腦卒中后心肺適應性的研究進展

何慶權，劉暢，張志強

·綜述·

腦卒中后心肺適應性的研究進展

何慶權，劉暢，張志強

腦卒中后患者的心肺適應性下降，可能與骨骼肌系統、胰島素、心血管系統、呼吸系統等發生改變相關。有氧訓練可改善腦卒中患者的心肺適應性，而機器人輔助下的運動訓練被認為是腦卒中后超早期及重度腦卒中患者心肺康復的有效方法。

腦卒中；心肺適應性；有氧訓練；機器人輔助訓練；綜述

心肺適應性(cardiorespiratory fitness,CRF)又稱心肺耐力，作為一種評價工具，能夠量化運動過程中心臟、肺、血管及骨骼肌等通過協同作用，運輸氧氣以及排泄代謝產物的能力，間接反映心血管系統、代謝系統及身體功能等情況[1-2]。CRF反映機體執行大肌群參與、節奏性、中-高強度、持續較長時間訓練的能力，與性別、年齡、體力(身體)活動水平、身體結構以及是否并發慢性疾病和殘疾有關。對腦卒中患者而言，CRF是決定其能否完成康復訓練的關鍵因素。越來越多的證據表明，腦卒中后，由于缺乏運動及骨骼肌、心血管系統等發生適應性改變，患者出現CRF下降，嚴重制約其行走耐力并導致步行能力受限，妨礙其回歸家庭及社會。既往證據顯示，CRF降低導致中老年人腦卒中的發病風險增加，而?berg等[3]的研究顯示，成年早期(18歲)CRF和肌力下降，是將來發生腦卒中的獨立危險因素。Kim等研究顯示[4]，基礎CRF水平是預測亞急性期腦卒中患者功能恢復的重要因素；而提高患者CRF，能夠降低心血管事件的發生率及再次卒中的風險。

1 腦卒中后CRF

腦卒中后患者出現生理性適應下降，如單側肌纖維類型變化、血流動力學功能減退和全身代謝狀態改變等。這些生理變化與日常生活能力及運動耐力等的下降相關，會加重殘疾程度并導致健康狀況惡化。

最大攝氧量(maximum oxygen uptake,VO2max)是指單位時間內運輸到運動肌肉且被利用的最大氧氣量，反映個體在遞增負荷訓練過程中吸收和利用氧氣的能力，是評價CRF最常用和最有效的方法，是判定個體CRF的金標準。此外，VO2max還能客觀記錄機體CRF狀態，進而評估其對訓練的反應性。研究表明，75%腦卒中患者存在心肺功能不全[5]，腦卒中患者VO2max相當于正常人的25%～45%[1]。Smith等[2]的系統評價顯示，CRF在卒中后最初幾天即開始下降并持續數年，發病初期最低，之后可逐漸升高。更早期研究也提示，卒中后30 d內，VO2max下降10～17 ml/(min?kg)[6]，6個月內恢復不超過20 ml/(min ?kg)[6-7]。此外，CRF的改變還與卒中的嚴重程度相關。

盡管很多證據表明腦卒中患者CRF下降，但其潛在的生理機制尚不明確。腦卒中可引起偏癱、平衡及協調功能障礙、本體感受反饋減弱，進而引起繼發性肌肉生理功能改變及炎癥反應[8]、血流動力學反應減退[9]、糖代謝狀態改變[10]及輕度心血管及呼吸系統功能障礙，這些變化均影響日常生活及運動功能，并導致CRF下降。

1.1 骨骼肌系統

腦卒中后患側肢體肌肉的結構和分子組成均出現異常，導致胰島素敏感性[11]、肌肉容積、移動能力等下降。此外，患側肌肉內腫瘤壞死因子-α比正常時增加近3倍[8]，炎癥因子的出現意味著肌萎縮和胰島素抵抗[12]。

肌肉代謝狀態和執行特殊活動的能力與肌纖維類型密切相關。腦卒中后單側肌肉廢用性萎縮及肌肉內脂肪含量增加，會引起快肌纖維成分增加，該類型肌纖維更容易產生胰島素抵抗和疲勞。這些容易疲勞的肌纖維通過降低步行效率和增加能量消耗對社區內步行產生負面影響。疲勞感和倦怠感可能進一步抑制日常生活能力和工具性日常生活活動。

1.2 胰島素代謝改變

在上述變化的基礎上，坐式生活方式和CRF下降也會引起代謝水平下降，特別是引起胰島素抵抗和葡萄糖耐受障礙，增加心血管疾病發病率及腦卒中的復發風險[13]。腦卒中后長期臥床會引起糖耐受障礙，主要由骨骼肌胰島素感受性下降引起，常伴隨高胰島素血癥。這也與胰島素受體數量或親和性變化，導致組織出現胰島素抵抗增加有關。骨骼肌糖攝入量在臥床3 d后減少20%，14 d后減少50%。

1.3 心血管系統

1.3.1 心功能的自主調節

腦卒中，特別是頂葉、島葉皮層卒中后，會出現心臟血流和自主調節功能障礙[14]。有研究顯示[15]，左側島葉皮層卒中的患者，1年內心血管事件發生率明顯增高。這些心臟并發癥對活動及訓練過程中的心功能有重要影響。

1.3.2 血流動力學和血管功能

血流分布受中樞和周圍雙重機制調節。中樞或周圍調節機制改變，均可擾亂正常的血管功能。慢性腦卒中患者患側下肢血流在休息和運動時均明顯下降[16]，這種獨特的單側適應對日常生活能力和生活質量產生影響。研究表明[17]，血流減少發生在身體活動減少之后；活動減少可影響血流速度、血管內皮功能及血管直徑。近期的一項研究發現[16]，腦卒中后患側下肢股動脈發生血管重塑，患側股動脈直徑和血流速度顯著下降，動脈壁明顯增厚，可能對血管壁彈性造成損害，進而影響血管舒張及氧氣運輸。

1.4 呼吸系統

腦卒中后，呼吸功能異常可由卒中本身直接導致，也可由其他相關并發癥或不健康生活方式引起。腦卒中患者長期臥床后，肋椎關節或胸肋結合點活動度減少，橫隔和肋間肌肉肌力下降，肺不張或吸入性肺炎的發生率提高。腦卒中患者容易疲勞可能與呼吸功能不全有關，表現為肺彌散功能下降、通氣-血流比失調和肺活量下降。上述生理性損害降低通氣儲備，引起腦卒中患者CRF下降。肺活量和胸壁活動度減少，不僅會導致運動耐力下降、氣短及增加久坐的風險，還會增加腦卒中復發的風險[18]。

2 運動訓練與CRF

越來越多的證據表明，體力活動對腦卒中患者的健康有益，且能改善CRF和骨骼肌適應性[19]。運動訓練需要達到一定程度才引起CRF變化，但目前關于引起CRF變化的運動處方還不明確，如訓練的頻率、強度，每次訓練時間以及訓練的模式等。此外訓練的有效性還與年齡、卒中部位、病程和嚴重程度等相關[20]。

有研究發現[21]，常規物理治療不能改善CRF；而越來越多的研究提示[22-23]，有氧訓練能夠改善腦卒中患者CRF。有氧訓練是指運動時以有氧代謝為主的耐力性訓練，是一種身體大組肌群參與、中等強度、有節奏、持續時間較長的運動訓練，它可提高機體的攝氧量，增進心肺功能，提高身體耐力。美國運動醫學會給出了有氧訓練處方：大肌群參與，每周3～5次，每次20～60 min(或多個10 min)，強度40%～70%儲備心率(heart rate reserve,HRR)。

有氧訓練提高CRF的可能機制包括：①改善血管功能和血管形態，引起血管適應性增加；②增加肌肉含量、減輕炎癥反應等，改善骨骼肌功能，進而引起骨骼肌適應性增加；③增加葡萄糖代謝和胰島素敏感性，進而改善全身代謝狀態；④改善呼吸功能和認知水平等。上述改變均可促進CRF增加，增強患者運動耐力。

Jin等[24]研究腦卒中患者有氧訓練后血流動力學反應，結果表明，高強度有氧訓練可改善右心房排空分數，血脂、血糖、血同型半胱氨酸水平及步行能力。范宏娟[25]研究表明，腦卒中后有氧訓練有助于降低空腹胰島素、餐后2 h血糖及HOMA胰島素抵抗指數，改善胰島素敏感性。Ryan等[26]的研究則表明，腦卒中后持續有氧訓練可改善肌肉肥大并減少肌肉生長抑制蛋白的生成，進而改善骨骼肌適應性。

目前國內關于腦卒中后有氧訓練與CRF方面的研究較少。郭嫻[27]對健康中年人進行的研究表明，太極拳和跑步運動都可提高50～59歲男性CRF，跑步運動更顯著；太極拳和大量跑步運動比小量跑步運動改善心功能效果更好。

國外多項研究證實，腦卒中患者進行有氧訓練可以提高其CRF、VO2max及運動能力。Marsden等[28]對運動訓練與CRF的相關研究進行系統評價，納入28個研究共920例受試者，多數以慢性、具有步行能力、輕-中度功能障礙者為研究對象。28個研究中，16個運用有氧訓練，11個為包含有氧成分的混合訓練模式；訓練時間2周～6個月，每次20～90 min，每周2～5次，強度30%～90%HRR；訓練方法主要包括平板訓練、自行車、手搖車等。對其中12個隨機對照臨床研究進行Meta分析，結果顯示，訓練后VO2max平均增加2.27(95%CI 1.58～295)ml/(min?kg)，VO2max平均改善率10%～15%。

Stoller等[29]對卒中后早期心肺訓練的研究進行系統評價，最終納入11篇文獻。受試者平均發病時間(34.28±25.1)d，輕-中度功能障礙；訓練方法包括功率自行車(n=5)、活動平板訓練(n=4)、任務導向性分級訓練(n=1)、臥位踏步訓練(n=1)；訓練時間3～13周，每次20～90 min，每周2～5次，強度40%～80%HRR；結果提示腦卒中患者亞急性期(1周～6個月)行心肺訓練有助于CRF改善。

3 機器人輔助訓練與CRF

嚴重功能障礙的腦卒中患者由于運動能力受限明顯，在心肺功能訓練過程中存在較高風險。近些年，逐漸有研究報道人工輔助下減重活動平板訓練對心肺功能有益[30]，而機器人輔助的活動平板訓練(robotics-assisted treadmill exercise,RATE)作為其中的代表受到廣泛關注，為重度腦卒中患者或腦卒中后超早期(1周內)進行心肺訓練及有氧能力評估提供了新的方法。

RATE通常包括驅動和減重兩大部分，最初的研究表明，被動RATE能夠改善O2攝取量[31]。進一步研究開發了更加理想的評估和訓練系統——反饋控制的RATE(feedback-controlled RATE,FC-RATE)，這種反饋機制允許受試者根據自身的自發性努力控制運動強度，已有研究表明對脊髓損傷[32]及腦卒中[33-34]后不具備步行能力的患者有效。其優勢在于允許患者更主動地參與及低強度訓練。

Stoller等[34]應用Lokomat外骨骼機器人對發病4周內的重度腦卒中患者(功能性步行評分≤1)進行FC-RATE訓練，患者分別進行恒定負荷訓練(constant load testing,CLT)和漸進運動訓練(incremental exercise testing,IET)，結果表明，對CRF而言，CLT有效且安全。Hoekstra等[35]對脊髓損傷患者進行Lokomat輔助下心肺功能訓練，結果表明，患者所需的訓練強度更低(＜20%VO2max或＜20%HRR)，這對長期臥床患者更加安全。Lefeber等[36]的Meta分析結果表明，腦卒中或脊髓損傷后，機器人輔助下訓練比常規訓練消耗能量少，所產生的心肺負荷大，但其效果與步行速度、是否使用減重支持及機器人的類型等相關。該研究提示，短距離、外骨骼式機器人輔助對降低能量消耗、增加心肺負荷有效，而長距離步行效果如何有待進一步研究。

4 小結

腦卒中后患者CRF下降，影響運動功能的恢復，并增加心血管事件及腦卒中復發概率。關于腦卒中后CRF下降的確切機制尚不明確，目前的研究提示，可能與腦卒中后患者運動缺乏及骨骼肌系統、心血管系統、呼吸系統、代謝系統等發生的一系列適應性改變相關。關于有氧訓練與CRF改善目前學者們進行了大量研究，但多為小樣本、短期研究，缺乏大樣本多中心研究。目前的研究證據表明，有氧訓練能夠改善腦卒中患者CRF，主要訓練方法包括平板訓練、自行車、手搖車等；這些方法并不適合超早期(1周內)和重度腦卒中患者，RATE在這方面有很大潛力，有待進一步研究。截至目前，尚未有研究對心肺訓練直接相關的主要副作用進行報道，還需要大量研究證明其安全性。對于訓練終止的標準尚缺乏準確描述。此外，心肺訓練的同時應注意考慮日常生活能力及生活質量等的改善。

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Advance in Cardiorespiratory Fitness after Stroke(review)

HE Qing-quan,LIU Chang,ZHANG Zhi-qiang
Rehabilitation Center of Shengjing Hospital,China Medical University,Shenyang,Liaoning 110000,China

ZHANG Zhi-qiang.E-mail:zhangzq@sj-hospital.org

Cardiorespiratory fitness(CRF)descends after stroke because of hemiplegia and adaption of insulin,musculoskeletal,cardiovascular and respiratory system.Aerobic exercise training can improve CRF of individuals with stroke,while robotic-assisted exercise is probably safety and effectiveness for patients with severe stroke or patients within one week after stroke.

stroke;cardiorespiratory fitness;aerobic exercise training;robotics-assisted exercise;review

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.11.010

R743.3

A

1006-9771(2017)11-1290-04

[本文著錄格式] 何慶權，劉暢，張志強.腦卒中后心肺適應性的研究進展[J].中國康復理論與實踐,2017,23(11):1290-1293.

CITED AS:He QQ,Liu C,Zhang ZQ.Advance in cardiorespiratory fitness after stroke(review)[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(11):1290-1293.

中國醫科大學附屬盛京醫院康復中心，遼寧沈陽市110000。作者簡介：何慶權(1984-)，男，漢族，吉林遼源市人，碩士研究生，醫師，主要研究方向：物理因子治療、神經康復。通訊作者：張志強，男，教授，博士生導師。E-mail:zhangzq@sj-hospital.org。

2017-01-05

2017-07-27)