血流限制训练在老年人中的应用研究进展

毛 宁 刘书芳 卫 星

随着年龄的增加，30岁之后骨骼肌质量每10年下降多达3%～8%，因此老年人常出现肌肉萎缩和相关的身体机能下降，同时患肌肉减少症的风险增加[1]。肌肉减少症(肌肉质量和力量均下降)，会使跌倒和死亡的风险增加，运动和营养干预被认为是治疗肌肉减少症的基础措施[2]。目前可知，力量训练是有效维持肌肉功能的一种方法，有证据表明以≥70%1RM(一次关节全幅运动所能对抗的最大阻力值)的负荷进行阻力训练可以促进肌肉肥大和增长肌肉力量[3]。然而，高强度阻力训练会产生明显的心肺应激与较高的机械应力，对于老年人来说，有更大的损伤风险[4]，尤其是存在并发症(例如冠心病、糖尿病或肌肉骨骼疾病)的老年人，若采用较低强度的阻力训练则达不到高强度阻力训练的效果。因此，需要探索新的训练方式。

近年来，血流限制训练(blood flow restriction training,BFRT)作为一种新兴的训练方式被广泛应用，有研究表明BFRT只需要实施低强度的阻力训练(20%～30%1RM)便可以促进肌肉肥大和增强肌肉力量[5]。BFRT的特点是以较小的运动强度便可以提高肌肉功能，对关节产生的机械应力以及心血管系统的压力较小，与传统的高强度阻力训练相比相对安全，因此适用于心血管和肌肉骨骼较脆弱的老年人。目前研究报告称BFRT可以有效改善运动员的表现[6]，对肌骨损伤人群的康复也有很多益处[7]，且越来越多证据表明，在老年人群中应用也有良好表现[1,8]。综上所述，BFRT作为新的训练方式广泛应用于各个领域，考虑其在老年人中的应用在逐渐增加，因此本研究对BFRT的作用机制以及在老年人中的应用方案和疗效予以综述，为科学地认识此训练方法及制订老年人BFRT的运动处方提供理论依据和实践指导。

1.血流限制训练的作用机制

血流限制训练(blood flow restriction training,BFRT)是指在运动过程中通过特殊加压装置(如气动袖带或弹性带)对人体肢体施加压力，阻断肢体静脉回流的同时减少动脉血流量，以造成肢体远端缺血的一种训练方法，也叫作加压训练(Kaatsu training)，是一种新兴的训练方式[9]。BFRT可以产生与高强度阻力训练相似的效应，即促进肌肉肥大和增强肌力[5]。其作用机制尚未明确，不同的学者从不同的角度解释了BFRT可能的作用机制。

1.1 激素分泌 以往研究表明力量训练后生长激素(GH)及类胰岛素增长因子-1(IGF-1)等合成代谢激素的浓度会增加，这对骨骼肌的生长至关重要[10]。BFRT会导致代谢产物大量累积[11]，进而引起组织pH降低，刺激Ⅲ组和Ⅳ组传入神经纤维，并调节化学感受性反射，进而刺激垂体释放GH[12]。在一项应用BFRT的研究中，年轻男性限制血流的同时进行低强度抗阻运动，结果发现GH浓度显著增加[13]，另有研究也报告类似的结果[14,15]。此外，当体内的GH上升时，会刺激肝脏释放IGF-1[16]。在Takano等[17]的研究中，受试者在限制血流的情况下进行双腿抗阻伸膝运动，结果发现在运动后IGF-1的浓度增加。然而，有研究[18]表明抗阻运动后的肌肉蛋白合成与GH、IGF-1和睾酮水平的变化无关。Ozaki等[19]的研究发现，GH水平的变化与BFRT诱导的肌肉肥大没有显著相关。

1.2 纤维募集 有学者提出，BFR结合抗阻训练后Ⅱ型肌纤维募集的增加是促进肌肉肥大的关键因素[20]。根据BFRT的相关研究，与慢肌纤维相比，快肌纤维即使是较低的强度也可以迅速募集，这可能与代谢产物的大量累积以及氧气的减少有关，通过刺激Ⅲ组和Ⅳ组传入神经纤维，抑制α运动神经元，从而增加纤维的募集以维持肌肉力量[20]。这也得到了其他研究的支持，在低强度的BFRT中，运动单位的募集/放电频率以及快肌纤维的募集都增加[16]。另一项相关研究显示，Ⅰ型肌纤维供氧不足导致早期疲劳，在2周的训练结束后，Ⅱ型肌纤维的横截面积增加明显优于Ⅰ型肌纤维[21]。然而，也有研究表明在低强度BFRT后，肌肥大主要发生在Ⅰ型肌纤维[22]。

1.3 活性氧产生 活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生已被证明可以促进心肌和平滑肌的生长[23]，并且先前的研究表明，它可能对BFRT的肌肥大效应起作用[24]，因为缺氧和随后的血液再灌注可以进一步提高ROS的产生[25]。但是，关于ROS的产生是BFRT引起肌肉肥大的可能机制存在争议。尽管有研究指出缺氧和随后血流再灌注可以提高ROS的产生，但是Centner等[26]的研究表示，在8周低强度的BFRT之后，ROS的产生并没有明显增加，而在Goldfarb[27]等的研究中也有类似的结果。

1.4 蛋白质合成 雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)被认为是调节骨骼肌生长的关键因素，参与信使RNA(mRNA)翻译起始的调节，在运动诱导的肌肉蛋白合成以及训练诱导的肥大中起着重要作用[28]。Fry等[29]的研究显示，BFRT可活化mTOR信息系统，BFR结合低强度(20%1RM)的抗阻运动刺激mTOR信号通路是通过其相关的下游效应器核糖体S6激酶(S6K1)和核糖体蛋白S6(rpS6)磷酸化来促进蛋白质合成，这有利于肌肉生长，随后Gundermann等[30]的研究也有类似发现。此外，Xu等[31]的研究发现，BFR结合阻力训练主要通过MAPK信号传导增加蛋白质合成来促进肌肉肥大，并且通过抑制蛋白酶体和肌肉生长抑制素来防止肌肉萎缩。还有研究表明，BFRT可促进产生一氧化氮(nitric oxide，NO)，NO可直接激活mTOR信号通路以促进蛋白质的合成[32]，并且NO可活化卫星细胞刺激肌肉肥大[33]。

综上所述，BFRT的作用机制尚未明确。目前认为，BFRT引起肌肉肥大的主要机制是机械应力与代谢应激，两者均可诱导上述机制，最终影响蛋白质合成过程以促进肌肉肥大，考虑到低强度的BFRT产生的机械应力较小，所以可能是两者的累积效应，其中代谢应激起主导作用[34]。

2.血流限制训练在老年人中的应用方案

在老年人进行BFRT的研究中，主要的运动种类包括阻力训练和有氧运动。其中应用阻力训练的相关研究中，运动的形式多样，如使用不同阻力的弹力带进行下肢力量训练，或者是器械抗阻练习，也有自重练习以及水中的轻阻力训练。有氧运动的运动形式相对单一，多数研究选择步行的训练方式。训练方案的内容主要包括负荷、重复次数、训练频率、持续时间以及加压的压力值。

2.1 血流限制结合阻力训练 阻力训练的运动负荷设定在20%～50%1RM的范围内[35～45]，也有以20%的最大自主收缩(maximum voluntary contraction,MVC)来进行等长握力练习的研究[46]，以观察老年人前臂肌肉最大自主收缩力量的变化。由此可见，主要为低强度的阻力训练。以往关于BFR结合阻力训练的研究中有常用的重复次数方案，共4组练习，第1组重复30次，后3组分别重复15次，共75次[47]。有些研究依据75次重复方案来实施阻力训练[40～43,48]，有些进行3～4组练习，重复次数7～30次不等[35～39]。关于训练频率，均保持2～3次/周，且持续时间>4周[35～46,48]。根据以往研究可知，若是>3周的血流限制阻力训练，2～3次/周的训练频率足以促进肥大效应[47]。在阻力训练与BFR结合使用时，建议在运动期间根据动脉闭塞压力(arterial occlusion pressure，AOP)的测量设定压力，压力范围为40%～80%AOP是安全且有效的[47]。在这些研究中，设定压力值的方式不尽相同，多数研究是根据前人经验设定压力值，主要在120～270mmHg范围内[35,40,41,44,45]，少数研究以AOP的百分比(50%～80%)来确定压力值[36,38,39,42,43,48]，也有研究根据收缩压来给肢体进行加压[37,46]。

2.2 血流限制结合有氧运动 有氧运动的负荷根据心率或摄氧量(45%心率储备、65%的最大心率或是50%～80%最大摄氧量)来设定，通过规定步行训练的总时间来确定训练量，主要在10～40分钟的范围内[39,49～53]。与阻力训练相比，有氧运动的训练频率更加频繁，2～5次/周，多数选择4次/周，且持续时间均在6周以上[39,49～53]。与BFR结合阻力训练不同的是在BFR下进行有氧运动并未有既往研究推荐压力值设定方法[47]。有研究[49,51,52]根据前人经验设定了压力值的范围(140～200mmHg)，部分研究[39,50,53]依据BFR结合阻力训练推荐的压力值方案，采用AOP的百分比来确定压力值(50%～80%范围)。

综上所述，老年人在BFR下进行阻力训练以低强度的阻力训练为主，这对心血管及骨骼肌肉相对来说更为脆弱的老年人来说更友好。而关于训练方案，无论是阻力训练还是有氧运动，各项研究不尽相同，且多数未解释制订方案的理由，因此可能需要更多的研究来探索更适合老年人的BFRT方案。

3.血流限制训练在老年人中的应用疗效

BFRT作为一种新兴的训练方式老年人群体中的应用在逐渐增加，其以较低的运动强度便能促进肌肉肥大和增长力量，并在提高步行能力方面有良好的效果且对老年人心血管没有负面影响。

3.1 促进肌肉肥大和增长肌肉力量 肌肉力量是肌肉收缩产生的最大力量，是健康的重要组成部分，其在日常生活的许多活动中发挥重要的作用[54]。高强度阻力训练时维持和提高肌肉力量的有效方法，但是对于老年人群来说，高强度阻力训练可能会增加训练的损伤风险，BFRT是相对安全的一种替代方法。老年人进行BFRT的研究中，常用1RM、最大自主收缩力量(maximum voluntary contraction,MVC)、力矩来评估肌肉力量。肌肉横截面积、肢体周径、肌肉体积被用来评估肌肉的大小。研究表明[36]，12周的低强度BFRT(30%1RM、50%1RM)后，健康老年人的股四头肌、腘绳肌横截面积增长且下肢力量明显增强。Vechinv等[42]的研究将23名健康老年人分为高强度训练组(70%～80%1RM)和低强度BFR组(20%～30%1RM)，经过12周的下肢蹬伸训练后发现，两组的下肢蹬伸1RM提高且股四头肌横截面积增加。另有研究表明[46]，在BFR下以20%MVC进行等长握力练习，4周训练后发现受试者前臂最大自主收缩力量增强和前臂围度增加。

BFRT不仅在健康老年人群中有良好的训练效果，在膝关节骨性关节炎和骨质疏松老年患者中训练也有益处。Bryk等[35]对34名膝骨性关节女性患者进行为期6周股四头肌强化训练，研究发现低强度BFR组(30%1RM)的股四头肌力量增长且疼痛明显改善。另一项对有膝关节骨性关节风险女性的研究也有类似的发现[40]。Pereira等[39]对20名骨质疏松女性患者进行12周的膝关节抗阻伸展练习，结果发现低强度BFR组(30%1RM)的膝关节伸展1RM明显提高。此外，BFR结合水中的轻阻力训练也有良好效益[48]，受试者在限制血流的情况下进行水中抗阻运动，8周训练后发现，下肢力量明显增加。另有多项研究也报告了BFR结合低强度阻力训练可以促进肌肉肥大和增强肌肉力量[37,38,41～45]。

此外，BFRT相关研究发现有氧运动结合BFR可以引起肌肉肥大和力量增强[55]。老年人在限制血流的情况下进行有氧运动也能获得明显的收益。Abe等[49]对19名老年受试者进行6周的步行训练，研究发现BFR步行训练与单纯的步行训练相比，可以明显增加膝关节伸展和屈曲的力量且大腿肌肉横截面积明显增长。Ozaki等[52]将18名老年受试者分为BFR步行组和单纯步行组，在10周的步行训练后，发现BFR步行组大腿肌肉横截面积增长，膝关节等速肌力提高，而单纯步行组并未发现增加。此外，另有多项研究也有类似的发现[39,50,51]。

综上所述，现有研究证明BFR结合低强度的阻力训练或有氧运动均能够有效促进老年人肌肉肥大和增长肌肉力量，对于预防老年人肌肉萎缩有正向效益。BFRT运动强度较低，对关节产生的机械应力及对心血管系统的压力较小，对于老年人来说是更安全的训练方法。

3.2 提高步行能力 随着年龄的增长，肌肉质量和力量下降，尤其是下肢力量的减弱会导致老年人步行能力下降，进而增加跌倒风险。因此，对于老年人来说，维持和提高步行能力对于其个体的生活质量是非常重要[56]。BFRT可提高老年人肌肉力量，对于提高步行能力也有益处。在老年人BFRT的研究中，计时起立-行走测试(timed up and go test，TUG)、30秒坐站测试(30 second sit-to-stand)、6分钟步行试验、步行速度等是用来评估步行能力的常用测试。研究表明[48]，8周的BFR结合水中阻力训练可明显提高受试者TUG测试表现。Clarkson等[53]将受试者分为BFR步行组和单纯步行组，在6周的步行训练结束后发现BFR步行组的TUG测试、30秒坐站测试以及6分钟步行试验表现比单纯步行组有更大改善，约为2.5～4.5倍。Cook等[37]对有行动受限风险的老年人进行12周的BFR结合低强度阻力训练，结果发现受试者的400米步行速度有所提高。综合其他类似的研究，BFR结合步行或是低强度阻力训练后，均发现TUG测试表现改善[35,49,52]。从上述可知，BFRT可以提高老年人的步行能力，这对其独立的日常活动以及生活质量的提高均有良好作用。

3.3 对心血管功能的影响 随着年龄增长，老年人的心脏收缩能力减退，血管弹性变小，动脉管壁硬化，管腔变窄，较易诱发心血管疾病[57]。BFRT在老年人群体中应用广泛，因此有学者开始探讨其对老年人心血管功能的影响。在这些研究中常用动脉顺应性、心踝血管指数(cardio-ankle vascular index，CAVI)和踝臂指数(ankle-brachial pressure index，ABI)来评估心血管功能，三个指标分别可反应血管舒张功能、血管弹性以及血管狭窄程度。Ozaki等[52]对23名老年受试者进行10周BFR步行训练，研究发现受试者的颈动脉顺应性增加。然而，Tomohiro等[41]的研究中，12周的低强度BFRT后受试者的CAVI和ABI均无明显变化，因此得出结论BFRT不会对老年人的心血管功能产生负面影响。另有两项研究也得出类似的结论[44,45]。从上述可知，目前探讨BFRT对老年人心血管功能影响的研究较少，现有证据表明BFRT不会对老年人心血管功能产生负面影响。

4.总结与展望

BFRT以较低的运动强度便能促进肌肉肥大和增强肌肉力量，主要作用机制是机械应力与代谢应激，两者均可诱导激素分泌、肌纤维募集和活性氧产生等过程，最终影响蛋白质合成过程以促进肌肉肥大，考虑到低强度BFRT产生的机械应力较小，所以可能是两者的累积效应，其中代谢应激起主导作用。BFRT在老年人群中的应用逐渐增加，常与低强度阻力训练或有氧运动结合使用，可促进老年人肌肉肥大，提高肌肉力量、步行能力且不会对心血管产生负面影响。目前BFRT在老年人中应用的训练方案并未个性化，未来需要更多关于训练量、加压压力值的研究，以便制订出更合理的训练方案，此外需要关注在老年人中应用BFRT的安全性问题。