張佳佳,周 倩,張偉宏
鄭州大學(xué)護(hù)理與健康學(xué)院,河南 450001
肌少癥作為衰弱的始動(dòng)因素,與衰弱的發(fā)病機(jī)制和臨床表現(xiàn)密切相關(guān),被認(rèn)為是衰弱綜合征發(fā)展過程中的核心因素和早期表現(xiàn)[1]。因此,肌力訓(xùn)練是促使衰弱老年人功能恢復(fù)的重要途徑。根據(jù)美國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)會(huì)的規(guī)定,以恢復(fù)肌力為主的抗阻訓(xùn)練中阻力負(fù)荷至少達(dá)到個(gè)人一次重復(fù)最大負(fù)荷(1RM)的70%以上才能保持肌肉的質(zhì)量和力量[2]。這種高負(fù)荷訓(xùn)練對于65歲以上的衰弱老年人來說很難實(shí)現(xiàn)且具有較高的風(fēng)險(xiǎn)性。目前,血流限制(blood flow restriction)運(yùn)動(dòng)作為一種肌力康復(fù)的新方法,在其和低負(fù)荷抗阻訓(xùn)練(30%1RM)相結(jié)合時(shí)便能達(dá)到與高負(fù)荷阻力訓(xùn)練相似的效果[3],所以對于衰弱老年人的肌力康復(fù)來說,血流限制成了一種新的可選擇途徑。
1.1 概念 血流限制運(yùn)動(dòng)是通過應(yīng)用外收縮裝置(袖帶或止血帶)機(jī)械地壓縮皮膚下的血管系統(tǒng),增加合成代謝和減少肌肉內(nèi)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(yùn)動(dòng)方法,是Sato[4]為對抗肌肉萎縮于20 世紀(jì)90 年代開發(fā),也被稱為血流限制療法,該技術(shù)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(zhì)壓力和捕獲運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的代謝產(chǎn)物。有研究表明,即使是低強(qiáng)度、短時(shí)間的血流限制訓(xùn)練也能產(chǎn)生與中等或高負(fù)荷抗阻訓(xùn)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(fù)運(yùn)動(dòng)中,血流限制運(yùn)動(dòng)不僅可以實(shí)現(xiàn)肌肉增益和提高運(yùn)動(dòng)耐受性,還可以減少與高負(fù)荷抗阻運(yùn)動(dòng)相關(guān)的受傷風(fēng)險(xiǎn)[6]。因此,血流限制運(yùn)動(dòng)有可能為不能或不愿進(jìn)行重負(fù)荷或高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的老年人群提供一種更有吸引力的運(yùn)動(dòng)方法。
1.2 作用機(jī)制
1.2.1 機(jī)械應(yīng)力增加 研究表明,血流限制與額外的心血管壓力或發(fā)病率無關(guān),相反,血流限制的急性和局部血壓升高反應(yīng)會(huì)誘導(dǎo)積極的血管適應(yīng),促使血管生成信號通路的基因轉(zhuǎn)錄上調(diào),進(jìn)而增加血管內(nèi)皮生長因子mRNA 表達(dá),改善血管內(nèi)皮功能、外周血循環(huán)和動(dòng)靜脈的順應(yīng)性[7?8]。同時(shí)由運(yùn)動(dòng)中增加的剪切應(yīng)力誘導(dǎo)一氧化氮的釋放并引起血管擴(kuò)張,進(jìn)而對內(nèi)皮功能產(chǎn)生有益的影響[9]。因此,在血流限制運(yùn)動(dòng)中,誘導(dǎo)肌肉肥大和保護(hù)肌肉萎縮能力的機(jī)制可以解釋為影響肌肉加速肥大的生化反應(yīng)和依賴氧氣轉(zhuǎn)變所誘導(dǎo)的肌肉性能的增強(qiáng)反應(yīng)[10?11]。一項(xiàng)Meta 分析的結(jié)果也顯示,在考慮了潛在調(diào)節(jié)因素(如絕對的閉塞壓力、袖帶寬度等)的情況下,高強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)(HL?RE)可以顯著增加肌肉力量,但在改善肌肉質(zhì)量方面血流限制抗阻運(yùn)動(dòng)(BFR?RE)與HL?RE 的效果相似[3]。因此,當(dāng)血流限制與運(yùn)動(dòng)相結(jié)合時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)肌肉缺氧和代謝反應(yīng)增加,并通過外周化學(xué)受體和代謝受體激活交感神經(jīng)系統(tǒng)以施加壓力,導(dǎo)致靜脈血回流受阻,增加該區(qū)域的代謝壓力,但是流入肌肉的動(dòng)脈血流卻不受影響,最終促進(jìn)蛋白質(zhì)合成和增加熱休克蛋白水平,產(chǎn)生與HL?RE 相似的干預(yù)效果[12]。所以,在機(jī)械應(yīng)力增加的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的血管適應(yīng)和缺氧環(huán)境最終共同作用于蛋白質(zhì)的合成,導(dǎo)致肌肉質(zhì)量和肌力的增加。
1.2.2 代謝水平增加 血流限制訓(xùn)練適應(yīng)機(jī)制是繼發(fā)于靜脈活動(dòng)減少的代謝物積累以及局部的低氧血癥導(dǎo)致了對2 型肌纖維更大的依賴,更重要的是,代謝產(chǎn)物的積累會(huì)增加肌肉細(xì)胞腫脹和肌內(nèi)合成及抗分解代謝信號,這對于肌肉適應(yīng)有益,也是構(gòu)成肌肉體積增大理論機(jī)制的一個(gè)組成部分[13]。其次,乳酸鹽和氫離子等代謝物的積累促進(jìn)生長激素的產(chǎn)生和快速收縮纖維的補(bǔ)充,加速肌肉疲勞和肌纖維的激活,允許在低至20%1RM 的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下產(chǎn)生肌肉體積和力量的增加[14]。有學(xué)者提出,與非血流限制運(yùn)動(dòng)相比,當(dāng)血流限制與運(yùn)動(dòng)結(jié)合后,可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)肌肉缺氧和代謝反應(yīng)增加,通過外周化學(xué)受體或代謝受體導(dǎo)致副交感神經(jīng)活動(dòng)減少,交感神經(jīng)活動(dòng)、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(chǔ)上,與機(jī)械應(yīng)力增加所引起的血管內(nèi)皮生長因子mRNA 表達(dá)及血管擴(kuò)張共同作用于對蛋白質(zhì)抑制和合成的調(diào)節(jié),進(jìn)而影響肌肉的力量和體積[16]。而其他潛在的機(jī)制還包括局部生長因子、衛(wèi)星細(xì)胞和轉(zhuǎn)錄因子的更高聚集等[17]。雖然確切的機(jī)制尚不明確,但血流限制運(yùn)動(dòng)已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)健康領(lǐng)域和人群。
由于血流限制的低負(fù)荷特性,不同的運(yùn)動(dòng)模式在不同人群中凸顯出了潛在的應(yīng)用價(jià)值。有研究表明,目前血流限制訓(xùn)練已經(jīng)應(yīng)用于無法進(jìn)行高強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練的老年人群或因長時(shí)間固定而有肌肉萎縮風(fēng)險(xiǎn)的病人,如長期臥床、單側(cè)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(jié)果存在不一致性,但是當(dāng)與多種訓(xùn)練模式結(jié)合使用時(shí),如步行、騎行、低負(fù)荷阻力訓(xùn)練、神經(jīng)肌肉訓(xùn)練和體重訓(xùn)練時(shí),它的優(yōu)勢及益處日益明顯。進(jìn)行血流限制訓(xùn)練時(shí)需要考慮的可調(diào)節(jié)因素,主要包括袖帶寬度、袖帶壓力、運(yùn)動(dòng)類型、負(fù)荷、組間休息時(shí)間和訓(xùn)練頻率等。Mouser 等[20]比較了血流限制運(yùn)動(dòng)中使用不同寬度袖帶的可行性和有效性,結(jié)果表明,在分別使用寬度為5 cm、10 cm 和12 cm 的袖帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí),血流減少方式相似,將限制壓力設(shè)定為每個(gè)受試者動(dòng)脈閉塞壓力的中等百分比(即40%~60%LOP),在限制壓力范圍內(nèi)的血流減少量也相似。說明血流量的減少與動(dòng)脈閉塞壓力有關(guān),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(dòng)脈壓和中心動(dòng)脈壓、感知努力程度和疼痛有關(guān),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(shí)過度激活了自主神經(jīng)系統(tǒng),增加了心血管事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[21?22]。所以,在設(shè)置干預(yù)措施時(shí)應(yīng)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(shí),選擇寬度較窄的袖帶,以確保運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)由于壓力過高而導(dǎo)致完全動(dòng)脈閉塞。
除此之外,不同運(yùn)動(dòng)類型的血流限制調(diào)節(jié)參數(shù)也不盡相同。對于BFR?RE,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)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(fù)4 組,閉塞總時(shí)間大于10 min 的參數(shù)設(shè)置在實(shí)踐中最常用,并能產(chǎn)生血流限制中提到的有益適應(yīng);此外,考慮到更長的休息時(shí)間和間歇(緩解每組之間的袖帶壓力)可能會(huì)限制對壓力的適應(yīng),因此,每組之間休息時(shí)間設(shè)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(huì)提供更強(qiáng)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(xù)3 個(gè)或4 個(gè)循環(huán),每天1 次或2 次,持續(xù)1~8 周[5]。所以,在選擇低強(qiáng)度的訓(xùn)練時(shí),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(xùn)練中轉(zhuǎn)化為慢性適應(yīng)。此外,與BFR?RE 相比,有氧運(yùn)動(dòng)的血流限制(BFR?AE)研究更為有限,在有氧運(yùn)動(dòng)的指標(biāo)中,干預(yù)組的絕對和相對耗氧量(VO2)以及運(yùn)動(dòng)至精疲力竭的時(shí)間都顯示出顯著優(yōu)勢[24]。
綜上所述,大多數(shù)血流限制研究的結(jié)局指標(biāo)主要集中在對肌肉的影響上,血流受限結(jié)合20%~50%1RM的低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)在不同人群中可以有效促進(jìn)肌肉力量和質(zhì)量的增加;但值得注意的是,相同的強(qiáng)度下,抗阻和有氧血流限制運(yùn)動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致更高的心率和血壓的增加[25?26]。同時(shí),更高的阻力負(fù)荷在增加肢體動(dòng)脈受阻的風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)上并未產(chǎn)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(tǒng)健康狀況下降的情況下,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和時(shí)間的增加是參與運(yùn)動(dòng)的阻礙因素,低負(fù)荷有可能成為血流限制運(yùn)動(dòng)的獨(dú)特優(yōu)勢。因此,通過低強(qiáng)度、短時(shí)間的運(yùn)動(dòng)提高執(zhí)行功能對于提高運(yùn)動(dòng)的適用性和耐受性是有益的,與此同時(shí),血流限制運(yùn)動(dòng)對于提高老年人運(yùn)動(dòng)依從性也提供了新的參考。
3.1 改善肌肉功能 目前,血流限制訓(xùn)練已經(jīng)在健康老年人、膝關(guān)節(jié)炎病人和冠心病病人[19,25,27]中得到了應(yīng)用。尤其對由于肌肉骨骼疾病或損傷而禁忌進(jìn)行高強(qiáng)度阻力運(yùn)動(dòng)的老年病人,血流限制可能是一種有效的干預(yù)措施[28]。Yokokawa 等[29]發(fā)現(xiàn),健康老年人進(jìn)行低負(fù)荷的BFR?RE 后肌肉力量、步態(tài)、反應(yīng)時(shí)間和平衡能力均得到了顯著改善。同時(shí),一項(xiàng)研究中,干預(yù)組給予低強(qiáng)度(20%1RM)的血流限制雙側(cè)腿伸展運(yùn)動(dòng),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(jìn)行非血流限制的伸展運(yùn)動(dòng),結(jié)果表明,干預(yù)組在進(jìn)行低強(qiáng)度抗阻力運(yùn)動(dòng)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(qiáng),肌肉蛋白質(zhì)合成顯著提高了56%,對照組肌肉蛋白質(zhì)合成沒有改善[10]。可見,不同的血流限制運(yùn)動(dòng)模式已經(jīng)在改善肌肉功能、身體表現(xiàn)及蛋白合成方面顯現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢。雖然對于不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的比較中,一些研究表明低強(qiáng)度血流限制訓(xùn)練可以提高腿部肌肉力量,且與高強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練的效果相似,在肌肉質(zhì)量和肌肉力量上的改善沒有差別[30?31],但是也有學(xué)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(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加,與之前的研究結(jié)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(qiáng)度運(yùn)動(dòng)人群的臨床價(jià)值,但是,對于老年人在使用BFR?RE 訓(xùn)練期間,要盡可能以回歸到HL?RE 作為最終目標(biāo),在改善肌肉質(zhì)量的同時(shí)改善肌肉力量,最終實(shí)現(xiàn)肌肉功能的恢復(fù)。
3.2 提高認(rèn)知功能 有研究討論了BFR?RE 通過增加激素反應(yīng)、乳酸代謝和皮質(zhì)興奮性改善認(rèn)知的作用路徑,提出了血流限制對認(rèn)知功能的潛在益處[32]。Sardeli 等[33]采用了一種內(nèi)部主題設(shè)計(jì),比較了Stroop測試改變前后的變化,評估了21 名未接受訓(xùn)練的健康老年人在3 種獨(dú)立運(yùn)動(dòng)及無運(yùn)動(dòng)對照條件下的認(rèn)知功能變化,與對照組和高負(fù)荷運(yùn)動(dòng)條件相比,低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)條件下中性刺激反應(yīng)時(shí)間的減少幅度更大,認(rèn)知功能改善更顯著,低負(fù)荷血流限制運(yùn)動(dòng)條件下反應(yīng)時(shí)間沒有差異,但認(rèn)知功能有潛在的有益作用。與此同時(shí),持續(xù)15 min 的血流限制步行方案改善了運(yùn)動(dòng)后的執(zhí)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(xù)33 min 的高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)和持續(xù)40 min 的中等強(qiáng)度持續(xù)運(yùn)動(dòng)相似[26]。此外,與沒有血流限制運(yùn)動(dòng)相比,有血流限制的運(yùn)動(dòng)還可以改善認(rèn)知功能的其他維度,如注意力、執(zhí)行功能和記憶等[34]。因此,對于不愿或不能進(jìn)行中高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的老年個(gè)體,低強(qiáng)度有氧或抗阻運(yùn)動(dòng)結(jié)合血流限制可作為認(rèn)知能力提升的替代策略。
3.3 影響血流動(dòng)力學(xué) 血流限制運(yùn)動(dòng)對于血流動(dòng)力學(xué)的影響機(jī)制尚處于初步研究階段,主要體現(xiàn)在血流動(dòng)力學(xué)及血管閉塞對血管壓力的改變兩個(gè)方面。有學(xué)者通過對冠心病病人進(jìn)行每周2 次、共8 周的低負(fù)荷血流限制單側(cè)腿伸展運(yùn)動(dòng)干預(yù),結(jié)果表明,血流限制運(yùn)動(dòng)可以增加肌肉力量和肌肉厚度,而且對血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了有益影響,產(chǎn)生了較好的運(yùn)動(dòng)適宜性[27]。另外,一項(xiàng)研究對10 名老年人進(jìn)行為期4 周的25%1RM的足跖屈抗阻訓(xùn)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(shí)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(huán)閉塞血流量方面改善更明顯[35]。雖然以上研究證實(shí)了血流限制對血流動(dòng)力學(xué)產(chǎn)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(dòng)力學(xué)改變的內(nèi)在機(jī)制,所以,血流限制對血流動(dòng)力學(xué)的影響有待深入探索。此外,有學(xué)者提出對伴心血管疾病等高危風(fēng)險(xiǎn)的老年人群,應(yīng)謹(jǐn)慎給予血流限制處方。因?yàn)榕c非血流限制運(yùn)動(dòng)相比,BFR?RE 引起的局部缺氧不利于運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞的預(yù)期增加,且損害了細(xì)胞的完整性[36]。而且,在比較老年女性低負(fù)荷抗阻運(yùn)動(dòng)(LL?RE)、低負(fù)荷BFR?RE 和HL?RE 時(shí)的血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)發(fā)現(xiàn),HL?RE 和BFR?RE 的心臟指標(biāo)測量結(jié)果相似(包括心排血量、每搏輸出量),但與HL?RE和LL?RE 相比時(shí),BFR?RE 的血壓(收縮壓、舒張壓和平均動(dòng)脈壓)明顯更高,而且在運(yùn)動(dòng)中動(dòng)員的肌肉越多,這種血管壓力越大,進(jìn)而表明了這種訓(xùn)練方式有潛在升高血壓的作用[37]。所以,在血流限制運(yùn)動(dòng)的實(shí)施過程中仍需要更多的研究探索BFR?RE 對血流動(dòng)力學(xué)和血管的影響機(jī)制,以證實(shí)該運(yùn)動(dòng)對血流動(dòng)力學(xué)及心血管系統(tǒng)的安全性和有效性。
3.4 減少疼痛 運(yùn)動(dòng)被認(rèn)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(yīng)[38]。研究還發(fā)現(xiàn),除了急性運(yùn)動(dòng)引起的痛覺減退,在長期的血流限制低負(fù)荷耐力訓(xùn)練后,疼痛顯著減輕,特別是在慢性疼痛和康復(fù)人群中[39]。一項(xiàng)交叉設(shè)計(jì)研究中,所有運(yùn)動(dòng)方案后均觀察到運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的痛覺減退效應(yīng),然而,在高負(fù)荷和低負(fù)荷血流受限的情況下,痛覺減退反應(yīng)更明顯,而且在運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的痛覺減退反應(yīng)后24 h 仍然高于基線水平,在沒有血流受限情況下的運(yùn)動(dòng)中并不顯著[40]。同時(shí),一項(xiàng)隨機(jī)對照研究也表明,干預(yù)組和對照組分別進(jìn)行了8 周的低負(fù)荷(30%1RM)血流限制運(yùn)動(dòng)和傳統(tǒng)的高負(fù)荷(60%1RM)抗阻運(yùn)動(dòng),結(jié)果發(fā)現(xiàn),血流限制運(yùn)動(dòng)也能夠?qū)崿F(xiàn)在1RM 和耐力方面的增加,發(fā)生的肌肉疼痛程度更低、頻率更少[41]。而且,在進(jìn)行康復(fù)的人群中,血流限制運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生的劇烈肌肉疼痛比單純抗阻運(yùn)動(dòng)要低,尤其是下肢血流限制訓(xùn)練對髕骨疼痛和膝骨關(guān)節(jié)炎病人的疼痛反應(yīng)較少或相似[42?44]??傊?,以低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)疼痛減退效應(yīng)可能是提高康復(fù)人群運(yùn)動(dòng)耐受性及持續(xù)性的理想策略。但是,目前并沒有研究表明高負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后的疼痛減輕程度比低負(fù)荷結(jié)合血流限制運(yùn)動(dòng)后的疼痛減輕程度更高。所以,對于那些不能或不愿意進(jìn)行高強(qiáng)度或長時(shí)間運(yùn)動(dòng)的老年人來說,低負(fù)荷血流限制運(yùn)動(dòng)可能將成為一種安全、有效的疼痛管理方法。
目前,關(guān)于低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)與血流限制相結(jié)合的實(shí)證研究及機(jī)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(gè)干預(yù)過程中選擇固定壓力,不同壓力的選擇使研究結(jié)果的有效性很難比較。雖然與無限制的低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)相比,血流限制體現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢,不僅可以增加蛋白質(zhì)合成,誘導(dǎo)肌肉肥厚,還可以弱化對復(fù)雜運(yùn)動(dòng)設(shè)備的需要,且不需要長時(shí)間運(yùn)動(dòng)保持最佳的肌肉力量,使用的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷也比大多數(shù)傳統(tǒng)的阻力訓(xùn)練更小,這種“放大效應(yīng)”[45]針對老年人增強(qiáng)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(jī)制仍然需要證實(shí),未來的研究應(yīng)考慮不同的血流限制應(yīng)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(jī)方法確定老年人運(yùn)動(dòng)處方的最佳適應(yīng)證,以實(shí)現(xiàn)研究結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化。