Упражнения с отягощениями для улучшения когнитивных функций

Американский колледж спортивной медицины (29) сообщает, что в результате саркопении (возрастная потеря мышечной ткани) 25% способности производить максимальное усилие утрачивается по достижению возраста 65 лет и 40% в течение всей жизни. Значительное уменьшение мышечной силы может потребовать индивидуального ухода, в связи с тем, что скелетные мышцы используются людьми для осуществления повседневных функций: одевание, вставание со стула, приём пищи, покупка продуктов или личная гигиена. Недостаточная нагрузка на скелет или активность, возникающие в результате травм или заболеваний, проявляются уменьшением мышц и их силы всего лишь спустя несколько дней неиспользования (25).

На протяжении человеческой жизни накопление коротких периодов атрофии мышц от неиспользования, по-видимому, способствует развитию возрастной саркопении (35). Постельный режим, связанный с госпитализацией при заболеваниях, представляет угрозу для мышечной ткани и функциональных способностей (13). Например, уменьшение мышечной активности может приводить к снижению силы на 3 – 6% в день только за первую неделю. Более того, 10 дней иммобилизации здорового человека могут вызывать уменьшение 1 повторного максимума (1 ПМ) на 40% (26). Таким образом, поддержание и увеличение силы при иммобилизации и нахождении на постельном режиме и после них являются ключом к предотвращению потери функций в повседневной жизни.

В исследовании Fiatarone et al (14) УО высокой интенсивности с постепенным увеличением нагрузки выполняли люди со средним возрастом 90 лет. Эксперимент показал, что пожилые мужчины и женщины в возрасте 86 – 96 лет в результате тренировок с отягощениями увеличили силу и улучшили функциональные способности (14). В другом, более обширном исследование Fiatarone et al (15) среди немощных мужчин и женщин из домов престарелых в возрасте 76 – 98 лет, обнаружено, что УО высокой интенсивности  - целесообразный и эффективный способ противодействия мышечной слабости и физической немощи у пожилых людей.

Помимо утраты физической независимости, затрудняется выполнение повседневных функций, таких, как потребление пищи, приём ванны, одевание, отправление естественных потребностей и ходьба, могут нарушаться когнитивные функции (также известны как организующие функции). Снижение или нарушение когнитивной функции ухудшает качество жизни и сопровождается проблемами во взаимодействии с обществом, выполнении рабочих задач, финансовом учёте, управлении транспортом, процессе покупок в магазине и в пользовании устройствами для коммуникации, например, телефоном (22). Когнитивную функцию (способность к познанию) можно определить как навыки мышления, использования языка, восприятия, рассуждения, аргументации, обучения, интеллектуальной деятельности, общения и воображения (34).

Аэробные и силовые упражнения исследовали для выявления пользы по предотвращению снижения когнитивной функции с возрастом. Выполнено несколько мета-анализов, определяющих отдельные положительные эффекты упражнений и тренированности на когнитивную функцию (7, 11, 19, 21). Специфические исследования аэробных упражнений показали их положительное воздействие на когнитивную функцию (10, 20). Хорошо известна безопасность и эффективность УО для увеличения силы, мощности и функциональной активности, а также уменьшение слабости у пожилых людей (1, 9). Большое количество экспериментов выполнено для оценки УО как средства улучшения умственной работоспособности (3, 4, 6, 8, 18, 24, 27).

В статье выполнен короткий обзор данных о выполнении УО для улучшения когнитивных функций. Специалисты в области упражнений узнают о пользе физической активности разной продолжительности для улучшения когнитивной функции у пожилых людей.

Долговременные тренировки с отягощениями

В статье под долговременными УО подразумевают программы тренировок, продолжительностью ≥24 недель. В 24-недельном исследовании Cassilhas et al (3) оценивали влияние тренировки высокой (80% ПМ) и средней (50% ПМ) интенсивности на когнитивные функции 62 малоподвижных мужчин в возрасте 65 – 75 лет. Согласно результатам, улучшение в экспериментальных группах (тренировки с высокой и средней интенсивностью проводились три раза в неделю) по сравнению с контрольной (один раз в неделю разминка и растягивания без перегрузки) оценивалось на основе тестирования 1 ПМ, оценки самочувствия и рейтинга качества жизни (на основе вопросника Medical Outcomes Study Questionnaire SF-36, Geriatric Depression Scale и Profile of Mood Sates), а также теста умственной работоспособности и концентрации инсулиноподобного фактора роста – 1 (ИФР-1). Ранее другими исследователями было показано, что высокую концентрацию ИФР-1 в периферических тканях можно считать показателем увеличения умственной работоспособности (2, 33). Учёные пришли к выводу, что УО в группах средней и высокой интенсивности оказывают положительное влияние на когнитивные функции у пожилых людей (3).

В 52-недельном эксперименте Liu-Ambrose et al (24) выясняли эффективность УО один и два раза в неделю для улучшения когнитивной функции 155 женщин в возрасте 65 – 75 лет. Согласно результатам исследованиям, УО даже один раз в неделю могут оказывать положительное влияние на организующую функцию у женщин. Тем не менее, авторы обратили внимание, что польза относительная, так как в группе, занимающейся УО раз в неделю, отмечались значительные негативные явления со стороны скелетно-мышечной системы. Исследователи также сообщили о неожиданном уменьшении объёма мозга в результате тренировок с отягощениями в обеих группах. Они осторожно допускают, что подобный результат связан со снижением содержания бета-амилоида, обнаруженного в других работах, посвящённых болезни Альцгеймера (17, 32).

Исследования тренировок с отягощениями средней продолжительности

Под исследованиями средней продолжительности подразумеваются эксперименты, включающие более 3 тренировок, но в общей сложности меньше 24 недель. В работе Fragala et al (18) оценивали влияние УО на пространственное восприятие, а также визуальные и двигательные аспекты времени реакции у 25 мужчин и женщин в возрасте 60 лет или старше в течение 6 недель. Авторы определили пространственное восприятие как компонент когнитивной функции и показали, что время реакции – важный компонент, позволяющий человеку воспринимать окружающую обстановку и правильно реагировать, избегая несчастных случаев. Исследование подразумевало 2 тренировки для пожилых людей в неделю в течение 6 недель, каждое занятие включало 7 или 8 упражнений для верхней и нижней части тела. На каждой тренировке упражнения выполнялись в 3 подходах из 8 – 15 повторений, с регулированием нагрузки (5 – 6 из 10) на основе шкалы воспринимаемого усилия для УО OMNI. Учёные отметили, что механизм, посредством которого УО способствуют улучшению пространственного восприятия, неизвестен. Они пришли к выводу, что УО эффективный путь предотвращения ухудшения или улучшения пространственного восприятия, а также визуального и физического времени реакции у пожилых людей.

В эксперименте  Ozkaya et al (27) определяли влияние аэробной и силовой тренировки на умственную работоспособность у 36 здоровых мужчин и женщин в возрасте 60 – 80 лет в течение 9 недель. Группа аэробных упражнений тренировалась с интенсивностью 70% резерва ЧСС три раза в неделю, начиная с 20 минут ходьбы на первом занятии, которые постепенно увеличивали до 50 минут к третьей неделе. Группа силовой тренировки выполняла 7 упражнений  по 1 подходу из 12 повторений на 1 неделе и по 3 подхода со второй недели. Интенсивность нагрузки в начале занятий составляла 60% ПМ, затем каждые 2 недели прибавляли  5%, пока не достигли уровня 80% ПМ. Учёные пришли к выводу, что силовые тренировки оказывают положительное влияние на обработку первичной информации и мышление.

Кратковременные тренировки с отягощениями

Под кратковременными УО в этой статье подразумеваются тренировки, включающие ≤3 занятий. В исследовании Chang et al (8) оценивали влияние кратковременных тренировок с отягощениями на мышление мужчин и женщин. Целью исследования было определить воздействие УО на когнитивную функцию у 30 мужчин и женщин в возрасте 55 – 70 лет. Испытуемых оценивали в 3 отдельных дня, и каждая группа подвергалась воздействию в разном порядке, чтобы избежать влияния последовательности на результат. Субъекты выполняли 7 УО по 2 подхода из 10 повторений с интенсивностью 70% ПМ в каждом упражнении в течение 20 – 25 минут после 10-минутной разминки. На основании результатов кратковременного воздействия учёные сделали вывод, что только известными физиологическими механизмами (например, ЧСС и уровнем катехоламинов) нельзя объяснить изменения когнитивных функций в результате срочного выполнения упражнений, как это представили в другом исследовании (5). Авторами предложены несколько возможных путей (например, возбуждение, вызванное упражнениями, в результате повышения уровня катехоламинов и ЧСС, а также мозгового нейротрофического фактора в плазме), связывающих когнитивные функции и упражнения. Тем не менее, они отметили, что для понимания, как и почему УО влияют когнитивные функции, ещё предстоит провести исследования. Учёные подтвердили положительное влияние упражнений на многие когнитивные функции у людей старшего среднего и пожилого возраста (8).

В работе Chang et al (6) провели эксперимент, включающий 3 занятия, с интервалом ≥48 часов с мужчинами и женщинами в возрасте 55 – 70 лет. В исследовании измеряли влияние срочного выполнения УО на взрослых людей старшего среднего возраста, включая оценку работоспособности и нейрофизиологических показателей (например, задание Tower of London для измерения долгосрочной и оперативной памяти как компонентов организующих функций). Испытуемые выполняли 7 УО в 2 подходах по 10 повторений с интенсивностью 70% ПМ для каждого из упражнений в течение 20 минут, после 10-минутной разминки. Авторы объяснили положительное влияние УО на когнитивные функции нейрогормональными механизмами (например, ИФР-1). Исследователи пришли к выводу, что УО вызывают возбуждение и улучшают умственную работоспособность через влияние на ожидание, планирование действий и ориентацию.

И наконец, ещё одно кратковременное исследование показало улучшение когнитивной функции в результате выполнения УО. В эксперименте Chang and Etnier (4) приняли участие мужчины и женщины. Субъектов оценивали в течение 2 посещений. В исследовании определяли влияние срочного выполнения УО на когнитивные функции у 41 мужчины и женщины возрастом 35 – 65 лет. Испытуемые выполняли 6 УО в 2 подходах по 10 повторений с интенсивностью 75% ПМ в каждом из упражнений в течение 45 минут. Авторы сообщили о срочном влиянии УО через повышение ЧСС (4). Таким образом, исследователи показали соответствие результатов с данными исследования аэробных упражнений (20), согласно которым вызванное упражнениями возбуждение (измеряемое через ЧСС), является предполагаемым механизмом, улучшающим когнитивную функцию. Также зафиксировано положительное влияние УО не когнитивные функции у взрослых людей среднего возраста. Необходимы дополнительные исследования, подтверждающие, что механизм улучшения когнитивной функции, связанный с  повышением ЧСС, – увеличение кровообращения в мозге или количества белков плазмы, например катехоламинов. С другой стороны, могут существовать механизмы улучшения, связанные с другими биологическими переменными или психологическими факторами, не упомянутые в этой статье?

Механизмы улучшения когнитивных функций

Несмотря на то, что мы не знаем в точности, как УО улучшают мышление в пожилом возрасте, на основе исследований можно представить некоторые возможные механизмы. Перечислим эти механизмы:

• Систематические УО по мнению  Cassilhas et al (3) увеличивают кровообращение в мозге, что приводит к повышенному притоку нутриентов и кислорода в ЦНС. Эти данные подтверждаются предыдущими исследованиями (27, 28).
• Увеличение вязкости крови отрицательно коррелирует с умственной работоспособностью (31). Несмотря на то, что в исследовании Cassilhas et al (3) не выявили увеличение текучести крови, они предположили, что аэробная тренировка, в общем, может улучшать кровоток, и за счёт этого снижать вязкость крови, улучшая умственную работоспособность.
• Cassilhas et al (3) показано, что систематические УО повышают концентрацию ИФР-1 в сыворотке, также установлено, что ИФР-1 вовлечён в модуляцию молекул, произведённых головным мозгом. ИФР-1 способствует росту, жизнедеятельности и дифференциации нейронов, улучшая умственную работоспособность (2, 12).
• Согласно предположениям Cassilhas et al (3) физические упражнения, в общем, повышают активность антиоксидантных ферментов и, таким образом, улучшают восстановление после повреждений от окислительного стресса (30).
• По мнению Liu-Ambrose et al (24), уменьшение содержания бета-амилоида, является одним из факторов улучшения когнитивных функции, которое наблюдали в других исследованиях (17, 32).
• Вызванное упражнениями возбуждение (зафиксированное как повышение ЧСС), согласно гипотезе Chang and Etnier (4), вероятно, обуславливает положительное влияние УО на когнитивную функцию.
• Chang et al (8) показано, что изменение возбуждения и специфические физиологические механизмы могут объяснить улучшения, которые наблюдались в их исследовании.
• Нейрогормональными механизмами (например, ИФР-1) объясняется положительное влияние УО на мышление в работе Chang et al (6).
• Несмотря на то, что механизм положительного воздействия УО на пространственное восприятие не выяснен, Fragala et al (18) обсуждали роль медиаторов в этом процессе (медиатор – любая субстанция, передающая информацию между двумя клетками, тканями или органами): факторов роста, питания и адаптации нейронов, а также способа влияния упражнений на функции мозга, путём увеличение кровотока, улучшения транспорта и использования нутриентов, нейротрансмиттеров и факторов нейрогенеза (34).
• По гипотезе Ozkaya et al (27), силовая тренировка способна вызывать нейробиологические изменения функций нейротрансмиттеров, церебральный кровоток или увеличивать межклеточные взаимодействия в различных регионах мозга.

В перечисленных исследованиях предлагаются некоторые возможные механизмы улучшения когнитивных функций при УО; тем не менее, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить точный механизм, который могут использовать СУ при разработке программ УО. Например, улучшение когнитивных функций, измеряемое при помощи различных тестов, может быть связано с формированием групп и аспектами социализации при УО. Кроме того, люди, выполняющие УО, возможно, больше стремятся добиться результата и за счёт этого выполняют тесты лучше (23). Другими исследователями показано, что улучшение мышления, по-видимому, отчасти обусловлены когнитивным стимулом для людей,  впервые выполняющих УО, связанным с запоминанием названий упражнений, настроек тренажёров, принципов дозирования нагрузки и названиями нагружаемых мышечных групп (16). Ozkaya et al (27) также продемонстрировали, что просто участие в группе физической активности, требующее соблюдение рекомендаций инструктора и обмена информацией, может предрасполагать к улучшению когнитивной функции. А может, улучшение когнитивной функции произошло под воздействием других биологических и физиологических факторов, не указанных в данном обзоре?

Практические рекомендации

Несмотря на то, что старение прогрессирующий и динамический процесс, УО способны помочь и даже предотвратить некоторые наблюдаемые изменения. СУ играют ключевую роль в разработке простых и эффективных программ УО для всех возрастных групп, особенно для пожилых людей, чтобы улучшить и поддерживать когнитивные функции.

Необходимо следовать рекомендациям по УО для пожилых людей, предложенным Американским колледжем спортивной медицины (29). Для улучшения когнитивных и физических функций у пожилых людей следует начать выполнение УО с низкой интенсивности (40 – 50% ПМ), потом перейти на среднюю интенсивность (60 – 70% ПМ), а со временем, при хорошей физиологической и психологической переносимости, можно применить высокую интенсивность нагрузки. Низкая интенсивность применяется для преодоления страха у некоторых людей перед УО и любыми другими упражнениями, в том числе из-за наличия травм. Таким образом, лучше подбирать упражнения той интенсивности, которая хорошо переносится, чем избегать УО с отягощениями вообще.

СУ необходимо планировать в программе тренировок упражнения для основных мышечных групп в каждом занятии по 1 – 2 подхода из 10 – 15 повторений, в общей сложности 7 – 10 упражнений, не менее 2 раз в неделю. Программа должна предусматривать разминку и заминку, а общая продолжительность УО – 30-45 минут или дольше при хорошей переносимости. Основываясь на исследованиях из этого обзора, УО необходимо рекомендовать как составную часть недельной фитнес- программы для всех возрастных групп, с целью улучшения и поддержания умственных и физических функций на протяжении жизни.

Источник: https://journals.lww.com/