有氧运动训练对阿尔兹海默病风险人群认知功能和运动水平的影响及相关机制

【作者】 吴肖肖； 李涛；

【机构】 上海体育学院；

【摘要】 研究背景:阿尔兹海默病(AD)是一种年龄依赖性的神经退行性疾病,在患者脑组织切片中发现大量主要成分为β-淀粉样蛋白沉积形成的老年斑以及tau蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结。阿尔兹海默病的主要症状呈现记忆力、认知能力以及运动平衡能力下降,严重降低患者生活质量。据不完全统计,全球患有阿尔兹海默症的人数已经超过5000万,随着全球人口老龄化加剧,预计到2050年阿尔兹海默症患者将增加到现在的3倍,且我国是世界上阿尔兹海默病患者最多的国家,所以本研究以AD高风险人群为研究对象,进行有氧运动干预,以期延缓和改善AD发病进程(本研究招募AD高风险人群为受试者,受试者纳入标准为:(1)根据NINDS-ADARA标准,至少有一位亲生父母被诊断为可能的AD导致的痴呆症;(2)体力活动缺乏(即每周从事少于150分钟中等强度的体力活动);(3)年龄在40-65岁之间。)研究目的:本研究旨在研究有氧运动干预对有AD高风险人群的运动和认知能力改善作用,在这项研究中,我们研究了参与24周的有氧运动训练是否有利于改善AD高风险人群的体力活动水平、认知功能和心肺适能水平以及相关生物标志物和代谢组学的指标。本研究将有助于确定AD高风险人群是否应该在AD症状出现之前进行合适的有氧训练,以延迟或预防AD风险人群的潜在发病因素,为AD前期的临床干预提供科学参考依据。研究方法:本研究拟招募76名受试者(参与本研究所有受试者将阅读并自愿签署知情同意书;本研究将会取得所在机构伦理委员会的批准。)受试者在基线评估后被随机分配到常规体力活动组或增强体力活动组,按年龄和性别采用1:1的随机分组。常规体力活动组在基线测试后的24周内,保持以往的体力活动习惯,增强体力活动组每周进行3次有监督、循序渐进、中等强度的有氧运动训练,实验进程从第1周到第24周,受试者将佩戴心率带,在研究人员安全监护下蹬自行车,每次训练首先进行5分钟热身,逐渐增加自行车速度和阻力,以达到目标心率。每次训练后,受试者进行5分钟的拉伸训练。在参加训练前以及每次训练完后对受试者进行认知功能以及运动水平评估,在24周结束后对受试者的代谢组和蛋白组进行检测评估。本研究选用洛文斯顿认知功能测试(LOTCA)来评估包括定向、知觉、视运动组织和思维运作,可了解受试者定向力、空间失认、单侧忽略、视空间组织推理能力、颜色失认、思维运作、注意力等多个认知域;本研究使用记忆与执行筛查量表(MES),Stroop色词测试(SCWT)和连线测试(TMT)来评估受试者的动作执行功能;本研究使用代谢组学、酶联免疫吸附试验评估有氧运动干预前后对受试者血浆中的脑源性神经营养因子(BDNF)、组织蛋白酶B(CTSB)等相关生物标志物进行定量定性数据评估。本研究的数据将采用SPSS 26.0进行分析,采用独立样本t检验(对于连续变量)和Fisher精确检验(对于分类变量)分析治疗组间基线差异。原始代谢物值通过对数转换以原始面积计数进行标准化,并重新标度以设置中位数等于1,若有缺失值则用每个代谢物的最小观测值进行估算。采用双因素重复测量方差分析检验从基线到干预后各组功能表现及代谢物水平的差异,采用配对样本t检验比较各组内干预前后代谢产物及CTSB、BDNF、klotho的差异。系统生物标志物与认知、体适能、体力活动、代谢组学指标之间进行Pearson相关性分析。研究结果:(1)相比常规体力活动组,24周的增强体力活动训练显著改善了AD高风险人群的心肺功能、体力活动水平。(2)相比常规体力活动组,24周的增强体力活动训练组受试者的认知相关生物标志物及代谢组学会发生有益改变,血浆CTSB水平升高,血浆BDNF水平随代谢组学变化而降低。(3)系统生物标志物与认知、体适能、体力活动、代谢组学指标之间的Pearson相关性良好。因此有氧运动不仅仅是一种促进脑认知功能的重要方式,更可能是预防AD等脑功能障碍积极有效的预防手段。研究结论:相比以往众多探究AD确诊患者的干预性研究,本研究聚焦于AD高风险人群,利用新型组学技术探索运动改善AD的机制,探究了有氧运动对AD高风险患者生物标志物、认知功能和心肺适能的影响,为有氧运动预防、延缓、改善AD发病提供了相关参考依据。我国目前在运动干预与AD的研究领域,无论在理论研究还是动物实验等方面均需要深层次的突破,从而进一步明确运动预防AD发病的确切生物学机制,在体育运动科学领域为AD的研究提供理论或实验依据,进而推动体育运动健身健脑的科学研究和实践的长久发展,以揭示运动促进健康的有力科学依据。后续研究可利用多组学的方法进一步探索运动改善AD的机制,未来可考虑将运动可能降低AD发生风险的生物标志物用于运动处方,从过时的"一刀切的治疗"结构转向生物标志物引导的精准医疗。未来研究可着眼于运动改善AD患者多器官的相互之间作用,例如肌-脑耦合控制。更多还原