有氧训练对代谢综合征患者动脉僵硬的影响

刘凯，吴晓华，卢少泉，高照，董霄，郑茵，吕静美

海南省人民医院医疗保健中心，海口 570311

早期识别无明显心血管危险因素的危险人群对心血管疾病预防至关重要[1]。代谢综合征使心血管疾病风险增加的部分原因归因于动脉参数的变化[2]，例如动脉僵硬度和颈动脉内膜中层厚度的增加，这些变化反映了亚临床动脉粥样硬化或早期血管老化，最终导致心脏事件和卒中[3]。氧化应激和炎症是引起动脉僵硬的主要机制[4]。身体整体活动减少和肥胖，特别是代谢综合征，越来越多地被认为是心血管疾病和2型糖尿病的重要危险因素[5]。据预测，到2020年，全球代谢综合征的发病率将达到40%[6]。在一些人群中，代谢综合征的患病率远远超过全球平均水平，现已达到43.8%[7]。研究发现：目标心率(HR)控制的有氧训练可能有助于降低动脉僵硬度，这与心血管风险降低有关[8]。心血管疾病是个长期的病理生理过程，运动训练期间对动脉硬度参数的测试可以为动态评估心脏代谢风险提供帮助[9]，并且可以显著提高患者对运动的积极性。研究证实了HR定向有氧运动训练对代谢综合征患者动脉参数的积极影响[10]。本研究的主要目的是评估以心率为靶点的中强度有氧运动训练对无明显糖尿病和心血管疾病的代谢综合征患者动脉硬度参数的影响，并评估训练引起的患者体质和代谢谱的变化以及不同变量之间的潜在关系。

1 对象与方法

1.1 研究对象 连续纳入海南省人民医院2017年9月至2018年9月期间确诊的126例代谢综合征患者。研究组84例受试者参加了为期8周的监督培训计划，对照组42例年龄和性别匹配的代谢综合征患者，除HR定向培训计划外，均遵循研究方案。代谢综合征的诊断基于最新的国家胆固醇教育计划成人治疗计划Ⅲ标准[11]。13例显性心血管疾病或2型糖尿病患者被排除在研究之外。

在纳入研究之前，所有参与者都没有参加体育锻炼：一开始，他们进行每周进行5次中等强度的体育锻炼。受试者的年龄为(53.36±6.09)岁；男性34例(40.5%)。所有受试者均签署知情同意书，研究方案由海南省人民医院伦理委员会批准。

1.2 研究设计和临床评估 研究组和对照组在研究开始和8周后均测量基本体质参数，如体质指数(BMI)、腰围、血压、静脉血脂水平、超敏C反应蛋白(hs-CRP)、空腹血糖、动脉壁功能和结构参数。所有测量均在休息时进行，在禁食过夜后上午7点至下午12点之间，戒除咖啡因和吸烟后至少2 h。

1.3 有氧运动训练和目标心率 在循环测力仪上进行渐进递增运动试验，评估有氧能力和运动训练的目标心率。用耗氧量描述心肺功能。测定呼吸无氧阈下的心率，作为运动训练的推荐水平。研究组以心率为目标的运动干预，应用运动训练方案研究8周运动干预对动脉参数、基本体质参数和代谢参数的影响。具体而言，训练干预包括8周的有氧训练，每天30～40 min，每周5 d。运动强度逐渐增加，达到目标心率。使用能够控制运动负荷ERS-2Ergoline自行车为基础的心脏康复系统(Ergoline GmbH，Bitz，德国)进行心率定向运动训练。对照组中的所有代谢综合征受试者被告知必要的基于家庭的身体活动，并且指示每周进行5次，持续30 min。

1.4 动脉粥样硬化的测量 通过SphygmoCor动脉脉搏波分析仪测量动脉硬度。使用高保真显微压力计(Millar.ments)通过压平眼压测量系统(SphygmoCor v.8.0)评估动脉硬度和波反射的参数，在桡动脉、颈动脉和股动脉的投影处置于皮肤表面以获得脉压波曲线。记录肱动脉血压，测量胸骨切迹表面标志物与股动脉之间的距离。这些数据和同时记录的心电图参数，使用脉搏波曲线来计算动脉硬度的主要参数：主动脉[颈动脉-股动脉脉搏波速度(cfPWV)]、外周(颈动脉-径向脉搏波速度)和主动脉增强指数(AIX-HR:75)。

1.5 颈总动脉壁评价 颈总动脉内膜中层厚度(cIMT)、颈动脉横截面扩张性(均以μm计算)和非维度指数质量颈总动脉硬度采用高分辨率回波跟踪技术，在颈动脉分叉附近1 cm处沿4 cm动脉段测量。分析采用右侧和左侧颈总动脉cIMT测量值和颈动脉质量硬度的平均值。

1.6 统计学处理 采用SPSS 23.0软件分析数据。使用Shapiro-Wilk试验检查数据是否正态分布。正态分布数据使用配对的Studentst检验，非正态分布数据的Mann-WhitneyU检验，分类变量比较采用χ2检验。比较基线和随访结果采用配对t检验或Wilcoxon符号秩检验。通过计算Spearman相关系数来确定变量之间的相关性，进行多因素性回归分析以确定与主动脉僵硬度降低相关的因素。所有P值均为双尾，显著性水平设定为0.05。

2 结果

2.1 研究组和对照组的基线数据比较 除了总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)外，基本体质参数，生化，动脉壁和物理容量参数在干预组和对照组之间差异无统计学意义(表1)。在研究队列中，以HR为目标的有氧训练与对照组中缺乏的有氧能力有统计学上的显著改善相关(表1)。研究组和对照组BMI和hs-CRP均显著降低(P<0.05)，而腰围、总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇仅在HR靶向训练组中降低(表2)。

表1 研究组和对照组基本指标、生化参数及有氧运动能力的比较

表2 研究组和对照组人体测量和生化参数的变化

2.2 血流动力学和动脉参数的变化 研究组血流动力学和动脉参数在统计学上显著改善：心率、收缩和舒张压以及主动脉硬度降低。对照组中这些参数没有统计学上显著的变化。在研究或对照组中，外周动脉僵硬度，颈动脉僵硬度和cIMT的变化均未达到统计学意义(表3)。

表3 研究组和对照组血流动力学和动脉参数的变化

2.3 动脉僵硬变化的相关性分析 动脉硬度的变化指标与人体测量参数、生化和血流动力学指标的相关分析见表4。在研究组中，主动脉硬度的下降与血压参数(收缩压和平均血压)的下降呈正相关。对照组血压参数(舒张压和平均血压)与脉搏速度差(dPWV)之间也有相关性。在HR靶向运动组中，腰围的减少与TC和LDL-C的减少有关。研究组中BMI和TC下降之间存在相关性(表4)。为了进一步研究HR靶向运动组颈动脉和股动脉脉搏波速度显著变化与其他参数的相关性，本组进行了多因素回归分析。建立4个回归模型(表5)，以探讨研究组主动脉硬度的降低是否依赖于平均血压、BMI、腰围、TC和LDL-C的变化。如表5所示的回归分析显示:在研究组中，dPWV仅与平均血压降低显著相关。然而，平均血压的变化以及伴随的BMI或腰围和TC或LDL-C的变化仅解释了dPWV变异性的大约11%(四个模型中R2的范围从0.106到0.118)。

表4 各种参数变化之间的相关性分析

表5 d PWV作为因变量的多因素回归模型

3 讨论

血管僵硬可增加心血管疾病风险[12]。校准年龄、性别和其他危险因素后,主动脉脉搏波速度增加1 m/s相当于心血管疾病和全因死亡率风险增加15%，而cIMT增加0.1 mm分别与卒中和心肌梗死的风险增加18%和15%相关[13]。

目前心血管疾病的代谢综合征患者中血管老化的横断面数据较少[14]，以靶心率为目标有氧运动训练后动脉参数动态数据更是有限。我们的研究评估此类训练对人体基本参数，动脉和代谢指标的影响。已经表明：在开始运动训练之前进行心肺运动测试对于选择最佳运动负荷是非常重要的。而运动压力测试期间最大耗氧量和无氧阈值氧耗量的评估对于调整训练期间的运动负荷具有重要意义。在本研究中，选择无氧阈值训练作为提高降低心血管疾病风险运动效果的有效方法。在Zhu等[15]的研究中显示了在每周训练3次，持续4周的运动训练后动脉参数的改善，同时静息动脉顺应性(最后1次运动后24 h)升高约30%。在21名中年超重和肥胖男性组中，12周的步行或每周3天的慢跑40～60 min能显著增加颈动脉顺应性并降低僵硬指数。在另一项研究中，穿梭步行测试之前和之后的5～10 min内测量动脉脉搏波速度和增强指数，观察到急性运动后增强指数降低但主动脉僵硬度没有降低[16]。

Saeed等[17]通过随机对照试验发现：臂踝脉搏波速度的降低比颈动脉脉搏波速度的降低更为显著，高强度有氧训练与臂踝指数的大幅度降低有关，有氧训练对臂踝脉搏波速度的影响大于对中心颈动脉脉搏波速度的影响。后者未在本研究中也得到证实，该研究分析了在心率定向有氧运动训练指导下的中年代谢综合征受试者中的动脉标志物。在我们的研究组中，多因素回归分析(表5)显示dPWV与平均血压降低有显著相关性。然而，平均血压的改变以及伴随的BMI或腰围和TC或LDL-C的改变只解释了大约11%的dPWV变异性(本组模型中R2的范围从0.106到0.118)。因此，本研究表明：通过心率定向有氧运动训练降低颈动脉和股动脉的脉搏波速度，可以正向影响平均血压，还可以影响中年代谢综合征患者的早期“血管老化”指标，并可能延缓2型糖尿病和心血管疾病的进展。

Zwinkels等[18]于2014年发表了一项关于有氧训练对动脉僵硬的影响的研究：运动后主动脉和外周动脉僵硬度参数的改善对脂质参数无明显影响。另一项研究表明[19]：适度的有氧运动会增加HDL-C并降低三酰甘油水平，而对LDL-C无显著影响。荟萃分析显示[20]：缺乏最佳改善代谢综合征受试者血脂状况的培训计划的证据。在本研究中，研究组和对照组中均观察到LDL-C的统计学显著降低，但没有观察到三酰甘油或HDL-C，这可能需要更长时间的有氧训练来实现这一目标。

氧化应激和炎症是引起动脉僵硬的主要机制[21]。hs-CRP和动脉僵硬度的显著相关性，即使在健康受试者中，升高的hs-CRP也被认为可以独立地影响心血管风险[22]。据报道，hs-CRP水平随着不同强度的体力活动而降低，这与基线hs-CRP水平或体质参数无关[23]。本组发现在代谢综合征受试者的固定目标心率后，进行8周训练组和家庭训练组中，hs-CRP在统计学上显著降低，提示hs-CRP是独立于训练强度的生活方式的敏感标志，还需要更大样本的研究来证实这一推测。

总而言之，在代谢综合征患者中，单因素分析显示目标心率的有氧运动训练与主动脉僵硬度(颈动脉-股动脉脉搏波速度)的降低有关。多因素分析表明：脉搏波速度的降低与血压有关。心率定向的有氧运动训练与腰围、收缩压、舒张压和平均血压、心率的显著降低相关，对照组上述变化无统计学意义。这些结果提示：心率定向运动训练后主动脉硬度参数的改善有助于动脉初始亚临床改变的逆转。因此，心率靶向的有氧运动训练对代谢综合征患者动脉粥样硬化的发展和进展具有预防作用。