運動改善老年人心肺功能存在劑量效應的系統(tǒng)綜述與Meta分析

肖義然，張藍天，邱俊強，許春艷

隨著年齡的增長，人體心肺功能（cardiorespiratory fitness，CRF）或評價CRF的金標準——最大攝氧量（O2max）（Cote et al.，2007；Longstreet et al.，1995）逐 漸 下 降（Dong et al.，2012；Folsom et al.，2011）。30歲以后 ，O2max每10年下降5%～15%，在70歲時將喪失最多（達50%）（Jackson et al.，2009）。CRF的下降會伴隨著與年齡相關的身體機能的下降，并與老年人常見的心肺并發(fā)癥共同作用而加劇衰老（Chodzko-Zajko et al.，2009；Nelson et al.，2007）。60%的老年人每日靜坐少動時間超過4 h（Harvey et al.，2013），會進一步降低老年人的CRF（林家仕 等，2019）。

擁有較高CRF的老年人患心血管疾病的風險以及全因死亡率的相對危險度顯著降低（謝敏豪等，2011；Vanhees et al.，2012a；Vanhees et al.，2012b）。有氧運動是促進CRF改善的重要手段，可使老年人O2max提升15%～20%或更多（Chodzko-Zajko et al.，2009；Fleg et al.，2005）。美國運動醫(yī)學會（The American College of Sports Medicine，ACSM）建議老年人每周進行150～300 min中等強度運動或75～150 min的高強度運動（王正珍，2019）。但對于改善老年人CRF運動處方的劑量或特征（即達到和優(yōu)化特定健康結局指標所需的運動強度、時間、頻率和周期等）尚待確定（Vanhees et al.，2012a）。例如，對于引起O2max改善的最小運動強度和為CRF帶來最大提升的最佳運動強度仍然未知（William et al.，2015）。這可能與不同研究間各要素劑量設置的差異以及受試者特征異質性的限制有關（Margaret et al.，2019）。此外，有研究證明，過度的運動干預可能對心血管造成不良影響（O’Keefe et al.，2012）。因此，在改善老年人CRF的運動干預研究中，具體運動處方各要素的設置格外重要。本研究采用Meta分析的方法，綜合各項改善老年人CRF的臨床試驗研究，探討不同運動處方參數對老年人CRF提升的劑量效應，明確改善老年人CRF的最佳運動劑量。

1 研究對象與方法

本研究嚴格按照《系統(tǒng)綜述和薈萃分析優(yōu)先報告的條目：PRISMA聲明》（David et al.，2009）的要求進行Meta分析，并在PROSPERO平臺完成方案注冊（注冊號：CRD42020208175）。

1.1 文獻納入與排除標準

采用循證醫(yī)學的研究對象-干預措施-對照措施-結局指標-研究類型原則（Patients-Intervention-Comparisons-Outcomes-Study，PICOS）（Liberati et al.，2009）作為文獻納入的標準。

1.1.1 研究對象

年齡≥60歲，身體健康的老年人，包括醫(yī)學監(jiān)控下可進行運動的高血壓患者等。排除涉及非傳染性疾病（如心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、癌癥等）或合并其他嚴重的軀體性疾?。ㄈ缒X卒中、心肌梗死、惡性腫瘤等）的患者。

1.1.2 干預措施

實驗組中運動干預是唯一的干預措施，運動干預形式包括有氧運動和有氧與抗阻相結合的混合運動等。對照組不進行運動干預，常規(guī)生活或接受老年人心肺功能健康教育。

1.1.3 結局指標

1.1.4 研究設計

本研究納入以中英文公開發(fā)表的臨床試驗研究，包括隨機對照試驗研究（randomized controlled trial，RCT）與自身對照試驗研究（self-controlled trial，SCT）。

1.1.5 排除標準

1）會議論文與論文摘要；2）重復、質量差的文獻；3）不能獲取全文的文獻；4）不能提供平均值和標準差（M±SD）的文獻。

1.2 文獻檢索策略

1.2.1 檢索數據庫

中文數據庫包括中國知網、萬方數據庫；外文數據庫包括PubMed、EBSCO、Web of Science。檢索文獻時間：1990年1月～2021年3月。

1.2.2 檢索詞

采用3個主題下各關鍵詞相結合的方式作為檢索詞進行檢索。主題詞：老年人、運動干預和心肺功能。中文關鍵詞：老年人、有氧運動、運動干預、體力活動、心肺耐力、心肺功能、最大攝氧量。英文關鍵詞：older adult，elderly，aging，aged，exercise，training，physical activity，aerobic training，combined training，cardiovascular fitness，cardiopulmonary，O2max。同時在文獻檢索過程中參考檢索的文獻，補充同義檢索詞。

1.2.3 文獻篩選與資料提取

由兩名研究員閱讀文章的題目和摘要，如初步符合納入標準，再進一步閱讀全文，根據納入與排除標準進行篩選，對于判斷結果不一致的文獻，與第三名研究者共同討論決定是否納入。在閱讀全文時進行資料提取，內容包括第一作者、發(fā)表年份、研究類型、研究對象基本信息（樣本量、年齡、性別、BMI）、運動處方各要素（運動形式、強度、頻率、時間、周期）及結局指標等。

1.3 文獻質量評價

采用物理治療證據數據庫量表（The Physiotherapy Evidence Database，PEDro）（Mallen et al.，2006）評價研究質量，得分≥6分的研究即可認為是高質量的研究（Maher et al.，2003）。由兩名研究者根據評價標準獨立對納入的文獻進行評估，共進行兩輪評估，第一輪進行獨立評估，第二輪就第一輪評估結果出現的差異征詢第三位研究者意見后重新評估。

1.4 統(tǒng)計學方法

采 用 Comprehensive Meta-Analysis V2（CMA2.0）與RevMan 5.3統(tǒng)計軟件進行Meta分析。對納入研究的運動處方各要素進行亞組分析，探討各要素改善老年人O2max的程度與改善老年人CRF的劑量效應。

1.4.1 模型選擇

本研究通過I2檢驗判斷各研究間是否存在異質性（Higgins et al.，2011）。若P＞0.1，I2＜50%則認為同質性良好，采用固定效應模型進行分析；若P＜0.1，I2≥50%則認為存在高度異質性，選擇隨機效應模型。

1.4.2 效應量

效應量（effect size，ES）是衡量實驗效應強度的指標（Snyder et al.，1993），不受樣本容量大小的影響（或者影響很?。?，效應量可區(qū)分統(tǒng)計顯著性和實際顯著性（Kirk，1996）。本研究采用效應量檢驗運動干預效果，選取Cohen’s d作為效應量評價指標（Keith，1988），在Meta分析軟件中以標準化均數差（standardize mean difference，SMD）的值表示Cohen’s d的大小。d是實驗組的平均值和對照組的平均值的差與兩組標準差的比率（權朝魯，2003）。Cohen’d表示效應量時，d＜0.2（效應微?。?；0.2≤d＜0.5（效應?。?；0.5≤d＜0.8（效應中等）；d≥0.8（效應大）。

2 結果

2.1 納入研究的文獻特征

初步檢索獲得中文文獻90篇、英文文獻2 095篇。經Note Express軟件排除重復文獻后，閱讀文獻題目和摘要進行初步篩選獲得中文文獻38篇、英文文獻170篇。閱讀所有初篩文獻全文，排除研究對象、研究設計、干預措施及結局指標不符合本研究納入排除標準的文獻，如果一篇文獻里有多組運動形式，則記為多項研究。最終共納入英文文獻62篇、82項研究（圖1），均進行Meta分析。

PWMs也是一個廣泛應用的檢測水文過程的尺度效應，尺度效應的結論比PMs更為可靠，因為 PWMs方法考慮了水文參數的異常值(即特別干旱和濕潤年份)。和PMs方法相同，流域面積也是被來作為尺度因子。在單元尺度的定義下，式(7)成立。

圖1 文獻檢索納入過程Figure 1. Literature Selection Process

2.2 數據編碼

Meta分析前本研究需要對各文獻的運動強度進行編碼并將強度范圍換算為平均值，為避免主觀因素對換算結果產生偏移，采用如下換算方式：1）運動強度為固定值的文獻，保持原值；2）運動強度為某一范圍（如50%～60%）時，換算為強度范圍的平均值（換算后強度為55%）（黎涌明，2015；Seiler et al.，2006）；3）運動強度為漸增形式時，采用強度權重方法（Seiler，2010）。

美國心臟協(xié)會（American Heart Association，AHA）的研究顯示，抗阻運動對CRF只能起到微小的改善作用（Williams et al.，2007）。Righi等（2021）對混合運動、有氧運動和抗阻運動改善CRF進行Meta分析發(fā)現，混合運動和有氧運動均能顯著改善CRF，但兩者的改善效果間無顯著差異；鑒于本研究著眼于運動對CRF改善效果，因此混合運動的強度選取了其中的有氧運動強度（Righi et al.，2021；Williams et al.，2007）。

本研究檢索文獻的時間跨度范圍較長，不同文獻制定的運動強度形式多樣（如%O2max、HRR、HRmax等）。為便于分析，將換算后的各運動強度歸一化（表1），統(tǒng)一為HRR（Haff et al.，2015）以適用于老年人運動強度的制定（王正珍，2019）。

表1 納入文獻基本特征Table 1 Basic Characteristics of Included Literature

2.3 方法學質量評價

采用PEDro文獻質量評價表進行評估，因本研究干預措施無法對研究對象實施盲法，故未納入該項進行評分。納入的62篇文獻得分均≥6分（56篇文獻得分為8分，6篇文獻得分為6分）。

2.4 受試者基本特征與運動處方參數概況

根據各研究運動處方要素的情況，本研究將處方中各參數（表2）進行劃分（表3），同時將該劃分范圍作為劑量效應研究中劑量范圍的參考。

表2 受試者基本特征與運動處方參數概況Table 2 Overview of the Subjects’Basic Characteristics and Exercise Prescription Elements

2.5 Meta分析結果

2.5.1 運動處方各要素對老年人CRF改善的劑量效應

本研究將各運動處方要素的參數范圍進行了劃分（表3），并在此基礎上進行亞組分析，探討各要素對老年人CRF改善的劑量效應。研究表明，O2max在各要素的影響下均出現了明顯的劑量效應（圖2，表4）。

表4 運動參數值域與改善效應Table 4 Range of Exercise Elements and Improvement Effect

圖2 運動處方各要素改善老年人O2max的劑量效應Figure 2. The Dose Effect of Each Element of Exercise Prescription to Improve O2maxin the Elderly

2.5.2 單次運動時間對老年人CRF改善的效應

表5 單次運動大效應改善的時間-強度組合Table 5 Time-Intensity Combination of the Large Effect Size of Each Exercise

圖3 單次運動時間下各運動強度改善老年人O2max的效應Figure 3. Effect of Each Exercise Intensity on Improving theO2maxof the Elderly under Each Exercise Time

續(xù)表1

2.5.3 周運動時間改善老年人CRF的效應

總消耗量一致的情況下，每周150～300 min中等強度運動與每周75～150 min大強度運動對于CRF的改善的效應相似（Garber et al.，2011）。因此，本研究以150 min作為周運動時間的分界點，探討不同強度運動與改善老年人O2max的效應關系（圖4）。

圖4 周運動時間下各運動強度改善老年人O2max的效應Figure 4. Effect Size of Each Exercise Intensity on Improving the O2maxof the Elderly under the Weekly Exercise Time

表6 單次運動大效應改善的時間-強度組合Table 6 Time-Intensity Combination of the Large Effect Size of Each Exercise

2.6 發(fā)表偏倚檢驗

對本研究進行的6項Meta分析研究進行發(fā)表偏倚檢驗，并制作漏斗圖。在漏斗圖中，樣本量小的研究精度低，分散遍布在漏斗圖的底部；樣本量大的研究精度高，集中在漏斗圖的頂部（Galbraith，1988）。各項研究均能形成倒置漏斗，且各研究散點對稱集中在漏斗圖的頂部（圖5），因此均不存在發(fā)表偏倚。

圖5 各項改善老年人CRF研究的漏斗圖Figure 5. The Funnel Plot of Each Study to Improve CRF in the Elderly

3 討論

3.1 文獻質量評價

本研究共納入62篇文獻，PEDro量表評價得分均≥6分（56篇文獻得分為8分，6篇文獻得分為6分），所有研究的基線無顯著性差異，均描述了受試者的納入標準，對85%以上的受試者進行了結局指標的評價以及描述了干預前后結局指標的變化情況。除自身對照試驗的研究無法對受試者進行隨機分配外，其余研究均對受試者進行了隨機分配。總體而言，納入本研究的文獻質量較高。

3.2 各運動處方要素改善老年人CRF的劑量效應

3.2.1 運動強度改善老年人CRF的劑量效應

運動強度增加至70%～79% HRR后CRF改善曲線出現平臺現象，說明即使強度繼續(xù)增加至80%～90% HRR，所產生的改善效應也沒有進一步提高（d=1.03 vs d=1.01），反而可能會增加靜坐少動人群的運動損傷風險（李文川，2014；Donath et al.，2015；Vanhees et al.，2012a，2012b）。Huang等（2016）研究顯示，老年人在 70%～75% HRR強度進行運動時能夠最大程度提升O2max，而強度增加至80% HRR后，獲得的收益急劇下降。有研究表明，在次最大運動負荷下，老年人達到該負荷時較年輕人要付出更多的運動量，同時會增加疲勞的產生（Crane et al.，2013）。因此，本研究不推薦靜坐少動的老年人以80%～90% HRR的強度進行運動。

3.2.2 運動時間改善老年人CRF的劑量效應

與強度劑量效應類似，不同運動時間也呈現出劑量效應（圖2b）。25～60 min的運動時間范圍內，短時間（25～35 min）的運動能使老年人的O2max得到中效應的改善（d=0.56）。較長的運動時間（60 min）似乎對老年人O2max的改善達到更大的效應（d＝0.90）。

Sattelmair等（2011）研究表明，具有運動習慣的老年人患冠心病的風險比靜坐少動老年人減少14%，即使每次運動時間達不到推薦量，其帶來的效益也大于靜坐少動。本研究結果支持這一觀點，一次25～30 min的運動能達到中等的改善效益。此外，有研究表明，運動時間過長（＞60 min）可能會使老年人的CRF受到損害，這可能與心血管的變化和反應能力隨年齡的增加而降低有關（Fleg et al.，2012），并且這些不良反應會對心血管產生不利的影響（O’Keefe et al.，2012）。因此過長的運動時間并非老年人的最佳選擇。

3.2.3 運動頻率改善老年人CRF的劑量效應

3.2.4 運動周期改善老年人CRF的劑量效應

3.3 單次運動時間下各運動強度改善老年人CRF的劑量效應

強度和時間的交互效應能更有效反應運動對人體機能的干預效果。本研究發(fā)現，運動時間在40～45 min/次及以上，且強度在60%～69% HRR及以上時，即可對老年人CRF的改善產生大效應（d＞0.8）。這表明，即使執(zhí)行小于單因素的大效應劑量的強度（70% HRR）與時間劑量（60 min）的運動，通過交互效應也能獲得大效應，提示，一次40～45 min的中等強度運動可能是老年人大幅度改善CRF的最小有效劑量。Slentz等（2016）研究顯示，24周的低運動量中等強度、大運動量中等強度和大運動量大強度干預的效應量分別為0.30，0.86和0.74，提示，大運動量中等強度產生的CRF改善收益最佳。但Eric等（2020）的研究與此結果并不一致，兩組受試者分別進行8周的每周3次，每次30 min的80%～90% HRmax強度和每次50 min的65%～70% HRmax強度運動干預后，CRF的改善均為中等效應（d=0.57，d=0.68）。

本研究結果與Slentz等（2016）的結果相一致，老年人每次執(zhí)行40～60 min中等強度的運動即可顯著提高CRF（O2max）水平，且中等強度的運動對于老年人帶來的益處遠大于潛在的安全性風險（Simo et al.，2015）。

3.4 周運動時間下各運動強度改善老年人CRF的劑量效應

WHO建議老年人每周進行至少150～300 min的中等強度有氧運動或75～150 min的較高強度有氧運動，或者兩種強度的身體活動的等效組合（Dempsey et al.，2020）。ACSM提倡老年人應逐漸超過所推薦的最小體力活動量以加強對慢性疾病和健康狀態(tài)的管理（Chodzko-Zajko et al.，2009；Nelson et al.，2007）。

以每周150 min運動時間為界限，本研究發(fā)現，周運動時間短于150 min時，只有80%～90% HRR的運動強度對老年人的O2max產生大效應的改善（d=0.83）；周運動時間長于150 min時，60%～69% HRR的運動強度能對老年人O2max的改善產生大的效應（d=1.05）。冉鋒（2011）對中老年受試者制定了12周，50%O2max的有氧運動，周運動時間分別為120 min、180 min和240 min。研究顯示，只有每周180～240 min的運動量才能顯著提高受試者的O2max。

根據WHO和ACSM的觀點，結合本研究的結果，為獲得大效應的CRF改善，推薦老年人群根據不同身體機能水平選擇每周進行150 min以上，強度至少在60% HRR的有氧運動或150 min內，強度80% HRR及以上的有氧運動。

3.5 研究存在的不足

本研究揭示了運動干預改善老年人CRF的劑量效應，但仍不可避免的存在不足：1）研究采用權重進行強度換算，盡可能地減少人為因素的干擾，但仍會在換算過程中產生隨機誤差；2）研究未考慮性別因素，運動處方各要素的主效應及交互效應是否存在性別差異在本研究中未能體現；3）本研究尚未證實運動形式在運動干預與改善CRF中的作用。

4 結論

本研究對各項對照臨床實驗研究進行Meta分析，揭示運動處方各要素與老年人CRF的改善之間存在一定的劑量效應關系，老年人CRF最小有效改善（d＞0.5）的各處方劑量分別為35%～50% HRR、25～35 min、1次/周和運動干預8周。獲得大效應CRF改善的運動強度敏感區(qū)為70%～79% HRR，運動時間、頻率和周期的敏感區(qū)為60 min/次、4次/周及以上和運動干預16周。

探討單次運動時間與周運動時間下各運動強度之間的交互效應對老年人CRF的影響時，本研究發(fā)現，每周150 min以上，每次40～45 min強度為60% HRR的運動能對老年人心肺功能產生大效應的提升。