急性低强度持续和间歇运动对健康青年动脉硬度的短时影响

张泰铭 王海琳 朱蔚莉 陈晓红 张欣

1 首都体育学院心血管健康实验室（北京100191）

2 北京体育大学

心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）严重威胁人类健康。 动脉硬度（arterial stiffness）增大是多种CVD 的危险因素，是CVD 发生、发展过程中的重要步骤。由于动脉硬化这一病理过程从青年时就已开始[1]，因此对健康青年进行干预阻止动脉硬度增大，可以使早期有效地预防CVD 成为可能。

多个指标可用以评价人体动脉硬度。 最早的如脉搏波传导速度 （pulse wave velocity，PWV），PWV加快代表血管壁弹性、扩张性和顺应性下降，僵硬度增加[2]。人群研究已经证实，主动脉PWV 可预测心血管全因死亡率[3]，但其操作相对复杂。 日本科林公司的仪器用四肢袖带通过震荡法测定肱-踝动脉PWV（baPWV），其操作相对方便，但baPWV 受血压变动影响[4]。日本福田公司的动脉硬化仪测定结果不受血压影响[4]，且操作简单。 近些年来，其测定指标心-踝血管指数（cardio-ankle vascular index，CAVI）被认为是较baPWV 更好的血管硬度指标[5]。

科学规律的运动能提高心血管健康水平， 是防治CVD 的重要手段。虽然中等强度运动是最常推荐的运动处方，但美国运动医学会提出，低于推荐量的运动也对人体有益[6]。 研究发现就强度而言，低强度运动既能增强人体血管内皮功能[7]，也能降低人体动脉硬度[8，9]，但目前研究表明，其效果往往局限于参与运动的肢体[8，9]。 近来间歇性运动受到了越来越多的关注， 其研究和应用已经从最初的竞技体育扩展到大众健身领域[10]。

本研究拟用CAVI 来评价人体动脉硬度， 以观察低强度运动对健康青年全身动脉硬度的急性影响；并探讨在低强度的前提下，间歇运动降低动脉硬度的作用是否优于持续运动。

1 对象与方法

1.1 研究对象

招募首都体育学院健康在校男生15 名， 年龄19～24 岁，既往有或无专业运动均可，无糖尿病、高血压和脂代谢紊乱，无心血管疾病，未服用药物，基本情况见表1。 在实验前已充分了解实验内容与实验过程， 受试者在阅读并签署知情同意后自愿参与本实验。

表1 受试者基本情况

1.2 实验设计

本研究采用平衡随机交叉自身对照设计， 每位受试者以随机顺序分别进入安静试验 （control trial，CT）、持续运动试验（continuous exercise trial，CE）和间歇运动试验（interval exercise trial，IE），每位受试者进行两个试验之间的间隔为7 天。 受试者早晨空腹入实验室休息至少15 分钟后进行基础（0 min）测定， 随后进行30 min 持续运动， 然后恢复40 min（CE）； 或者15 min 运动， 休息20 min， 再进行15 min 运动，最后再休息20 min（IE）；或者始终保持安静状态（CT）。 分别在CT 和CE 的0 min、30 min 和70 min 时间点测定CAVI；在IE 的0 min、15 min、35 min、50 min 和70 min 时间点测定CAVI（图1）。

图1 试验设计方案

1.3 运动方案

采 用 功 率 车 （Aerobike 75XL，Combi，Tokyo，Japan）运动，受试者选择合适的坐垫位置，使双上肢在同一高度，蹬车频率为60 转/分钟。 由于运动时心率在30%～39%储备心率 （Heart rate reserve，HRR）范围内的运动属于低强度运动[6]，因此本研究强度设定在35%HRR，其目标心率的计算公式为目标心率=（220-年龄-安静心率）×35%+安静心率。运动时通过功率自行车上的光电脉冲传感器动态检测受试者脉率，手动增减瓦数，使心率控制在目标心率。 记录实验中的功率车瓦数，结果在CE 和IE 中受试者运动的绝对负荷差异无统计学意义 （CE：63 ± 6W，IE：63 ±5W，P > 0.05）。

1.4 心-踝血管指数（CAVI）的测定

使用北京福田电子医疗仪器有限公司生产的动脉硬化检测仪VS-1000 进行CAVI 测定。 受试者平躺于床上，四肢伸展，上肢袖带结扎于上臂，袖带下缘平肘关节，松紧以可插入1～2 根手指为度；下肢袖带结扎于踝关节以上，袖带下缘平内踝高度，并分别于肘部及脚跟部放置软垫把肢体垫起。 心电电极夹于左右手腕； 放置心音传感器于胸骨角附近并进行调整，以心音基线平稳、能明确区分第1 和第2 心音为准。 随后开始测定，仪器自动进行人体CAVI 测定。

1.5 统计学方法

所有数据均表示为平均数± 标准误。 统计学处理采用GraphPad Prism Software 5.0 进行。 3 个实验日中CAVI 随时间变化， 通过one way repeated measurements ANOVA 进行分析，出现显著性差异时再进行Tukey’s Multiple Comparison Test。 在对3 个实验日中CAVI 随时间总的变化进行比较时， 先计算CAVI 随时间变化曲线， 再求曲线下面积（area under curve of CAVI，AUC-CAVI），P ＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 运动对CAVI 的影响

在CT 中的0 min、30 min 和70 min 3 个时间点上，CAVI 分别为6.7 ± 0.1、6.7 ± 0.1 和6.6 ± 0.1，差异无统计学意义（P > 0.05）（图2A）。

在CE 中的0 min、30 min 和70 min 时间点上，CAVI 分别为6.5 ± 0.1、5.5 ± 0.2（P < 0.05）和6.4 ±0.1（图2B）。

在IE 中的0 min、15 min、35 min、50 min 和70 min 时间点上，CAVI 分别为6.7 ± 0.1、5.6 ± 0.2、6.1± 0.2、5.6 ± 0.2 和6.0 ± 0.1， 差异具有统计学意义（P< 0.05）（图2C）。第1 个15 min 运动后CAVI 明显下降15 min，休息20 min 后（35 min）CAVI 回升，但并未恢复到基础水平； 随后再进行15 min 的运动后（50 min），CAVI 又明显下降， 再休息20 分钟后（70 min 时间点），CAVI 再次回升，但仍然明显低于0 min时间点。

图2 三个试验日中CAVI 动态变化

2.2 运动对曲线下面积CAVI-Time 的影响

根据CAVI-Time 曲线计算出曲线下面积（AUC-CAVI），CT、CE 和IE 曲 线 下 面 积 分 别 为467.6 ± 7.4 min、416.7± 8.6 min 和411.6 ± 9.7 min，差异有统计学意义 （P < 0.05）。 CE 和IE 的AUCCAVI 均显著小于CT （P < 0.05）， 而CE 和IE 的AUC-CAVI 无显著性差异（图3）。

图3 急性低强度持续和间歇性有氧运动对AUC-CAVI 的影响

3 讨论

本研究主要发现：（1）无论持续性还是间歇性运动， 急性低强度运动均可使青年男性全身动脉硬度下降，虽然是一过性的；（2）低强度间歇性运动降低动脉硬度的效果优于持续性运动， 显示了这种运动方案在形式上的灵活性及其效果上的优越性。

2011 年美国运动医学会提出：成人在不能或不愿意进行推荐量的运动时， 仍然可能从低于推荐量的运动中获益[6]。在心血管功能方面，既往研究表明，单侧腿极低强度自行车运动（负荷20～30W，持续5 min）能明显降低人体运动侧下肢的动脉硬度，而对侧下肢无明显改变[8，9]，因此这似乎表明低强度运动无法引起全身性动脉硬度的变化， 但这可能是因为上述研究中所采用的运动强度过低、 持续时间过短造成的。 因此，典型的低强度（30%～39%的储备心率） 运动能否引起全身性的动脉硬度的改善值得关注。

2007 年美国运动医学会和心脏学会在运动指南中建议， 成年人每天进行中等强度运动至少要达30 min，而且提出可用多个短时间累积的方式（每次10 min 或者10 min 以上）完成[11]。 而现代人生活工作忙碌，平时很难抽出大段时间来从事运动，因此选择累积方式，即间歇性运动更能迎合人们的需求，充分利用零碎时间，提高运动依从性。

间歇性运动对动脉硬度的影响已有研究，Rakobowchuk 等[12，13]发现由4 次Wingate Test 组成的间歇性运动可明显降低周围血管硬度， 但以上研究均采用了高强度运动（sprint），由于高强度运动伴随着高风险， 因此不适宜应用于普通人健身。Guimaraes 和Tordi 等[14，15]采用中等强度运动，但其间歇性运动方案实质上是强度变换， 即在间歇期内并不停止运动而是从事低强度的运动， 所以并不能充分说明其作用效果是间歇性运动的运动形式引起的，而可能是运动强度变化本身造成的，这无法体现停止运动的间歇期的优越性。鉴于以上原因，本研究比较低强度持续和间歇性运动对健康青年动脉硬度的影响。

心-踝血管指数 （cardio-ankle vascular index，CAVI） 是不依赖血压的动脉硬化指标，CAVI 值越高，动脉硬度越大[16]。 由于我们假设间歇性运动效果优于持续性运动， 因此前期通过预试验明确了低强度持续运动30 min 后再休息40 min 后其CAVI 值恢复至基础水平， 因此我们选定了70 min 为观察CAVI 的时间总跨度。如果在这个时间内间歇性运动试验中CAVI 仍没有恢复基础水平， 则可显示这种运动形式的优越性。

我们前期发表的结果虽然已经证明了低强度间歇运动降低动脉硬度的效果优于持续运动， 但对于间歇运动试验来讲只观察了其两个15 min 运动全部结束后的CAVI 情况， 而忽略了第1 个15 min 运动回合后（即间歇期）CAVI 的下降情况[17]，而本结果中则把两个15 min 运动回合（bouts）之间的间歇期，即15～35 min 期间的CAVI 的变化也考虑在内，并通过曲线下面积来进行比较和评价。

本结果发现，在相同时间跨度内（70 min），间歇运动与持续运动的AUC-CAVI 均显著低于安静对照试验，这说明70 min 的时间内，间歇运动与持续运动都能显著降低AUC-CAVI。 间歇运动与持续运动之间并无显著性差异， 这说明就AUC-CAVI 来讲，低强度间歇运动与持续运动效果相当。但考虑到持续运动试验在70 min 时间点上CAVI 已经恢复到基础水平， 而在间歇运动试验中70 min 时间点CAVI 尚未恢复，仍然可认为间歇性运动在改善动脉硬度上的效果上具备优越性。

本研究结果提示， 低强度运动也可以带来全身性的动脉硬度方面的收益， 当人们不能或不愿意从事中等或高强度运动时， 完全可以通过低强度运动在一定程度上提高心血管健康水平。 这样的结果与美国运动医学会的立场相吻合[6]。本研究不否认中等及高强度运动会带来更多的运动收益， 低强度运动也不可能替代较高强度运动的重要作用， 因此不排除在可能的情况下从事强度较高的运动， 但可以把低强度运动作为较高强度运动的有益补充， 以有效降低动脉硬度。而如果能通过间歇性方式来进行，则将优化低强度运动对动脉硬度的改善作用。

4 总结

急性低强度有氧运动能一过性降低人体动脉硬度， 而急性低强度间歇运动的效果优于低强度持续性运动。

[1] Weintraub WS，Daniels SR，Burke LE，et al. Value of primordial and primary prevention for cardiovascular disease：a policy statement from the American Heart Association. Circulation，2011，124（8）：967-990.

[2] Asmar R，Benetos A，Topouchian J，et al. Assessment of arterial distensibility by automatic pulse wave velocity measurement. Validation and clinical application studies.Hypertension，1995，26（3）：485-490.

[3] Cruickshank K，Riste L，Anderson SG，et al. Aortic pulsewave velocity and its relationship to mortality in diabetes and glucose intolerance：an integrated index of vascular function? Circulation，2002，106（16）：2085-2090.

[4] Ibata J，Sasaki H，Kakimoto T，et al. Cardio-ankle vascular index measures arterial wall stiffness independent of blood pressure. Diabetes Res Clin Pract，2008，80（2）：265-270.

[5] Takaki A，Ogawa H，Wakeyama T，et al. Cardio -ankle vascular index is superior to brachial-ankle pulse wave velocity as an index of arterial stiffness. Hypertens Res，2008，31（7）：1347-1355.

[6] Garber CE，Blissmer B，Deschenes MR，et al. American College of Sports Medicine position stand. Quantity and quality of exercise for developing and maintaining cardiorespiratory，musculoskeletal，and neuromotor fitness in apparently healthy adults：guidance for prescribing exercise. Med Sci Sports Exerc，2011，43（7）：1334-1359.

[7] Vinet A，Karpoff L，Walther G，et al. Vascular reactivity at rest and during exercise in middle-aged obese men：effects of short-term，low-intensity，exercise training. Int J Obes（Lond），2011，35（6）：820-828.

[8] Sugawara J，Otsuki T，Tanabe T，et al. The effects of lowintensity single-leg exercise on regional arterial stiffness.Jpn J Physiol，2003，53（3）：239-241.

[9] Sugawara J，Maeda S，Otsuki T，et al. Effects of nitric oxide synthase inhibitor on decrease in peripheral arterial stiffness with acute low-intensity aerobic exercise. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2004，287（6）：H2666-2669.

[10] 朱蔚莉. 间歇性运动与人体心血管健康研究进展. 中国运动医学杂志，2010，29（2）：247-250.

[11] Haskell WL，Lee IM，Pate RR，et al. Physical activity and public health：updated recommendation for adults from the American College of Sports Medicine and the American Heart Association. Circulation，2007，116（9）：1081-1093.

[12] Rakobowchuk M，Tanguay S，Burgomaster KA，et al. Sprint interval and traditional endurance training induce similar improvements in peripheral arterial stiffness and flowmediated dilation in healthy humans. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2008，295（1）：R236-242.

[13] Rakobowchuk M，Stuckey MI，Millar PJ，et al. Effect of acute sprint interval exercise on central and peripheral artery distensibility in young healthy males. Eur J Appl Physiol，2009，105（5）：787-795.

[14] Guimaraes GV，Ciolac EG，Carvalho VO，et al. Effects of continuous vs. interval exercise training on blood pressure and arterial stiffness in treated hypertension. Hypertens Res，2010，33（6）：627-632.

[15] Tordi N，Mourot L，Colin E，et al. Intermittent versus constant aerobic exercise：effects on arterial stiffness. Eur J Appl Physiol，2010，108（4）：801-809.

[16] Yambe T，Yoshizawa M，Saijo Y，et al. Brachio -ankle pulse wave velocity and cardio -ankle vascular index（CAVI）. Biomed Pharmacother，2004，58 Suppl 1：S95-98.

[17] Wang H，Zhang T，Zhu W，et al. Acute effects of continuous and interval low-intensity exercise on arterial stiffness in healthy young men. Eur J Appl Physiol，2014，114（7）：1385-1392.