老年心力衰竭病人运动前后氧化应激变化及其与远期心功能和预后的相关性

王国峰,徐炜棉,杨凯瑞,李 宁

心力衰竭具有高死亡率和高再住院率的特点,尤其在老年病人中,已成为全球性公共问题[1]。运动疗法是预防老年心力衰竭发作和进展的有效干预措施,并已被多个临床指南推荐[2]。运动耐量证实是相较于心脏功能,如左室射血分数(LVEF)重要的预后指标,运动疗法通过外周和中枢机制介导,改善骨骼肌质量和功能,调节外周血管内皮功能和神经体液的相互作用[3]。然而,上述变化不能解释运动有益疗效的相关机制。近年来,随着有氧间歇训练对老年心血管疾病的疗效被证实,氧化应激反应在心血管疾病中的作用逐渐被关注。高敏等[4]研究显示,氧化应激的短暂和适量产生充当调节能量代谢和蛋白质合成的信号转导因子,有助于适度运动引起的生理功能适应。李杰等[5]研究指出,心力衰竭病人过度的氧化应激可诱导心肌细胞肥大、细胞凋亡和钙超载,影响病人预后。既往临床多关注轻度、中度有氧运动对心力衰竭氧化应激及预后的影响[6],高强度有氧运动后老年心力衰竭病人氧化应激的波动情况及其与病人心功能及预后的相关性研究较少。本研究纳入276例老年心力衰竭病人,旨在探讨老年心力衰竭病人运动前后氧化应激变化情况,并分析其与心功能和预后的相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2017年3月—2020年4月于我院就诊的276例老年心力衰竭病人。纳入标准：符合急慢性心力衰竭诊断标准[7];年龄60～80岁;原发性心力衰竭,首次发病;心功能分级Ⅰ～Ⅲ级;接受并可耐受高强度有氧运动。病人或家属签署知情同意书,本研究经医院伦理委员会批准。排除标准：病人入组前30 d内出现急性冠脉综合征或既往有心脏手术史;存在严重瓣膜性疾病;因肌肉、关节、骨骼等问题无法进行运动康复训练;既往规律运动。剔除标准：依从性差,不能按时配合研究数据采集;高强度有氧运动干预期间死亡;研究过程中发生严重并发症不能继续完成研究。

1.2 研究方法 所有病人均接受3个月的高强度有氧运动训练,记录病人入院时及运动训练后活性氧代谢物(d-ROM)值,记录心功能指标。采用Pearson相关分析d-ROM改变量(△d-ROM)与病人心功能指标的相关性;根据△d-ROM值变化情况将病人分为正性组和负性组,使用Kaplan-Meier 分析△d-ROM值对病人预后的影响;记录病人预后情况,根据病人预后情况分为预后不良组和预后良好组,采用Logistic多因素分析老年心力衰竭病人运动训练后预后不良的危险因素。

1.3 资料收集 入院后24 h内收集病人一般资料,包括年龄、性别、体质指数(BMI)、心功能分级、合并症、血压、药物治疗、实验室检查指标等。同时收集运动训练前及运动训练后d-ROM值,并于运动训练结束后记录病人心功能指标、预后等情况。

1.3.1 实验室检查指标 于入院时采集病人空腹外周静脉血5mL,室温静置30 min后,在4℃条件下,以3 000 r/min离心,15 min后取上清液,置于-80 ℃冰箱中待检。采用全自动生化分析仪(Beckman Coulter,AU5800,US)测量血肌酐、丙氨酸氨基转移酶、血红蛋白等指标。

1.3.2 d-ROM测量方法 于入院时及运动训练后,在4 ℃条件下,以3 000 r/min离心,15 min后取上清液,置于-80 ℃冰箱中血清样品,使用自由基分析仪(FREE Carpe Diem;Wismerll,Japan)及d-ROM试剂盒(DI-003b,Wismerll)进行d-ROM测定。△d-ROM=运动训练后d-ROM-入院时d-ROM。

1.3.3 心功能指标测量 于入院时及运动训练后使用全自动免疫化学发光仪(Roche,Cobase 601,Switzerland)及其配套酶联免疫试剂盒测量病人超敏心肌肌钙蛋白T(hs-cTnT)、N末端B型利钠肽前体(N terminal pro-B type natriuretic peptide,NT-proBNP)水平。使用心脏超声(Philips,Affiniti30,Netherlands)测定病人心功能指标,包括左室舒张末期内径(left ventricular end-diastolic dimension,LVEDD)、LVEF、左心房容积(left atrial volume,LAV)等。

1.3.4 心肺运动试验 训练后使用呼出气体分析仪(Cpex-1;Inter Reha Japan)通过逐次呼吸法进行呼出气体分析,测量病人峰值摄氧量(peak oxygen uptake,VO2)、峰值二氧化碳产生量(carbon dioxide production,VCO2)和分钟通气量(minute ventilation,VE)。

1.4 随访 随访1年,记录病人预后情况,将发生心力衰竭全因死亡或随访过程中需进行辅助系统植入治疗定义为预后不良。预后良好定义为未发生相关事件。

2 结 果

2.1 随访结果 老年心力衰竭病人训练前后氧化应激变化及其与心功能的相关性分析 老年心力衰竭病人训练前后氧化应激素与心功能指标变化见表1。Pearson相关系数分析显示：△d-ROM值与病人hs-cTnT、NT-proBNP呈正相关(P<0.001),与LVEF呈负相关(P<0.001),与LVEDD、LAV无相关性(P>0.05)。详见表2。

表1 老年心力衰竭病人运动前后氧化应激及心功能变化(±s)

表2 △d-ROM值与老年心力衰竭病人心功能指标的相关性分析

2.2 △d-ROM值与病人预后的相关性分析 根据△d-ROM值的变化情况将病人分为正性组[△d-ROM值为40.65(18.78,60.43)mmol/L]152例和负性组[△d-ROM值为-30.87(-55.42,-10.64)mmol/L]124例。Kaplan-Meier分析结果显示：正性组预后不良风险高于负性组(Log Rankχ2=4.412,P=0.036)。详见图1。

图1 △d-ROM值与病人预后的Kaplan-Meier曲线

2.3 老年心力衰竭病人预后的单因素分析 接受运动训练的276例老年病人中44例预后不良病人为预后不良组,232例预后良好病人为预后良好组。预后不良组训练后BMI、NT-proBNP、△d-ROM、VE/VCO2高于预后良好组,LVEF低于预后良好组(P<0.05)。详见表3。

表3 老年心力衰竭病人预后的单因素分析

2.4 老年心力衰竭病人运动训练后预后不良的影响因素分析 多因素Logistic回归分析结果显示：BMI(OR=1.305)、△d-ROM(OR=1.428)、VE/VCO2(OR=1.249)是老年心力衰竭病人预后危险因素(P<0.05)。详见表4。

表4 老年心力衰竭病人预后不良的影响因素分析

3 讨 论

运动疗法是防止老年心力衰竭病人发生不良心血管事件的重要方法,能有效改善病人骨骼肌质量和功能,调节外周血管内皮功能和神经体液的相互作用[8]。相关研究指出,运动疗法可影响病人活性氧产生和抗氧化防御之间的平衡,且适度产生活性氧有利于老年心力衰竭病人运动生理适应[9]。Aimo等[10]研究指出,活性氧过度累积通过氧化膜磷脂、蛋白质和DNA诱导心肌细胞凋亡,增加老年心力衰竭病人预后不良的风险。因此,临床将长期轻度、中度有氧运动或间歇高强度有氧运动应用于老年心力衰竭病人中,探讨其对病人氧化应激反应的影响[11]。本研究纳入老年心力衰竭病人,探讨高强度有氧运动后病人氧化应激变化情况及其对病人预后的影响。

Kiyuna等[12]研究显示,血清d-ROM值与射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)病人纽约心脏病协会(NYHA)心功能分级评估的严重程度相关,且高d-ROM组因心力衰竭恶化再入院率明显增加。本研究结果显示,△d-ROM值越高老年心力衰竭病人心功能及预后越差。活性氧参与能量代谢、蛋白质合成和线粒体生物过程,与运动相关的氧化应激轻度增加有利于改善老年心力衰竭病人预后[13]。由于老年心力衰竭病人线粒体DNA病理损伤,无法处理过量活性氧,导致活性氧异常累积。因此,因急性运动而异常增加的活性氧反映了老年心力衰竭病人对过度氧化应激的不当处理。Chen等[14]关于活性氧对心肌细胞功能影响的研究指出,心肌细胞损伤越重,对活性氧的代谢越差。另一方面,过度的氧化应激反应产生的活性氧导致错误折叠的蛋白质、羰基蛋白质和脂褐质增加,破坏细胞膜功能,促进细胞凋亡;诱导的内皮型一氧化氮失活,加速血管内皮功能及心肌细胞损伤,增加老年心力衰竭病人不良预后风险。

老年心力衰竭病人运动训练后预后影响因素较多。既往研究显示,NT-proBNP、LVEF是运动训练后老年心力衰竭病人不良预后的预测因子[15],但本研究结果中未得到相似结论,分析可能因为纳入的人群中包含了射血分数降低的心力衰竭(HFrEF)和HFpEF病人,因此NT-proBNP、LVEF预测效果欠佳。本研究结果显示,△d-ROM值、BMI、VE/VCO2为老年心力衰竭病人不良预后的危险因素。分析认为：高BMI病人中脂质(如氧化低密度脂蛋白超载),导致促炎泡沫细胞形成,增加病人容量超负荷,促进心肌细胞内质网应激、线粒体功能障碍和细胞凋亡[16]。Pena等[17]关于肥胖与心脏代谢变化的研究指出,过量脂质通过巨噬细胞代谢机制诱导M1巨噬细胞极化,引起循环葡萄糖和脂肪酸底物变化,增加心肌细胞脂毒性和缺氧。Sciomer等[18]研究显示,病人高脂质状态导致机体处于慢性炎症状态。炎症反应释放的循环促炎细胞因子与M1巨噬细胞极化存在潜在协同机制,通过代谢底物、激素、局部炎症信号分子、机械拉伸和缺氧诱导信号诱导心功能损伤。VE/VCO2被认为是通气效率和自主神经功能的标志物,与心力衰竭病人肺灌注不良、休息和运动期间心排血量受损、早期乳酸积累、骨骼肌和化学感受器敏感性升高及去适应有关。Izawa等[19]研究显示,VE/VCO2是心血管疾病死亡率的强预测因子。Valentim等[20]研究显示,VCO2在10.1～13.9 mL/(kg·min)的基础上增加VE/VCO2,可提高对心血管高死亡率病人的分层管理。进一步证实VE/VCO2在老年心力衰竭病人预后预测中的价值。

综上所述,运动训练后△d-ROM值越高的病人心功能及预后越差,且△d-ROM值是老年心力衰竭病人预后的独立危险因素。本研究的局限性在于样本均来源于同一中心,结论推广性受限;研究过程中未对HFrEF和HFpEF病人进行分类探讨,研究结果可能存在偏倚。今后需进行多中心研究,并对HFrEF和HFpEF病人进行分类探讨,进一步验证本研究结论。