体育锻炼对老年人认知功能的作用

任可欣 (吉林师范大学体育学院，吉林 四平 136000)

伴随着人口老龄化率的提高，痴呆和其他认知障碍的患病率也在逐步提高〔1〕。对中国北京、上海等 39 个区域的 4 万多名老年人展开的研究结果表明，65 岁以上人群阿尔茨海默病(AD)患病率超过 5%，并且呈现逐年上涨的趋势〔2〕。正常的衰老伴随着大脑结构和功能的改变及相关的认知功能的变化，且其中一些变化可能与神经退行性疾病有关，如轻度认知功能障碍(MCI)和AD。流行病学研究结果表明，维持较高体力活动水平的老年人患MCI和AD的风险降低。体育锻炼对维持身体功能和生理健康至关重要，本文对体育锻炼在神经保护和认知功能方面的作用进行综述。

1 运动在神经保护和神经可塑性中的作用

1.1动物研究 动物研究提供了运动在促进大脑神经可塑性中作用的强有力证据。在啮齿类动物中，跑轮上运动有助于神经元生长，并加强了与学习和记忆有关的神经系统内的联系〔3，4〕。小鼠的运动伴随着大脑中神经营养因子水平的增加，如与大脑健康相关的脑源性神经营养因子(BDNF)、神经生长因子和胰岛素样生长因子(IGF)-1〔4〕。Cotman等〔5〕证实与对照组大鼠相比，运动组大鼠海马中的BDNF-RNA基因表达增加，并且每晚跑的距离与海马中的BDNF水平密切相关。在跑轮上进行运动的大鼠表现出更强的学习和记忆能力，这一点在水迷宫中也得到了证实。这些行为变化也伴随着运动大鼠β-淀粉样蛋白沉积减少〔6〕。运动还增加了大脑的血液供应，从而促进神经生长和神经功能〔4〕。在动物模型中，这些血管变化似乎促进皮层的可塑性，尤其是海马体的可塑性，并增强神经结构的生长和保护〔3〕。在动物研究中，运动介导的生理变化可能有助于提高认知能力。在动物模型中观察到的体育锻炼对认知能力的影响，对人类可能是可复制的。

1.2人体研究 中老年经常参加运动的人群，全面的认知能力下降〔7〕和痴呆发病的风险较低〔8〕。檀香山-亚洲老龄化研究对男性进行了30多年的跟踪调查，与每天步行超过3 218 m(2英里)的男性相比，每天步行少于1 609 m(1英里)的男性患痴呆的风险要高出1.7～1.8倍〔8〕。Weuve等〔7〕对女性进行了10～15年的跟踪调查，每周步行90 min的女性全面认知评分高于每周步行40 min以下的女性。尽管最佳运动量(强度和持续时间)和运动类型仍不十分清楚，但对于老年人，运动量的增加与认知健康之间存在着积极的关系。在对16项前瞻性队列研究的荟萃分析中，体力活动水平最高的人患痴呆和AD的相对风险最低，表明高体力活动水平对人体具有保护作用，可将痴呆和AD的风险降低28%和45%〔9〕。在一项对68～92岁男性和女性进行的横断面研究中，在控制了年龄、智商和教育水平后，通过STROOP颜色词测试，体力活动水平与更好的执行功能相关〔10〕。横向和纵向研究均证明了高水平的体力活动对认知能力下降有保护作用。虽然尚未确定改善认知功能所需的最佳运动量，但持续时间和多种运动方式是两个重要的方面。

2 老年人体育锻炼改善认知能力的可能机制

多种生理机制解释了运动对大脑结构的神经保护和神经可塑性影响，包括神经营养素水平升高、血管化改善、促进突触生成、炎症调节和蛋白沉积紊乱减少〔11，12〕。此外，许多心血管危险因素与认知能力及认知能力下降有关〔13〕。

2.1运动、心血管危险因素和认知功能 认知障碍风险的增加与心血管危险因素有关，如高血压、血脂异常、代谢综合征、不受控制的糖尿病、高胰岛素血症和高水平的炎症标志物，都可通过增加运动水平来改变〔14〕。降低心血管危险因素并提高其健康水平与老年人较好的大脑健康和认知能力有关。但是其产生的机制尚不清楚。运动可能介导与认知和认知能力下降相关的心血管危险因素，也可能在神经可塑性中发挥更直接的作用。

2.2运动、神经营养因子和认知功能 神经营养因子，如BDNF和神经生长因子已被证明能促进包括海马在内的大脑特定区域的可塑性和增强神经血管系统〔15〕。在动物和人类研究中，保护性神经营养素的释放增加与较高的运动水平有关〔16，17〕，在年轻人进行短期〔16〕或长期〔17〕有氧运动的血液中BDNF增加。在进行3个月耐力训练的受试者中，静息期BDNF水平增加了近4倍〔17〕。这些生理效应可能对衰老大脑的认知功能产生积极影响〔15〕。IGF-1促进神经元的生长、存活和分化〔5〕，在6个月中至高水平的抗阻运动后，老年人血清IGF-1水平升高〔18〕。体育运动可能通过调控与认知功能相关的神经递质释放(主要有BDNF和IGF-1等)分泌、学习记忆相关的基因表达及脑组织抗氧化能力进而促进认知功能〔19〕。总之，有助于降低心血管危险因素的体育锻炼，均与大脑健康的生物标志物和提高认知能力呈正相关。体育锻炼可防止与衰老和神经退行性疾病相关的大脑退化。

3 改善老年人认知能力的运动干预方式

3.1有氧运动干预 Erickson等〔20〕将一组参加有氧运动(步行)项目的久坐不动的老年人与只做伸展运动的老年人进行比较，结果表明有氧运动组的心血管健康状况有所改善，最大摄氧量(VOmax2)增加了7.8%。有氧运动组还表现出空间记忆的改善，海马前部体积增加了2%，海马中BDNF水平增加。在另一项针对没有认知障碍的老年人的研究中，与拉伸和调理对照组的受试者相比，进行有氧运动干预的受试者的执行控制区域的激活变化增加，其他区域的激活变化减少〔21〕。中度有氧训练12个月后，易受年龄影响的区域之间的功能连通性有所改善，这与执行功能的改善有关〔22〕。此外，功能连通性的变化与BDNF和其他生长因子的变化相关。针对患有MCI老年人为期12个月的小组运动计划，该计划90 min/d，2次/w，与只接受教育的对照组相比，运动组的参与者表现出更好的一般认知功能、即时记忆和语言能力〔22〕。

3.2抗阻运动干预 一项对健康久坐老人进行的24 w研究将中等强度和高强度抗阻运动方案组(50%1RM和80%1RM的上、下肢阻力运动)与伸展控制组进行了比较。中等强度和高强度抗阻运动组在几个认知领域均有改善，两个运动组的IGF-1水平均升高，说明与保持认知功能有关〔18〕。另一项针对女性的研究，对比了抗阻训练计划与平衡和调理练习对照计划对认知功能的效果。每周参加1～2次为期12个月的抗阻运动项目的女性在执行功能测试中表现出了改善，包括选择性注意力和冲突解决。抗阻运动组的认知功能6个月的训练后并没有改善，但12个月后有所改善，说明需要较长时间的抗阻训练才能使认知能力发生变化〔23〕。

3.3多种模式运动干预 研究运动干预对认知影响的实验多数都集中在有氧运动和抗阻运动，但有研究表明，多种模式的联合干预效果似乎更好。陈宇婧等〔24〕运用 Meta 分析，探究认知联合运动疗法干预 AD及 MCI老年人的疗效，认为认知联合运动疗法可不同程度地改善或缓解老年患者的认知功能水平、日常生活能力、抑郁水平、执行功能、记忆力与注意力等，具有较好的临床疗效。杨慧娟等〔25〕认为认知策略训练和多模式运动干预对老年人认知功能的改善具有积极意义；干预期的长短对认知改变的程度具有影响作用，认知策略训练效果起效快、运动干预效果更持久稳定。

3.4中国传统运动项目干预 中国传统运动项目如太极拳〔26〕、五禽戏〔27〕、易筋经〔28〕等在改善老年人的认知功能方面也表现出一定的干预效果。40例患有代谢综合征的老年人，经过6个月的五禽戏练习(6次/w，1 h/次)后，无论是与对照组相比，还是自身前后比较，简易智能精神状态检查量表、视空间与执行能力、命名、注意、延迟回忆、定向、蒙特利尔认知评估量表等均有显著积极性变化〔27〕。健康老年人(60～69岁)经过3个月的易筋经练习后，认知能力得到显著改善，且外周血 BDNF 水平表现出了与认知能力评分结果相一致的变化趋势〔28〕。

综上，中等强度的体育锻炼可导致大脑健康和认知能力的显著变化，对广泛的认知领域，包括记忆、注意力和执行功能有潜在影响。在成年后的任何时候开始中等强度的体育锻炼都是有益的，特别是对于久坐不动的人〔29〕。尽管其机制尚不清楚，但经常锻炼可能会影响多种可改变的危险因素，从而改善老年人的大脑健康和认知能力。目前的研究结果支持持续时间较长的、多成分的运动计划效果较佳，进一步的研究需要确定改善老年人认知能力的最佳运动剂量。