江晓翔

宿州学院体育学院,安徽宿州,234000

2019年7月卫健委颁布《健康中国行动(2019—2030年)》[1],共包括15项健康行动计划,“实施老年健康促进行动”和“实施心脑血管疾病防治行动”是其中的两项。随着年龄增长,老年人各项身体机能逐步下降,特别是在心血管功能方面,血管内皮功能失调、动脉僵硬度增加,血压升高,心血管疾病发生风险逐年增加。目前,心血管疾病因其高致残率、致死率、高复发率等特点,已成为威胁老年人生命健康的“头号杀手”。因此,提高老年人生活质量及健康水平,维持和改善老年人心血管功能刻不容缓。

运动是改善老年人身体功能的有效方式。有氧运动可以改善老年人心血管系统功能,增加动脉顺应性和肌肉血流量,降低心血管疾病患病风险,但其在步速缓慢的老年人中存在局限性;抗阻训练可增强体弱老年人的肌肉力量和质量,提高身体功能,但其具有强度限制。例如,目前普遍认为只有高强度抗阻训练(强度须大于60%1RM)才能刺激骨骼肌蛋白质合成,提高机体运动能力。然而较大的运动强度并不适合老年人,其引起的疲劳、损伤等可降低老年人的运动依从性,且大强度的抗阻运动会对老年人心血管系统造成过度压力,促使其心血管损伤风险增加。

加压训练是通过外部加压限制肌肉血流以提高训练效果的一种运动方式,可作为高强度运动的替代方案,获得与高强度训练相似的运动效益。且加压训练强度小、收益高,对关节压力也相对较小,可能更适用于老年人。已有研究表明加压训练可增加老年人肌肉效果,提高身体机能,尤其是对老年人肌肉减少症具有良好的改善效果[2]。然而,加压训练的大多数研究受试者为年轻人或中年人,尚不清楚其对老年人心血管系统的应用效益及安全风险。

本文梳理了目前加压训练对老年人心血管反应效果的研究现状,并阐述了加压训练可能诱发的心血管机制及加压训练对老年人心血管反应的潜在危险因素,希望能够加深加压训练在老年人心血管机能方面的了解,为今后制定与血流限制相结合的老年人运动方式提供帮助。

1 加压训练概述

加压训练(KAATSU Training),又称血流限制训练(Blood Flow Restriction Training,BFRT),是指在运动期间通过外部加压装置(如充气袖带或止血带等)对肢体近端进行适度加压,人为限制肌肉血流,造成肢体远端相对缺血的一种训练方式。其目的是通过较低强度运动模拟高强度运动时的缺氧缺血环境,促使机体发生一系列变化,如骨骼肌中代谢产物积累增多等,以此刺激肌肉生长,增加肌肉力量。

BFRT可达到与高强度运动相似的训练效果,在提高肌肉质量和力量、提高有氧能力、促进康复治疗、预防废用性肌萎缩等多方面均具有良好效果[2],被广泛应用于竞技、健身、医疗、航天等领域。近年来,BFRT也逐渐被应用于老年人及体弱人群。现有研究及元分析证据表明,BFRT可改善老年人身体功能及运动表现,减少患病风险。如BFRT诱导老年人肌肉肥大,从而增加肌肉力量,对抗肌肉萎缩[3];降低膝骨关节压力,促进骨关节炎康复;改善身体机能,提高身体平衡能力,预防跌倒等[4]。此外,BFRT也可通过改变血管结构和功能等促使老年人心血管系统发生适应性变化[5],但目前尚不清楚其对心血管健康的潜在影响。

2 BFRT对老年人心血管的反应效果

2.1 改善内皮功能

血管内皮细胞在维持血管稳态和调节血管功能等方面发挥重要作用,其功能障碍是动脉粥样硬化斑块及其后续并发症发生、发展的关键早期特征。老年人内皮细胞易发生增龄性变化,如细胞渗透压增加、一氧化氮等分泌减少等,造成血管内皮功能失调,动脉粥样硬化等心血管病变风险增加。而BFRT可通过造成缺血、剪切应力刺激等上调血管内皮生长因子、血管内皮生长因子受体、缺氧诱导因子及一氧化氮合成酶的表达,介导机体产生积极的血管适应,从而改善血管内皮功能,促进血管健康[5]。然而,有研究发现,BFRT对不同人群的血管动力学效应可能具有差异性。Kim等[6]比较了BFRT对老年人和青年人前臂血管功能的影响,结果发现青年组前臂血流量和前臂血管电导峰值均明显提高,而老年组并不具有相似的改善效应。老年人血管舒张功能下降可能是造成这种差异的主要影响因素之一。但也有研究表明,BFRT可以通过促进血管内皮生长因子和生长激素的释放改善老年人血管内皮功能,并诱导外周血管结构和功能发生变化,促进其外周血液循环[7]。这表明,BFRT对老年人血管功能也存在一定的良性作用,可能需要更长的训练时间或更大的训练量来引起与青年人类似的血管适应性。

2.2 缓解动脉僵硬度

动脉僵硬度是指机体动脉血管壁的硬度,能够反映动脉管壁结构和功能早期异常变化的情况,是衡量心血管发病率和全因死亡率的独立预测因素[8]。常用的无创性动脉僵硬度检测指标有脉搏波传导速度(Pulse Wave Velocity,PWV)、心踝血管指数(Cardio-Ankle Vascular Index,CAVI)及主动脉反射波增强指数(Augmentation Index,AIx)等。动脉僵硬度与年龄密切相关。随着年龄的增长,老年人动脉管壁增厚,弹性纤维发生退变钙化,动脉顺应性降低,僵硬度逐年增加,冠心病及高血压等患病风险也随之升高。目前,BFRT对老年人动脉僵硬度的研究结果不一。Chen等[9]对老年人分别进行了上肢和下肢的低强度BFRT,结果均发现运动前后CAVI数值无明显变化,即低强度BFRT对老年人动脉僵硬度无显著影响。而Fahs等[10]研究表示,低强度BFRT可使老年人的PWV(与动脉僵硬度呈正相关)略有增加。与Chen等研究方案不同,Fahs等人的研究为单侧腿加压设计,其受试者加压腿PWV的小幅增加可能是由于局部血管活性物质变化所导致的。此外,测量指标差异可能也是造成研究结果不同的原因之一,与CAVI相比,PWV更容易受到血压变化的影响。综上,尚不清楚BFRT对老年人动脉僵硬度的具体影响,后续仍须进一步探究。

2.3 增加肢体血流量

先前多项研究表明,与对侧非BFR抗阻训练肢体相比,单侧BFR抗阻训练可增加年轻人的肱动脉直径,增强其闭塞后的小腿血流[11-12]。其机制可能为:(1)通过提高一氧化氮合成酶的活性,促使血浆中内皮依赖性舒张因子——一氧化氮含量增加,从而使血管舒张,血流量增加;(2)通过低氧应激激活血管内皮生长因子,诱导内皮细胞增殖迁移,加速毛细血管生成,从而改善外周血液循环,增加血流。针对老年人受试者,研究结果与其相似。Patterson等[13]和Lim等[7]研究均发现,4周的低强度BFR抗阻训练可使老年人外周血管发生适应性改变,周围血液循环改善,肢体血流量显著增加。但此研究结果仍存在质疑。Kim等[6]和Fahs等[10]研究发现,4周和6周的低负荷BFRT未能使老年人血流量发生明显变化。与年轻人相比,老年受试者血管反应研究所涉及的影响因素更甚,如老年人的个体血管反应及表现存在较大差异等;另外,运动持续时间、方式、强度或肌肉大小的差异等也应纳入造成结果差异的考虑范围内。

2.4 改善血压

BFRT被证明具有潜在的降血压作用,可作为高血压患者的辅助治疗手段。其可通过降低血液中内皮素-1含量、提高血管内皮生长因子和一氧化氮合成酶活性等来改善机体血管功能,降低血压[14]。其中,与单纯低负荷训练相比,低强度BFRT可显著上调心肌中内皮型一氧化氮合成酶的表达,促使一氧化氮大量释放,改善血管张力,从而产生更为显著的降压效果。无论与传统高强度运动还是单纯低强度运动相比,低强度BFRT对老年人均展现了更大的血液动力学效应[15],且能够显著降低高血压患者的运动后血压[16]。但需要注意的是,BFRT运动过程中老年人的收缩压和心率会急剧增加,其引发的心肌负荷更是与传统高强度运动相似,可能存在潜在的心血管风险[15-16]。故在老年人BFR运动实施过程中,须时刻观测老年人的身体状况及相关参数,避免由于血压升高而导致安全风险的发生。

上述研究提示,BFRT可促使老年人心血管系统发生适应性改变,维持或改善老年人心血管结构和功能,但BFRT对老年人,尤其是患有心血管疾病的老年人,可能会诱发潜在安全风险。故在对其实施BFRT时,须关注运动过程中心血管功能的急性效应,谨慎应对运动过程中的各种突发情况。

3 BFRT对老年人心血管反应安全性评估

3.1 BFRT与心血管反应机制

运动过程中参加心血管反应的机制主要有动脉压力反射、中枢命令和骨骼肌运动升压反射,其中,骨骼肌运动升压反射可能在BFRT的心血管反应中发挥重要作用[17]。运动升压反射包括肌肉代谢反射和机械压力反射,其在运动中的参与是通过骨骼肌内化学和机械感受器的激活来介导的。运动时,随着来自中央命令(大脑皮层的前馈神经元信号)和动脉压力反射(颈动脉窦和主动脉弓的反馈神经元信号)的输入,运动升压反射被激活并通过调控交感神经和副交感神经活动来介导心血管系统的自主调节。在此过程中,BFRT通过两种途径激活运动升压反射:骨骼肌灌注不足、缺氧及代谢物积累等可刺激化学感受器并传入第四组传入神经纤维激活代谢反射;袖带压力及骨骼肌拉伸等刺激机械感受器并传入第三组感觉神经元激活机械压力反射[17-18]。当BFRT中静脉血液回流受阻致使代谢产物浓度积累达到某一阈值时,运动升压反射,尤其是代谢反射被激活,交感神经活性增加,副交感神经活性受到抑制,从而产生血压升高、心率加快等一系列心血管反应[19]。

3.2 BFRT对老年人心血管反应的潜在风险因素

老年人随着年龄增长,血管内皮功能下降,动脉僵硬度增加,血压升高,极易诱发高血压、心力衰竭、外周动脉疾病等各种心血管疾病。而这些疾病的普遍特征为骨骼肌灌注受损,这表明即使在较低运动强度下,肌肉代谢反射也容易被激活,交感神经活动过度增强,从而使机体产生异常的心血管反应,增加不良心血管事件风险。如对患有高血压的老年人进行BFRT时,由于其代谢反射和机械压力反射存在功能障碍,可能会出现交感神经异常兴奋,从而导致平均动脉压和冠状动脉舒缩张力过度升高等运动异常反应[17]。虽低强度BFRT有潜力成为治疗高血压的有效运动方法[16],但运动期间机体可能出现的潜在风险必须着重考虑。

BFRT方案设计(如绑带压力、袖带宽度、闭塞方案等)不适当也可能会导致老年人心血管反应的异常激活。(1)绑带压力。较大压力血流限制(80%AOP)与较小压力(40%AOP)和中等压力(60%AOP)血流限制相比更容易诱发外周疲劳(肌肉力量及收缩性能大幅下降),促使心率显著增加、副交感神经恢复延迟、交感神经活性显著增强,并给机体带来更大的心脏负担,增加心血管不良反应发生风险;(2)袖带宽度。与较窄的袖带(5 cm)相比,较宽的袖带(13.5 cm)可更大程度地限制血流,促使心率、血压升高,疼痛评分及AIx(与动脉僵硬度呈正相关)降低,引发更为明显的心血管和感知反应[20]。Spranger等[17]表明这与骨骼肌运动升压反射密切相关,运动升压反射程度的激活可通过袖带宽度分级以判定。(3)闭塞方案。BFRT间歇期间保持血流限制可能比解除血流限制具有更大的升压反应[19]。此外,BFRT中还需要考虑的因素包括运动强度、运动持续时间、频率、周期等运动剂量,年龄、性别等受试者特征及上下肢、大小肌肉群等部位特征,这些因素对BFRT过程中老年人的心血管反应均可能造成一定影响,后续仍须继续研究。

综上,如图1 所示,BFRT可通过缺血、缺氧及剪切应力刺激等提高机体血管内皮生长因子及一氧化氮合成酶活性,降低内皮素-1浓度,从而促进血管生成、改善血管结构和功能,促进外周血液循环 、增加血流量,对改善无法适应大强度训练的老年人的心血管功能具有积极意义。然而另一方面,BFRT可通过化学及机械压力刺激激活运动升压反射。这对于老年人,尤其是具有心血管功能障碍的老年人来说,极易造成其升压反射的过度激活,使交感神经过度兴奋,副交感神经过度抑制,造成心率及急性血压升高,产生异常的心血管反应。另外,BFRT的方案设计(绑带压力、强度等)对老年人心血管的影响也会增加许多不确定因素,为老年人带来极大的运动安全风险。

图1 加压训练对老年人心血管功能反应效果及安全风险

4 小结与展望

4.1 小 结

(1)BFRT对老年人心血管的反应效果目前无明显负面影响。BFRT可改善老年人血管内皮功能及外周血液循环,降低运动后血压,改善或维持老年人心血管结构和功能,可能是目前促进老年人心血管健康的最有效的运动方式之一。

(2)与年轻人相比,对老年人实施BFRT更容易诱发运动风险。其原因可能是由于老年人更易出现心血管系统功能障碍,促使BFRT运动过程中运动加压反射被过度激活,引起交感神经过度兴奋,从而导致异常的心血管反应。

4.2 展 望

当前,BFRT对心血管方面的影响研究相对较少,尤其是缺乏高质量临床研究,且研究结果不一。老年人身体机能下降是BFRT对老年人心血管功能改善效果弱于年轻人的主要原因之一,这提示可能需要更大的运动刺激以激发老年人的心血管适应性,但这同时意味着不良心血管事件及运动风险的增加。故制定安全有效的老年人BFRT运动处方十分必要。可主要从两方面入手:(1)在老年人运动过程中,应采用更多数据指标去评估其运动情况和实时身体状况,确保其急性血压及心率的升高幅度保持在安全范围内,以减少运动风险发生概率;(2)进一步探究绑带压力、袖带宽度、闭塞方案、运动强度等不同BFRT变量对血流动力学的影响,以便在保证安全的情况下使老年人得到更好的康复改善效益。此外,BFRT对心血管分子层面的影响机制研究有限,后续仍须深入研究,以期为制定更加精细化、规范化和合理化的BFRT运动方案提供思路。