有氧训练在认知障碍预防与康复中的应用

许多证据证明有氧训练能够改善认知功能，如跑步、骑自行车或快走等运动方式［11，19］。到目前为止，有氧训练已被证明能显著增加健康社区老年人的海马体积。一项为期12个月、每周3天的步行计划能显著增加左右海马体积（分别为2.12％和1.97％），这相当于将海马体积的年龄相关性损失逆转长达2年，从而改善大脑结构［20］。此外，有氧训练能够对脑内BDNF和5-羟色胺（5-hydroxy tryptamine，5-HT）两种分子水平的表达起到有益影响。衰老对BDNF-5-HT系统的信号传导途径存在有害影响，影响这些脑区功能和结构的完整性。早期和有规律的低/中等强度有氧训练显著提高了BDNF-5-HT系统的中枢成分的水平和表达，增加了大部分脑区的BDNF含量，包括前额叶皮层、鼻炎周围、纹状体和海马，减少了其年龄诱导的下降，同时也保持了其信号通路的完整性和功能性。这种反应暂时与更有效的认知行为相关，这提示有氧训练对与5-HT和BDNF相互作用区域相关的不同记忆系统有积极的影响。同时，CA1区锥体层神经元成熟反应增强，导致细胞基质和连接性增强［21］。一项研究结果表明，有氧训练可增强大鼠皮层、海马和中缝核5-HT系统的活性，尤其是老年大鼠，在中缝亚区之间观察到的5-HT能神经元分布模式的定性差异可归因于色氨酸羟化酶-2的复杂表达模式，色氨酸羟化酶-2是5-HT生物合成的限速酶，5-HT1A作为参与记忆形成的其他神经递质系统的元调节剂，其受体的表达随着年龄的增长而显著减少，而有氧训练能够增加中年大鼠皮层和海马5-HT1A受体的表达，特别是在更大年龄大鼠中观察到了对认知功能标志物的有益影响。

另一方面，有氧训练提高了动物快速检测具有新属性物体的能力，显示更高的信息处理速度和辨别能力。通过有氧训练激活内侧前额叶皮层功能可以对执行控制产生积极影响，包括工作记忆、精神灵活性和抑制控制。同时，有氧训练增强了海马功能，从而提高了辨别空间模式的能力。海马体由齿状回（DG）和3个亚区组成，有氧训练显著增加了CA1区成熟免疫阳性神经元的数量。随着年龄的增长，空间记忆能力逐渐衰退，但连续12周的跑步可以部分消除这种与海马功能障碍相关的识别记忆能力的衰退［22］。一项研究显示，有氧训练增加了语境记忆。语境记忆能力需要不同存储系统的协调，不协调的语境增加了探索时间，产生了巨大的认知要求，需要更大的执行控制以避免干扰效应和信息处理速度。当比较一致和不一致的语境时，经过有氧训练的大鼠在这两种情况下保持了更大的辨别能力，即其对环境记忆具有神经保护作用［21］。星形胶质细胞是脑糖原的主要来源，是负责向活动中的神经元提供足够能量底物的细胞，特别是在记忆形成和预防低血糖方面。大脑皮层、海马体、脑干以及在较小程度上的下丘脑，都是表现出极大过度补偿的大脑区域。因此，有氧训练能够刺激糖原储备的过度补偿，以满足增加的神经元能量需求、增殖和突触活动。因此，有氧训练对老年人的认知损害具有神经保护作用，并可防止衰老导致的5-羟色胺能传递和BDNF表达的下降，同时通过更好的心肺功能来减轻年龄相关的胼胝体髓鞘减少，并保持白质完整，从而促进神经元的功能［23］。

此外，有氧训练被广泛认可的作用之一是其对心血管功能的改善。大规模纵向研究发现抑郁症状和睡眠不良是认知能力下降的主要风险因素，其会导致疲劳，从而影响最佳认知能力。神经生物学研究解释了与抑郁症状和睡眠不良相关的认知能力下降与海马萎缩和前额叶皮层功能缺陷有关，抑郁降低了脑环境中神经营养因子的表达，导致海马神经元萎缩；同时，睡眠不足会增加淀粉样β低聚物的产生，并降低前额叶皮层的代谢活动。而有氧训练能够增加脑血流量和改善对脑组织的氧化作用，恢复神经营养因子的表达，促进海马神经发生、淀粉样β低聚物的清除和前额叶皮层神经同步性的增加，从而提高神经递质的利用率和神经效率，促进认知功能；同时，有氧训练通过增加内啡肽分泌来减少抑郁症状，提高基本代谢率来诱发睡眠诱导效应，通过改善抑郁情绪和睡眠质量来提高认知能力［24］。(https://www.daowen.com)

一项研究长期有氧运动对神经认知功能影响的随机对照试验显示，根据美国心脏协会心脏康复建议规定的频率和强度的干预措施（即每周3次以70％峰值耗氧量的心率）进行有氧训练，在较长的随访期内发现，受试者的记忆功能有了较大改善。中等强度训练（60％～70％峰值耗氧量）可以一定程度的刺激有氧功能以增强空间记忆能力［26］。运动训练理论认为，过度补偿期（运动后24～72h）和定期的训练刺激对能量代谢状态和运动性能有累积影响。因此，这些影响不仅限于周围组织，还会影响大脑代谢。长时间的运动会增加大脑中5-HT和多巴胺的含量，不仅调节中枢疲劳，还能激活能量基质的动员。根据ACSM的建议制定16周的锻炼计划，使参与者每周进行3次常规锻炼，以70％峰值耗氧量的心率进行有氧训练，有利于认知功能。使用台阶运动而不是在平坦的地面上进行步行训练，可能是帮助参与者达到中等强度运动训练的更好的运动方式。可以通过教参与者如何使用伯格呼吸困难评分量表来调整他们的活动速度［25］。

总之，有氧训练增加了氧的摄取、葡萄糖的利用率和脑血流量，也会增加BDNF和其他调节大脑结构变化的生长因子，如有氧训练与BDNF和神经发生、突触形成和神经保护有关。有氧训练通过心血管健康以及大脑结构的改善介导了认知能力的增加。定期有氧训练可以减轻和（或）防止生理年龄依赖性的认知功能下降。根据目前的研究结果，建议进行中低强度、长时间的有氧运动，如散步、游泳、划船、骑自行车、慢跑和跳舞等。65岁及以上的老年人应在1周内进行至少150 min的中等强度有氧运动，或至少75 min的高强度有氧运动，或中等强度和高强度运动的同等组合；如果行动不便，可以每周进行3天或3天以上的体育活动。