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，維持較高體力活動水平的老年人患MCI和AD的風(fēng)險降低。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)保護和認(rèn)知功能方面的作用進行綜述。

1 運動在神經(jīng)保護和神經(jīng)可塑性中的作用

1.1動物研究 動物研究提供了運動在促進大腦神經(jīng)可塑性中作用的強有力證據(jù)。在嚙齒類動物中，跑輪上運動有助于神經(jīng)元生長，并加強了與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)系〔3，4〕。小鼠的運動伴隨著大腦中神經(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〕證實與對照組大鼠相比，運動組大鼠海馬中的BDNF-RNA基因表達增加，并且每晚跑的距離與海馬中的BDNF水平密切相關(guān)。在跑輪上進行運動的大鼠表現(xiàn)出更強的學(xué)習(xí)和記憶能力，這一點在水迷宮中也得到了證實。這些行為變化也伴隨著運動大鼠β-淀粉樣蛋白沉積減少〔6〕。運動還增加了大腦的血液供應(yīng)，從而促進神經(jīng)生長和神經(jīng)功能〔4〕。在動物模型中，這些血管變化似乎促進皮層的可塑性，尤其是海馬體的可塑性，并增強神經(jīng)結(jié)構(gòu)的生長和保護〔3〕。在動物研究中，運動介導(dǎo)的生理變化可能有助于提高認(rèn)知能力。在動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)常參加運動的人群，全面的認(rèn)知能力下降〔7〕和癡呆發(fā)病的風(fēng)險較低〔8〕。檀香山-亞洲老齡化研究對男性進行了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)險要高出1.7～1.8倍〔8〕。Weuve等〔7〕對女性進行了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。盡管最佳運動量(強度和持續(xù)時間)和運動類型仍不十分清楚，但對于老年人，運動量的增加與認(rèn)知健康之間存在著積極的關(guān)系。在對16項前瞻性隊列研究的薈萃分析中，體力活動水平最高的人患癡呆和AD的相對風(fēng)險最低，表明高體力活動水平對人體具有保護作用，可將癡呆和AD的風(fēng)險降低28%和45%〔9〕。在一項對68～92歲男性和女性進行的橫斷面研究中，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對認(rèn)知能力下降有保護作用。雖然尚未確定改善認(rèn)知功能所需的最佳運動量，但持續(xù)時間和多種運動方式是兩個重要的方面。

2 老年人體育鍛煉改善認(rèn)知能力的可能機制

多種生理機制解釋了運動對大腦結(jié)構(gòu)的神經(jīng)保護和神經(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，許多心血管危險因素與認(rèn)知能力及認(rèn)知能力下降有關(guān)〔13〕。

2.1運動、心血管危險因素和認(rèn)知功能 認(rèn)知障礙風(fēng)險的增加與心血管危險因素有關(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，都可通過增加運動水平來改變〔14〕。降低心血管危險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)生的機制尚不清楚。運動可能介導(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運動、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包括海馬在內(nèi)的大腦特定區(qū)域的可塑性和增強神經(jīng)血管系統(tǒng)〔15〕。在動物和人類研究中，保護性神經(jīng)營養(yǎng)素的釋放增加與較高的運動水平有關(guān)〔16，17〕，在年輕人進行短期〔16〕或長期〔17〕有氧運動的血液中BDNF增加。在進行3個月耐力訓(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促進神經(jīng)元的生長、存活和分化〔5〕，在6個月中至高水平的抗阻運動后，老年人血清IGF-1水平升高〔18〕。體育運動可能通過調(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)的基因表達及腦組織抗氧化能力進而促進認(rèn)知功能〔19〕?？傊?，有助于降低心血管危險因素的體育鍛煉，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)知能力的運動干預(yù)方式

3.1有氧運動干預(yù) Erickson等〔20〕將一組參加有氧運動(步行)項目的久坐不動的老年人與只做伸展運動的老年人進行比較，結(jié)果表明有氧運動組的心血管健康狀況有所改善，最大攝氧量(VOmax2)增加了7.8%。有氧運動組還表現(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，進行有氧運動干預(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個月的小組運動計劃，該計劃90 min/d，2次/w，與只接受教育的對照組相比，運動組的參與者表現(xiàn)出更好的一般認(rèn)知功能、即時記憶和語言能力〔22〕。

3.2抗阻運動干預(yù) 一項對健康久坐老人進行的24 w研究將中等強度和高強度抗阻運動方案組(50%1RM和80%1RM的上、下肢阻力運動)與伸展控制組進行了比較。中等強度和高強度抗阻運動組在幾個認(rèn)知領(lǐng)域均有改善，兩個運動組的IGF-1水平均升高，說明與保持認(rèn)知功能有關(guān)〔18〕。另一項針對女性的研究，對比了抗阻訓(xùn)練計劃與平衡和調(diào)理練習(xí)對照計劃對認(rèn)知功能的效果。每周參加1～2次為期12個月的抗阻運動項目的女性在執(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?？棺柽\動組的認(rèn)知功能6個月的訓(xùn)練后并沒有改善，但12個月后有所改善，說明需要較長時間的抗阻訓(xùn)練才能使認(rèn)知能力發(fā)生變化〔23〕。

3.3多種模式運動干預(yù) 研究運動干預(yù)對認(rèn)知影響的實驗多數(shù)都集中在有氧運動和抗阻運動，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〕運用 Meta 分析，探究認(rèn)知聯(lián)合運動療法干預(yù) AD及 MCI老年人的療效，認(rèn)為認(rèn)知聯(lián)合運動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)練和多模式運動干預(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、運動干預(yù)效果更持久穩(wěn)定。

3.4中國傳統(tǒng)運動項目干預(yù) 中國傳統(tǒng)運動項目如太極拳〔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。在成年后的任何時候開始中等強度的體育鍛煉都是有益的，特別是對于久坐不動的人〔29〕。盡管其機制尚不清楚，但經(jīng)常鍛煉可能會影響多種可改變的危險因素，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)時間較長的、多成分的運動計劃效果較佳，進一步的研究需要確定改善老年人認(rèn)知能力的最佳運動劑量。