血流限制訓(xùn)練在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用進(jìn)展

岳夢艷 ,袁淑娟

血流限制訓(xùn)練(Blood flow restriction training, BFRT),也被稱為“加壓訓(xùn)練”,是一種將動(dòng)脈血流部分限制和靜脈血流閉塞與運(yùn)動(dòng)相結(jié)合以期短時(shí)間內(nèi)有效實(shí)現(xiàn)肌肉質(zhì)量與力量增長的訓(xùn)練方式,最常用的BFRT方式是低強(qiáng)度血流限制訓(xùn)練。低強(qiáng)度血流限制訓(xùn)練是將20%～40% 1次重復(fù)最大力量(1 Repetition Maximum, 1RM)的阻力訓(xùn)練或40%～50%最大有氧速度的有氧運(yùn)動(dòng)與血流限制(Blood flow restriction, BFR)相結(jié)合,其產(chǎn)生的肌肉生長效應(yīng)程度與高負(fù)荷阻力訓(xùn)練相似[1],多用于肌肉骨骼損傷患者中。而神經(jīng)系統(tǒng)疾病常伴有一定程度的功能障礙,如運(yùn)動(dòng)障礙、認(rèn)知障礙、情緒障礙等,致殘率較高,導(dǎo)致日常生活活動(dòng)能力下降,給家庭及社會(huì)帶來極大的負(fù)擔(dān),神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的功能康復(fù)顯得尤為重要。由于高負(fù)荷阻力運(yùn)動(dòng)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者中往往很難實(shí)現(xiàn),因此低強(qiáng)度BFRT以用較少的運(yùn)動(dòng)量發(fā)展肌肉、減少對關(guān)節(jié)或肌肉造成損害的可能性、縮短訓(xùn)練時(shí)間的優(yōu)點(diǎn),在神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的康復(fù)中越來越受到青睞。本篇綜述旨在對BFRT在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用機(jī)制及最新應(yīng)用展開論述,對拓寬其今后臨床應(yīng)用范圍及臨床研究方向提供新思路。

1 BFRT在神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者中的訓(xùn)練方案

目前,國內(nèi)外應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者中的BFRT方式包括阻力運(yùn)動(dòng)、有氧運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)肌肉刺激等。一般采取2～3次/周、75次重復(fù)量/次的訓(xùn)練方案來提高肌肉力量,更積極的方案包括2次/d的訓(xùn)練量,這可能是在康復(fù)早期加速恢復(fù)的合理選擇。BFRT應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的設(shè)備包括電子充氣袖帶[2]與彈力帶兩種[3]。其中,電子充氣袖帶設(shè)備通常使用多普勒超聲或脈搏血氧儀確定肢體閉塞壓(arterial occlusion pressure, AOP)的百分比精確達(dá)到所需的閉塞壓力,較為推薦的閉塞壓力為 40%～80%AOP[4]。此外,相關(guān)臨床研究中,也有使用固定壓力值或壓力公式來確定閉塞壓力。而包裹在鍛煉肢體的近心端的彈力帶設(shè)備,常通過感知松緊度來確定閉塞壓力。然而,在神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者中應(yīng)用BFRT的具體方案仍未確定。這可能是與BFRT在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用尚未普及,且臨床醫(yī)生和物理治療師缺乏專業(yè)的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)有關(guān)。

2 BFRT在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用機(jī)制

2.1 刺激肌肉生長 BFRT已被證明在神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者等多種疾病人群中均可刺激肌肉生長、增加肌肉力量。其生理機(jī)制尚無定論,目前較為接受的機(jī)制包括以下四個(gè)方面:①缺血缺氧狀態(tài)下,刺激Ⅲ和Ⅳ型傳入神經(jīng),抑制α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元,引起神經(jīng)肌肉更快疲勞,從而使快肌纖維招募增加[5];②缺血缺氧造成的pH下降引起化學(xué)感受性反射,刺激生長激素、胰島素樣生長因子-1和睪酮產(chǎn)生[6];③訓(xùn)練產(chǎn)生大量一氧化氮激活合成蛋白的磷酸肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(phosphoinositol 3 kinase/ protein kinase B/mammalian target of rapamycin,PI3K /AKT /mTOR)通路,并通過刺激單細(xì)胞生長因子合成實(shí)現(xiàn)肌肉衛(wèi)星細(xì)胞增殖及肌肉生長抑制素下調(diào)[7];④代謝產(chǎn)物的積累產(chǎn)生壓力梯度,造成細(xì)胞腫脹,激活PI3K/Akt/mTOR和絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(mitogen-activated protein kinase/ extracellular signal-regulated kinase 1/2,MAPK/ERK 1/2)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,促進(jìn)蛋白合成并抑制蛋白水解[8]。從而使得BFRT在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到與高負(fù)荷阻力運(yùn)動(dòng)同等程度的增肌效果。

2.2 改善認(rèn)知功能 目前BFRT改善認(rèn)知功能的機(jī)制仍存在一些爭議。Morita等[9]研究發(fā)現(xiàn)低負(fù)荷BFRT后運(yùn)動(dòng)皮層氧合血紅蛋白濃度明顯增高,腦血流量增加可能對大腦產(chǎn)生積極影響,從而進(jìn)一步改善認(rèn)知功能。然而,Yamada等[10]提出BFRT形成的缺氧環(huán)境造成部分代謝產(chǎn)物增加是改善認(rèn)知功能的潛在機(jī)制。缺氧環(huán)境可引起血乳酸濃度增加,從而增加大腦對乳酸的攝取,同時(shí)缺氧環(huán)境中骨骼肌過氧化物酶體增殖物激活受體-γ輔活化子1-α(peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-α, PGC-1α)的基因表達(dá)增強(qiáng),PGC-1α與乳酸均可誘導(dǎo)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)的產(chǎn)生和釋放。此外,缺氧環(huán)境刺激去甲腎上腺素增加,使覺醒、前額葉皮質(zhì)及大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)興奮性增加,從而改善患者的認(rèn)知功能。目前關(guān)于BFRT改善認(rèn)知功能的機(jī)制研究仍較少,尚不能得出確切機(jī)制,但其在臨床研究中表現(xiàn)出了積極的影響。

2.3 改善卒中后抑郁狀態(tài) 卒中后抑郁的發(fā)病可能與神經(jīng)遞質(zhì)分泌異常、神經(jīng)營養(yǎng)狀態(tài)受損、神經(jīng)細(xì)胞過度凋亡有關(guān)[11]。BFRT可能通過以下機(jī)制改善卒中后抑郁患者的神經(jīng)功能:①靜脈閉塞可激活缺氧誘導(dǎo)因子,增加血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)的表達(dá),誘導(dǎo)腦內(nèi)新生血管生成,對神經(jīng)元產(chǎn)生營養(yǎng)及保護(hù)作用[12];②缺氧環(huán)境誘導(dǎo)產(chǎn)生及釋放BDNF,其通過酪氨酸激酶受體B和P75神經(jīng)營養(yǎng)因子受體兩條信號通路調(diào)控神經(jīng)元的發(fā)育分化[13],從而改善卒中后抑郁患者的神經(jīng)功能,改善患者的情緒癥狀。

3 BFRT在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 BFRT在腦卒中患者中的應(yīng)用 腦卒中患者存在不同程度、不同類型的功能障礙,高于70%的患者存在一定程度的運(yùn)動(dòng)功能障礙,嚴(yán)重影響步行及日常生活能力[14]。杜燕等[15]將60例老年腦卒中患者隨機(jī)分組,分別進(jìn)行低負(fù)荷BFRT和常規(guī)抗阻訓(xùn),結(jié)果表明BFRT比常規(guī)抗阻訓(xùn)練更有效地增強(qiáng)偏癱側(cè)肌肉力量,改善下肢運(yùn)動(dòng)功能和軀干穩(wěn)定性,提高患者日常生活能力。在臨床康復(fù)中,腦卒中后偏癱患者不僅需要增加患側(cè)肢體肌力,還需提高對側(cè)肢體肌力來幫助更好地維持身體平衡。目前已有研究得出BFRT應(yīng)用于一側(cè)肢體時(shí),非BFRT側(cè)肢體的肌力也有所增長[16],未來仍需在偏癱患者中進(jìn)一步證實(shí),但這項(xiàng)研究結(jié)果對患側(cè)部位無法進(jìn)行BFRT的人群也提供了新的治療視角。腦卒中后抑郁(post-stroke depression, PSD)是腦卒中的常見并發(fā)癥之一,約1/3的腦卒中患者存在PSD[17]。PSD不僅會(huì)阻礙康復(fù)過程中的功能恢復(fù),還會(huì)增加卒中復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。 Du等[18]對24名PSD患者進(jìn)行低強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)(40%1RM)、低強(qiáng)度BFRT(40%1RM+上肢120mmHg/下肢160mmHg的閉塞壓力)及高強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)(80%1RM),結(jié)果顯示低強(qiáng)度BFRT更有效刺激外周血乳酸的產(chǎn)生,從而提高PSD患者BDNF及VEGF的水平,改善患者癥狀。雖提高程度與高強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)相同,但受試者在BFRT后感知運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度(Rating of Perceived Exertion, RPE)明顯低于高強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)。這對于不能承受高負(fù)荷運(yùn)動(dòng)的PSD患者來講,可能是一種更佳的鍛煉方式。因此,低負(fù)荷BFRT有望代替高負(fù)荷抗阻運(yùn)動(dòng),成為腦卒中患者改善運(yùn)動(dòng)功能、改善抑郁癥狀、提高日常生活能力的一種康復(fù)手段。

3.2 BFRT在多發(fā)性硬化患者中的應(yīng)用 多發(fā)性硬化癥(multiple sclerosis, MS)引起的肌無力、肌肉痙攣、異常疲勞等功能障礙會(huì)增加患者跌倒風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重影響生活質(zhì)量。Lamberti等[19]將22例進(jìn)展性MS患者隨機(jī)分為BFRT組和常規(guī)高強(qiáng)度步行訓(xùn)練組,BFRT組以收縮壓的30%為閉塞壓力,進(jìn)行2次/周、為期6周的低強(qiáng)度間歇步行訓(xùn)練,在訓(xùn)練后及6周后的隨訪中,BFRT組下肢力量的改善及步態(tài)速度的提高顯著大于常規(guī)高強(qiáng)度訓(xùn)練組。長時(shí)間的抗阻運(yùn)動(dòng)對于MS患者具有一定的難度,異常疲勞是MS患者最常見的表現(xiàn)之一[20],也是進(jìn)行傳統(tǒng)物理治療及運(yùn)動(dòng)干預(yù)的最大阻礙。Cohen等[21]報(bào)道了1例原發(fā)性進(jìn)展性MS患者進(jìn)行低負(fù)荷BFRT后,在不增加疲勞感的情況下提高了患者的肌肉力量、平衡和行走能力。此外,Freitas等[22]研究顯示相比高負(fù)荷訓(xùn)練,低負(fù)荷BFRT對MS患者產(chǎn)生更低的RPE,且運(yùn)動(dòng)期間過度疼痛及運(yùn)動(dòng)后24h內(nèi)延遲性肌肉酸痛均未出現(xiàn)。

因此,對于受到疲勞限制而無法進(jìn)行常規(guī)訓(xùn)練的MS患者來說,BFRT有望成為增強(qiáng)力量改善步行能力的替代療法,從而提高患者依從性和耐受性。

3.3 BFRT在脊髓損傷患者中的應(yīng)用 脊髓損傷(spinal cord injury, SCI)是一種破壞性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)、感覺和自主神經(jīng)功能障礙(autonomic dysreflexia, AD)[23]。SCI發(fā)生6 周后損失高達(dá) 40% 的肌肉橫截面積,嚴(yán)重影響患者的獨(dú)立性和日常生活,故肢體運(yùn)動(dòng)功能的盡快恢復(fù)成為SCI患者的主要康復(fù)目標(biāo)。Gorgey等[24]對9名SCI患者進(jìn)行9周的神經(jīng)肌肉電刺激聯(lián)合BFR后,患者的腕伸肌的橫截面積增加17%,手腕力量及手功能得到極大改善。最近,Skiba等[25]將21例SCI患者隨機(jī)分為功能性電刺激組(functional electrical stimulation, FES)和FES+BFR組,在急性1次訓(xùn)練后及2次/周、為期8周的訓(xùn)練后,FES+BFR組的股四頭肌肌肉厚度均比單純FES組增加更明顯。此外,感覺功能的恢復(fù)對于運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)也起到至關(guān)重要的作用,也是提高SCI患者生活質(zhì)量必不可少的。但目前尚無BFRT對SCI患者感覺功能是否存在影響的相關(guān)研究及臨床試驗(yàn),故其對SCI患者的感覺功能恢復(fù)的影響仍待進(jìn)一步研究。SCI后可能出現(xiàn)AD,可導(dǎo)致動(dòng)脈血壓升高,引起腦卒中、高血壓危象、心律失常、心肌梗死甚至死亡等并發(fā)癥[26],預(yù)防AD的發(fā)生是SCI患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)的重難點(diǎn)。Krogh等[27]在1例伴有AD的SCI患者進(jìn)行雙上肢屈肘屈腕BFRT中發(fā)現(xiàn),發(fā)生AD的頻率遠(yuǎn)比常規(guī)阻力訓(xùn)練組低,這表明BFRT在改善SCI患者肌肉功能的同時(shí)不會(huì)加劇AD的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。Stavres等[28]試驗(yàn)表明不同損傷水平的不完全性SCI患者均可安全地進(jìn)行BFRT,無自主神經(jīng)反射異?；蛏铎o脈血栓形成,不會(huì)增加心血管壓力或加劇疼痛。這種改善自主神經(jīng)功能的效應(yīng)可能是由于BFRT降低了血液中內(nèi)皮素-1的產(chǎn)生、增加了血液中VEGF及內(nèi)皮型一氧化氮合成酶的表達(dá),從而改善血管內(nèi)皮功能,降低血壓[29]。之后Zhao等[30]證實(shí), BFRT能有效降低收縮壓,調(diào)節(jié)自主神經(jīng)功能。因此,BFRT可成為SCI患者更高效提高肌肉力量、改善肢體功能的一種安全可耐受的選擇。

3.4 BFRT在認(rèn)知功能障礙患者中的應(yīng)用 認(rèn)知功能的減退常發(fā)生于高齡、癡呆、腦外傷等疾病的患者中,嚴(yán)重影響生活質(zhì)量。Morita等[9]發(fā)現(xiàn)低負(fù)荷BFRT能夠明顯改善健康男性的認(rèn)知功能。隨后,Fukuda等[31]對1例患有肌肉萎縮和生活質(zhì)量下降的老年癡呆患者進(jìn)行1次/周為期24周的BFRT步行訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn),這名癡呆患者的雙下肢周長有所增加、運(yùn)動(dòng)及認(rèn)知功能均較前改善。為進(jìn)一步研究BFRT對認(rèn)知功能的影響,Sugimoto等[32]將24例老年受試者隨機(jī)分為休息組和步行訓(xùn)練組,兩組受試者均進(jìn)行BFR和非BFR,結(jié)果顯示僅在BFRT步行訓(xùn)練組觀察到反應(yīng)時(shí)間縮短及Stroop干擾得分降低,且程度類似于更長持續(xù)時(shí)間的有氧運(yùn)動(dòng)和更高強(qiáng)度的阻力運(yùn)動(dòng),這可能成為活動(dòng)強(qiáng)度受限的老年認(rèn)知障礙患者通過運(yùn)動(dòng)改善癥狀的更佳選擇。此外,在一項(xiàng)研究中觀察到BFRT對1年內(nèi)持續(xù)性腦震蕩后癥狀患者的認(rèn)知、情緒及睡眠癥狀均有很好的干預(yù)作用[33]。因此,我們認(rèn)為BFRT可以改善多種疾病所造成的認(rèn)知功能障礙,這將為改善認(rèn)知功能障礙提供新的運(yùn)動(dòng)康復(fù)思路。

3.5 BFRT在帕金森病患者中的應(yīng)用 帕金森病(Parkinson Disease, PD)是一種表現(xiàn)為僵直、運(yùn)動(dòng)遲緩、靜止性震顫和姿勢反射受損的慢性神經(jīng)退行性疾病,患者的運(yùn)動(dòng)功能、肌肉力量、耐力水平和步態(tài)效率全面下降[34]。Douris等[35]對1例65歲男性PD患者進(jìn)行3次/周、為期6周的跑步機(jī)步行中BFRT,休息4周后作為對照,結(jié)果提示受試者計(jì)時(shí)起立測試、6min步行測試及30s椅子站立測試指標(biāo)均有所改善,受試者的不寧腿綜合征(Restless Leg Syndrome, RLS)由中度癥狀改善為輕度癥狀,且訓(xùn)練過程中未發(fā)生不良事件。這表明BFRT提高了患者的活動(dòng)能力和步態(tài)速度,減輕了患者RLS的癥狀。因此,BFRT可作為減少PD衰弱效應(yīng)的干預(yù)措施之一,但其改善RLS癥狀的具體機(jī)制尚不清楚,仍需進(jìn)一步深入研究。

3.6 BFRT在腦性癱瘓患者中的應(yīng)用 腦性癱瘓(Cerebral Palsy, CP)以運(yùn)動(dòng)和姿勢異常為核心表現(xiàn),臨床康復(fù)治療中以解決腦癱患兒的運(yùn)動(dòng)障礙為主[36]。Salvador等[37]對1例CP短跑運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了在40%的最大有氧速度下進(jìn)行1次/周、為期4周的BFR步行訓(xùn)練,結(jié)果顯示該名CP運(yùn)動(dòng)員雙下肢肌肉力量增加、有氧能力改善,這可能提示BFRT可同時(shí)誘導(dǎo)CP患者神經(jīng)肌肉和心血管的適應(yīng)。腦室周圍白質(zhì)軟化癥(periventricular leukomalacia, PVL)與痙攣型CP有關(guān),為缺血缺氧性腦損傷的一種后遺改變,是導(dǎo)致患兒運(yùn)動(dòng)功能障礙的主要原因[38]。Iwashita 等[39]報(bào)道了1例PVL合并痙攣型CP患者,在上肢80～90 mmHg、下肢110～120 mmHg的閉塞壓力下進(jìn)行1次/周共14周的BFRT后,該患兒肌張力降低、肌力增加、粗大運(yùn)動(dòng)功能測試得分提高,生活質(zhì)量得到明顯改善。BFRT在CP患者中的應(yīng)用初見成效,但仍需大量的臨床隨機(jī)對照研究證明其有效性。眾所周知,肌張力增高的情況下進(jìn)行增強(qiáng)肌力的訓(xùn)練不但不會(huì)對患者產(chǎn)生助益,反而會(huì)導(dǎo)致患者的肌張力持續(xù)增高,但該項(xiàng)研究結(jié)果表明,BFRT后患者肌力增加的同時(shí),肌張力降低,其具體機(jī)制也有待進(jìn)一步研究闡明。

4 小結(jié)與展望

BFRT是一種成本低、耗時(shí)短、耐受性高的鍛煉方式,對于改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的運(yùn)動(dòng)功能、抑郁情緒以及認(rèn)知功能,提高生活能力,減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)有著很大的潛力和價(jià)值。需要強(qiáng)調(diào)的是, BFRT應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的過程中雖然沒有出現(xiàn)需要醫(yī)療救治的嚴(yán)重副作用,但出現(xiàn)了一些來源于血流限制的袖帶壓力的輕微副作用,例如短暫性肢體麻木、肌肉瘀傷等不良反應(yīng),但似乎不會(huì)導(dǎo)致明顯的肌肉損傷。目前國內(nèi)外關(guān)于BFRT在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究數(shù)量較少質(zhì)量較低,針對神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的訓(xùn)練方案、最佳袖帶壓力缺乏特異性,在評定康復(fù)結(jié)果、判別不良反應(yīng)及制定標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練方案中存在一定難度,故而需要更深入的微觀機(jī)制研究及更大樣本量的臨床試驗(yàn)來證明其有效性、可行性以及安全性,為BFRT在神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的應(yīng)用提供更可靠的臨床決策信息。