老年女性轻度认知障碍与身体活动水平对认知健康及大脑活动的影响差异 - 认知障碍

摘要

背景：本研究旨在调查不同身体活动水平下，有无轻度认知障碍(MCI)的老年女性在认知健康和大脑活动方面的差异。方法：共招募126名65岁以上女性参与者，并分为MCI组和非MCI组。使用韩国版简易精神状态检查量表(MMSE-K)和蒙特利尔认知评估量表(MoCA-K)评估认知健康，采用老年人身体活动量表韩国版(PASE-K)量化身体活动水平。通过脑电图(EEG)评估大脑活动。数据分析采用双因素方差分析。结果：结果表明，在所有身体活动水平下，非MCI参与者的认知评分均显著高于MCI参与者。此外，高身体活动水平的个体相比MCI组表现出更高的theta波活动。在注意力集中度和压力水平方面也观察到显著的组间差异。结论：这些发现表明，较高的身体活动水平与老年女性更好的认知表现和大脑活动相关。因此，促进身体活动可能有助于支持健康认知老化的策略，但需要纵向研究来确定因果关系。

关键词：老年女性；轻度认知障碍(MCI)；身体活动水平；认知健康；大脑活动

1. 引言

韩国人口正在迅速老龄化，与年龄相关的疾病（如痴呆症和轻度认知障碍(MCI)）的发病率不断上升。截至2021年，约10.33%的65岁以上人口预计将接受痴呆症护理。越来越多的研究表明，到2050年，痴呆症患者人数将超过300万，超过15%的老年人口可能受到影响，给医疗系统和成本带来巨大负担。从2015年到2019年，被诊断为痴呆症的人数增加了约58.8万人，痴呆症的经济负担增加了1.5倍，其中家庭成员和护理人员承担的间接成本占总成本的48%。特别是，痴呆症的患病率随年龄增长而增加，医院使用率也在上升。

轻度认知障碍(MCI)是老年人在痴呆症和正常认知功能之间的中间阶段。其特点是在日常生活未受明显影响的情况下，各种认知功能（包括记忆）出现障碍。MCI被认为是一种高风险发展为痴呆症的重要健康问题。约10-15%的轻度认知障碍(MCI)患者会发展为痴呆症。截至2019年，MCI患者人数约为27万人，比过去10年增加了19倍。女性被诊断的几率是男性的2.2倍。这可能归因于与更年期相关的激素变化对认知功能的影响，这会增加阿尔茨海默病等认知疾病的风险。因此，老年女性MCI管理是一个重要的公共卫生问题。MCI转化为阿尔茨海默病的比例为3-15%，而普通人群仅为1-2%。这需要深入的研究和管理策略。

最近的一项研究表明，认知训练和身体活动相结合的方法对帕金森病患者的轻度认知障碍(MCI)管理有效。为了进一步研究这一点，一项使用静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)的研究分析了遗忘型MCI患者的大脑功能活动。此外，在早期帕金森病患者中观察到功能网络稳定性以及alpha和gamma波的动态连接性变化，而哥伦比亚老年人的身体活动被发现对预防MCI有积极影响。这些研究强调了大脑和身体活动在MCI发生和进展中的关键作用，特别是在人口统计学差异的背景下。前额叶theta波升高可能是阿尔茨海默病(AD)的早期指标。此外，静息态脑电图(EEG)慢频段的频谱功率和一致性增强可能作为检测MCI和AD认知衰退的生物标志物。

身体活动的健康益处已被充分记录，包括多种结果。这些包括认知和身体功能衰退、功能性活动能力与健康、血糖控制以及抑郁症状。据估计，如果所有个体都进行规律的身体活动，全球可以避免29.26万例新的痴呆症病例。认知功能是痴呆症影响的主要领域，身体活动与认知增强或衰退相关。此外，证据表明，有氧训练(AT)对健康老年人的海马体积有有益影响。结果表明，与进行平衡和运动的对照组相比，每周进行三次AT的老年MCI患者的左、右和总海马体积显著增加。在一项研究高强度有氧训练(AT)对轻度认知障碍(MCI)老年人认知功能影响的研究中，受试者被随机分配到高强度AT组（每次45-60分钟，心率75-85%）或拉伸对照组，两组均每周完成四次，持续六个月。高强度AT组显示出认知功能的改善。

最近的研究表明，各种身体活动和运动计划可以对轻度认知障碍(MCI)患者的身心功能产生有益影响。这些计划有可能提高老年人的生活质量，并有助于预防或延迟MCI的发作。尽管这些研究强调了身体活动在避免MCI和痴呆症方面的重要性，但很少有研究考察身体活动水平对MCI患者认知功能的精确影响。因此，需要进一步研究以确定身体活动对认知功能的精确影响，以改善MCI的管理和预防。

本研究的目的是调查有无轻度认知障碍(MCI)的个体在不同身体活动水平下认知健康和大脑活动的差异，并阐明MCI发生和进展的关键因素，为定制预防和治疗策略提供依据。

2. 方法

2.1. 参与者

本研究使用G-Power 3.1.9.7程序，根据指定的效应量(0.15)、α错误概率(α err prob: 0.05)和功效(0.85)计算所需的受试者数量。总共需要115名受试者；然而，考虑到无效问卷的流失率，最终选择了126名年龄在65至89岁之间、居住在D市的老年个体。参与者分为两组：63名认知功能正常者和63名轻度认知障碍者。他们来自家庭和老年人设施。在研究中排除了过去六个月内经历过重大创伤或手术的个体。参与者年龄范围为65至89岁。排除标准包括失明、失语症、严重听力障碍、严重神经或精神障碍，以及可能妨碍完成认知评估的感知障碍。在充分解释研究目的和程序后，获得自愿同意。最终参与者接受了大脑活动测量、身体活动调查和认知功能评估。仅招募女性参与者，以减少脑电图活动中的性别相关变异并确保组内同质性。这一决定是基于先前关于认知老化中性别差异的证据。研究特征总结在表1中。

2.2. 研究程序

本研究旨在分析身体活动和大脑活动对老年女性轻度认知障碍患者的认知健康的影响，如图1所示。

研究在D市居住的65岁以上老年女性队列中进行，这些女性在过去六个月内无重大创伤或手术史。参与者通过当地福利设施和老年体育教育设施的合作招募。在充分解释研究目的和程序后，获得书面知情同意用于自愿参与。数据收集包括问卷管理，以确定人口统计特征（年龄、教育水平和居住安排）、蒙特利尔认知评估(MoCA)和简易精神状态检查(MMSE)以评估认知功能；老年人身体活动问卷评估身体活动；以及脑电图(EEG)记录大脑活动。在去除不完整回答和数据清理后，使用双因素方差分析评估身体活动和大脑活动对认知健康的影响。

2.3. 方法

2.3.1. 轻度认知障碍评估

MoCA-K基于Nasreddine等人开发的蒙特利尔认知评估(MoCA)，用于筛查轻度认知障碍。该工具被翻译成韩语，经过一系列修订，补充了额外项目，并在最终确定前进行了验证。MoCA-K评估七个认知领域，每个领域包含30个问题。受教育年限在六年或以下的参与者额外获得一分，以考虑基于教育成就的潜在认知差异。在本研究中，MoCA-K得分≤22的受试者被归类为轻度认知障碍。原始MoCA工具表现出高可靠性，Cronbach's α为0.83。韩国版MoCA-K表现出可比的可靠性，Cronbach's α值在0.81-0.84之间。

2.3.2. 老年人身体活动量表-韩国版(PASE-K)

为了评估老年人的身体活动水平，我们使用了由Washburn等人最初为老年人开发的老年人身体活动量表(PASE)的韩国版，该量表随后由Choe等人翻译和修改。身体活动水平根据Washburn等人开发的工具中的PASE评分方法计算。身体活动对总分的贡献计算为活动频率和PASE权重的乘积。潜在得分范围为0至360，得分越高表示身体活动越多。

2.3.3. 简易精神状态检查-韩国版(MMSE-K)

简易精神状态检查(MMSE)最初由Folstein等人于1975年开发，随后由Lee等人修改和改编。1989年MMSE-K包括七个领域：时间与地点定向、记忆、回忆、计算与注意力、理解与判断以及语言。使用30分的总分，与前一年得分相比，总分下降三个或更多点被视为长期认知衰退。在本研究中，采用了MoCA-K≤22的临界值，与之前在老年人群中的韩国验证研究一致。该阈值已被证明能有效区分该人群中的MCI个体。虽然长期衰退通常定义为与前一年得分相比下降三个或更多点，但本研究仅横断面应用MMSE-K，未进行纵向比较。

2.3.4. 大脑活动测试

大脑测试是一种测量大脑活动的工具。它评估空间认知和记忆等其他认知功能。测试包括一系列子项目，每个子项目根据其对整体认知表现的贡献进行分析。在记忆任务中，参与者会看到一个由方格组成的复杂图形，这些方格排列在3×3至5×5的网格中。图形显示约三秒后消失。随后，呈现另一个相同格式的图形，要求参与者判断第二个图形是否与之前显示的图形相同。在空间认知任务中，参与者会看到两个复杂图形，也由3×3至5×5网格排列的方格组成。任务要求他们确定右侧显示的图形是否与左侧图形逆时针旋转90度后对应。这两个任务都整合到EEG设备的标准测试协议中，旨在评估认知负荷、记忆处理、空间推理和反应时间。设备自动记录认知强度和反应时间等指标，然后用于后续分析。EEG数据包括0.5-50Hz的带通滤波、伪迹去除（眼动和肌肉运动）以及基线归一化。每次会话前进行校准以确保可靠性。这些子项目包括认知强度、认知速度、注意力集中度、大脑压力以及左右脑活动的测量。注意力集中度通过持续注意任务评估，而压力/心理工作负荷则在涉及双重认知需求的任务中测量。每次会话前进行校准。每个项目的神经生理学EEG指标列在表2中。

2.4. 统计分析

使用SPSS 27.0 Win统计程序计算所有项目的均值和标准差，并进行频率分析以确定研究对象的一般特征。采用独立样本t检验来确定基于是否存在轻度认知障碍的人口统计特征差异。此外，使用双因素方差分析来调查每个项目与MCI存在与否及身体活动水平相关的差异。进行双因素方差分析以测试MCI状态（MCI与非MCI）和身体活动水平（低、中、高）的主要和交互效应。所有统计显著性水平设定为α = 0.05。

3. 结果

3.1. 有无MCI的人口统计学差异

基于MCI存在与否的人口统计学特征差异见表3。MCI组的参与者显著比无MCI参与者年长，且更可能丧偶。相反，教育水平、居住安排和生活成本在正常老年组中显著高于MCI老年组。

3.2. 基于MCI状态和身体活动水平的认知健康差异

MCI和身体活动水平之间MMSE分数差异的分析结果如图2所示。组别主要效应具有统计学意义[F(1, 125) = 53.752, p < 0.001]，但与身体活动水平的交互作用不显著。组别主要效应的后续事后检验表明，在所有身体活动水平下，正常老年个体的MMSE分数显著优于MCI老年个体。

3.3. 基于MCI状态和身体活动水平的脑波差异

MCI和身体活动水平之间脑波差异的分析结果如表4和图3所示。组别主要效应对theta波形具有统计学意义(F(1, 125) = 7.081, p < 0.05)，但在其余波形中未观察到明显差异。事后检验显示，非MCI高身体活动组在低和高活动水平下表现出显著高于MCI组的theta活动(p < 0.05)。然而，高身体活动组与MCI组相比表现出统计学上显著的升高(p < 0.05)。

3.4. 基于MCI状态和身体活动水平的大脑活动差异

MCI和身体活动水平之间大脑活动差异的分析结果如表5和图4所示。组别和水平之间的交互作用在认知速度[F(2, 125) = 3.515, p < 0.05]上存在显著差异。交互作用的事后检验显示，低身体活动组中的MCI显著低于正常老年个体(p < 0.05)，但在其他身体活动水平上未发现显著差异，且组间身体活动水平无差异。组别主要效应对注意力集中度[F(1, 125) = 9.872, p < 0.01]和压力[F(1, 125) = 5.579, p < 0.05]存在显著差异，水平主要效应对左脑活动[L brain activity]存在显著差异[F(2, 125) = 3.880, p < 0.05]。组别主要效应对注意力集中度显示左脑活动存在显著差异[F(2, 125) = 3.880, p < 0.05]，但在所有其他活动水平上无显著差异。组别主要效应对压力显示高和中等身体活动组之间无显著差异，但MCI在高身体活动组中显著低于非MCI(p < 0.05)。水平主要效应对左脑活动显示高身体活动组显著低于低身体活动组(p < 0.05)。

4. 讨论

以下部分介绍了对老年女性中与轻度认知障碍和身体活动水平相关的各种人口统计变量、认知健康和大脑活动差异的分析结果。

根据国家四分位数分类的年龄、婚姻状况、教育和家庭收入是影响轻度认知障碍(MCI)老年人认知功能的重要因素。首先，年龄在加速由大脑结构和生理变化引起的认知衰退中起着重要作用。具体来说，随着年龄增长，大脑灰质和白质的损失增加，而神经细胞数量和突触密度下降。这些变化可能对包括记忆、注意力和执行功能在内的各种认知能力产生负面影响。这些大脑结构的变化增加了轻度认知障碍的风险，这是痴呆症的前兆。因此，老年人更容易出现认知衰退。此外，婚姻状况对认知健康有显著影响。婚姻提供的日常情感安全和经济稳定已被证明对维持老年人认知健康有积极影响。文献回顾显示，已婚人士比单身人士更可能坚持健康的生活习惯。这一发现表明，配偶之间的相互支持可能有助于减缓认知衰退的速度。然而，婚姻状况可能不是认知功能的唯一决定因素。包括朋友、家人和更广泛社区在内的更广泛支持系统也可能预防认知衰退。特别是，我们的研究结果表明，问题中个体的婚姻状况。这强调了质量社会支持的重要性，而不仅仅是婚姻形式，作为维持认知健康的关键要素。教育水平是认知功能和预防衰退的重要预测指标。教育水平较高的人往往拥有更大的认知储备，这使他们能够在脑损伤后相对延长一段时间维持认知功能。这些人更可能从事复杂且具有挑战性的职业，这些职业继续刺激认知功能并有助于维持功能。此外，教育水平较高的人更容易获得与健康相关的信息，可用于通过定期健康检查和保持健康生活方式来预防认知衰退。而且，较高的教育水平与社交活动和社交网络的频率更高相关，这可能对维持认知功能产生积极影响。这与先前研究表明大脑刺激和情感支持有助于预防认知衰退一致。经济状况对老年人的认知表现有相当大的影响。经济困难可能导致获得医疗保健的机会减少、营养状况不佳和心理压力增加，所有这些都可能促成认知衰退。特别是，经济资源有限的老年人可能在维持营养饮食方面遇到困难，这可能导致营养缺乏并加速认知衰退。相反，稳定的住房环境已被证明通过促进情感稳定和社会网络来防止认知衰退。研究表明，它通过减少社会孤立和压力在维持认知功能方面发挥关键作用。因此，包括年龄、婚姻状况、教育水平和经济条件在内的多种因素对老年人认知健康的维持和认知衰退的预防有显著影响。因此，考虑这些因素的综合支持至关重要。

本研究考察了身体活动对认知健康、脑电图(EEG)波形和大脑活动的不同影响。研究结果表明，在所有身体活动水平下，非MCI老年个体的认知健康优于MCI老年个体，从而证实了身体活动对认知健康的有益影响。特别是，身体活动已被证明能增强前额叶功能和记忆力，同时通过延缓海马老化和增加皮层厚度促进神经可塑性。这些发现有可能为延迟或预防MCI老年人认知衰退的策略提供信息。此外，最近研究表明，特别是中等到高强度身体活动在减缓MCI进展和维持认知功能方面起着关键作用。日常身体活动已被证明有有益影响。据推测，身体活动可能通过生理机制保护认知功能，包括增加脑血流量、改善血管功能和减少炎症。此外，它可能通过降低压力激素水平和促进抗抑郁效果来促进整体认知维持。值得注意的是，身体活动对改善反应时间和注意力集中度也观察到积极影响。这表明身体活动可能通过增加认知储备来帮助防止向MCI过渡。反应时间的改善与神经可塑性密切相关，定期身体活动可能促进大脑神经可塑性，从而加强信息处理速度等认知功能。此外，与无MCI的老年人相比，MCI老年人表现出更高的压力水平，这表明早期认知障碍和压力之间可能存在相互作用。这意味着慢性压力可能对海马产生负面影响并导致认知衰退。此外，研究表明，社会支持可以通过调节压力反应对认知功能产生积极影响。这强调了为MCI老年人提供压力管理和增强社会支持计划的必要性。当身体活动水平较低时，左脑激活增强，这可能表明与压力相关的神经生理变化。左脑主要负责逻辑思维和解决问题。因此，与低身体活动相关的左脑激活增加可能与压力源有关。这些发现表明，身体活动可能在维持大脑平衡和支持心理稳定方面发挥重要作用。这些发现突显了身体活动在维持整体大脑健康和提高老年人生活质量方面的重要性。它们还支持需要考虑身体活动水平和运动强度的定制计划。

本研究有几个局限性。首先，通过自我报告问卷评估身体活动，可能受到回忆偏差的影响。未来研究应采用加速度计等客观测量方法。其次，缺乏身体成分指标（如BMI、肌肉和脂肪百分比）限制了结果的解释。最后，由于这是一项横断面研究，无法得出因果推论。需要纵向或干预研究来澄清关联的方向性。