运动改善老年人脑健康机制的研究进展2023.docx

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1、运动改善老年人脑健康机制的研究进展2023随着年龄的增加，老年人认知功能下降，认知功能降低会导致记忆力下降， 并影响大脑执行功能。衰老可能引起脑萎缩(额叶最明显，导致涉及高阶认 知过程的关键区域的灰质减少)，以及神经营养因子的减少；神经递质失衡 和毒性蛋白聚集物如B淀粉样蛋白(A)沉积引起的不良神经化学环境均可 导致自由基增加和神经元功能受损。认知健康是老年人最关心的健康问题, 是老年人保持独立自主生活的关键。改变生活方式和规律的运动锻炼可以 改善身体机能并降低与年龄相关的心脑血管疾病的发病率和死亡率。研究 表明，运动能够改善老年人的认知功能，规律运动锻炼可以作为预防老年 人认知能力下降的干预

2、手段。运动改善认知功能的具体机制并不清楚。神 经发生假说认为，运动锻炼可以上调神经营养因子，神经营养因子可以影 响神经发育和神经可塑性。血管假说认为，运动锻炼可以改善血管内皮的 功能，主动脉到大脑毛细血管的功能受损会影响神经元的健康，从而影响 认知能力。在以往的研究中，运动干预老年人脑健康的运动剂量的研究方 法和研究结果有很大的异质性，最大限度地提高老年人认知效益的运动锻 炼的最佳剂量和模式并不明确。本文就运动改善老年人脑健康的机制进行 综述，讨论运动干预老年人脑健康相关的生理机制及发挥最大运动效益的 运动模式和运动剂量。一、运动可改善老年人脑血管功能和脑血流灌注随着年龄的增加，动脉血管的结构

3、和功能会发生退行性变化，如血管壁厚 度变厚、胶原蛋白含量增加，血管钙化,糖基化终产物沉积,细胞外基质 重塑等。动脉血管结构和功能的改变会影响大脑血流量，如在动物实验和 人体研究中发现动脉血管硬化会引起大脑血流量减少，并导致大脑血流灌 注不足；在小鼠动物实验中诱导血管钙化可以改变颈动脉的结构和功能, 并导致大脑循环血流动力学的改变，且小鼠颈动脉硬化的增加与安静时脑 血流量减少、血脑屏障中断、神经血管耦合和大脑血流调节受损有关；在 人体研究中，大脑血流量的减少与大脑血管搏动指数增加、脑血管阻力升 高有关。研究表明，脑循环血管功能的降低是认知功能下降的原因之一, 如脑血流量低的人患阿尔茨海默病的风险

4、高；止矽卜，阿尔茨海默病患者表 现为早期血管功能失调，脑血管功能降低。同时，A的存在可能会加剧早 期血管tau蛋白的关联，提示血管和神经退行性病理的协同作用。通过规律的运动和改变不良的生活方式可以改善动脉血管的弹性、结构和 功能。运动干预的效果取决于运动方式、运动频率和运动量。研究显示, 运动可以改善中老年人的动脉血管硬度，如经常运动训练的中老年人的动 脉硬化程度低，且动脉硬度与心肺健康及最大摄氧量呈负相关。有证据表 明，动脉硬化可以通过短期中等强度的有氧运动干预来逆转。然而，运动 量需要达到一定的阈值，运动锻炼才有效果。有研究报道，每周45 d 至少30 min的有氧运动可以防止与年龄相关的

5、大动脉的硬化。最近的系 统回顾性研究结果显示，每周3次、1 h/次，运动的总时间在52 h以上 是有效的最低运动剂量。Meta分析表明，高强度的有氧运动可以降低成年人的动脉硬化程度。但 是并不是所有的运动方式对动脉硬度的影响均有相同的效果。与久坐成年 人相比，经常参加有氧运动的成年人动脉硬化水平相对低，但每周3 4 d高强度抗阻训练80%1个最大重复次数(RM)会增加成年男性和女性动脉 硬化的程度。虽然潜在的机制并不清楚，但高强度抗阻训练运动过程中血 压会呈现过度反应，随着时间推移可能会改变动脉血管对血压过度反应的 承受能力。因此，运动量和运动方式会影响动脉血管硬度，规律的运动可 能通过改善动

6、脉血管的硬度、改善脑血管的血流动力学进而改善脑血管功 能。老年人与中年时期相比脑血流量大约降低30% ,这与年龄相关的脑萎缩和 新陈代谢降低有关，规律的运动可以改善衰老引起的脑血流量的降低，运 动时心排血量增加，血液重新分配，更多的血液流向肌肉；运动时，脑动 脉血流量会随运动强度增加而增加，当运动强度达到60%最大摄氧量 (VO2max)(中等运动强度)时脑血流量增加达到平台期,运动强度继续增加， 脑血流量不再增加。研究表明，1216周的中等强度的有氧运动对脑血 流灌注有影响，但研究结果并不一致，与安静对照组比较，12周的有氧运 动干预，双侧前扣带皮层的脑血流量增加，但也有研究发现采用相同的运

7、 动剂量的运动组与认知训练组比较，大脑整体和局部的血流量并没有变化。 同样，与肌肉拉伸运动组比较，12周的有氧运动也未改变海马区域的脑血 流量，但16周的有氧运动会改变双侧海马区域的脑血流量。因此运动干 预持续时间会影响脑血流量的变化，运动剂量需达到一定的阈值才有效果。 二、运动可改善老年人大脑结构1 .增加脑容量：衰老引起的脑萎缩主要发生在大脑皮层前额皮质和内侧颗叶。从50岁开 始，海马每年大约萎缩1%2%,记忆力也随着下降。26周的低强度和 高强度有氧运动均可增加海马神经元的密度和体积，与对照组比较，高强 度越野跑和低强度体操运动均能改善脑灰质体积，主要影响额叶和扣带皮 层区域。此外，与拉

8、伸运动比较，中低强度的有氧运动可以增加大脑灰质 和白质区域脑容量，其中前扣带回、右侧题上回、右侧额中回和前部白质 体积增加最明显。研究显示，运动干预总时间超过6个月，脑容量才有显 著变化。不同的运动干预模式效应不同。26周的舞蹈运动干预增加了额叶和颗叶皮 层各区域的脑容量，而抗阻训练和灵活性训练组的受试者增加了枕叶和小 脑区域的脑容量。舞蹈运动动作的持续变换和对注意力、记忆的需求比抗 阻运动组和灵活运动组要高，可能是大脑不同区域容量改变的原因之一。 40周的太极拳运动可以增加全脑容量，并提高短期记忆能力，虽然太极拳 运动强度不高，但与低强度的有氧运动比较，太极拳运动需要更高水平的 注意参与和持

9、续的注意力。因此，有氧运动的强度和运动总时间需要达到 一定的阈值，才能够引起脑容量的变化，对认知功能要求更高的运动项目, 更有利于脑容量的变化。为期1年的有氧运动干预，心血管健康水平提高了 8% ,海马体积增加了2%0有氧运动增加了左侧海马的体积，而协调平衡运动增加了右侧海马 的体积。与健康教育组和拉伸对照组比较，为期2年的中等强度组合运动 （步行、下肢阻力训练、平衡、拉伸）干预可改善双侧海马体积。因此，多 模式组合的运动干预更有利于脑容量的变化。2.改善功能连接：年龄相关的认知能力下降与神经网络功能激活受损有关，如与年龄相关的 认知能力下降的老年人表现出额叶皮质和顶叶皮质之间的神经半球间沟

10、通受损，以及在记忆相关任务中额叶、颗叶激活中断。12周的中等强度有 氧运动干预后，执行记忆语义任务时活跃的皮质区域数量减少,可能与神 经网络效率的提高有关J 6周的中等强度运动可以增加海马与前扣带皮层 的功能连接，6个月的中低强度的有氧运动干预可改善大脑不同区域的功 能连接，研究显示，执行控制能力的改善可能与前扣带皮层的激活减少有 关（降低了任务过程中前扣带皮层激活的需求），执行控制能力的改善可能 是因为注意回路网络中各区域（额中回、额上回和顶叶上小叶）功能连接的 增加。与执行控制和记忆相关区域整体功能连接的改善需要的运动剂量可 能为36个月。长期的运动锻炼能改善大脑网络功能连接和执行控制能力

11、，但不同的锻炼 模式有不同的效果。为期1年的中低强度的有氧运动可以改善默认网络区 域和额叶执行网络内各区域之间的功能连接。6个月拉伸/协调/平衡运动 干预与大脑默认网络和额顶叶网络的功能连接增加有关。在执行控制和空 间记忆任务中，默认网络、额叶执行网络和额顶叶网络高度参与，这些区 域之间的功能连接在年龄相关衰老中功能降低。不同的锻炼模式以及不同 区域功能连接的改善会提高认知觉速度和执行功能。有氧运动组左侧额上 回、双侧额内侧回、左侧前扣带皮层、左侧海马旁回、右侧颗上回激活降 低（激活的减少与执行能力改善有关），协调运动组则表现为额下回、顶叶 上皮层、丘脑和尾状核的激活增加。因此，长期不同的运动

12、模式可能改善 不同区域和不同功能之间的连接。三、运动可改善神经发生和突触发生动物实验结果显示，海马中有突触发生和神经发生，运动可通过诱导神经 发生来改善认知功能。老龄啮齿动物（9个月）的海马神经发生率是年轻成 年啮齿动物（6周）的一半，24个月时神经发生率进一步下降到了 17%o运 动可以改善老龄大鼠海马的神经发生，与不运动的啮齿类动物比较，一个 半月的自主滚轮运动可以增加19个月大的啮齿类动物神经发生率50% , 且胶质细胞生成增加20%o 1028 d的自主跑轮运动可以诱导与海马神 经发生相关的前体细胞分裂增加。18个月的小鼠神经干细胞（NSC）在大脑的再生功能下降约70% , 24个月

13、的小鼠下降约90%o 21 d的自主滚轮运动可以使18个月小鼠的内源性海 马外区NSC增值67% ,但在24个月的小鼠中却无这种效果。运动可能 通过不同的途径影响神经发生，如运动可以改善衰老动物中十一易位酶 I(TETl)和十一易位酶2(TET2)的降低(TET1、TET2可以改变大脑中特定 胶质细胞的DNA ,使它们在受伤时形成新的髓鞘)，并可调节海马神经发 生。止匕外，运动可以逆转脂多糖的毒性作用(脂多糖是一种细菌内毒素)， 在21个月的小鼠中表达时，可降低海马神经发生水平。运动减少了新的 小胶质细胞，这些免疫细胞与低级别的神经炎症有关，可能有助于增加新 神经元的存活率。在老龄大鼠中的研究

14、显示，海马区突触发生减少、海马区突触前受体的数 量减少，运动干预后,老龄大鼠突触未发生显著变化，但运动干预后，年 轻大鼠的突触发生有所改善,参加自主滚轮运动的大鼠突触素水平提高(突 触素是幼龄啮齿类动物突触发生的标志)。如上所述，动物研究表明，运动 可以对神经发生的能力产生积极的影响。但有学者认为在老龄小鼠中发现 神经发生减少的普遍性，在应用于老年人时需谨慎。尽管临床普遍发现与 年龄相关的认知衰退，但成年人海马神经发生可能会持续整个生命周期， 在18 80岁的个体中，神经发生的水平相当。四、运动可改善老年人神经营养因子水平营养因子与老年人的认知能力有关，包括脑源性神经营养因子(BDNF)、血

15、管内皮生长因子(VEGF)和胰岛素样生长因子-I(IGF-1)。IGF-1对血管的维 持和重塑非常重要。IGF-1和VEGF介导神经发生和血管生成，并影响海 马区BDNF的水平。BDNF在运动改善认知功能的过程中起到关键作用, 阻断BDNF后,运动对认知功能的改善无效果,证明其对认知改善的意义。 有氧运动能增加海马中的IGF-1和VEGF,这两种物质对运动改善认知能 力非常重要。运动后海马区的IGF-I增加，阻断IGF-I受体后运动诱导的 BDNF水平也降低。同样，阻断VEGF后，运动对海马神经发生改善无效 果。在老龄大鼠（24个月）中，4周的跑台运动可以增加BDNF和IGF-I ,并改 善空

16、间学习和记忆。然而，另一项对老龄大鼠的研究表明，BDNF水平在 运动后24周恢复至基线水平。另外，8周的有氧和力量训练后，老龄 大鼠的记忆改善和BDNF增加。410周的中等强度抗阻训练并未增加 BDNF水平，有氧运动联合抗阻训练也未改善BDNF水平。12 16周的 中等强度有氧运动也未改变BDNF水平，6个月的中高强度有氧运动也未 改变BDNF水平，但12 16周中等强度的抗阻训练联合中高强度的有氧 训练,以及有氧、力量、协调组合训练可以提高BDNF水平，并改善了短 期记忆水平。因此，单独进行中等强度的有氧或抗阻训练可能不足以提高 BDNF的水平。与耐力/力量/柔韧练习比较，以舞蹈为基础的运动干预可 以提高BDNF水平，舞蹈运动表演动作的复杂性可能是舞蹈干预组BDNF 增加的原因。12个月的有氧步行运动和柔韧拉伸运动未改善BDNF的水 平，但65岁及以上运动组BDNF水平下降，而65岁以下运动组BDNF 水平升高。综上表明，仅有氧运动活动不足以调节BDNF的水平