高强度间歇训练对老年人认知功能的影响

房国梁，张 漓，韩天雨，邹 煦，张 晗，李 茜，汪 涵，沈钰琳

随着年龄的增长，老年人身体的各项机能逐渐衰退，其中认知功能衰退最为显著（Simen et al.，2011）。它不仅会对老年人的生活质量产生一定程度的影响，严重时可能会导致痴呆等神经系统退行性疾病，影响老年人的正常生活（Miksys et al.，2010），同时还会给个人和家庭带来沉重精神负担，给社会和国家造成经济负担。如何有效延缓老年人认知功能衰退，已成为当今医学和老年科学研究的热点问题之一。

研究表明，适宜有规律的体育运动能够有效延缓大脑认知功能衰退，提高大脑学习和记忆功能，特别是对改善某些神经系统退行性疾病，如阿尔茨海默症有积极作用（房国梁等，2019；刘瑾彦 等，2018；杨子燚 等，2019；Ahlskog et al.，2011；Beckett et al.，2015；Fang et al.，2017；Radak et al.，2010；Smith et al.，2014；Tanigawa et al.，2014）。因此，探寻适合老年人并能有效延缓认知功能衰退的运动方式，具有十分重要的意义。

近年来，高强度间歇训练（high intensity interval training，HIIT）作为一种新兴的运动训练方式，因其训练时间短而效果显著迅速受到广大健身人士的喜爱。它是一种以高强度进行多次相对较短时间的训练方式，两次高强度训练之间以较低强度训练或完全休息为间歇，与传统中等强度持续训练相比，HIIT对机体的刺激更大，提高有氧能力更为显著（孙景权等，2015）。但目前国内外有关HIIT对老年人认知功能影响的研究报道较少。本文通过对60岁以上老年人进行为期12周的HIIT，探究HIIT对老年人认知功能中短时记忆能力、反应速度、注意力和抗干扰能力的影响。

1 材料与方法

1.1 受试者招募及分组

受试者招募须同时符合以下3个条件：1）年龄60～75岁北京地区老年人，男女不限；2）BMI在25～35之间，无运动习惯；3）无严重冠心病、糖尿病、高血压等疾病及精神性疾病。实验前让受试者清楚了解该项研究的目的和研究过程，所有受试者均自愿签署《知情同意书》，然后通过运动风险问卷筛查和运动平板测试。所有研究过程和技术手段已通过国家体育总局体育科学研究所人体运动实验伦理委员会伦理审查（No.CISSIRB-2018003）和中国临床试验注册中心注册审批（No.ChiCTR1900022315）。共报名57人，其中男性31人，女性26人。经运动风险问卷筛查和运动平板测试后有33人合格成为受试者，其中男性21人，女性12人。将受试者随机分为3组，对照组（CON，n=11人）、高强度间歇训练组（HIIT，n=11人）和中等强度持续训练组（MICT，n=11人），每组均为男性7人，女性4人。HIIT组与MICT组均采用卧式上下肢康复运动训练仪训练。

1.2 训练方案

在训练第1～3周，HIIT组保持60 r/min转速，通过增加负荷使受试者达到80%最大摄氧量（O2max）心率，高强度运动3 min；保持转速不变，减少负荷使受试者降到50%O2max心率，低强度运动3 min；重复4组。MICT组则同样保持60 r/min转速，以60%.O2max心率运动30 min。在训练第4～12周，HIIT组保持60 r/min转速，通过增加负荷使受试者达到90%.O2max心率，高强度运动3 min；然后保持转速不变，减少负荷使受试者降到60%.O2max心率，低强度运动3 min；重复4组。MICT组同样保持60 r/min转速，以70%.O2max心率运动30 min。HIIT组与MICT组训练前后均以60%O2max心率热身10 min、整理活动5 min。每周一、三、五训练，共12周。CON组正常生活不参加任何运动训练。运动期间给每位受试者佩戴心率表，密切观察、记录实时心率和主观体力感受，控制运动强度。

1.3 最大摄氧量测试

采用德国耶格运动心肺功能测试系统对所有受试者训练前后的最大摄氧量进行测试，运动方案采用功率车逐渐递增阻力负荷。保持60 r/min转速，男受试者起始负荷为30 W，每级递增负荷20 W，每级负荷持续2 min；女受试者起始负荷为20 W，每级递增负荷15 W，每级负荷持续2 min。测试过程中密切观察受试者12导联心电图及血压变化、气体代谢指标和体征，注意询问受试者的症状。当达到下列3个标准中任何2个时即可确定达到O2max：1）吸氧量不再继续增加而出现平台；2）呼吸商大于1.10；3）心率大于220-年龄。如果O2max尚未出现而受试者已达力竭或者心电图、血压出现异常，则立即终止测试，取最大值作为O2max。

1.4 数字广度测试（digit span test，DST）

在训练前、后对所有受试者进行DST测试，用于评估老年人认知功能中的短时记忆能力。向受试者展示一串数字，每个数字展示时间为1 s，当全部数字展示结束后，要求受试者按照顺序或者倒序重复这些数字（Lavner et al.，2015）。

1.5 连线测试（trail making test，TMT）

在训练前、后对所有受试者进行TMT测试，用于评估老年人认知功能中的执行能力（Araujo et al.，2015）。包括A、B两部分，A部分要求受试者按顺序依次连接数字1～25，用于反应速度的测试；B部分要求受试者按顺序交替连接数字1～13和字母A～L，用于注意力的测试（Llinas-Regla et al.，2017）。

1.6 Stroop测试

在训练前、后对所有受试者进行Stroop测试，用于评估老年人认知功能中的抗干扰能力（朱敏敏等，2015）。测试时，使用红、黄、蓝和绿等颜色词，但词义与书写该词的颜色并不匹配，例如“红”字用黄色写，“蓝”字用绿色写等。测试前先让受试者认清颜色和字，测试时要求受试者尽快说出字的颜色。

1.7 数据统计

应用SPSS 19.0软件进行统计学分析。将训练方式和受教育年限作为组间主效应，进行双因素方差分析，若有交互作用，采用LSD简单效应检验，若无交互作用，则采用独立样本t检验。所有统计数据为3次独立实验结果的平均值±标准差，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 受试者基本情况

在训练过程中，CON组有2名男性受试者因病退出，HIIT组有1名女性受试者因病退出，MICT组有1名男性受试者因家中有事退出。最终收集到29名受试者的有效信息，其中男性18人，女性11人（图1）。

受试者基本情况见表1。可以看出各组年龄、身高、体重、BMI以及受教育年限并无显著性差异。

图1 受试者招募及分组情况Figure 1.Subjects Recruitment and Grouping

表1 受试者基本信息Table 1 Basic Information of Subjects

2.2 HIIT对老年人最大摄氧量的影响

2.3 HIIT对老年人短时记忆能力的影响

在训练前、后我们分别对3组受试者进行了DST测试，用于评估HIIT对老年人短时记忆能力的影响。从图3可以看出，在训练前，3组受试者完成DST顺序和倒序测试所能重复数字的位数，并无显著性差异。而HIIT组受试者经过12周的高强度间歇训练后，与训练前和CON组相比，其完成DST顺序和倒序测试所能重复数字的位数均显著增加（P＜0.05）。MICT组受试者经过12周的中等强度持续训练后，与训练前相比其完成DST顺序测试所能重复数字的位数显著增加（P＜0.05），与CON组相比其完成DST顺序和倒序测试所能重复数字的位数均显著增加（P＜0.05）。上述结果说明，HIIT和MICT对于提高老年人认知功能中的短时记忆能力均有显著效果。

图2 训练前后老年人最大摄氧量变化情况Figure 2.The Results of Maximal Oxygen Uptake Test Before andAfter Training

2.4 HIIT对老年人反应速度及注意力的影响

在训练前、后分别对3组受试者进行了TMT-A/B测试，用于评估HIIT对老年人反应速度及注意力的影响。从图4A可以看出，在训练前3组受试者完成TMT-A测试的时间并无显著性差异。而HIIT组受试者经过12周的高强度间歇训练后，与训练前和CON组相比，其完成TMT-A测试的时间均显著减少（P＜0.05）；MICT组受试者经过12周的中等强度持续训练后，与训练前和CON组相比，其完成TMT-A测试的时间略有降低，但无显著性差异。从图4B可以看出，与训练前和CON组相比，HIIT组和MICT组受试者完成TMT-B测试的时间均略有减少，但无显著性差异。上述结果说明，HIIT对于提高老年人的反应速度效果显著，但对于提高注意力效果不明显。

图3 训练前后老年人DST测试结果Figure 3.The Results of Digit Span Test Before andAfter Training

图4 训练前后老年人TMT-A/B测试结果Figure 4.The Results of Trail Making TestAand B Before andAfter Training

2.5 HIIT对老年人抗干扰能力的影响

在训练前、后分别对3组受试者进行了Stroop测试。结果显示，在训练前3组受试者完成Stroop测试的时间和准确率并无显著性差异。而HIIT组受试者经过12周的高强度间歇训练后，与训练前和CON组相比，其完成Stroop测试的时间显著减少（P＜0.05，图5A），准确率显著提高（P＜0.05，图5B）。MICT组受试者经过12周的中等强度持续训练后，与训练前和CON组相比，其完成Stroop测试的时间略有减少，但无显著性差异（图5A）；而准确率与训练前相比显著性提高（P＜0.05，图5B）。上述结果说明，HIIT对于提高老年人的抗干扰能力效果显著。

3 讨论

人类的认知功能包括多方面内容，如记忆、语言、心理、感觉和知觉等能力，是大脑对外界环境事物的认识和客观反映（Murman，2015）。研究显示，老年人有规律地进行体育运动可以延缓认知功能衰退，甚至在一定程度上可以提高老年人的认知表现。早在1978年，Spirduso等（1978）就研究发现，老年运动员与普通老年人相比其反应时更短，说明老年运动员比普通老年人反应速度更快，认知表现更好。随后越来越多的研究表明，老年人经常参加体育运动其认知表现更好，且与年轻人相比其认知表现差异缩小（Chang et al.，2010）。不仅如此，大量研究表明，体育运动对延缓老年人认知功能下降有积极作用（徐畅等，2014）。Muscari等（2010）在对120名老年受试者进行随机对照干预实验中发现，参加每周3 h有氧运动，并能坚持12个月的老年人，与对照组受试者相比，其认知功能下降速度放缓。因此适度的体育运动可以有效延缓老年人的认知功能下降。

图5 训练前后老年人Stroop测试结果Figure 5.The Results of Stroop Test Before andAfter Training

研究发现，老年人的认知功能与其心肺功能密切相关（Andrianopoulos et al.，2017），提示能够提高心肺功能或有氧能力的体育项目对提高老年人认知功能将更有利。Barnes等（2003）对349名55岁以上的老年人进行了长达6年的追踪研究，发现心肺功能水平越高的受试者，其认知功能测试表现也越好。另外，研究发现，运动强度也影响老年人的认知功能。Angevaren等（2007）对1 927名55～70岁的老年人进行运动调查与认知水平测试后发现，每周运动强度与整体认知水平之间均存在显著一致性。随后Angevaren等（2010）又进行了一项长达5年的跟踪研究，以进一步判断运动强度对老年人认知水平影响的连续变化过程，他们发现，运动时间与老年人认知水平不存在相关性，而平均每周运动强度与认知水平存在显著一致性。上述结果说明，运动强度比运动时间更能提高大脑的认知功能，因此中等强度甚至是高强度的有氧运动对于提高老年人的认知功能、延缓认知功能下降，效果更显著。

HIIT能够显著提高心肺耐力，已在运动员身上取得良好成效。HIIT也同样适用于老年人（Garcia-Pinillos et al.，2017；Hwang et al.，2016；Jabbour et al.，2017；Moro et al.，2017）。Adamson等（2014）对老年人的HIIT训练中，采取了6 s全力的功率自行车训练，负荷为男7%、女6.5%体重的阻力重量，组数为10组，组间休息至少1 min且心率必须降至120次/min以下，才能开始下一组练习，经过6周训练后受试者O2max提高8%。我们的研究表明，受试者经过12周的HIIT训练后其.O2max与训练前相比提高22.98%，而受试者经过12周的中等强度持续训练后其O2max与训练前相比仅提高10.03%。因此，老年人HIIT训练能获得比传统中等强度运动更显著的锻炼效果。

已有研究表明，HIIT对于延缓老年人认知功能下降具有明显作用。Zimmer等（2017）以年龄60岁左右的多发性硬化症患者为受试者，采用3周的HIIT训练，每次训练20 min，3周后测试发现，与中等强度训练受试者相比，其记忆力、认知反应速度显著提升。Coetsee等（2017）以13名年龄64.5±6.3岁受试者为实验对象，采用90%～95%O2max强度跑台训练4 min×4次，间歇以70%O2max强度跑台训练3 min×3次，每周3次，训练16周后进行Stroop测试发现，受试者抗干扰能力显著提升。我们的研究表明，老年人受试者经过12周的HIIT训练后，DST测试、TMT-A测试和Stroop测试结果与训练前及对照组相比，均有显著性差异，说明HIIT能够有效提高老年人认知功能中的短时记忆、反应速度和抗干扰能力；但是TMT-B测试结果与训练前及对照组相比，并无显著性差异，说明HIIT对于提高老年人注意力效果并不显著。

虽然HIIT适用于老年人，但和其他运动方式一样存在一定的运动风险。老年人应在专业人员的指导和监督下进行训练，根据自身能力合理制定训练方案。每次训练前对老年人的血压、心率、血氧饱和度等指标进行测量，在训练过程中尽量佩戴心率表监控实时心率，以避免风险发生。

4 结论

综上所述，HIIT适用于我国老年人群。它能够显著提高老年人认知功能中的短时记忆能力、反应速度和抗干扰能力，但对于提高注意力效果并不明显。这些积极改变可能与HIIT提高了老年人O2max水平有关。与传统中等强度持续训练相比，HIIT对改善老年人认知功能作用更加显著。