有氧運動對肥胖青少年心率變異性的影響

李光欣,王占一,呂 薇,趙立君

(1.吉林大學體育學院,吉林長春 130012;2.吉林省長春市第二實驗中學,吉林長春 130022; 3.吉林大學中日聯誼醫院藥品管理部,吉林長春 130033)

有氧運動對肥胖青少年心率變異性的影響

李光欣1,王占一2,呂 薇3,趙立君1

(1.吉林大學體育學院,吉林長春 130012;2.吉林省長春市第二實驗中學,吉林長春 130022; 3.吉林大學中日聯誼醫院藥品管理部,吉林長春 130033)

目的:探討有氧運動對肥胖青少年心率變異性(HRV)的影響,為制定特異性的運動處方提供依據。方法:40名男性肥胖青少年[體質量指數(BMI)≥25 kg·m－2)]隨機分為運動組(n＝20)和對照組(n＝20)。運動組受試者進行有氧運動干預,每周5次,每次持續50～60 min,共8周;對照組受試者保持日常生活習慣不變。實驗前后分別測定受試者的身體成分、血液動力學參數[(心率(HR)和血壓)]和心率變異性(HRV)參數[總功率(TP)、標準化低頻功率(LFn)、標準化高頻功率(HFn)以及LFn/HFn比值]。結果:實驗前2組受試者各指標比較差異均無統計學意義(P＞0.05)。與實驗前比較,實驗后運動組受試者脂肪質量(FM)、體脂百分比(BF%)、安靜HR、收縮壓(SBP)和舒張壓(DBP)均下降(P＜0.05或P＜0.01),TP和HFn(P＜0.01)升高, LFn和LFn/HFn比值降低(P＜0.01);對照組受試者各指標差異無統計學意義(P＞0.05)。與對照組比較,實驗后運動組受試者FM、BF%、安靜HR、SBP、DBP、LFn和LFn/HFn比值均明顯降低(P＜0.05或P＜0.01),TP和HFn明顯升高(P＜0.01)。結論:有氧運動可有效降低肥胖青少年安靜時的交感神經活性,增加迷走神經張力。

有氧運動;肥胖;心率變異性;運動處方;青少年

青少年體質量超標是成年繼發性肥胖以及諸多心血管疾病(高血壓、冠心病等)和代謝性疾病(血脂紊亂、糖尿病等)的重要危險因素。研究[1-3]發現:肥胖可導致自主神經功能紊亂,表現為交感神經過度興奮而迷走神經張力降低,而且自主神經功能受損的程度與心血管事件死亡率呈顯著正相關關系。規律的體力活動特別是有氧運動是預防和治療肥胖的首選非藥物療法,但針對肥胖青少年的最佳運動處方仍未確定。有氧運動是否可改善肥胖青少年自主神經功能紊亂狀態少有報道。本研究探討8周有氧運動對肥胖青少年心率變異性(heart rate variability,HRV)的影響,旨在為制定特異性的運動處方提供依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象吉林省長春市某中學40名男生自愿參加本實驗。納入標準:年齡為13～17歲的單純性肥胖者,即體質量指數(body mass index, BMI)≥25 kg·m－2[4]。排除繼發性肥胖患者(原發性甲狀腺功能減退和Cushing綜合征等)、藥物(如糖皮質激素等)引起的肥胖患者、患有骨關節疾病而不能完成運動實驗者、急慢性感染者、心血管疾病和代謝性疾病患者以及有長期吸煙飲酒史者。將受試者隨機分為運動組(n＝20)和對照組(n＝20)。

1.2 整體實驗設計受試者于清晨空腹狀態下進入標準運動生理學實驗室,常規方法測定身高、體質量、心率(HR)和血壓,利用身體組成分析儀測定身體成分,最后測定HRV。測試結束后第2天運動組受試者參加為期8周的有氧運動計劃,對照組受試者在家長監督下保持日常生活習慣。末次運動后48 h(消除最后一次訓練的影響),受試者返回實驗室,再次進行上述指標的測定。

1.3 身體形態學參數測定體質檢測組件測量身高和體質量后,計算BMI,BMI＝體質量(kg)/身高2(m2);體成分用身體組成分析儀(Inbody 3.0,韓國)測量,主要觀測指標為脂肪質量(fat mass, FM)、去脂體質量(fat-free mass,FFM)和體脂百分比(percent of body fat,BF%)。

1.4 血液動力學參數測定受試者休息10 min后取端坐位,采用經校正后的標準臺式水銀柱血壓計測量右上臂肱動脈血壓,每次間隔5 min,連續測量3次,取均值,獲得收縮壓(systolic blood pressure,SBP)和舒張壓(diastolic blood pressure, DBP)。同時計數3次(6×10 s)脈搏,取均值作為安靜HR值。

1.5 HRV測定受試者安靜仰臥位休息10 min 后,用多導生理記錄儀(RM-6000,成都儀器廠)記錄5 min心電,經快速傅里葉轉換后用自回歸模型頻譜分析法得到心率變異功率譜圖,計算每個頻段下的絕對面積,以ms2為單位。HRV的頻域指標包括總功率(total power,TP,0.00～0.40 Hz)、低頻功率(low frequency,LF,0.04～0.15 Hz)和高頻功率(high frequency,HF,0.15～0.40 Hz)。由于HF和LF受TP的影響,因此將其值標準化后再進行比較,即標準化低頻功率(normalized low frequency,LFn),LFn＝(LF/TP)×100%;標準化高頻功率(normalized high frequency,HFn), LFn＝(HF/TP)×100%,同時計算LFn/HFn比值。

1.6 運動方案運動組受試者進行8周有氧運動,每周5次,每次50～60 min,運動方式為健身跑,運動強度為60%～70%最大預測心率(最大預測心率＝220－年齡)。每次運動前先進行10～15 min熱身以防止肌肉拉傷,運動后進行5～10 min整理活動以減輕延遲性肌肉酸痛。所有受試者均使用遙測心率表(Polar S800,芬蘭)監控運動強度。受試者在家長陪同下由經驗豐富的體育教師和科研人員對訓練過程進行嚴格監控并記錄訓練日志,同時每周進行1～2次健康教育等方式提高依從性。

1.7 統計學分析應用SPSS 15.0軟件包對數據進行統計學處理。2組受試者基線變量、形態學參數、血液動力學參數和HRV參數以±s表示,組內實驗前后各指標比較采用配對t檢驗,組間各指標比較采用獨立樣本t檢驗。

2 結果

2.1 受試者的基線特征所有受試者均完成了實驗室測試與運動干預,無失訪者。受試者的基本特征見表1。2組受試者年齡、身高、體質量、BMI、FM、FFM、BF%、HR、SBP和DBP等基線變量比較差異均無統計學意義(P＞0.05),具有可比性。

表1 2組受試者的基線特征Tab.1 Baseline characteristics of subjects in two groups(n＝20,±s)

表1 2組受試者的基線特征Tab.1 Baseline characteristics of subjects in two groups(n＝20,±s)

Age(year)Height(l/m)Weight(m/kg)BMI(kg·m－2)FM(m/kg) Group Exercise 15.4±2.6 1.69±0.06 80.4±9.4 28.4±4.2 22.1±3.7 Control 14.6±3.5 1.70±0.08 84.5±9.9 29.3±4.4 21.7±3.4 Group FFM(m/kg)BF%(η/%)HR(beat·min－1)SBP(P/mm Hg)DBP(P/mm Hg) Exercise 58.3±11.5 28.1±7.1 76±5 118±7 75±5 Control 62.7±9.2 25.9±4.3 74±4 115±9 76±4

2.2 2組受試者形態學參數實驗前,2組受試者形態學參數比較差異無統計學意義(P＞0.05)。與實驗前比較,實驗后運動組受試者FM和BF%降低(P＜0.01),實驗后對照組受試者各形態學參數差異均無統計學意義(P＞0.05)。實驗后運動組FM和BF%均低于對照組(P＜0.01)。見表2。

表2 2組受試者形態學參數的變化Tab.2 Changes of morphological parameters of subjects in two groups(n＝20,±s)

表2 2組受試者形態學參數的變化Tab.2 Changes of morphological parameters of subjects in two groups(n＝20,±s)

?P＜0.01 compared with pre-test;△P＜0.01 compared with control group.

Group Weight(m/kg)BMI(kg·m－2)FM(m/kg)FFM(m/kg)BF%(η/%) Exercise Pre-test 80.4±9.4 28.4±4.2 22.1±3.7 58.3±11.5 28.1±7.1 Post-test 77.5±8.4 27.9±4.0 17.2±3.0?△60.3±12.6 22.6±6.5?△Control Pre-test 84.5±9.9 29.3±4.4 21.7±3.4 62.7±9.2 25.9±4.3 Post-test 83.2±10.4 29.2±4.3 23.4±4.1 59.8±10.1 28.5±5.8

2.3 2組受試者血液動力學參數實驗前,2組受試者血液動力學各參數比較差異均無統計學意義(P＞0.05)。與實驗前比較,實驗后運動組受試者HR、SBP和DBP降低(P＜0.05),對照組受試者血液動力學各參數差異均無統計學意義(P＞0.05)。實驗后運動組受試者HR、SBP和DBP均低于對照組(P＜0.05)。見表3。

表3 2組受試者血液動力學參數的變化Tab.3 Changes of hemodynamic parameters of subjects in two groups(n＝20,±s)

表3 2組受試者血液動力學參數的變化Tab.3 Changes of hemodynamic parameters of subjects in two groups(n＝20,±s)

?P＜0.05 compared with pre-test;△P＜0.05 compared with control group.

Group HR(beat·min－1)SBP(P/mm Hg)DBP(P/mm Hg) Exercise Pre-test 76±5 118±7 75±5 Post-test 71±4?△112±6?△72±3?△Control Pre-test 74±4 115±976±4 Post-test 76±5 117±6 78±4

2.4 2組受試者HRV參數實驗前,2組受試者各HRV參數比較差異均無統計學意義(P＞0.05)。與實驗前比較,實驗后運動組受試者TP 和HFn升高(P＜0.01),LFn和LFn/HFn比值下降(P＜0.01);對照組受試者HRV各參數差異均無統計學意義(P＞0.05)。實驗后運動組TP 和HFn高于對照組(P＜0.01),LFn和LFn/ HFn比值低于對照組(P＜0.01)。見表4。

表4 2組受試者HRV參數的變化Tab.4 Changes of HRV parameters of subjects in two groups(n＝20,±s)

表4 2組受試者HRV參數的變化Tab.4 Changes of HRV parameters of subjects in two groups(n＝20,±s)

?P＜0.05 compared with pre-test;△P＜0.05 compared with control group.

Group TP(ms2)LFn(η/%)HFn(η/%)LFn/HFn Exercise Pre-test 2 106±478 52.3±6.8 33.5±4.3 4.23±0.61 Post-test 3 087±574?△41.5±5.2?△45.1±5.0?△3.35±0.56?△Control Pre-test 2 355±512 48.7±7.0 35.8±5.2 3.88±0.81 Post-test 2 209±423 50.6±6.1 32.6±4.4 3.97±0.71

3 討論

有氧運動可改善心血管機能和肌肉適能,降低脂肪含量并改善胰島素敏感性,是預防和治療肥胖的重要非藥物療法[3]。本研究運動組受試者實驗后體質量、BMI、FM和BF%下降,同時安靜時HR和血壓降低,提示8周有氧運動可對肥胖青少年身體形態和血液動力學產生積極的作用,降低心血管不良事件的發生率。有報道[5]指出:停訓4～6周后,通過運動獲得的良性效應逐漸消退,因此建議肥胖青少年應長期堅持規律的有氧運動訓練。

HRV是評估心臟自主神經功能的無創指標,可間接反映心臟自主神經即交感和迷走神經的緊張性以及交感-迷走神經的均衡性等信息。在HRV指標中,TP反映HRV的大小,LFn代表心臟交感調制,HFn代表心臟迷走調制,LFn/HFn代表交感-迷走均衡性[6]。研究[1]證實:肥胖者常常伴有自主神經紊亂狀態,表現為心交感神經過度興奮而迷走神經功能減退,交感-迷走平衡呈現交感優勢。交感神經過度活化可造成胰島素抵抗并加重肥胖,而肥胖患者脂肪組織分泌的脂聯素、瘦素和腫瘤壞死因子α等細胞因子可誘導交感神經過度激活[7]。因此,交感活化與肥胖互為因果、相互影響,改善自主神經功能將對肥胖者的心血管系統產生積極的保護效應。

針對健康人群的研究[8-9]證實:長期有氧運動雖然可降低迷走活性,但對交感活性無顯著影響。對高血壓[10]、糖尿病[11]以及代謝綜合征患者[12]的研究均顯示:長期有氧運動可改善患者的HRV各組分。肥胖者進行一次急性運動后1 h內,HRV主要表現為抑制,即交感活性增高而且占優勢,而迷走活性降低,運動后2 h交感和迷走活性及平衡度恢復到運動前狀態[13]。但長期有氧運動對肥胖青少年HRV的影響未見報道。本研究中受試者在末次運動后48 h進行HRV測量,因此消除了最后一次訓練的急性影響,結果發現:組內與實驗前比較,運動組受試者TP和HFn升高、LFn和LFn/HFn比值降低,對照組受試者各指標均無顯著性差異;組間實驗后比較,運動組受試者LFn 和LFn/HFn低于對照組,TP和HFn高于對照組,提示有氧運動可顯著改善肥胖青少年心臟自主神經功能,即提高迷走神經緊張性、降低交感活性,交感-迷走均衡性呈現迷走優勢,因此HR和血壓水平下降。其原因可能是有氧運動通過改善體成分和胰島素敏感性、降低FM和BF%,進而下調脂肪因子釋放[14],此外還可能與心血管自主神經中樞(延髓腹外側區)谷氨酸能神經元和γ-氨基丁酸能神經元結構與功能重塑有關[15],具體機制尚需進一步研究。

綜上所述,有氧運動可有效降低肥胖青少年安靜時的交感神經活性、增加迷走神經張力。

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Influence of aerobic exercise in heart rate variability in obese adolescents

LI Guang-xin1,WANG Zhan-yi2,LYU Wei3,ZHAO Li-jun1
(1.School of Physical Education,Jilin University,Changchun 130012,China; 2.Changchun Second Experimental Middle School,Jilin Province,Changchun 130022,China; 3.Department of Drug Administration,China-Japan Union Hospital,Changchun 130033,China)

ObjectiveTo explore the influence of 8-week aerobic exercise in heart rate variability(HRV)in obese adolescents and to provide the evidence for formulating special exercise prescription.MethodsForty male obese adolescents(BMI≥25 kg·m－2)were randomly divided into exercise group(n＝20)and control group(n＝20).The subjects in exercise group conducted a 8-week(five times/week,50－60 min)aerobic exercise while those in control group maintained their routine lifestyle.The body composition,hemodynamic parameters including heart rate(HR)and blood pressure and HRV parameters including total power(TP),normalized low frequency(LFn), normalized high frequency(HFn)and LFn/HFn ratio were measured before and after experiment.ResultsThere were no significant differences of the indicators of the subjects between two groups before experiment(P＞0.05).At the end of experiment,compared before experiment,the fat mass(FM),the percentage of body fat(BF%), the rest HR,SBP and DBP were decreased(P＜0.05 or P＜0.01);the TP and HFn were increased(P＜0.01);the LFn and LFn/HFn ratio were reduced(P＜0.01)in exercise group after experiment;but the indexes of the subjects in control group showed no significant changes(P＞0.05).Compared control group,the FM,the BF%, the rest HR,SBP,DBP,LFn and LFn/HFn ratio were decreased while the TP and HFn were increased(P＜0.01)in exercise group after experiment.ConclusionAerobic exercise may effectively reduce the sympathetic activity and increase the vagal tone in the obese adolescents.

aerobic exercise;obese;heart rate variability;exercise prescription;adolescents

R493;R589.2

B

2014-03-01

國家社會科學基金資助課題(14BTY086)

李光欣(1979－),男,吉林省長春市人,講師,主要從事運動醫學的研究。

呂 薇(Tel:0431-84995836,E-mail:16909865＠qq.com)趙立君(Tel:0431-85167063,E-mail:zlj＠jlu.edu.cn)

1671-587Ⅹ(2014)05-1093-05

10.13481/j.1671-587x.20140536