肖義然,張藍(lán)天,邱俊強(qiáng),許春艷
隨著年齡的增長,人體心肺功能(cardiorespiratory fitness,CRF)或評價(jià)CRF的金標(biāo)準(zhǔn)——最大攝氧量(O2max)(Cote et al.,2007;Longstreet et al.,1995)逐 漸 下 降(Dong et al.,2012;Folsom et al.,2011)。30歲以后 ,O2max每10年下降5%~15%,在70歲時(shí)將喪失最多(達(dá)50%)(Jackson et al.,2009)。CRF的下降會伴隨著與年齡相關(guān)的身體機(jī)能的下降,并與老年人常見的心肺并發(fā)癥共同作用而加劇衰老(Chodzko-Zajko et al.,2009;Nelson et al.,2007)。60%的老年人每日靜坐少動時(shí)間超過4 h(Harvey et al.,2013),會進(jìn)一步降低老年人的CRF(林家仕 等,2019)。
擁有較高CRF的老年人患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)以及全因死亡率的相對危險(xiǎn)度顯著降低(謝敏豪等,2011;Vanhees et al.,2012a;Vanhees et al.,2012b)。有氧運(yùn)動是促進(jìn)CRF改善的重要手段,可使老年人O2max提升15%~20%或更多(Chodzko-Zajko et al.,2009;Fleg et al.,2005)。美國運(yùn)動醫(yī)學(xué)會(The American College of Sports Medicine,ACSM)建議老年人每周進(jìn)行150~300 min中等強(qiáng)度運(yùn)動或75~150 min的高強(qiáng)度運(yùn)動(王正珍,2019)。但對于改善老年人CRF運(yùn)動處方的劑量或特征(即達(dá)到和優(yōu)化特定健康結(jié)局指標(biāo)所需的運(yùn)動強(qiáng)度、時(shí)間、頻率和周期等)尚待確定(Vanhees et al.,2012a)。例如,對于引起O2max改善的最小運(yùn)動強(qiáng)度和為CRF帶來最大提升的最佳運(yùn)動強(qiáng)度仍然未知(William et al.,2015)。這可能與不同研究間各要素劑量設(shè)置的差異以及受試者特征異質(zhì)性的限制有關(guān)(Margaret et al.,2019)。此外,有研究證明,過度的運(yùn)動干預(yù)可能對心血管造成不良影響(O’Keefe et al.,2012)。因此,在改善老年人CRF的運(yùn)動干預(yù)研究中,具體運(yùn)動處方各要素的設(shè)置格外重要。本研究采用Meta分析的方法,綜合各項(xiàng)改善老年人CRF的臨床試驗(yàn)研究,探討不同運(yùn)動處方參數(shù)對老年人CRF提升的劑量效應(yīng),明確改善老年人CRF的最佳運(yùn)動劑量。
本研究嚴(yán)格按照《系統(tǒng)綜述和薈萃分析優(yōu)先報(bào)告的條目:PRISMA聲明》(David et al.,2009)的要求進(jìn)行Meta分析,并在PROSPERO平臺完成方案注冊(注冊號:CRD42020208175)。
采用循證醫(yī)學(xué)的研究對象-干預(yù)措施-對照措施-結(jié)局指標(biāo)-研究類型原則(Patients-Intervention-Comparisons-Outcomes-Study,PICOS)(Liberati et al.,2009)作為文獻(xiàn)納入的標(biāo)準(zhǔn)。
1.1.1 研究對象
年齡≥60歲,身體健康的老年人,包括醫(yī)學(xué)監(jiān)控下可進(jìn)行運(yùn)動的高血壓患者等。排除涉及非傳染性疾?。ㄈ缧难芗膊 ⅱ蛐吞悄虿?、癌癥等)或合并其他嚴(yán)重的軀體性疾?。ㄈ缒X卒中、心肌梗死、惡性腫瘤等)的患者。
1.1.2 干預(yù)措施
實(shí)驗(yàn)組中運(yùn)動干預(yù)是唯一的干預(yù)措施,運(yùn)動干預(yù)形式包括有氧運(yùn)動和有氧與抗阻相結(jié)合的混合運(yùn)動等。對照組不進(jìn)行運(yùn)動干預(yù),常規(guī)生活或接受老年人心肺功能健康教育。
1.1.3 結(jié)局指標(biāo)
1.1.4 研究設(shè)計(jì)
本研究納入以中英文公開發(fā)表的臨床試驗(yàn)研究,包括隨機(jī)對照試驗(yàn)研究(randomized controlled trial,RCT)與自身對照試驗(yàn)研究(self-controlled trial,SCT)。
1.1.5 排除標(biāo)準(zhǔn)
1)會議論文與論文摘要;2)重復(fù)、質(zhì)量差的文獻(xiàn);3)不能獲取全文的文獻(xiàn);4)不能提供平均值和標(biāo)準(zhǔn)差(M±SD)的文獻(xiàn)。
1.2.1 檢索數(shù)據(jù)庫
中文數(shù)據(jù)庫包括中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫;外文數(shù)據(jù)庫包括PubMed、EBSCO、Web of Science。檢索文獻(xiàn)時(shí)間:1990年1月~2021年3月。
1.2.2 檢索詞
采用3個主題下各關(guān)鍵詞相結(jié)合的方式作為檢索詞進(jìn)行檢索。主題詞:老年人、運(yùn)動干預(yù)和心肺功能。中文關(guān)鍵詞:老年人、有氧運(yùn)動、運(yùn)動干預(yù)、體力活動、心肺耐力、心肺功能、最大攝氧量。英文關(guān)鍵詞:older adult,elderly,aging,aged,exercise,training,physical activity,aerobic training,combined training,cardiovascular fitness,cardiopulmonary,O2max。同時(shí)在文獻(xiàn)檢索過程中參考檢索的文獻(xiàn),補(bǔ)充同義檢索詞。
1.2.3 文獻(xiàn)篩選與資料提取
由兩名研究員閱讀文章的題目和摘要,如初步符合納入標(biāo)準(zhǔn),再進(jìn)一步閱讀全文,根據(jù)納入與排除標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選,對于判斷結(jié)果不一致的文獻(xiàn),與第三名研究者共同討論決定是否納入。在閱讀全文時(shí)進(jìn)行資料提取,內(nèi)容包括第一作者、發(fā)表年份、研究類型、研究對象基本信息(樣本量、年齡、性別、BMI)、運(yùn)動處方各要素(運(yùn)動形式、強(qiáng)度、頻率、時(shí)間、周期)及結(jié)局指標(biāo)等。
采用物理治療證據(jù)數(shù)據(jù)庫量表(The Physiotherapy Evidence Database,PEDro)(Mallen et al.,2006)評價(jià)研究質(zhì)量,得分≥6分的研究即可認(rèn)為是高質(zhì)量的研究(Maher et al.,2003)。由兩名研究者根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立對納入的文獻(xiàn)進(jìn)行評估,共進(jìn)行兩輪評估,第一輪進(jìn)行獨(dú)立評估,第二輪就第一輪評估結(jié)果出現(xiàn)的差異征詢第三位研究者意見后重新評估。
采 用 Comprehensive Meta-Analysis V2(CMA2.0)與RevMan 5.3統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行Meta分析。對納入研究的運(yùn)動處方各要素進(jìn)行亞組分析,探討各要素改善老年人O2max的程度與改善老年人CRF的劑量效應(yīng)。
1.4.1 模型選擇
本研究通過I2檢驗(yàn)判斷各研究間是否存在異質(zhì)性(Higgins et al.,2011)。若P>0.1,I2<50%則認(rèn)為同質(zhì)性良好,采用固定效應(yīng)模型進(jìn)行分析;若P<0.1,I2≥50%則認(rèn)為存在高度異質(zhì)性,選擇隨機(jī)效應(yīng)模型。
1.4.2 效應(yīng)量
效應(yīng)量(effect size,ES)是衡量實(shí)驗(yàn)效應(yīng)強(qiáng)度的指標(biāo)(Snyder et al.,1993),不受樣本容量大小的影響(或者影響很?。?,效應(yīng)量可區(qū)分統(tǒng)計(jì)顯著性和實(shí)際顯著性(Kirk,1996)。本研究采用效應(yīng)量檢驗(yàn)運(yùn)動干預(yù)效果,選取Cohen’s d作為效應(yīng)量評價(jià)指標(biāo)(Keith,1988),在Meta分析軟件中以標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差(standardize mean difference,SMD)的值表示Cohen’s d的大小。d是實(shí)驗(yàn)組的平均值和對照組的平均值的差與兩組標(biāo)準(zhǔn)差的比率(權(quán)朝魯,2003)。Cohen’d表示效應(yīng)量時(shí),d<0.2(效應(yīng)微?。?.2≤d<0.5(效應(yīng)?。?;0.5≤d<0.8(效應(yīng)中等);d≥0.8(效應(yīng)大)。
初步檢索獲得中文文獻(xiàn)90篇、英文文獻(xiàn)2 095篇。經(jīng)Note Express軟件排除重復(fù)文獻(xiàn)后,閱讀文獻(xiàn)題目和摘要進(jìn)行初步篩選獲得中文文獻(xiàn)38篇、英文文獻(xiàn)170篇。閱讀所有初篩文獻(xiàn)全文,排除研究對象、研究設(shè)計(jì)、干預(yù)措施及結(jié)局指標(biāo)不符合本研究納入排除標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn),如果一篇文獻(xiàn)里有多組運(yùn)動形式,則記為多項(xiàng)研究。最終共納入英文文獻(xiàn)62篇、82項(xiàng)研究(圖1),均進(jìn)行Meta分析。
PWMs也是一個廣泛應(yīng)用的檢測水文過程的尺度效應(yīng),尺度效應(yīng)的結(jié)論比PMs更為可靠,因?yàn)?PWMs方法考慮了水文參數(shù)的異常值(即特別干旱和濕潤年份)。和PMs方法相同,流域面積也是被來作為尺度因子。在單元尺度的定義下,式(7)成立。
圖1 文獻(xiàn)檢索納入過程Figure 1. Literature Selection Process
Meta分析前本研究需要對各文獻(xiàn)的運(yùn)動強(qiáng)度進(jìn)行編碼并將強(qiáng)度范圍換算為平均值,為避免主觀因素對換算結(jié)果產(chǎn)生偏移,采用如下?lián)Q算方式:1)運(yùn)動強(qiáng)度為固定值的文獻(xiàn),保持原值;2)運(yùn)動強(qiáng)度為某一范圍(如50%~60%)時(shí),換算為強(qiáng)度范圍的平均值(換算后強(qiáng)度為55%)(黎涌明,2015;Seiler et al.,2006);3)運(yùn)動強(qiáng)度為漸增形式時(shí),采用強(qiáng)度權(quán)重方法(Seiler,2010)。
美國心臟協(xié)會(American Heart Association,AHA)的研究顯示,抗阻運(yùn)動對CRF只能起到微小的改善作用(Williams et al.,2007)。Righi等(2021)對混合運(yùn)動、有氧運(yùn)動和抗阻運(yùn)動改善CRF進(jìn)行Meta分析發(fā)現(xiàn),混合運(yùn)動和有氧運(yùn)動均能顯著改善CRF,但兩者的改善效果間無顯著差異;鑒于本研究著眼于運(yùn)動對CRF改善效果,因此混合運(yùn)動的強(qiáng)度選取了其中的有氧運(yùn)動強(qiáng)度(Righi et al.,2021;Williams et al.,2007)。
本研究檢索文獻(xiàn)的時(shí)間跨度范圍較長,不同文獻(xiàn)制定的運(yùn)動強(qiáng)度形式多樣(如%O2max、HRR、HRmax等)。為便于分析,將換算后的各運(yùn)動強(qiáng)度歸一化(表1),統(tǒng)一為HRR(Haff et al.,2015)以適用于老年人運(yùn)動強(qiáng)度的制定(王正珍,2019)。
表1 納入文獻(xiàn)基本特征Table 1 Basic Characteristics of Included Literature
采用PEDro文獻(xiàn)質(zhì)量評價(jià)表進(jìn)行評估,因本研究干預(yù)措施無法對研究對象實(shí)施盲法,故未納入該項(xiàng)進(jìn)行評分。納入的62篇文獻(xiàn)得分均≥6分(56篇文獻(xiàn)得分為8分,6篇文獻(xiàn)得分為6分)。
根據(jù)各研究運(yùn)動處方要素的情況,本研究將處方中各參數(shù)(表2)進(jìn)行劃分(表3),同時(shí)將該劃分范圍作為劑量效應(yīng)研究中劑量范圍的參考。
表2 受試者基本特征與運(yùn)動處方參數(shù)概況Table 2 Overview of the Subjects’Basic Characteristics and Exercise Prescription Elements
2.5.1 運(yùn)動處方各要素對老年人CRF改善的劑量效應(yīng)
本研究將各運(yùn)動處方要素的參數(shù)范圍進(jìn)行了劃分(表3),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行亞組分析,探討各要素對老年人CRF改善的劑量效應(yīng)。研究表明,O2max在各要素的影響下均出現(xiàn)了明顯的劑量效應(yīng)(圖2,表4)。
表4 運(yùn)動參數(shù)值域與改善效應(yīng)Table 4 Range of Exercise Elements and Improvement Effect
圖2 運(yùn)動處方各要素改善老年人O2max的劑量效應(yīng)Figure 2. The Dose Effect of Each Element of Exercise Prescription to Improve O2maxin the Elderly
2.5.2 單次運(yùn)動時(shí)間對老年人CRF改善的效應(yīng)
表5 單次運(yùn)動大效應(yīng)改善的時(shí)間-強(qiáng)度組合Table 5 Time-Intensity Combination of the Large Effect Size of Each Exercise
圖3 單次運(yùn)動時(shí)間下各運(yùn)動強(qiáng)度改善老年人O2max的效應(yīng)Figure 3. Effect of Each Exercise Intensity on Improving theO2maxof the Elderly under Each Exercise Time
續(xù)表1
2.5.3 周運(yùn)動時(shí)間改善老年人CRF的效應(yīng)
總消耗量一致的情況下,每周150~300 min中等強(qiáng)度運(yùn)動與每周75~150 min大強(qiáng)度運(yùn)動對于CRF的改善的效應(yīng)相似(Garber et al.,2011)。因此,本研究以150 min作為周運(yùn)動時(shí)間的分界點(diǎn),探討不同強(qiáng)度運(yùn)動與改善老年人O2max的效應(yīng)關(guān)系(圖4)。
圖4 周運(yùn)動時(shí)間下各運(yùn)動強(qiáng)度改善老年人O2max的效應(yīng)Figure 4. Effect Size of Each Exercise Intensity on Improving the O2maxof the Elderly under the Weekly Exercise Time
表6 單次運(yùn)動大效應(yīng)改善的時(shí)間-強(qiáng)度組合Table 6 Time-Intensity Combination of the Large Effect Size of Each Exercise
對本研究進(jìn)行的6項(xiàng)Meta分析研究進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗(yàn),并制作漏斗圖。在漏斗圖中,樣本量小的研究精度低,分散遍布在漏斗圖的底部;樣本量大的研究精度高,集中在漏斗圖的頂部(Galbraith,1988)。各項(xiàng)研究均能形成倒置漏斗,且各研究散點(diǎn)對稱集中在漏斗圖的頂部(圖5),因此均不存在發(fā)表偏倚。
圖5 各項(xiàng)改善老年人CRF研究的漏斗圖Figure 5. The Funnel Plot of Each Study to Improve CRF in the Elderly
本研究共納入62篇文獻(xiàn),PEDro量表評價(jià)得分均≥6分(56篇文獻(xiàn)得分為8分,6篇文獻(xiàn)得分為6分),所有研究的基線無顯著性差異,均描述了受試者的納入標(biāo)準(zhǔn),對85%以上的受試者進(jìn)行了結(jié)局指標(biāo)的評價(jià)以及描述了干預(yù)前后結(jié)局指標(biāo)的變化情況。除自身對照試驗(yàn)的研究無法對受試者進(jìn)行隨機(jī)分配外,其余研究均對受試者進(jìn)行了隨機(jī)分配??傮w而言,納入本研究的文獻(xiàn)質(zhì)量較高。
3.2.1 運(yùn)動強(qiáng)度改善老年人CRF的劑量效應(yīng)
運(yùn)動強(qiáng)度增加至70%~79% HRR后CRF改善曲線出現(xiàn)平臺現(xiàn)象,說明即使強(qiáng)度繼續(xù)增加至80%~90% HRR,所產(chǎn)生的改善效應(yīng)也沒有進(jìn)一步提高(d=1.03 vs d=1.01),反而可能會增加靜坐少動人群的運(yùn)動損傷風(fēng)險(xiǎn)(李文川,2014;Donath et al.,2015;Vanhees et al.,2012a,2012b)。Huang等(2016)研究顯示,老年人在 70%~75% HRR強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)動時(shí)能夠最大程度提升O2max,而強(qiáng)度增加至80% HRR后,獲得的收益急劇下降。有研究表明,在次最大運(yùn)動負(fù)荷下,老年人達(dá)到該負(fù)荷時(shí)較年輕人要付出更多的運(yùn)動量,同時(shí)會增加疲勞的產(chǎn)生(Crane et al.,2013)。因此,本研究不推薦靜坐少動的老年人以80%~90% HRR的強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)動。
3.2.2 運(yùn)動時(shí)間改善老年人CRF的劑量效應(yīng)
與強(qiáng)度劑量效應(yīng)類似,不同運(yùn)動時(shí)間也呈現(xiàn)出劑量效應(yīng)(圖2b)。25~60 min的運(yùn)動時(shí)間范圍內(nèi),短時(shí)間(25~35 min)的運(yùn)動能使老年人的O2max得到中效應(yīng)的改善(d=0.56)。較長的運(yùn)動時(shí)間(60 min)似乎對老年人O2max的改善達(dá)到更大的效應(yīng)(d=0.90)。
Sattelmair等(2011)研究表明,具有運(yùn)動習(xí)慣的老年人患冠心病的風(fēng)險(xiǎn)比靜坐少動老年人減少14%,即使每次運(yùn)動時(shí)間達(dá)不到推薦量,其帶來的效益也大于靜坐少動。本研究結(jié)果支持這一觀點(diǎn),一次25~30 min的運(yùn)動能達(dá)到中等的改善效益。此外,有研究表明,運(yùn)動時(shí)間過長(>60 min)可能會使老年人的CRF受到損害,這可能與心血管的變化和反應(yīng)能力隨年齡的增加而降低有關(guān)(Fleg et al.,2012),并且這些不良反應(yīng)會對心血管產(chǎn)生不利的影響(O’Keefe et al.,2012)。因此過長的運(yùn)動時(shí)間并非老年人的最佳選擇。
3.2.3 運(yùn)動頻率改善老年人CRF的劑量效應(yīng)
3.2.4 運(yùn)動周期改善老年人CRF的劑量效應(yīng)
強(qiáng)度和時(shí)間的交互效應(yīng)能更有效反應(yīng)運(yùn)動對人體機(jī)能的干預(yù)效果。本研究發(fā)現(xiàn),運(yùn)動時(shí)間在40~45 min/次及以上,且強(qiáng)度在60%~69% HRR及以上時(shí),即可對老年人CRF的改善產(chǎn)生大效應(yīng)(d>0.8)。這表明,即使執(zhí)行小于單因素的大效應(yīng)劑量的強(qiáng)度(70% HRR)與時(shí)間劑量(60 min)的運(yùn)動,通過交互效應(yīng)也能獲得大效應(yīng),提示,一次40~45 min的中等強(qiáng)度運(yùn)動可能是老年人大幅度改善CRF的最小有效劑量。Slentz等(2016)研究顯示,24周的低運(yùn)動量中等強(qiáng)度、大運(yùn)動量中等強(qiáng)度和大運(yùn)動量大強(qiáng)度干預(yù)的效應(yīng)量分別為0.30,0.86和0.74,提示,大運(yùn)動量中等強(qiáng)度產(chǎn)生的CRF改善收益最佳。但Eric等(2020)的研究與此結(jié)果并不一致,兩組受試者分別進(jìn)行8周的每周3次,每次30 min的80%~90% HRmax強(qiáng)度和每次50 min的65%~70% HRmax強(qiáng)度運(yùn)動干預(yù)后,CRF的改善均為中等效應(yīng)(d=0.57,d=0.68)。
本研究結(jié)果與Slentz等(2016)的結(jié)果相一致,老年人每次執(zhí)行40~60 min中等強(qiáng)度的運(yùn)動即可顯著提高CRF(O2max)水平,且中等強(qiáng)度的運(yùn)動對于老年人帶來的益處遠(yuǎn)大于潛在的安全性風(fēng)險(xiǎn)(Simo et al.,2015)。
WHO建議老年人每周進(jìn)行至少150~300 min的中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動或75~150 min的較高強(qiáng)度有氧運(yùn)動,或者兩種強(qiáng)度的身體活動的等效組合(Dempsey et al.,2020)。ACSM提倡老年人應(yīng)逐漸超過所推薦的最小體力活動量以加強(qiáng)對慢性疾病和健康狀態(tài)的管理(Chodzko-Zajko et al.,2009;Nelson et al.,2007)。
以每周150 min運(yùn)動時(shí)間為界限,本研究發(fā)現(xiàn),周運(yùn)動時(shí)間短于150 min時(shí),只有80%~90% HRR的運(yùn)動強(qiáng)度對老年人的O2max產(chǎn)生大效應(yīng)的改善(d=0.83);周運(yùn)動時(shí)間長于150 min時(shí),60%~69% HRR的運(yùn)動強(qiáng)度能對老年人O2max的改善產(chǎn)生大的效應(yīng)(d=1.05)。冉鋒(2011)對中老年受試者制定了12周,50%O2max的有氧運(yùn)動,周運(yùn)動時(shí)間分別為120 min、180 min和240 min。研究顯示,只有每周180~240 min的運(yùn)動量才能顯著提高受試者的O2max。
根據(jù)WHO和ACSM的觀點(diǎn),結(jié)合本研究的結(jié)果,為獲得大效應(yīng)的CRF改善,推薦老年人群根據(jù)不同身體機(jī)能水平選擇每周進(jìn)行150 min以上,強(qiáng)度至少在60% HRR的有氧運(yùn)動或150 min內(nèi),強(qiáng)度80% HRR及以上的有氧運(yùn)動。
本研究揭示了運(yùn)動干預(yù)改善老年人CRF的劑量效應(yīng),但仍不可避免的存在不足:1)研究采用權(quán)重進(jìn)行強(qiáng)度換算,盡可能地減少人為因素的干擾,但仍會在換算過程中產(chǎn)生隨機(jī)誤差;2)研究未考慮性別因素,運(yùn)動處方各要素的主效應(yīng)及交互效應(yīng)是否存在性別差異在本研究中未能體現(xiàn);3)本研究尚未證實(shí)運(yùn)動形式在運(yùn)動干預(yù)與改善CRF中的作用。
本研究對各項(xiàng)對照臨床實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行Meta分析,揭示運(yùn)動處方各要素與老年人CRF的改善之間存在一定的劑量效應(yīng)關(guān)系,老年人CRF最小有效改善(d>0.5)的各處方劑量分別為35%~50% HRR、25~35 min、1次/周和運(yùn)動干預(yù)8周。獲得大效應(yīng)CRF改善的運(yùn)動強(qiáng)度敏感區(qū)為70%~79% HRR,運(yùn)動時(shí)間、頻率和周期的敏感區(qū)為60 min/次、4次/周及以上和運(yùn)動干預(yù)16周。
探討單次運(yùn)動時(shí)間與周運(yùn)動時(shí)間下各運(yùn)動強(qiáng)度之間的交互效應(yīng)對老年人CRF的影響時(shí),本研究發(fā)現(xiàn),每周150 min以上,每次40~45 min強(qiáng)度為60% HRR的運(yùn)動能對老年人心肺功能產(chǎn)生大效應(yīng)的提升。