血流限制运动在老年人运动干预中的应用研究进展

张佳佳，周 倩，张伟宏

郑州大学护理与健康学院，河南 450001

肌少症作为衰弱的始动因素，与衰弱的发病机制和临床表现密切相关,被认为是衰弱综合征发展过程中的核心因素和早期表现[1]。因此，肌力训练是促使衰弱老年人功能恢复的重要途径。根据美国运动医学会的规定，以恢复肌力为主的抗阻训练中阻力负荷至少达到个人一次重复最大负荷（1RM）的70%以上才能保持肌肉的质量和力量[2]。这种高负荷训练对于65岁以上的衰弱老年人来说很难实现且具有较高的风险性。目前，血流限制（blood flow restriction）运动作为一种肌力康复的新方法，在其和低负荷抗阻训练（30%1RM）相结合时便能达到与高负荷阻力训练相似的效果[3]，所以对于衰弱老年人的肌力康复来说，血流限制成了一种新的可选择途径。

1 血流限制运动的概念及作用机制

1.1 概念 血流限制运动是通过应用外收缩装置（袖带或止血带）机械地压缩皮肤下的血管系统,增加合成代谢和减少肌肉内的静脉回流，造成血管闭塞以改善肌肉力量、肌肉体积和骨代谢的运动方法，是Sato[4]为对抗肌肉萎缩于20 世纪90 年代开发，也被称为血流限制疗法，该技术主要通过四肢周围使用可充气的臂带造成血管闭塞，从而改变局部间质压力和捕获运动诱导的代谢产物。有研究表明，即使是低强度、短时间的血流限制训练也能产生与中等或高负荷抗阻训练相同或相似的肌肉体积和力量的增加[5]。所以，在老年人的肌力康复运动中，血流限制运动不仅可以实现肌肉增益和提高运动耐受性，还可以减少与高负荷抗阻运动相关的受伤风险[6]。因此，血流限制运动有可能为不能或不愿进行重负荷或高强度运动的老年人群提供一种更有吸引力的运动方法。

1.2 作用机制

1.2.1 机械应力增加 研究表明，血流限制与额外的心血管压力或发病率无关，相反，血流限制的急性和局部血压升高反应会诱导积极的血管适应，促使血管生成信号通路的基因转录上调，进而增加血管内皮生长因子mRNA 表达，改善血管内皮功能、外周血循环和动静脉的顺应性[7⁃8]。同时由运动中增加的剪切应力诱导一氧化氮的释放并引起血管扩张，进而对内皮功能产生有益的影响[9]。因此，在血流限制运动中，诱导肌肉肥大和保护肌肉萎缩能力的机制可以解释为影响肌肉加速肥大的生化反应和依赖氧气转变所诱导的肌肉性能的增强反应[10⁃11]。一项Meta 分析的结果也显示，在考虑了潜在调节因素（如绝对的闭塞压力、袖带宽度等）的情况下，高强度抗阻运动（HL⁃RE）可以显著增加肌肉力量，但在改善肌肉质量方面血流限制抗阻运动（BFR⁃RE）与HL⁃RE 的效果相似[3]。因此，当血流限制与运动相结合时可能会导致运动肌肉缺氧和代谢反应增加，并通过外周化学受体和代谢受体激活交感神经系统以施加压力，导致静脉血回流受阻，增加该区域的代谢压力，但是流入肌肉的动脉血流却不受影响，最终促进蛋白质合成和增加热休克蛋白水平，产生与HL⁃RE 相似的干预效果[12]。所以，在机械应力增加的基础上产生的血管适应和缺氧环境最终共同作用于蛋白质的合成，导致肌肉质量和肌力的增加。

1.2.2 代谢水平增加 血流限制训练适应机制是继发于静脉活动减少的代谢物积累以及局部的低氧血症导致了对2 型肌纤维更大的依赖，更重要的是，代谢产物的积累会增加肌肉细胞肿胀和肌内合成及抗分解代谢信号，这对于肌肉适应有益，也是构成肌肉体积增大理论机制的一个组成部分[13]。其次，乳酸盐和氢离子等代谢物的积累促进生长激素的产生和快速收缩纤维的补充，加速肌肉疲劳和肌纤维的激活，允许在低至20%1RM 的运动强度下产生肌肉体积和力量的增加[14]。有学者提出，与非血流限制运动相比，当血流限制与运动结合后，可导致运动肌肉缺氧和代谢反应增加，通过外周化学受体或代谢受体导致副交感神经活动减少，交感神经活动、心率、收缩压、舒张压、外周血管阻力、儿茶酚胺、加压素和肾素显著增加[15]。在此基础上，与机械应力增加所引起的血管内皮生长因子mRNA 表达及血管扩张共同作用于对蛋白质抑制和合成的调节，进而影响肌肉的力量和体积[16]。而其他潜在的机制还包括局部生长因子、卫星细胞和转录因子的更高聚集等[17]。虽然确切的机制尚不明确，但血流限制运动已被广泛应用于各个健康领域和人群。

2 血流限制运动的应用参数

由于血流限制的低负荷特性，不同的运动模式在不同人群中凸显出了潜在的应用价值。有研究表明，目前血流限制训练已经应用于无法进行高强度抗阻训练的老年人群或因长时间固定而有肌肉萎缩风险的病人，如长期卧床、单侧肢体瘫痪或石膏固定的病人以及健康的或伴有肌肉萎缩的老年人群[18⁃19]。虽然研究结果存在不一致性，但是当与多种训练模式结合使用时，如步行、骑行、低负荷阻力训练、神经肌肉训练和体重训练时，它的优势及益处日益明显。进行血流限制训练时需要考虑的可调节因素，主要包括袖带宽度、袖带压力、运动类型、负荷、组间休息时间和训练频率等。Mouser 等[20]比较了血流限制运动中使用不同宽度袖带的可行性和有效性，结果表明，在分别使用宽度为5 cm、10 cm 和12 cm 的袖带进行运动时，血流减少方式相似，将限制压力设定为每个受试者动脉闭塞压力的中等百分比（即40%～60%LOP），在限制压力范围内的血流减少量也相似。说明血流量的减少与动脉闭塞压力有关，受袖带宽度的影响不大。但是，与窄袖带（5.0 cm）相比，宽袖带（13.5 cm）却与更高的心率、肱动脉压和中心动脉压、感知努力程度和疼痛有关，表明宽袖带比窄袖带对血管的限制更大，加重不适感的同时过度激活了自主神经系统，增加了心血管事件发生的风险[21⁃22]。所以，在设置干预措施时应考虑受试者的舒适性和安全性，在保证类似的血流限制刺激的同时，选择宽度较窄的袖带，以确保运动过程中不会由于压力过高而导致完全动脉闭塞。

除此之外，不同运动类型的血流限制调节参数也不尽相同。对于BFR⁃RE，运动强度为20%～40%1RM，血流限制袖带压力在LOP 的40%～80%，每周2 次或3 次，每次重复4 组，闭塞总时间大于10 min 的参数设置在实践中最常用，并能产生血流限制中提到的有益适应；此外，考虑到更长的休息时间和间歇（缓解每组之间的袖带压力）可能会限制对压力的适应，因此，每组之间休息时间设置为30～60 s[5,23]。然而，也有研究提出更高的闭塞压（70%～100%LOP）可能会提供更强的刺激防止萎缩，而在这些情况下最常见的方案是5 min 血流限制、3 min 再灌注，持续3 个或4 个循环，每天1 次或2 次，持续1～8 周[5]。所以，在选择低强度的训练时，可能需要更高的压力（60%～80%LOP）提供足够的急性生理刺激，才能在训练中转化为慢性适应。此外，与BFR⁃RE 相比，有氧运动的血流限制（BFR⁃AE）研究更为有限，在有氧运动的指标中，干预组的绝对和相对耗氧量（VO2）以及运动至精疲力竭的时间都显示出显著优势[24]。

综上所述，大多数血流限制研究的结局指标主要集中在对肌肉的影响上，血流受限结合20%～50%1RM的低负荷运动在不同人群中可以有效促进肌肉力量和质量的增加；但值得注意的是，相同的强度下，抗阻和有氧血流限制运动可能会导致更高的心率和血压的增加[25⁃26]。同时，更高的阻力负荷在增加肢体动脉受阻的风险基础上并未产生更加显著的增益效果。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统健康状况下降的情况下，运动强度和时间的增加是参与运动的阻碍因素，低负荷有可能成为血流限制运动的独特优势。因此，通过低强度、短时间的运动提高执行功能对于提高运动的适用性和耐受性是有益的，与此同时，血流限制运动对于提高老年人运动依从性也提供了新的参考。

3 血流限制运动在老年人运动干预中的应用现状

3.1 改善肌肉功能 目前，血流限制训练已经在健康老年人、膝关节炎病人和冠心病病人[19,25,27]中得到了应用。尤其对由于肌肉骨骼疾病或损伤而禁忌进行高强度阻力运动的老年病人，血流限制可能是一种有效的干预措施[28]。Yokokawa 等[29]发现，健康老年人进行低负荷的BFR⁃RE 后肌肉力量、步态、反应时间和平衡能力均得到了显著改善。同时，一项研究中，干预组给予低强度（20%1RM）的血流限制双侧腿伸展运动，将压力袖带置于大腿近端，充气至200 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），对照组进行非血流限制的伸展运动，结果表明，干预组在进行低强度抗阻力运动后3 h，核糖体S6 激酶1 和核糖体蛋白S6 的磷酸化水平显著升高，mTORC1 信号通路增强，肌肉蛋白质合成显著提高了56%，对照组肌肉蛋白质合成没有改善[10]。可见，不同的血流限制运动模式已经在改善肌肉功能、身体表现及蛋白合成方面显现出了一定的优势。虽然对于不同运动强度的比较中，一些研究表明低强度血流限制训练可以提高腿部肌肉力量，且与高强度抗阻训练的效果相似，在肌肉质量和肌肉力量上的改善没有差别[30⁃31]，但是也有学者提出，对于老年人而言，与HL⁃RE相比，BFR⁃RE 对肌肉力量的增加效果有限，力量的提高仍然依赖于运动负荷的增加，与之前的研究结果一致[3,19]。所以，虽然目前研究支持BFR⁃BE 对于不能承受高强度运动人群的临床价值，但是，对于老年人在使用BFR⁃RE 训练期间，要尽可能以回归到HL⁃RE 作为最终目标，在改善肌肉质量的同时改善肌肉力量，最终实现肌肉功能的恢复。

3.2 提高认知功能 有研究讨论了BFR⁃RE 通过增加激素反应、乳酸代谢和皮质兴奋性改善认知的作用路径，提出了血流限制对认知功能的潜在益处[32]。Sardeli 等[33]采用了一种内部主题设计，比较了Stroop测试改变前后的变化，评估了21 名未接受训练的健康老年人在3 种独立运动及无运动对照条件下的认知功能变化，与对照组和高负荷运动条件相比，低负荷运动条件下中性刺激反应时间的减少幅度更大，认知功能改善更显著，低负荷血流限制运动条件下反应时间没有差异，但认知功能有潜在的有益作用。与此同时，持续15 min 的血流限制步行方案改善了运动后的执行功能（EF）和抑制控制（IC），血流限制步行前后IC 的改善率（即反向Stroop 干扰评分下降）为59%，这与持续33 min 的高强度间歇运动和持续40 min 的中等强度持续运动相似[26]。此外，与没有血流限制运动相比，有血流限制的运动还可以改善认知功能的其他维度，如注意力、执行功能和记忆等[34]。因此，对于不愿或不能进行中高强度运动的老年个体，低强度有氧或抗阻运动结合血流限制可作为认知能力提升的替代策略。

3.3 影响血流动力学 血流限制运动对于血流动力学的影响机制尚处于初步研究阶段，主要体现在血流动力学及血管闭塞对血管压力的改变两个方面。有学者通过对冠心病病人进行每周2 次、共8 周的低负荷血流限制单侧腿伸展运动干预，结果表明，血流限制运动可以增加肌肉力量和肌肉厚度，而且对血流动力学反应产生了有益影响，产生了较好的运动适宜性[27]。另外，一项研究对10 名老年人进行为期4 周的25%1RM的足跖屈抗阻训练，每周3 次，每次3 组，组间休息1 min，血管闭塞压力保持在110 mmHg，受限时间为5～8 min，与对照组相比，血流限制组在腿部最大力量和最大循环闭塞血流量方面改善更明显[35]。虽然以上研究证实了血流限制对血流动力学产生了积极的作用，但研究的样本量较小并且均未阐释血流动力学改变的内在机制，所以，血流限制对血流动力学的影响有待深入探索。此外，有学者提出对伴心血管疾病等高危风险的老年人群，应谨慎给予血流限制处方。因为与非血流限制运动相比，BFR⁃RE 引起的局部缺氧不利于运动后恢复期循环内皮祖细胞的预期增加，且损害了细胞的完整性[36]。而且，在比较老年女性低负荷抗阻运动（LL⁃RE）、低负荷BFR⁃RE 和HL⁃RE 时的血流动力学反应发现，HL⁃RE 和BFR⁃RE 的心脏指标测量结果相似（包括心排血量、每搏输出量），但与HL⁃RE和LL⁃RE 相比时，BFR⁃RE 的血压（收缩压、舒张压和平均动脉压）明显更高，而且在运动中动员的肌肉越多，这种血管压力越大，进而表明了这种训练方式有潜在升高血压的作用[37]。所以，在血流限制运动的实施过程中仍需要更多的研究探索BFR⁃RE 对血流动力学和血管的影响机制，以证实该运动对血流动力学及心血管系统的安全性和有效性。

3.4 减少疼痛 运动被认为是一种疼痛管理方法，它可以影响疼痛感知，引起慢性疼痛人群的痛觉减退效应[38]。研究还发现，除了急性运动引起的痛觉减退，在长期的血流限制低负荷耐力训练后，疼痛显著减轻，特别是在慢性疼痛和康复人群中[39]。一项交叉设计研究中，所有运动方案后均观察到运动诱导的痛觉减退效应，然而，在高负荷和低负荷血流受限的情况下，痛觉减退反应更明显，而且在运动诱导的痛觉减退反应后24 h 仍然高于基线水平，在没有血流受限情况下的运动中并不显著[40]。同时，一项随机对照研究也表明，干预组和对照组分别进行了8 周的低负荷（30%1RM）血流限制运动和传统的高负荷（60%1RM）抗阻运动，结果发现，血流限制运动也能够实现在1RM 和耐力方面的增加，发生的肌肉疼痛程度更低、频率更少[41]。而且，在进行康复的人群中，血流限制运动后产生的剧烈肌肉疼痛比单纯抗阻运动要低，尤其是下肢血流限制训练对髌骨疼痛和膝骨关节炎病人的疼痛反应较少或相似[42⁃44]。总之，以低负荷运动诱导疼痛减退效应可能是提高康复人群运动耐受性及持续性的理想策略。但是，目前并没有研究表明高负荷运动后的疼痛减轻程度比低负荷结合血流限制运动后的疼痛减轻程度更高。所以，对于那些不能或不愿意进行高强度或长时间运动的老年人来说，低负荷血流限制运动可能将成为一种安全、有效的疼痛管理方法。

4 小结

目前，关于低负荷运动与血流限制相结合的实证研究及机制研究比较有限，一些研究中使用了以病人为中心的阶段性压力方案，而另一些研究在整个干预过程中选择固定压力，不同压力的选择使研究结果的有效性很难比较。虽然与无限制的低负荷运动相比，血流限制体现出了独特的优势，不仅可以增加蛋白质合成，诱导肌肉肥厚，还可以弱化对复杂运动设备的需要，且不需要长时间运动保持最佳的肌肉力量，使用的运动负荷也比大多数传统的阻力训练更小，这种“放大效应”[45]针对老年人增强肌肉力量以对抗肌肉减少症非常有利。但是，这些变化的精确机制仍然需要证实，未来的研究应考虑不同的血流限制应用方法，如袖带压力、袖带宽度和袖带类型等，通过延长随访期、纳入更大更多样化的样本量以及使用随机方法确定老年人运动处方的最佳适应证，以实现研究结果的标准化。