血流限制運動在老年人運動干預中的應用研究進展

張佳佳，周 倩，張偉宏

鄭州大學護理與健康學院，河南 450001

肌少癥作為衰弱的始動因素，與衰弱的發病機制和臨床表現密切相關,被認為是衰弱綜合征發展過程中的核心因素和早期表現[1]。因此，肌力訓練是促使衰弱老年人功能恢復的重要途徑。根據美國運動醫學會的規定，以恢復肌力為主的抗阻訓練中阻力負荷至少達到個人一次重復最大負荷（1RM）的70%以上才能保持肌肉的質量和力量[2]。這種高負荷訓練對于65歲以上的衰弱老年人來說很難實現且具有較高的風險性。目前，血流限制（blood flow restriction）運動作為一種肌力康復的新方法，在其和低負荷抗阻訓練（30%1RM）相結合時便能達到與高負荷阻力訓練相似的效果[3]，所以對于衰弱老年人的肌力康復來說，血流限制成了一種新的可選擇途徑。

1 血流限制運動的概念及作用機制

1.1 概念 血流限制運動是通過應用外收縮裝置（袖帶或止血帶）機械地壓縮皮膚下的血管系統,增加合成代謝和減少肌肉內的靜脈回流，造成血管閉塞以改善肌肉力量、肌肉體積和骨代謝的運動方法，是Sato[4]為對抗肌肉萎縮于20 世紀90 年代開發，也被稱為血流限制療法，該技術主要通過四肢周圍使用可充氣的臂帶造成血管閉塞，從而改變局部間質壓力和捕獲運動誘導的代謝產物。有研究表明，即使是低強度、短時間的血流限制訓練也能產生與中等或高負荷抗阻訓練相同或相似的肌肉體積和力量的增加[5]。所以，在老年人的肌力康復運動中，血流限制運動不僅可以實現肌肉增益和提高運動耐受性，還可以減少與高負荷抗阻運動相關的受傷風險[6]。因此，血流限制運動有可能為不能或不愿進行重負荷或高強度運動的老年人群提供一種更有吸引力的運動方法。

1.2 作用機制

1.2.1 機械應力增加 研究表明，血流限制與額外的心血管壓力或發病率無關，相反，血流限制的急性和局部血壓升高反應會誘導積極的血管適應，促使血管生成信號通路的基因轉錄上調，進而增加血管內皮生長因子mRNA 表達，改善血管內皮功能、外周血循環和動靜脈的順應性[7?8]。同時由運動中增加的剪切應力誘導一氧化氮的釋放并引起血管擴張，進而對內皮功能產生有益的影響[9]。因此，在血流限制運動中，誘導肌肉肥大和保護肌肉萎縮能力的機制可以解釋為影響肌肉加速肥大的生化反應和依賴氧氣轉變所誘導的肌肉性能的增強反應[10?11]。一項Meta 分析的結果也顯示，在考慮了潛在調節因素（如絕對的閉塞壓力、袖帶寬度等）的情況下，高強度抗阻運動（HL?RE）可以顯著增加肌肉力量，但在改善肌肉質量方面血流限制抗阻運動（BFR?RE）與HL?RE 的效果相似[3]。因此，當血流限制與運動相結合時可能會導致運動肌肉缺氧和代謝反應增加，并通過外周化學受體和代謝受體激活交感神經系統以施加壓力，導致靜脈血回流受阻，增加該區域的代謝壓力，但是流入肌肉的動脈血流卻不受影響，最終促進蛋白質合成和增加熱休克蛋白水平，產生與HL?RE 相似的干預效果[12]。所以，在機械應力增加的基礎上產生的血管適應和缺氧環境最終共同作用于蛋白質的合成，導致肌肉質量和肌力的增加。

1.2.2 代謝水平增加 血流限制訓練適應機制是繼發于靜脈活動減少的代謝物積累以及局部的低氧血癥導致了對2 型肌纖維更大的依賴，更重要的是，代謝產物的積累會增加肌肉細胞腫脹和肌內合成及抗分解代謝信號，這對于肌肉適應有益，也是構成肌肉體積增大理論機制的一個組成部分[13]。其次，乳酸鹽和氫離子等代謝物的積累促進生長激素的產生和快速收縮纖維的補充，加速肌肉疲勞和肌纖維的激活，允許在低至20%1RM 的運動強度下產生肌肉體積和力量的增加[14]。有學者提出，與非血流限制運動相比，當血流限制與運動結合后，可導致運動肌肉缺氧和代謝反應增加，通過外周化學受體或代謝受體導致副交感神經活動減少，交感神經活動、心率、收縮壓、舒張壓、外周血管阻力、兒茶酚胺、加壓素和腎素顯著增加[15]。在此基礎上，與機械應力增加所引起的血管內皮生長因子mRNA 表達及血管擴張共同作用于對蛋白質抑制和合成的調節，進而影響肌肉的力量和體積[16]。而其他潛在的機制還包括局部生長因子、衛星細胞和轉錄因子的更高聚集等[17]。雖然確切的機制尚不明確，但血流限制運動已被廣泛應用于各個健康領域和人群。

2 血流限制運動的應用參數

由于血流限制的低負荷特性，不同的運動模式在不同人群中凸顯出了潛在的應用價值。有研究表明，目前血流限制訓練已經應用于無法進行高強度抗阻訓練的老年人群或因長時間固定而有肌肉萎縮風險的病人，如長期臥床、單側肢體癱瘓或石膏固定的病人以及健康的或伴有肌肉萎縮的老年人群[18?19]。雖然研究結果存在不一致性，但是當與多種訓練模式結合使用時，如步行、騎行、低負荷阻力訓練、神經肌肉訓練和體重訓練時，它的優勢及益處日益明顯。進行血流限制訓練時需要考慮的可調節因素，主要包括袖帶寬度、袖帶壓力、運動類型、負荷、組間休息時間和訓練頻率等。Mouser 等[20]比較了血流限制運動中使用不同寬度袖帶的可行性和有效性，結果表明，在分別使用寬度為5 cm、10 cm 和12 cm 的袖帶進行運動時，血流減少方式相似，將限制壓力設定為每個受試者動脈閉塞壓力的中等百分比（即40%～60%LOP），在限制壓力范圍內的血流減少量也相似。說明血流量的減少與動脈閉塞壓力有關，受袖帶寬度的影響不大。但是，與窄袖帶（5.0 cm）相比，寬袖帶（13.5 cm）卻與更高的心率、肱動脈壓和中心動脈壓、感知努力程度和疼痛有關，表明寬袖帶比窄袖帶對血管的限制更大，加重不適感的同時過度激活了自主神經系統，增加了心血管事件發生的風險[21?22]。所以，在設置干預措施時應考慮受試者的舒適性和安全性，在保證類似的血流限制刺激的同時，選擇寬度較窄的袖帶，以確保運動過程中不會由于壓力過高而導致完全動脈閉塞。

除此之外，不同運動類型的血流限制調節參數也不盡相同。對于BFR?RE，運動強度為20%～40%1RM，血流限制袖帶壓力在LOP 的40%～80%，每周2 次或3 次，每次重復4 組，閉塞總時間大于10 min 的參數設置在實踐中最常用，并能產生血流限制中提到的有益適應；此外，考慮到更長的休息時間和間歇（緩解每組之間的袖帶壓力）可能會限制對壓力的適應，因此，每組之間休息時間設置為30～60 s[5,23]。然而，也有研究提出更高的閉塞壓（70%～100%LOP）可能會提供更強的刺激防止萎縮，而在這些情況下最常見的方案是5 min 血流限制、3 min 再灌注，持續3 個或4 個循環，每天1 次或2 次，持續1～8 周[5]。所以，在選擇低強度的訓練時，可能需要更高的壓力（60%～80%LOP）提供足夠的急性生理刺激，才能在訓練中轉化為慢性適應。此外，與BFR?RE 相比，有氧運動的血流限制（BFR?AE）研究更為有限，在有氧運動的指標中，干預組的絕對和相對耗氧量（VO2）以及運動至精疲力竭的時間都顯示出顯著優勢[24]。

綜上所述，大多數血流限制研究的結局指標主要集中在對肌肉的影響上，血流受限結合20%～50%1RM的低負荷運動在不同人群中可以有效促進肌肉力量和質量的增加；但值得注意的是，相同的強度下，抗阻和有氧血流限制運動可能會導致更高的心率和血壓的增加[25?26]。同時，更高的阻力負荷在增加肢體動脈受阻的風險基礎上并未產生更加顯著的增益效果。由此可知，在老年人和慢性疾病病人的心血管和肌肉骨骼系統健康狀況下降的情況下，運動強度和時間的增加是參與運動的阻礙因素，低負荷有可能成為血流限制運動的獨特優勢。因此，通過低強度、短時間的運動提高執行功能對于提高運動的適用性和耐受性是有益的，與此同時，血流限制運動對于提高老年人運動依從性也提供了新的參考。

3 血流限制運動在老年人運動干預中的應用現狀

3.1 改善肌肉功能 目前，血流限制訓練已經在健康老年人、膝關節炎病人和冠心病病人[19,25,27]中得到了應用。尤其對由于肌肉骨骼疾病或損傷而禁忌進行高強度阻力運動的老年病人，血流限制可能是一種有效的干預措施[28]。Yokokawa 等[29]發現，健康老年人進行低負荷的BFR?RE 后肌肉力量、步態、反應時間和平衡能力均得到了顯著改善。同時，一項研究中，干預組給予低強度（20%1RM）的血流限制雙側腿伸展運動，將壓力袖帶置于大腿近端，充氣至200 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），對照組進行非血流限制的伸展運動，結果表明，干預組在進行低強度抗阻力運動后3 h，核糖體S6 激酶1 和核糖體蛋白S6 的磷酸化水平顯著升高，mTORC1 信號通路增強，肌肉蛋白質合成顯著提高了56%，對照組肌肉蛋白質合成沒有改善[10]?？梢?，不同的血流限制運動模式已經在改善肌肉功能、身體表現及蛋白合成方面顯現出了一定的優勢。雖然對于不同運動強度的比較中，一些研究表明低強度血流限制訓練可以提高腿部肌肉力量，且與高強度抗阻訓練的效果相似，在肌肉質量和肌肉力量上的改善沒有差別[30?31]，但是也有學者提出，對于老年人而言，與HL?RE相比，BFR?RE 對肌肉力量的增加效果有限，力量的提高仍然依賴于運動負荷的增加，與之前的研究結果一致[3,19]。所以，雖然目前研究支持BFR?BE 對于不能承受高強度運動人群的臨床價值，但是，對于老年人在使用BFR?RE 訓練期間，要盡可能以回歸到HL?RE 作為最終目標，在改善肌肉質量的同時改善肌肉力量，最終實現肌肉功能的恢復。

3.2 提高認知功能 有研究討論了BFR?RE 通過增加激素反應、乳酸代謝和皮質興奮性改善認知的作用路徑，提出了血流限制對認知功能的潛在益處[32]。Sardeli 等[33]采用了一種內部主題設計，比較了Stroop測試改變前后的變化，評估了21 名未接受訓練的健康老年人在3 種獨立運動及無運動對照條件下的認知功能變化，與對照組和高負荷運動條件相比，低負荷運動條件下中性刺激反應時間的減少幅度更大，認知功能改善更顯著，低負荷血流限制運動條件下反應時間沒有差異，但認知功能有潛在的有益作用。與此同時，持續15 min 的血流限制步行方案改善了運動后的執行功能（EF）和抑制控制（IC），血流限制步行前后IC 的改善率（即反向Stroop 干擾評分下降）為59%，這與持續33 min 的高強度間歇運動和持續40 min 的中等強度持續運動相似[26]。此外，與沒有血流限制運動相比，有血流限制的運動還可以改善認知功能的其他維度，如注意力、執行功能和記憶等[34]。因此，對于不愿或不能進行中高強度運動的老年個體，低強度有氧或抗阻運動結合血流限制可作為認知能力提升的替代策略。

3.3 影響血流動力學 血流限制運動對于血流動力學的影響機制尚處于初步研究階段，主要體現在血流動力學及血管閉塞對血管壓力的改變兩個方面。有學者通過對冠心病病人進行每周2 次、共8 周的低負荷血流限制單側腿伸展運動干預，結果表明，血流限制運動可以增加肌肉力量和肌肉厚度，而且對血流動力學反應產生了有益影響，產生了較好的運動適宜性[27]。另外，一項研究對10 名老年人進行為期4 周的25%1RM的足跖屈抗阻訓練，每周3 次，每次3 組，組間休息1 min，血管閉塞壓力保持在110 mmHg，受限時間為5～8 min，與對照組相比，血流限制組在腿部最大力量和最大循環閉塞血流量方面改善更明顯[35]。雖然以上研究證實了血流限制對血流動力學產生了積極的作用，但研究的樣本量較小并且均未闡釋血流動力學改變的內在機制，所以，血流限制對血流動力學的影響有待深入探索。此外，有學者提出對伴心血管疾病等高危風險的老年人群，應謹慎給予血流限制處方。因為與非血流限制運動相比，BFR?RE 引起的局部缺氧不利于運動后恢復期循環內皮祖細胞的預期增加，且損害了細胞的完整性[36]。而且，在比較老年女性低負荷抗阻運動（LL?RE）、低負荷BFR?RE 和HL?RE 時的血流動力學反應發現，HL?RE 和BFR?RE 的心臟指標測量結果相似（包括心排血量、每搏輸出量），但與HL?RE和LL?RE 相比時，BFR?RE 的血壓（收縮壓、舒張壓和平均動脈壓）明顯更高，而且在運動中動員的肌肉越多，這種血管壓力越大，進而表明了這種訓練方式有潛在升高血壓的作用[37]。所以，在血流限制運動的實施過程中仍需要更多的研究探索BFR?RE 對血流動力學和血管的影響機制，以證實該運動對血流動力學及心血管系統的安全性和有效性。

3.4 減少疼痛 運動被認為是一種疼痛管理方法，它可以影響疼痛感知，引起慢性疼痛人群的痛覺減退效應[38]。研究還發現，除了急性運動引起的痛覺減退，在長期的血流限制低負荷耐力訓練后，疼痛顯著減輕，特別是在慢性疼痛和康復人群中[39]。一項交叉設計研究中，所有運動方案后均觀察到運動誘導的痛覺減退效應，然而，在高負荷和低負荷血流受限的情況下，痛覺減退反應更明顯，而且在運動誘導的痛覺減退反應后24 h 仍然高于基線水平，在沒有血流受限情況下的運動中并不顯著[40]。同時，一項隨機對照研究也表明，干預組和對照組分別進行了8 周的低負荷（30%1RM）血流限制運動和傳統的高負荷（60%1RM）抗阻運動，結果發現，血流限制運動也能夠實現在1RM 和耐力方面的增加，發生的肌肉疼痛程度更低、頻率更少[41]。而且，在進行康復的人群中，血流限制運動后產生的劇烈肌肉疼痛比單純抗阻運動要低，尤其是下肢血流限制訓練對髕骨疼痛和膝骨關節炎病人的疼痛反應較少或相似[42?44]?？傊缘拓摵蛇\動誘導疼痛減退效應可能是提高康復人群運動耐受性及持續性的理想策略。但是，目前并沒有研究表明高負荷運動后的疼痛減輕程度比低負荷結合血流限制運動后的疼痛減輕程度更高。所以，對于那些不能或不愿意進行高強度或長時間運動的老年人來說，低負荷血流限制運動可能將成為一種安全、有效的疼痛管理方法。

4 小結

目前，關于低負荷運動與血流限制相結合的實證研究及機制研究比較有限，一些研究中使用了以病人為中心的階段性壓力方案，而另一些研究在整個干預過程中選擇固定壓力，不同壓力的選擇使研究結果的有效性很難比較。雖然與無限制的低負荷運動相比，血流限制體現出了獨特的優勢，不僅可以增加蛋白質合成，誘導肌肉肥厚，還可以弱化對復雜運動設備的需要，且不需要長時間運動保持最佳的肌肉力量，使用的運動負荷也比大多數傳統的阻力訓練更小，這種“放大效應”[45]針對老年人增強肌肉力量以對抗肌肉減少癥非常有利。但是，這些變化的精確機制仍然需要證實，未來的研究應考慮不同的血流限制應用方法，如袖帶壓力、袖帶寬度和袖帶類型等，通過延長隨訪期、納入更大更多樣化的樣本量以及使用隨機方法確定老年人運動處方的最佳適應證，以實現研究結果的標準化。