有氧訓練對代謝綜合征患者動脈僵硬的影響

劉凱，吳曉華，盧少泉，高照，董霄，鄭茵，呂靜美

海南省人民醫(yī)院醫(yī)療保健中心，海口 570311

早期識別無明顯心血管危險因素的危險人群對心血管疾病預防至關重要[1]。代謝綜合征使心血管疾病風險增加的部分原因歸因于動脈參數(shù)的變化[2]，例如動脈僵硬度和頸動脈內膜中層厚度的增加，這些變化反映了亞臨床動脈粥樣硬化或早期血管老化，最終導致心臟事件和卒中[3]。氧化應激和炎癥是引起動脈僵硬的主要機制[4]。身體整體活動減少和肥胖，特別是代謝綜合征，越來越多地被認為是心血管疾病和2型糖尿病的重要危險因素[5]。據(jù)預測，到2020年，全球代謝綜合征的發(fā)病率將達到40%[6]。在一些人群中，代謝綜合征的患病率遠遠超過全球平均水平，現(xiàn)已達到43.8%[7]。研究發(fā)現(xiàn)：目標心率(HR)控制的有氧訓練可能有助于降低動脈僵硬度，這與心血管風險降低有關[8]。心血管疾病是個長期的病理生理過程，運動訓練期間對動脈硬度參數(shù)的測試可以為動態(tài)評估心臟代謝風險提供幫助[9]，并且可以顯著提高患者對運動的積極性。研究證實了HR定向有氧運動訓練對代謝綜合征患者動脈參數(shù)的積極影響[10]。本研究的主要目的是評估以心率為靶點的中強度有氧運動訓練對無明顯糖尿病和心血管疾病的代謝綜合征患者動脈硬度參數(shù)的影響，并評估訓練引起的患者體質和代謝譜的變化以及不同變量之間的潛在關系。

1 對象與方法

1.1 研究對象 連續(xù)納入海南省人民醫(yī)院2017年9月至2018年9月期間確診的126例代謝綜合征患者。研究組84例受試者參加了為期8周的監(jiān)督培訓計劃，對照組42例年齡和性別匹配的代謝綜合征患者，除HR定向培訓計劃外，均遵循研究方案。代謝綜合征的診斷基于最新的國家膽固醇教育計劃成人治療計劃Ⅲ標準[11]。13例顯性心血管疾病或2型糖尿病患者被排除在研究之外。

在納入研究之前，所有參與者都沒有參加體育鍛煉：一開始，他們進行每周進行5次中等強度的體育鍛煉。受試者的年齡為(53.36±6.09)歲；男性34例(40.5%)。所有受試者均簽署知情同意書，研究方案由海南省人民醫(yī)院倫理委員會批準。

1.2 研究設計和臨床評估 研究組和對照組在研究開始和8周后均測量基本體質參數(shù)，如體質指數(shù)(BMI)、腰圍、血壓、靜脈血脂水平、超敏C反應蛋白(hs-CRP)、空腹血糖、動脈壁功能和結構參數(shù)。所有測量均在休息時進行，在禁食過夜后上午7點至下午12點之間，戒除咖啡因和吸煙后至少2 h。

1.3 有氧運動訓練和目標心率 在循環(huán)測力儀上進行漸進遞增運動試驗，評估有氧能力和運動訓練的目標心率。用耗氧量描述心肺功能。測定呼吸無氧閾下的心率，作為運動訓練的推薦水平。研究組以心率為目標的運動干預，應用運動訓練方案研究8周運動干預對動脈參數(shù)、基本體質參數(shù)和代謝參數(shù)的影響。具體而言，訓練干預包括8周的有氧訓練，每天30～40 min，每周5 d。運動強度逐漸增加，達到目標心率。使用能夠控制運動負荷ERS-2Ergoline自行車為基礎的心臟康復系統(tǒng)(Ergoline GmbH，Bitz，德國)進行心率定向運動訓練。對照組中的所有代謝綜合征受試者被告知必要的基于家庭的身體活動，并且指示每周進行5次，持續(xù)30 min。

1.4 動脈粥樣硬化的測量 通過SphygmoCor動脈脈搏波分析儀測量動脈硬度。使用高保真顯微壓力計(Millar.ments)通過壓平眼壓測量系統(tǒng)(SphygmoCor v.8.0)評估動脈硬度和波反射的參數(shù)，在橈動脈、頸動脈和股動脈的投影處置于皮膚表面以獲得脈壓波曲線。記錄肱動脈血壓，測量胸骨切跡表面標志物與股動脈之間的距離。這些數(shù)據(jù)和同時記錄的心電圖參數(shù)，使用脈搏波曲線來計算動脈硬度的主要參數(shù)：主動脈[頸動脈-股動脈脈搏波速度(cfPWV)]、外周(頸動脈-徑向脈搏波速度)和主動脈增強指數(shù)(AIX-HR:75)。

1.5 頸總動脈壁評價 頸總動脈內膜中層厚度(cIMT)、頸動脈橫截面擴張性(均以μm計算)和非維度指數(shù)質量頸總動脈硬度采用高分辨率回波跟蹤技術，在頸動脈分叉附近1 cm處沿4 cm動脈段測量。分析采用右側和左側頸總動脈cIMT測量值和頸動脈質量硬度的平均值。

1.6 統(tǒng)計學處理 采用SPSS 23.0軟件分析數(shù)據(jù)。使用Shapiro-Wilk試驗檢查數(shù)據(jù)是否正態(tài)分布。正態(tài)分布數(shù)據(jù)使用配對的Studentst檢驗，非正態(tài)分布數(shù)據(jù)的Mann-WhitneyU檢驗，分類變量比較采用χ2檢驗。比較基線和隨訪結果采用配對t檢驗或Wilcoxon符號秩檢驗。通過計算Spearman相關系數(shù)來確定變量之間的相關性，進行多因素性回歸分析以確定與主動脈僵硬度降低相關的因素。所有P值均為雙尾，顯著性水平設定為0.05。

2 結果

2.1 研究組和對照組的基線數(shù)據(jù)比較 除了總膽固醇(TC)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)外，基本體質參數(shù)，生化，動脈壁和物理容量參數(shù)在干預組和對照組之間差異無統(tǒng)計學意義(表1)。在研究隊列中，以HR為目標的有氧訓練與對照組中缺乏的有氧能力有統(tǒng)計學上的顯著改善相關(表1)。研究組和對照組BMI和hs-CRP均顯著降低(P<0.05)，而腰圍、總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇僅在HR靶向訓練組中降低(表2)。

表1 研究組和對照組基本指標、生化參數(shù)及有氧運動能力的比較

表2 研究組和對照組人體測量和生化參數(shù)的變化

2.2 血流動力學和動脈參數(shù)的變化 研究組血流動力學和動脈參數(shù)在統(tǒng)計學上顯著改善：心率、收縮和舒張壓以及主動脈硬度降低。對照組中這些參數(shù)沒有統(tǒng)計學上顯著的變化。在研究或對照組中，外周動脈僵硬度，頸動脈僵硬度和cIMT的變化均未達到統(tǒng)計學意義(表3)。

表3 研究組和對照組血流動力學和動脈參數(shù)的變化

2.3 動脈僵硬變化的相關性分析 動脈硬度的變化指標與人體測量參數(shù)、生化和血流動力學指標的相關分析見表4。在研究組中，主動脈硬度的下降與血壓參數(shù)(收縮壓和平均血壓)的下降呈正相關。對照組血壓參數(shù)(舒張壓和平均血壓)與脈搏速度差(dPWV)之間也有相關性。在HR靶向運動組中，腰圍的減少與TC和LDL-C的減少有關。研究組中BMI和TC下降之間存在相關性(表4)。為了進一步研究HR靶向運動組頸動脈和股動脈脈搏波速度顯著變化與其他參數(shù)的相關性，本組進行了多因素回歸分析。建立4個回歸模型(表5)，以探討研究組主動脈硬度的降低是否依賴于平均血壓、BMI、腰圍、TC和LDL-C的變化。如表5所示的回歸分析顯示:在研究組中，dPWV僅與平均血壓降低顯著相關。然而，平均血壓的變化以及伴隨的BMI或腰圍和TC或LDL-C的變化僅解釋了dPWV變異性的大約11%(四個模型中R2的范圍從0.106到0.118)。

表4 各種參數(shù)變化之間的相關性分析

表5 d PWV作為因變量的多因素回歸模型

3 討論

血管僵硬可增加心血管疾病風險[12]。校準年齡、性別和其他危險因素后,主動脈脈搏波速度增加1 m/s相當于心血管疾病和全因死亡率風險增加15%，而cIMT增加0.1 mm分別與卒中和心肌梗死的風險增加18%和15%相關[13]。

目前心血管疾病的代謝綜合征患者中血管老化的橫斷面數(shù)據(jù)較少[14]，以靶心率為目標有氧運動訓練后動脈參數(shù)動態(tài)數(shù)據(jù)更是有限。我們的研究評估此類訓練對人體基本參數(shù)，動脈和代謝指標的影響。已經(jīng)表明：在開始運動訓練之前進行心肺運動測試對于選擇最佳運動負荷是非常重要的。而運動壓力測試期間最大耗氧量和無氧閾值氧耗量的評估對于調整訓練期間的運動負荷具有重要意義。在本研究中，選擇無氧閾值訓練作為提高降低心血管疾病風險運動效果的有效方法。在Zhu等[15]的研究中顯示了在每周訓練3次，持續(xù)4周的運動訓練后動脈參數(shù)的改善，同時靜息動脈順應性(最后1次運動后24 h)升高約30%。在21名中年超重和肥胖男性組中，12周的步行或每周3天的慢跑40～60 min能顯著增加頸動脈順應性并降低僵硬指數(shù)。在另一項研究中，穿梭步行測試之前和之后的5～10 min內測量動脈脈搏波速度和增強指數(shù)，觀察到急性運動后增強指數(shù)降低但主動脈僵硬度沒有降低[16]。

Saeed等[17]通過隨機對照試驗發(fā)現(xiàn)：臂踝脈搏波速度的降低比頸動脈脈搏波速度的降低更為顯著，高強度有氧訓練與臂踝指數(shù)的大幅度降低有關，有氧訓練對臂踝脈搏波速度的影響大于對中心頸動脈脈搏波速度的影響。后者未在本研究中也得到證實，該研究分析了在心率定向有氧運動訓練指導下的中年代謝綜合征受試者中的動脈標志物。在我們的研究組中，多因素回歸分析(表5)顯示dPWV與平均血壓降低有顯著相關性。然而，平均血壓的改變以及伴隨的BMI或腰圍和TC或LDL-C的改變只解釋了大約11%的dPWV變異性(本組模型中R2的范圍從0.106到0.118)。因此，本研究表明：通過心率定向有氧運動訓練降低頸動脈和股動脈的脈搏波速度，可以正向影響平均血壓，還可以影響中年代謝綜合征患者的早期“血管老化”指標，并可能延緩2型糖尿病和心血管疾病的進展。

Zwinkels等[18]于2014年發(fā)表了一項關于有氧訓練對動脈僵硬的影響的研究：運動后主動脈和外周動脈僵硬度參數(shù)的改善對脂質參數(shù)無明顯影響。另一項研究表明[19]：適度的有氧運動會增加HDL-C并降低三酰甘油水平，而對LDL-C無顯著影響。薈萃分析顯示[20]：缺乏最佳改善代謝綜合征受試者血脂狀況的培訓計劃的證據(jù)。在本研究中，研究組和對照組中均觀察到LDL-C的統(tǒng)計學顯著降低，但沒有觀察到三酰甘油或HDL-C，這可能需要更長時間的有氧訓練來實現(xiàn)這一目標。

氧化應激和炎癥是引起動脈僵硬的主要機制[21]。hs-CRP和動脈僵硬度的顯著相關性，即使在健康受試者中，升高的hs-CRP也被認為可以獨立地影響心血管風險[22]。據(jù)報道，hs-CRP水平隨著不同強度的體力活動而降低，這與基線hs-CRP水平或體質參數(shù)無關[23]。本組發(fā)現(xiàn)在代謝綜合征受試者的固定目標心率后，進行8周訓練組和家庭訓練組中，hs-CRP在統(tǒng)計學上顯著降低，提示hs-CRP是獨立于訓練強度的生活方式的敏感標志，還需要更大樣本的研究來證實這一推測。

總而言之，在代謝綜合征患者中，單因素分析顯示目標心率的有氧運動訓練與主動脈僵硬度(頸動脈-股動脈脈搏波速度)的降低有關。多因素分析表明：脈搏波速度的降低與血壓有關。心率定向的有氧運動訓練與腰圍、收縮壓、舒張壓和平均血壓、心率的顯著降低相關，對照組上述變化無統(tǒng)計學意義。這些結果提示：心率定向運動訓練后主動脈硬度參數(shù)的改善有助于動脈初始亞臨床改變的逆轉。因此，心率靶向的有氧運動訓練對代謝綜合征患者動脈粥樣硬化的發(fā)展和進展具有預防作用。