。根據(jù)BFRT的相關(guān)研究，與慢肌纖維相比，快肌纖維即使是較低的強(qiáng)度也可以迅速募集，這可能與代謝產(chǎn)物的大量累積以及氧氣的減少有關(guān)，通過刺激Ⅲ組和Ⅳ組傳入神經(jīng)纖維，抑制α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，從而增加纖維的募集以維持肌肉力量[20]。這也得到了其他研究的支持，在低強(qiáng)度的BFRT中，運(yùn)動(dòng)單位的募集/放電頻率以及快肌纖維的募集都增加[16]。另一項(xiàng)相關(guān)研究顯示，Ⅰ型肌纖維供氧不足導(dǎo)致早期疲勞，在2周的訓(xùn)練結(jié)束后，Ⅱ型肌纖維的橫截面積增加明顯優(yōu)于Ⅰ型肌纖維[21]。然而，也有研究表明在低強(qiáng)度BFRT后，肌肥大主要發(fā)生在Ⅰ型肌纖維[22]。

1.3 活性氧產(chǎn)生 活性氧(reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)生已被證明可以促進(jìn)心肌和平滑肌的生長(zhǎng)[23]，并且先前的研究表明，它可能對(duì)BFRT的肌肥大效應(yīng)起作用[24]，因?yàn)槿毖鹾碗S后的血液再灌注可以進(jìn)一步提高ROS的產(chǎn)生[25]。但是，關(guān)于ROS的產(chǎn)生是BFRT引起肌肉肥大的可能機(jī)制存在爭(zhēng)議。盡管有研究指出缺氧和隨后血流再灌注可以提高ROS的產(chǎn)生，但是Centner等[26]的研究表示，在8周低強(qiáng)度的BFRT之后，ROS的產(chǎn)生并沒有明顯增加，而在Goldfarb[27]等的研究中也有類似的結(jié)果。

1.4 蛋白質(zhì)合成 雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)被認(rèn)為是調(diào)節(jié)骨骼肌生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，參與信使RNA(mRNA)翻譯起始的調(diào)節(jié)，在運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的肌肉蛋白合成以及訓(xùn)練誘導(dǎo)的肥大中起著重要作用[28]。Fry等[29]的研究顯示，BFRT可活化mTOR信息系統(tǒng)，BFR結(jié)合低強(qiáng)度(20%1RM)的抗阻運(yùn)動(dòng)刺激mTOR信號(hào)通路是通過其相關(guān)的下游效應(yīng)器核糖體S6激酶(S6K1)和核糖體蛋白S6(rpS6)磷酸化來促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，這有利于肌肉生長(zhǎng)，隨后Gundermann等[30]的研究也有類似發(fā)現(xiàn)。此外，Xu等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，BFR結(jié)合阻力訓(xùn)練主要通過MAPK信號(hào)傳導(dǎo)增加蛋白質(zhì)合成來促進(jìn)肌肉肥大，并且通過抑制蛋白酶體和肌肉生長(zhǎng)抑制素來防止肌肉萎縮。還有研究表明，BFRT可促進(jìn)產(chǎn)生一氧化氮(nitric oxide，NO)，NO可直接激活mTOR信號(hào)通路以促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成[32]，并且NO可活化衛(wèi)星細(xì)胞刺激肌肉肥大[33]。

綜上所述，BFRT的作用機(jī)制尚未明確。目前認(rèn)為，BFRT引起肌肉肥大的主要機(jī)制是機(jī)械應(yīng)力與代謝應(yīng)激，兩者均可誘導(dǎo)上述機(jī)制，最終影響蛋白質(zhì)合成過程以促進(jìn)肌肉肥大，考慮到低強(qiáng)度的BFRT產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力較小，所以可能是兩者的累積效應(yīng)，其中代謝應(yīng)激起主導(dǎo)作用[34]。

2.血流限制訓(xùn)練在老年人中的應(yīng)用方案

在老年人進(jìn)行BFRT的研究中，主要的運(yùn)動(dòng)種類包括阻力訓(xùn)練和有氧運(yùn)動(dòng)。其中應(yīng)用阻力訓(xùn)練的相關(guān)研究中，運(yùn)動(dòng)的形式多樣，如使用不同阻力的彈力帶進(jìn)行下肢力量訓(xùn)練，或者是器械抗阻練習(xí)，也有自重練習(xí)以及水中的輕阻力訓(xùn)練。有氧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)單一，多數(shù)研究選擇步行的訓(xùn)練方式。訓(xùn)練方案的內(nèi)容主要包括負(fù)荷、重復(fù)次數(shù)、訓(xùn)練頻率、持續(xù)時(shí)間以及加壓的壓力值。

2.1 血流限制結(jié)合阻力訓(xùn)練 阻力訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷設(shè)定在20%～50%1RM的范圍內(nèi)[35～45]，也有以20%的最大自主收縮(maximum voluntary contraction,MVC)來進(jìn)行等長(zhǎng)握力練習(xí)的研究[46]，以觀察老年人前臂肌肉最大自主收縮力量的變化。由此可見，主要為低強(qiáng)度的阻力訓(xùn)練。以往關(guān)于BFR結(jié)合阻力訓(xùn)練的研究中有常用的重復(fù)次數(shù)方案，共4組練習(xí)，第1組重復(fù)30次，后3組分別重復(fù)15次，共75次[47]。有些研究依據(jù)75次重復(fù)方案來實(shí)施阻力訓(xùn)練[40～43,48]，有些進(jìn)行3～4組練習(xí)，重復(fù)次數(shù)7～30次不等[35～39]。關(guān)于訓(xùn)練頻率，均保持2～3次/周，且持續(xù)時(shí)間>4周[35～46,48]。根據(jù)以往研究可知，若是>3周的血流限制阻力訓(xùn)練，2～3次/周的訓(xùn)練頻率足以促進(jìn)肥大效應(yīng)[47]。在阻力訓(xùn)練與BFR結(jié)合使用時(shí)，建議在運(yùn)動(dòng)期間根據(jù)動(dòng)脈閉塞壓力(arterial occlusion pressure，AOP)的測(cè)量設(shè)定壓力，壓力范圍為40%～80%AOP是安全且有效的[47]。在這些研究中，設(shè)定壓力值的方式不盡相同，多數(shù)研究是根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)設(shè)定壓力值，主要在120～270mmHg范圍內(nèi)[35,40,41,44,45]，少數(shù)研究以AOP的百分比(50%～80%)來確定壓力值[36,38,39,42,43,48]，也有研究根據(jù)收縮壓來給肢體進(jìn)行加壓[37,46]。

2.2 血流限制結(jié)合有氧運(yùn)動(dòng) 有氧運(yùn)動(dòng)的負(fù)荷根據(jù)心率或攝氧量(45%心率儲(chǔ)備、65%的最大心率或是50%～80%最大攝氧量)來設(shè)定，通過規(guī)定步行訓(xùn)練的總時(shí)間來確定訓(xùn)練量，主要在10～40分鐘的范圍內(nèi)[39,49～53]。與阻力訓(xùn)練相比，有氧運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練頻率更加頻繁，2～5次/周，多數(shù)選擇4次/周，且持續(xù)時(shí)間均在6周以上[39,49～53]。與BFR結(jié)合阻力訓(xùn)練不同的是在BFR下進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)并未有既往研究推薦壓力值設(shè)定方法[47]。有研究[49,51,52]根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)設(shè)定了壓力值的范圍(140～200mmHg)，部分研究[39,50,53]依據(jù)BFR結(jié)合阻力訓(xùn)練推薦的壓力值方案，采用AOP的百分比來確定壓力值(50%～80%范圍)。

綜上所述，老年人在BFR下進(jìn)行阻力訓(xùn)練以低強(qiáng)度的阻力訓(xùn)練為主，這對(duì)心血管及骨骼肌肉相對(duì)來說更為脆弱的老年人來說更友好。而關(guān)于訓(xùn)練方案，無論是阻力訓(xùn)練還是有氧運(yùn)動(dòng)，各項(xiàng)研究不盡相同，且多數(shù)未解釋制訂方案的理由，因此可能需要更多的研究來探索更適合老年人的BFRT方案。

3.血流限制訓(xùn)練在老年人中的應(yīng)用療效

BFRT作為一種新興的訓(xùn)練方式老年人群體中的應(yīng)用在逐漸增加，其以較低的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度便能促進(jìn)肌肉肥大和增長(zhǎng)力量，并在提高步行能力方面有良好的效果且對(duì)老年人心血管沒有負(fù)面影響。

3.1 促進(jìn)肌肉肥大和增長(zhǎng)肌肉力量 肌肉力量是肌肉收縮產(chǎn)生的最大力量，是健康的重要組成部分，其在日常生活的許多活動(dòng)中發(fā)揮重要的作用[54]。高強(qiáng)度阻力訓(xùn)練時(shí)維持和提高肌肉力量的有效方法，但是對(duì)于老年人群來說，高強(qiáng)度阻力訓(xùn)練可能會(huì)增加訓(xùn)練的損傷風(fēng)險(xiǎn)，BFRT是相對(duì)安全的一種替代方法。老年人進(jìn)行BFRT的研究中，常用1RM、最大自主收縮力量(maximum voluntary contraction,MVC)、力矩來評(píng)估肌肉力量。肌肉橫截面積、肢體周徑、肌肉體積被用來評(píng)估肌肉的大小。研究表明[36]，12周的低強(qiáng)度BFRT(30%1RM、50%1RM)后，健康老年人的股四頭肌、腘繩肌橫截面積增長(zhǎng)且下肢力量明顯增強(qiáng)。Vechinv等[42]的研究將23名健康老年人分為高強(qiáng)度訓(xùn)練組(70%～80%1RM)和低強(qiáng)度BFR組(20%～30%1RM)，經(jīng)過12周的下肢蹬伸訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，兩組的下肢蹬伸1RM提高且股四頭肌橫截面積增加。另有研究表明[46]，在BFR下以20%MVC進(jìn)行等長(zhǎng)握力練習(xí)，4周訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)受試者前臂最大自主收縮力量增強(qiáng)和前臂圍度增加。

BFRT不僅在健康老年人群中有良好的訓(xùn)練效果，在膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎和骨質(zhì)疏松老年患者中訓(xùn)練也有益處。Bryk等[35]對(duì)34名膝骨性關(guān)節(jié)女性患者進(jìn)行為期6周股四頭肌強(qiáng)化訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)低強(qiáng)度BFR組(30%1RM)的股四頭肌力量增長(zhǎng)且疼痛明顯改善。另一項(xiàng)對(duì)有膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)女性的研究也有類似的發(fā)現(xiàn)[40]。Pereira等[39]對(duì)20名骨質(zhì)疏松女性患者進(jìn)行12周的膝關(guān)節(jié)抗阻伸展練習(xí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低強(qiáng)度BFR組(30%1RM)的膝關(guān)節(jié)伸展1RM明顯提高。此外，BFR結(jié)合水中的輕阻力訓(xùn)練也有良好效益[48]，受試者在限制血流的情況下進(jìn)行水中抗阻運(yùn)動(dòng)，8周訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，下肢力量明顯增加。另有多項(xiàng)研究也報(bào)告了BFR結(jié)合低強(qiáng)度阻力訓(xùn)練可以促進(jìn)肌肉肥大和增強(qiáng)肌肉力量[37,38,41～45]。

此外，BFRT相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)結(jié)合BFR可以引起肌肉肥大和力量增強(qiáng)[55]。老年人在限制血流的情況下進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)也能獲得明顯的收益。Abe等[49]對(duì)19名老年受試者進(jìn)行6周的步行訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)BFR步行訓(xùn)練與單純的步行訓(xùn)練相比，可以明顯增加膝關(guān)節(jié)伸展和屈曲的力量且大腿肌肉橫截面積明顯增長(zhǎng)。Ozaki等[52]將18名老年受試者分為BFR步行組和單純步行組，在10周的步行訓(xùn)練后，發(fā)現(xiàn)BFR步行組大腿肌肉橫截面積增長(zhǎng)，膝關(guān)節(jié)等速肌力提高，而單純步行組并未發(fā)現(xiàn)增加。此外，另有多項(xiàng)研究也有類似的發(fā)現(xiàn)[39,50,51]。

綜上所述，現(xiàn)有研究證明BFR結(jié)合低強(qiáng)度的阻力訓(xùn)練或有氧運(yùn)動(dòng)均能夠有效促進(jìn)老年人肌肉肥大和增長(zhǎng)肌肉力量，對(duì)于預(yù)防老年人肌肉萎縮有正向效益。BFRT運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較低，對(duì)關(guān)節(jié)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力及對(duì)心血管系統(tǒng)的壓力較小，對(duì)于老年人來說是更安全的訓(xùn)練方法。

3.2 提高步行能力 隨著年齡的增長(zhǎng)，肌肉質(zhì)量和力量下降，尤其是下肢力量的減弱會(huì)導(dǎo)致老年人步行能力下降，進(jìn)而增加跌倒風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)于老年人來說，維持和提高步行能力對(duì)于其個(gè)體的生活質(zhì)量是非常重要[56]。BFRT可提高老年人肌肉力量，對(duì)于提高步行能力也有益處。在老年人BFRT的研究中，計(jì)時(shí)起立-行走測(cè)試(timed up and go test，TUG)、30秒坐站測(cè)試(30 second sit-to-stand)、6分鐘步行試驗(yàn)、步行速度等是用來評(píng)估步行能力的常用測(cè)試。研究表明[48]，8周的BFR結(jié)合水中阻力訓(xùn)練可明顯提高受試者TUG測(cè)試表現(xiàn)。Clarkson等[53]將受試者分為BFR步行組和單純步行組，在6周的步行訓(xùn)練結(jié)束后發(fā)現(xiàn)BFR步行組的TUG測(cè)試、30秒坐站測(cè)試以及6分鐘步行試驗(yàn)表現(xiàn)比單純步行組有更大改善，約為2.5～4.5倍。Cook等[37]對(duì)有行動(dòng)受限風(fēng)險(xiǎn)的老年人進(jìn)行12周的BFR結(jié)合低強(qiáng)度阻力訓(xùn)練，結(jié)果發(fā)現(xiàn)受試者的400米步行速度有所提高。綜合其他類似的研究，BFR結(jié)合步行或是低強(qiáng)度阻力訓(xùn)練后，均發(fā)現(xiàn)TUG測(cè)試表現(xiàn)改善[35,49,52]。從上述可知，BFRT可以提高老年人的步行能力，這對(duì)其獨(dú)立的日?；顒?dòng)以及生活質(zhì)量的提高均有良好作用。

3.3 對(duì)心血管功能的影響 隨著年齡增長(zhǎng)，老年人的心臟收縮能力減退，血管彈性變小，動(dòng)脈管壁硬化，管腔變窄，較易誘發(fā)心血管疾病[57]。BFRT在老年人群體中應(yīng)用廣泛，因此有學(xué)者開始探討其對(duì)老年人心血管功能的影響。在這些研究中常用動(dòng)脈順應(yīng)性、心踝血管指數(shù)(cardio-ankle vascular index，CAVI)和踝臂指數(shù)(ankle-brachial pressure index，ABI)來評(píng)估心血管功能，三個(gè)指標(biāo)分別可反應(yīng)血管舒張功能、血管彈性以及血管狹窄程度。Ozaki等[52]對(duì)23名老年受試者進(jìn)行10周BFR步行訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)受試者的頸動(dòng)脈順應(yīng)性增加。然而，Tomohiro等[41]的研究中，12周的低強(qiáng)度BFRT后受試者的CAVI和ABI均無明顯變化，因此得出結(jié)論BFRT不會(huì)對(duì)老年人的心血管功能產(chǎn)生負(fù)面影響。另有兩項(xiàng)研究也得出類似的結(jié)論[44,45]。從上述可知，目前探討B(tài)FRT對(duì)老年人心血管功能影響的研究較少，現(xiàn)有證據(jù)表明BFRT不會(huì)對(duì)老年人心血管功能產(chǎn)生負(fù)面影響。

4.總結(jié)與展望

BFRT以較低的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度便能促進(jìn)肌肉肥大和增強(qiáng)肌肉力量，主要作用機(jī)制是機(jī)械應(yīng)力與代謝應(yīng)激，兩者均可誘導(dǎo)激素分泌、肌纖維募集和活性氧產(chǎn)生等過程，最終影響蛋白質(zhì)合成過程以促進(jìn)肌肉肥大，考慮到低強(qiáng)度BFRT產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力較小，所以可能是兩者的累積效應(yīng)，其中代謝應(yīng)激起主導(dǎo)作用。BFRT在老年人群中的應(yīng)用逐漸增加，常與低強(qiáng)度阻力訓(xùn)練或有氧運(yùn)動(dòng)結(jié)合使用，可促進(jìn)老年人肌肉肥大，提高肌肉力量、步行能力且不會(huì)對(duì)心血管產(chǎn)生負(fù)面影響。目前BFRT在老年人中應(yīng)用的訓(xùn)練方案并未個(gè)性化，未來需要更多關(guān)于訓(xùn)練量、加壓壓力值的研究，以便制訂出更合理的訓(xùn)練方案，此外需要關(guān)注在老年人中應(yīng)用BFRT的安全性問題。