基于典型相關(guān)的心肺耐力水平與心血管健康風險因素研究

董 宏，戴 俊

（鹽城師范學(xué)院體育學(xué)院，江蘇 鹽城 224002）

2017年10月18日，黨的十九大報告中指出，廣泛開展全民健身活動，加快推進體育強國建設(shè)。這是繼全民健身上升國家戰(zhàn)略以來，又一次被提上重要議程。全民健身與全民健康的深度融合也將是健康中國的崇高使命。身體活動與冠心病發(fā)病及死亡風險的研究使人們開始關(guān)注身體活動、心肺耐力與健康風險及疾病間的關(guān)聯(lián)。心肺耐力可以作為心血管事件的獨立預(yù)測指標，而且心肺耐力在預(yù)測中心血液動力學(xué)指標獨立于其他混雜因素。眾所周知，40～49歲這一人群屬于心肺功能快速下降的一個年齡段，也是心血管疾病的高發(fā)期。40～49歲人群久坐行為或者生活方式產(chǎn)生了較多的健康問題，它是造成死亡或疾病的一個主要的潛在誘發(fā)因子[1]。心肺耐力水平不僅可以用于評價不同人群身體活動的高低，而且其水平與各人群全因死亡率及心血管疾病死亡率呈一定的相關(guān)關(guān)系。長時間靜坐少動的時間是否獨立與身體活動水平和心血管危險因素有關(guān)。而且心肺耐力較高者是否能改善與高靜坐少動水平有關(guān)的有害的健康效果目前的研究較少，其所帶來的健康效果也就無從得知。本研究通過分析探討心肺耐力指標與心血管健康風險因素之間的相關(guān)性，提供數(shù)據(jù)化的運動健身依據(jù)，為健康促進和預(yù)防相關(guān)疾病提供參考。

1 研究方法

1.1 文獻資料法在中國知網(wǎng)上以“心肺耐力”“心血管健康”等為關(guān)鍵詞，檢索中外文獻10余篇，為研究開展提供了一定的理論依據(jù)。

1.2 實驗法

1.2.1 實驗對象招募靜坐少動中年女性人群，要求招募對象為工作、生活規(guī)律，未參加每周至少3d、每天不少于30min的中等強度身體活動，且持續(xù)3個月以上的中年女性（年齡44.95±2.29歲，身高157.6±3.32cm，體重61.23±7.55kg），共計招募符合要求的受試者200名。

1.2.2 心肺耐力指標的測試運動方案：根據(jù)ACSM測試手冊第9版推薦的遞增負荷運動試驗設(shè)定，先測量靜息時身高、體重、安靜心率，填寫生理指標調(diào)查表，安靜休息10min，然后采用心肺功能測試儀和與之配套的功率自行車對受試者進行直接測定，起始負荷25W，每蹬騎2min為一負荷等級，每級遞增25W，觀察受試者的反應(yīng)，最高負荷可達175W，共7個負荷等級。整個運動過程中轉(zhuǎn)速始終保持在60轉(zhuǎn)/分，直至力竭為止，即可獲得最大攝氧量值。

1.2.3 血脂4項測試測試受試者空腹狀態(tài)下總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-c)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-c)。采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)試劑盒與日立產(chǎn)7020全自動生化分析儀進行測試。TC與TG采用終點法進行測試；HDL-c與LDL-c采用直接測定法進行測試。

1.3 數(shù)理統(tǒng)計法所有數(shù)據(jù)采用EpiData Entry用于問卷統(tǒng)計數(shù)據(jù)錄入與數(shù)據(jù)管理，運用SPSS19.0進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，結(jié)果采用均數(shù)±標準差形式表示（M±SD）。采用離差法將受試者的心肺耐力按年齡段分成高、中、低3個等級。采用典型相關(guān)法分析探討心肺耐力指標與心血管健康風險因素之間的相關(guān)性，采用單因素方差分析探討心肺耐力水平等級與影響心血管健康風險因素之間的差異性。

2 結(jié) 果

2.1 心肺耐力與心血管健康風險因素典型相關(guān)指標分析心肺耐力是反映人體持續(xù)身體活動的能力，其水平的高低對于氧和營養(yǎng)物的分配、清除體內(nèi)垃圾都有促進作用。所以，良好的心肺功能則顯得更加重要。美國Cooper研究所的有氧中心縱向研究認為，低心肺耐力水平是作為體力活動不足的客觀指標，而且與心血管疾病死亡風險間存在一定相關(guān)性[2]。典型相關(guān)分析是利用綜合變量對心肺耐力和心血管風險因素之間的相關(guān)關(guān)系來反映2組指標之間的整體相關(guān)性。其原理是為了從總體上把握心肺耐力和心血管風險因素2組指標之間的相關(guān)關(guān)系，分別在2組變量中提取有代表性的2個綜合變量U1和V1(分別為2個變量組中各變量的線性組合)。即利用這2個綜合變量之間的相關(guān)關(guān)系來反映2組指標之間的整體相關(guān)性。心肺耐力測試包括呼吸頻率（X1）、氧脈搏（X2）、呼吸交換率（X3）、最大攝氧量（X4）、氧通氣當量（X5）、最大通氣量（X6）；心血管健康風險因素測試包括BMI（Y1）、體脂比（Y2）、腰臀比（Y3）、收縮壓（Y4）、舒張壓（Y5）、總膽固醇（Y6）、甘油三酯（Y7）、高密度脂蛋白膽固醇（Y8）、低密度脂蛋白膽固醇（Y9）。

2.2 心肺耐力與心血管健康風險因素的相互關(guān)系統(tǒng)計學(xué)上將相關(guān)系數(shù)的絕對值在0.3以下界定為無直線相關(guān)，0.3以上為直線相關(guān)，0.3～0.5是低度相關(guān)，0.6～0.8是顯著相關(guān)（中等程度相關(guān)），0.8以上是高度相關(guān)。因此，以下統(tǒng)計出的相關(guān)系數(shù)以此為依據(jù)。

通過對心肺耐力指標組組內(nèi)各指標進行相關(guān)分析可以看出（見表1），呼吸交換率（X3）和最大通氣量（X6）呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)，說明這些指標與心肺耐力有較大的關(guān)系，其余指標間相關(guān)度較弱或者不相關(guān)，反映出其他變量的相關(guān)性都較弱，互相影響較小。

表1 心肺耐力指標組的相關(guān)矩陣 n=200

通過對心血管健康風險因素指標組組內(nèi)各指標進行相關(guān)分析可知（表2），腰臀比（Y3）、收縮壓（Y4）、總膽固醇（Y6）、甘油三酯（Y7）、低密度脂蛋白膽固醇（Y9）、高密度脂蛋白膽固醇（Y8）和低密度脂蛋白膽固醇（Y9）分別呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)，說明這些指標與心血管健康風險因素有較大的關(guān)系；其余指標間相關(guān)度較弱或者不相關(guān)，反映出其他變量的相關(guān)性都較弱，互相影響較小。

表2 心血管健康風險因素指標組的相關(guān)矩陣 n=200

表3輸出的是心肺耐力與心血管健康風險因素之間的相關(guān)系數(shù)，從兩者直接相關(guān)系數(shù)看，最大攝氧量與心血管健康風險因素各指標之間的關(guān)聯(lián)程度較大，總體上看，大部分的心肺耐力指標與心血管健康風險因素指標間有著較強的相互關(guān)系，小部分的指標關(guān)聯(lián)性較小，更多的可能是綜合影響。究其原因是由于變量間存在交互作用引起的。因此，這個簡單的相關(guān)系數(shù)矩陣僅能作為本研究的參考，反映兩組變量間的實質(zhì)聯(lián)系需要進行相應(yīng)的顯著性檢驗，如表10所示。

表3 心肺耐力指標組與心血管健康風險因素指標組間的相關(guān)矩陣 n=200

2.3 典型相關(guān)系數(shù)及卡方檢驗在建立心肺耐力和心血管健康風險因素典型相關(guān)模型后，需要對模型的效果進行驗證，主要目的在于保證模型的可靠性程度和適用性大小。模型的效果分析主要包含典型相關(guān)系數(shù)檢驗、解釋能力分析以及典型冗余分析。

如表4所示，本研究共有6個維度，前3個維度相關(guān)系數(shù)較大，依次為0.859、0.821、0.778。其中第1個維度的相關(guān)系數(shù)（r=0.859）最大，明顯大于其他維度的相關(guān)程度，通過對典型相關(guān)系數(shù)取平方0.8592，可以說明一對典型變量共享方法在2個典型變量各自方差中的比例。本研究的第1維度的典型相關(guān)系數(shù)值為0.859，0.8592說明第1維度的心肺耐力指標組和心血管健康風險因素指標組典型變量之間方差的共享比例。即第1組的典型相關(guān)系數(shù)均大于心肺耐力指標組和心血管健康風險因素指標組任意2個指標間的相關(guān)系數(shù)。提示，綜合的典型相關(guān)分析的可靠性和準確性要優(yōu)于簡單的相關(guān)分析。

表4 典型相關(guān)系數(shù) n=200

表5 典型相關(guān)系數(shù)檢驗 n=200

由表5可知，經(jīng)指標系數(shù)的統(tǒng)計學(xué)檢驗，第1個維度的P=0.003＜0.01，反映出第1個典型變量間的相關(guān)系數(shù)具有統(tǒng)計學(xué)意義；其他維度的概率均大于0.05，反映出這些指標的典型相關(guān)系數(shù)沒有統(tǒng)計學(xué)意義。提示，第1維度的一對典型變量之間相關(guān)顯著，其他各維度相關(guān)不顯著，心肺耐力指標與心血管健康風險因素指標可以簡化為研究第1對典型相關(guān)變量間的相關(guān)系數(shù)，即能夠用心肺耐力指標組來解釋心血管健康風險因素指標組。

2.3.1 典型變量的系數(shù)典型系數(shù)是指各組原始變量轉(zhuǎn)換為典型函數(shù)的系數(shù)，即典型權(quán)重。此系數(shù)可以反映各組內(nèi)的各變量對與之相對應(yīng)的典型變量的貢獻大小，即在一定程度上，反映各組內(nèi)的各變量對與之相對應(yīng)的典型變量影響的強烈程度。鑒于本研究的原始變量的單位不同，不宜直接比較，所以采用標準化的典型系數(shù)進行建模。

表6 心肺耐力指標組每個指標標準化的典型系數(shù) n=200

表7 心血管健康風險因素指標組每個指標標準化的典型系數(shù) n=200

典型相關(guān)理論的經(jīng)典思想是首先找到變量Y的一個線性組合，在本研究中其函數(shù)式為：V1=a1Y1+a2Y2……aQYQ以及變量X的一個線性組合。在本研究中其函數(shù)式為：U1=b1X1+b2X2++bPXP任選一組系數(shù)(若干個a和若干個b)，可以用每個樣本點分別計算出U1和V1的值。如果樣本中包含n個樣本點，可以算出U1和V1的n個數(shù)對，再按一般的方式計算出U1和V1的簡單相關(guān)系數(shù)，通過計算出相關(guān)系數(shù)的大小，這主要取決于之前所選擇的系數(shù)a和系數(shù)b。本研究在典型相關(guān)分析中，選取的系數(shù)a和系數(shù)b的值，使U1和V1之間的相關(guān)系數(shù)達到最大值。因此，選取系數(shù)a和系數(shù)b，得到的線性組合U1稱為變量X的第1個典型變量，V1稱為變量Y的第1個典型變量。即：

由模型可見，心肺耐力組第1維度中氧脈搏（X2）、最大攝氧量（X4）、氧通氣當量（X5）、最大通氣量（X6）的典型相關(guān)系數(shù)最大，說明心肺耐力指標中影響心血管健康風險因素的主要指標是氧脈搏、最大攝氧量、氧通氣當量、最大通氣量；在第1維度中心血管健康風險因素指標組的BMI（Y1）、腰臀比（Y3）、收縮壓（Y4）、低密度脂蛋白膽固醇（Y9）的典型相關(guān)系數(shù)最大，說明這幾個指標分別對第1維度的典型變量的貢獻大，即心血管健康風險因素組中BMI、腰臀比、收縮壓、低密度脂蛋白膽固醇的影響最大。

2.3.2 典型結(jié)構(gòu)分析通常將反映典型變量與本組原始變量之間的相關(guān)性稱為典型載荷系數(shù)或結(jié)構(gòu)系數(shù)。典型結(jié)構(gòu)主要分析的是原始變量與典型變量之間的相關(guān)程度，即每個變量和典型相關(guān)變量之間的簡單相關(guān)系數(shù)，它們有助于理解原有變量和典型相關(guān)變量之間的關(guān)系。當一個典型相關(guān)變量中所用的變量集合不相關(guān)時，典型相關(guān)變量的載荷等于典型相關(guān)變量標準化后的系數(shù)。如果一些原有變量高度相關(guān)，這些載荷和系數(shù)的差異可能非常大。因此，通過結(jié)構(gòu)系數(shù)可以揭示典型變量的實際含義。由于前文的統(tǒng)計結(jié)果顯示，只有第1對典型變量具有統(tǒng)計學(xué)意義，所以僅對此典型相關(guān)變量進行分析。

表8 心肺耐力組變量與本組各變量的相關(guān)性 n=200

如前文所述，典型載荷系數(shù)是依據(jù)本組原始變量與典型變量間的相關(guān)系數(shù)而定。表8顯示為心肺耐力組指標的原始變量與心肺耐力的典型變量U1之間的相關(guān)分析。心肺耐力指標組的典型相關(guān)變量U1可以有效預(yù)測心血管健康風險指標組的各原始指標氧脈搏（X2）、最大攝氧量（X4）、氧通氣當量（X5）、最大通氣量（X6），而且其指標系數(shù)均在0.7以上，說明可以有效地對心肺耐力進行相關(guān)的解釋和預(yù)測。心肺耐力組的第1個典型變量與氧脈搏（X2）、最大攝氧量（X4）、氧通氣當量（X5）、最大通氣量（X6）的相關(guān)系數(shù)最大，說明氧脈搏、最大攝氧量、氧通氣當量、最大通氣量等4個指標是反映心血管健康的重要因素。

表9 心血管健康風險因素組變量與本組各變量的相關(guān)性n=200

表9表示的是心血管健康組指標的原始變量與心血管健康的典型變量V1之間的相關(guān)分析。在心血管健康風險方面，BMI（Y1）、腰臀比（Y3）、收縮壓（Y4）、低密度脂蛋白膽固醇（Y9）的相關(guān)系數(shù)分別為-0.908、-0.862、0.903、0.909。提示，這4個指標對于這個年齡段靜坐少動中年女性的健康意義較大，體現(xiàn)了BMI、腰臀比、收縮壓、低密度脂蛋白膽固醇在心血管健康風險指標組中的影響力，也間接反映了專家訪談結(jié)果的有效性。

2.4 典型變量的冗余分析在典型相關(guān)分析中，常常將典型變量對本組原始變量總方差解釋比例的分析以及典型變量對另外一組原始變量總方差解釋比例的分析統(tǒng)稱為冗余分析，即對分組原始變量總變化的方差分析。本研究主要以典型函數(shù)式對變量總方差的代表比例進行統(tǒng)計分析，典型函數(shù)式對變量總方差的代表比例是反映典型函數(shù)式對觀測變量的總方差的代表性，各典型函數(shù)式對本組所有變量的總方差的代表比例如表10、11所示。

表10 心肺耐力組各典型函數(shù)式與本組所有變量的相關(guān)性n=200

由表10可知，“CV1-4”表示第1組（心肺耐力組）的第4個典型函數(shù)式與第1組所有原始變量的共享方差百分比為51.4%，其比例最大。

表11 心血管健康風險因素組各典型函數(shù)式與本組所有變量的相關(guān)性 n=200

表12 心血管健康風險因素組與心肺耐力組各典型函數(shù)式與所有變量的相關(guān)性 n=200

由表12可知，“CV2-1”表示第2組（心血管健康組）的第1個典型函數(shù)式對另一組組（心肺耐力組）所有原始變量的共享方差百分比為32.9%，其比例最大。

表13 心肺耐力指標組各典型函數(shù)式與心血管健康風險因素指標相關(guān)性 n=200

由表13可知，“CV1-1”表示第1組（心肺耐力組）的第1個典型函數(shù)式與另一組（心血管健康組）所有原始變量的共享方差百分比為20.3%，其比例最大。

綜上所述，本研究所建立的模型能夠?qū)π姆文土托难芙】碉L險因素進行良好的解釋，說明選取的指標能夠?qū)π姆文土托难芙】碉L險因素進行合理的概括，即選取的指標具有一定的科學(xué)性和有效性。

第1典型相關(guān)系數(shù)為0.859（共享方差為73.79%），第2典型相關(guān)系數(shù)為0.821（共享方差為67.4%），第3典型相關(guān)系數(shù)為0.778（共享方差為60.53%），第4典型相關(guān)系數(shù)為0.58（共享方差為33.64%），第5典型相關(guān)系數(shù)為0.435（共享方差為18.92%），第6典型相關(guān)系數(shù)為0.346（共享方差為11.97%）。6個典型相關(guān)系數(shù)經(jīng)統(tǒng)計學(xué)檢驗，只有第1個維度的典型相關(guān)存在顯著性意義。心肺耐力組與心血管健康組之間的關(guān)系主要體現(xiàn)在第1維度上，在此維度中又由于心肺耐力組中的氧脈搏、最大攝氧量、氧通氣當量、最大通氣量和心血管健康組中的BMI、腰臀比、收縮壓、低密度脂蛋白膽固醇變量較為明顯地高于本組的其他幾個變量。因此，可以認為2個變量組的主要解釋作用來自于這8個變量，2個變量組之間的具體變量路徑結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 心肺耐力和心血管健康風險因素變量路徑結(jié)構(gòu)

3 分析與討論

近10年來，靜坐少動行為和身體活動不足行為已經(jīng)成為發(fā)達國家公共衛(wèi)生學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)以及體育科學(xué)領(lǐng)域研究的焦點。而且，近幾年國內(nèi)學(xué)者對于此領(lǐng)域的研究也開展得較為樂觀。截止到目前，大量的研究結(jié)果證實了靜坐少動行為會增加死亡風險，特別是靜坐少動行為與冠狀動脈疾病死亡風險的關(guān)系的研究較為多見。Larsen認為[3]，每天如果持續(xù)靜坐的時間過長，即便每天進行身體活動，其患死亡的風險依舊會增加。即靜坐少動行為持續(xù)時間越長，死亡風險越高。而且靜坐少動行為與死亡風險間的關(guān)系女性要比男性高34%。通過心肺耐力實驗測試發(fā)現(xiàn)，隨著逐級遞增負荷的增加，受試者心肺功能越好，其攝氧量上升的就越快，心肺功能差的受試者攝氧量上升速度較慢，但呼吸頻率增加的速度卻較快。這提示，靜坐少動中年女性在負荷強度不斷增加時，機體的適應(yīng)性和心肺耐力指標有較大的不同。最新研究證據(jù)表明[4]，心肺健康通過測試相對最大攝氧量實現(xiàn)。有研究發(fā)現(xiàn)[5]，心肺健康水平在中年時期與心血管病風險因素和血壓之間存在顯著的負相關(guān)。因此，心肺耐力對于健康的評價更為客觀，在研究運動時心血管風險評估的問題時應(yīng)將身體活動與心肺耐力結(jié)合考慮。

本研究經(jīng)6個典型相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計學(xué)檢驗發(fā)現(xiàn)，只有第1個維度的典型相關(guān)存在顯著性意義。心肺耐力組與心血管健康組之間的關(guān)系主要體現(xiàn)在第1維度上，在此維度中又由于心肺耐力組中的氧脈搏、最大攝氧量、氧通氣當量、最大通氣量和心血管健康組中的BMI、腰臀比、收縮壓、低密度脂蛋白膽固醇變量較為明顯地高于本組的其他幾個變量。

氧脈搏、最大攝氧量、氧通氣當量、最大通氣量等這4個指標可以從不同角度反映心肺功能的情況，其中，氧脈搏就是心臟每次跳動輸出的血量所攝取的氧量，即每分攝氧量與每分心率二者的比值，氧脈搏越高，反映一個人的心肺耐力越好，工作效率越高。在定量負荷中，氧脈搏的高低與心臟儲備和輸出功能的高低有關(guān)，也就能夠間接看出一個人患心血管風險的大小。所以氧脈搏是可以用來衡量評價心臟輸送氧氣到周邊組織的效率的最優(yōu)指標。最大攝氧量是評估心肺耐力的經(jīng)典指標，它與最大心輸出量和最大動靜脈氧差有關(guān)，其水平的高低可以反映出人體的最大心輸出量和利用氧的能力。氧通氣當量是指消耗1L攝氧量所需要的通氣量，是確定無氧閾最敏感的指標。最大通氣量是用來評價通氣需要與通氣能力的關(guān)系，也是評價肺功能的關(guān)鍵指標。潘棱等人[6]用逐級遞增負荷實驗對24名成年人進行運動心肺功能的測定。研究表明：通過多元逐步回歸處理，最大攝氧量、相對最大攝氧量、最大心率、最大氧脈搏、最大通氣量等指標可以用來對中年人的心肺功能進行綜合性的評價。

身體成分是指人體脂肪組織和非脂肪組織的含量，主要的構(gòu)成指標有BMI、體脂比、腰臀比等。其中，BMI是世界衛(wèi)生組織官方認可的指標，在全球范圍內(nèi)得到公認，是反映人體體重和身高的關(guān)系，用來評價人群的胖瘦程度。腰臀比是用來評價人體中心性肥胖的指標，它與一些心血管疾病和代謝性疾病風險因子呈中度相關(guān)。收縮壓主要反映心臟每搏輸出量和心肌收縮能力，收縮壓和舒張壓與心血管病并發(fā)癥的關(guān)系及治療意義上的差別一直是爭論點，但目前對于收縮壓能更有效地預(yù)測心血管疾病事件發(fā)病危險的結(jié)論已基本達成共識。有研究認為，無論收縮壓還是舒張壓，與卒中危險之間均呈顯著正相關(guān)。但經(jīng)過風險模型校正后，舒張壓的則無統(tǒng)計學(xué)意義，而收縮壓與卒中危險因素的關(guān)系卻仍然差異顯著[7]。提示，收縮壓是比舒張壓更為重要的卒中預(yù)測因子。而且，Brummett研究認為，收縮壓對冠心病死亡和卒中的相對危險度也大于舒張壓[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，人體腹部矢狀徑對代謝紊亂及內(nèi)臟脂肪積聚的預(yù)測要好于腰圍，而腹部矢狀徑包括腹部皮下和內(nèi)臟脂肪及其該條徑線上的肌肉骨骼等組織，對代謝影響最大的是內(nèi)臟脂肪[9]。低密度脂蛋白膽固醇是指富含膽固醇及其酯的脂蛋白，它的變化對于制約動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展具有重大的意義，而且其作為心血管病風險因素的關(guān)鍵指標已經(jīng)被眾多的國內(nèi)外研究證實[10-11]。

4 結(jié) 論

1）BMI、腰臀比、收縮壓、低密度脂蛋白膽固醇可作為評價靜坐少動中年女性心血管健康風險狀況的指標。

2）心肺耐力較好的靜坐少動中年女性心血管疾病風險因素較少。

3）在研究心血管風險評估的問題時應(yīng)將身體活動與心肺耐力結(jié)合考慮。