力量鍛煉對認知功能的影響

紀玉娣，趙寒治，張仁祥，趙年生

1 前言

衰老過程給全球帶來了身心上的挑戰。運動處于獨特的地位，可以幫助個人最大程度地減少動態和漸進衰老過程的有害影響，可以積極影響人體的健康和體魄。例如控制壓力，飲食健康，充足睡眠，對生活有積極的看法，保持社區參與度，避免吸煙和限制飲酒等。力量鍛煉是其中的關鍵組成部分，因為骨骼肌功能(即力量)對于健康生存和日常功能至關重要。肌肉減少癥(與年齡有關的肌肉喪失)會限制肌肉功能，到65歲時其最大力量喪失25%，并且一生中會喪失多達40%最大力量。肌肉力量的重大損害可能需要機構護理，因為骨骼肌的使用與個人的日常生活息息相關，例如穿衣、起身、進食、購物或個人衛生。健康的人可能會因受傷或患病而導致骨骼的殘疾，無法負重或失去活動，僅經過幾天的使用便會出現肌肉損失和肌肉力量減小的跡象。

在人的整個一生中，短時間，通常少于10天的肌肉廢用性萎縮的積累可能是與年齡相關的肌肉減少癥有關。與疾病住院相關的臥床休息會對肌肉組織和功能構成威脅。例如，僅在第一周，肌肉活動的減少就可能導致力量每天降低3-6%。同樣，在健康個體中關節固定10天可能會導致最初的單次重復最大值(1RM)降低多達40%。因此，在長期臥床休息和固定期間以及之后，保持和提高力量是防止日常生活活動功能喪失的關鍵。Fiatarone等人對高齡老年人中進行了高強度力量鍛煉，研究表明年齡在86-96歲之間的老年男性和女性能夠從力量訓練中獲益，可以改善力量和功能活動性。Fiatarone等人的另一項較大的試驗表明，對于年齡在76至98歲之間的體弱的養老院老人，高強度的力量鍛煉是對抗老年人肌肉無力和身體虛弱的可行且有效的手段。除了喪失身體獨立性外，認知功能(也稱為執行功能)的損害會導致個體在日常生活中遇到困難，例如進食、洗澡、穿衣、如廁和散步。認知功能的下降或損害也可能導致生活質量下降以及社交活動，與工作相關的任務，財務管理，駕駛技能，購物以及使用通訊設備等方面的問題。認知可以定義為思維技能、語言使用、感知、計算、意識、記憶、推理、判斷、學習、智力、社交技能和想象力。

為了幫助減少認知功能的下降，并防止衰老過程中執行功能的下降，對有氧運動和力量鍛煉進行了研究。薈萃分析研究證實了鍛煉和健身對認知功能方面的益處。有氧運動的研究表明，心肺耐力運動對認知功能有有益作用。力量鍛煉是公認一種安全有效的方法，可以改善老年人的肌肉力量，最大力量和功能性活動能力，并減輕老年人的虛弱感。

2 力量鍛煉

2.1 長期力量鍛煉

長期力量鍛煉通常被定義為持續24周或更長時間的過程。Cassilhas等人進行了一項為期24周的研究，以評估高強度(即1RM的80%)和中等強度(即1RM的50%)的力量鍛煉對62名65至75歲久坐的男性的認知功能的影響。研究表明，與對照組(即每周進行一次以無負荷的方式進行熱身和伸展運動)相比，實驗組(即每周進行3次高強度和中等強度的力量鍛煉)的狀況有所改善，而1RM測試，情緒曲線和生活質量評分(即，基于SF-36醫學結果研究問卷，老年抑郁量表和情緒狀態量表)，以及認知能力測試和類胰島素生長因子-1(IGF-1)。其他相關研究者證實，較高的外周血IGF-1濃度可能是導致認知能力提高的原因。該研究的研究者因此得出，在中等強度和高強度實驗組中，力量訓練對老年人的認知功能具有積極影響。

Liu-Ambrose等人進行了一項為期52周的研究，以確定每周一次或每周兩次力量鍛煉對155名65至75歲女性的執行認知功能的影響。結果表明，每周至少進行一次力量鍛煉，可以顯著提高女性的執行功能。但是，研究指出，這必須與每周一次的力量鍛煉組發生更高的肌肉骨骼不良事件的事實相權衡。此外，報告了兩個力量鍛煉組大腦容量減少的意外結果。并且謹慎地指出，這一發現可能是由于其他研究阿爾茨海默氏病的研究報道的β-淀粉樣蛋白負荷減少所致。

2.2 中期力量鍛煉

中期力量鍛煉是由三個階段組成，持續時間少于24周的運動。Fragala等人對25名60歲或以上的健康男性和女性進行了為期6周的研究，以評估力量鍛煉對空間意識以及視覺和運動方面的反應時間的影響。研究將空間意識作為認知功能的組成部分，并指出反應時間對于一個人感知其所處環境并以適當的方式做出反應以避免事故很重要。該研究讓老年人每周進行2次力量鍛煉，共6周，每次進行全身鍛煉包括7或8次下肢和上肢運動。每個鍛煉階段使用3套練習形式，重復次數從8到15次不等，負荷量根據OMNI(即0-10評分為5或6)的中等評分進行調整(“omnibus”一詞的縮寫，意指具有廣泛可概括性的量表)對力量鍛煉的感知勞累量表。力量鍛煉如何改善空間意識的機制尚不清楚。研究認為力量鍛煉可能是保持或改善老年人的空間意識以及視覺和生理反應時間的有效途徑。

Ozkaya等人對36名60至80歲的健康男性和女性進行了為期9周的研究，以確定有氧訓練和力量訓練對認知能力的影響。有氧訓練組每周進行3天的心率(HR)儲備為70%的運動，從第一階段的20分鐘開始，到第三周的步行50分鐘。力量訓練組在第一周進行了7種運動，每種重復訓練12次，第二周進行了3組鍛煉，從1RM的60%開始，每兩周調整5%，直到達到1RM的80%。研究表明力量訓練可以對早期信息處理和認知產生促進作用。

2.3 短期力量鍛煉

短期力量鍛煉是由3個或更少階段組成的持續周期。Chang等人對男女進行了短期研究，以評估短暫力量鍛煉對認知的影響。這項研究的目的是評估30個55至70歲的男性和女性中進行力量鍛煉對認知功能的急性影響。在不同的三天對受試者進行測試，并且每組以不同的順序接受治療，以最大程度地減少實踐和秩序影響。在10分鐘的熱身后大約20-25分鐘內，受試者以10次最大重復次數的70%，進行了2組，每組10次的7次力量鍛煉。這項急性訓練研究表明，他們的行為測量無法得出直接結論，即生理機制(例如心率和兒茶酚胺水平)是由急性運動導致的認知功能變化的原因，和另一項研究所述一致。研究為認知功能與運動之間的關系提供了一些合理的機制(即兒茶酚胺水平和心率所指示的運動誘發的覺醒，以及血漿腦源性神經營養因子)；但是，研究還指出，需要進一步的研究來了解力量鍛煉如何，以及為什么會影響認知功能。這項研究得出，急性力量鍛煉對中老年人和老年人的多種執行認知功能具有有益作用。

Chang等人對年齡在55至70歲之間的男性和女性進行了一項短期研究，在該研究中，受試者被觀察了3個階段，每次間隔至少48小時。這項研究的目的是通過神經心理學評估來衡量急性全身力量鍛煉對中老年人表現的影響(例如，倫敦塔任務用于測量計劃和工作記憶，這是執行功能的一部分)。在10分鐘的熱身后約20分鐘內，受試者對每項運動進行2組，每組重復10次，以10次最大重復次數的70%進行7次力量鍛煉。作者指出，神經激素機制(即IGF-1)可能解釋了力量鍛煉對認知的好處。作者得出，力量訓練通過影響預期、運動計劃和定向來改變喚醒并改善認知能力。

另外，一項短期研究表明，力量鍛煉可改善執行認知功能。Chang等人對男性和女性進行了短期研究，對受試者進行了兩次訪問。這項研究的目的是檢查41名年齡在35至65歲之間的男性和女性急性力量鍛煉對認知功能的影響。受試者在大約45分鐘內進行2組各10次，最大重復次數75%的6種力量鍛煉。這項研究認為，急性力量鍛煉可有效提高心率水平。該研究表明運動誘發的生理喚醒(通過心率測量)可能是改善認知功能的潛在機制。研究認為力量鍛煉的急性作用對中年人的認知功能有有益的影響。需要進一步研究以確定是否增加的心率(可能導致大腦循環增加或血漿蛋白(例如兒茶酚胺)增加)是否是改善認知功能的潛在機制？

3 認知能力改善機制

盡管尚不清楚力量鍛煉如何增強老年人的認知能力，但這些研究確實為提供了一些可能的機制。研究中給出的可能的機制，概述如下：Cassilhas等人提出長期力量鍛煉增加了大腦的血液流動，導致營養物質和氧氣向中樞神經系統的運輸。在以前的研究中也觀察到了這些發現。血液粘度增加與認知能力呈負相關。即使Cassilhas等人并未將血液粘度的改善歸因于他們的研究，他們假設有氧訓練通常可以改善血液流動，因此降低血液粘度可以改善認知能力。研究表明慢性力量訓練增加了IGF-1的血清濃度，并表明IGF-1參與腦源性分子的調節。IGF-1還促進神經元的生長、存活和分化，并改善認知能力。此外研究還提出運動通常可以增強抗氧化酶的活性，從而增強氧化損傷的修復作用。減少β-淀粉樣蛋白負荷可能是認知功能改善的一個因素。

另外，Chang等人假設運動誘發的生理喚醒(通過增加的心率來衡量)可能是力量鍛煉對認知功能有益的機制。但力量鍛煉方式可能存在不同。Chang等人研究認為，喚醒和特定生理機制的改變可能解釋了他們研究中看到的改善。神經激素機制(即IGF1)可以解釋力量鍛煉對認知的好處。Fragala等人指出，力量鍛煉如何改善空間意識的機制尚不清楚；但是，研究討論了其他研究如何顯示循環生長因子，神經適應中的神經營養素的運動作用(即介質是在2個細胞，組織或器官之間傳遞信息的任何物質)以及運動如何通過增加腦血流動，改善運輸，并利用營養，神經傳遞和神經發生來影響腦功能。Ozkaya等人認為，力量訓練可能會導致神經遞質功能，腦血流量的神經生物學變化，或不同腦區的細胞復雜性增加。

研究為力量鍛煉改善認知能力提供了一些可能的機制。但是，需要進一步的研究來確定，可能有助于運動專業人士設計力量訓練所需的確切機制。例如，通過各種測試測得的認知功能的改善可能是由于力量訓練的群體設置和社交化方面。 此外，參加力量訓練的個人可能具有較高的成就感，因此在測試中表現更好。 其他研究者指出，認知能力的提高可能是由于缺乏力量鍛煉經驗的人可能需要記住運動名稱，機器設置，發展原理和所使用的肌肉群而獲得了認知刺激。Ozkaya等人還指出，僅僅參加小組活動，這需要遵循指導者的指示和信息共享，可能有助于改善認知功能。或者，是否由于其他生物學和生理因素而使本研究的認知功能得到改善？

4 實際應用

盡管衰老是一個不斷發展的動態過程，但事實證明，力量訓練能幫助甚至防止某些觀察到的負面變化。為所有年齡段(尤其是老年人)設計簡單有效的力量鍛煉計劃中發揮關鍵作用，以幫助改善和維持認知功能。

在為老年人制定力量訓練處方以改善認知功能以及身體機能時，應考慮從輕度運動(即40%至50%1RM)開始到中等強度的運動(即60%至70%1RM)，然后逐漸發展到更高強度，需要從生理和心理的角度來看個人是否可以忍受更高的強度。有些個體可能已經受傷，可能需要降低強度，或者如果強度太高，有些人可能會完全避免使用力量鍛煉或進行任何形式的鍛煉。因此，最好是以個人能夠承受的強度進行運動，而不是完全避免力量鍛煉。應能夠有機地整合。

應當考慮如何設計力量鍛煉計劃，需要進行全身鍛煉，一次選擇1-2組，每組10-15次重復練習，并且選擇7-10種訓練形式覆蓋主要肌肉群，每周至少進行2次鍛煉。該程序還應包括熱身和放松時間，并且整個力量鍛煉應該持續大約30至45分鐘，或更長時間，這要視個人的承受能力而定，進行定期評估，預防損傷。應將力量鍛煉推薦為所有年齡段的每周健身計劃的組成部分，以幫助改善和維持個人一生的心理和身體機能。