被动踏车运动对重症脑卒中患者心功能和脑血氧水平影响的初步研究

陈赛赛 娅茹 黄昊 白玉龙 林万隆

（1.上海市第三康复医院重症康复科 上海 200436；2.复旦大学附属华山医院康复医学科 上海 200040）

重症脑卒中是指已致患者神经功能严重损害并出现呼吸、循环等多系统功能严重障碍的严重脑卒中，其患者临床表现主要为意识昏迷［格拉斯哥昏迷量表（Glasgow coma scale, GCS）评分＜8分］、神经功能严重缺损［美国国立卫生研究院脑卒中量表（NationalInstitute of Health stroke scale, NIHSS）评分＞17分］、呼吸衰竭（需气管插管和/或呼吸机辅助通气）、血流动力学不稳定、全面强直-阵挛性发作和/或癫痫持续状态，甚至全身脏器功能衰竭；影像学表现则包括大面积脑梗死（体积＞145 mL）、＞50%的大脑中动脉区域出现低密度缺血灶且累及其他血管分布区域、幕上血肿超过30 mL或小脑半球出血＞10 mL和大脑深部静脉血栓形成[1]。

重症脑卒中患者普遍存在脑心交互现象，即严重的脑损伤会导致心肌损害，影响心功能，而心功能减退又会直接影响脑卒中的预后。现代医学认为，心、脑通过心血管系统对氧的运输而连接，通过神经和内分泌调节而相互影响；大脑充足的血氧由心脏泵血来供应，同时心脏机能受大脑神经的支配和调节[2]。重症脑卒中患者不能配合进行主动康复运动。因此，如何通过规范的被动康复运动来增强重症脑卒中患者的心功能，改善大脑血供，促进心脑协同康复，成为目前亟待解决的临床问题之一。

截至今日，关于重症脑卒中患者被动康复运动的研究甚少。《中国脑卒中康复治疗指南》[3]对康复运动的强度和持续时间也没有明确的推荐，但指出只要患者机体能够耐受，增加康复运动强度、延长康复运动时间是有益的。我们前期的初步研究[4]发现，90 min被动踏车运动能较30、60 min被动踏车运动更好地改善重症脑卒中患者的心脏血流动力学，且运动过程中未见患者出现不良反应，患者均可耐受。不过，随着心脏血流动力学改善，重症脑卒中患者的脑血氧水平是否会同步增高尚不清楚。因此，本研究旨在进一步观察被动踏车运动对重症脑卒中患者心功能和脑血氧水平的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021年6月-2022年8月在上海市第三康复医院重症康复科住院治疗的60例重症脑卒中患者进行随机、对照临床研究，研究方案通过医院伦理委员会的审核（YL-20200526-09）。

纳入标准：①符合《中国各类主要脑血管病诊断要点2019》[5]和《中国重症脑血管病管理共识2015》[1]中关于脑卒中和重症脑血管病的诊断标准；②发病2周～6个月；③神经功能严重损害，不能进行主动运动；④年龄≥18岁；⑤患者本人或授权家人签署知情同意书。

排除标准：①存在颅骨缺损等无法进行近红外脑功能成像检测患者；②严重心、肺功能障碍，生命体征不稳定患者；③罹患癫痫持续状态、颅内高压等需深层镇静的脑病患者；④深静脉血栓形成或肺栓塞治疗48 h内患者；⑤下肢关节或韧带损伤，肢体肿瘤、痉挛或僵硬，或严重骨质疏松患者；⑥骨折内固定不稳定患者；⑦医生认为不宜入选的其他患者。

采用随机数字表法将60例重症脑卒中患者随机分为30、60和90 min被动踏车运动组（以下简称为30、60和90 min组），每组各20例。3组患者在性别、年龄、病程、病变性质、病变部位、GCS评分、NIHSS评分、基础疾病、心电图和超声心动图方面比较，差异均无统计学意义（表1），具有可比性。

表1 患者基线一般资料比较

1.2 运动方法

将下肢被动康复训练器（型号：LGT-5100L，广州龙之杰科技有限公司）放在患者床尾，嘱患者仰卧，用绑带将患者双脚固定在训练器踏板上并将其小腿固定在训练器小腿支架上，患者双下肢以20 r/min的转速进行被动踏车运动（注意膝关节屈曲＜90°，以免引起关节损伤）。根据分组要求，运动时间分别设置为30、60和90 min。

1.3 观察指标

1）心功能

采用无创血压监测仪（型号：Finometer PRO，深圳德力凯医疗设备股份有限公司）连续动态监测患者被动踏车运动前1 min至运动结束时的每搏输出量和心输出量，并比较患者运动前1 min与运动30、60、90 min后的每搏输出量和心输出量。

2）氧合血红蛋白（oxygenated hemoglobin, oxy-Hb）浓度

（1）数据采集：采用近红外脑功能成像系统（型号：BS-3000，武汉资联虹康科技股份有限公司）连续动态监测患者被动踏车运动前1 min至运动结束时的oxy-Hb浓度，并比较患者运动前1 min与运动30、60、90 min后的oxy-Hb浓度。数据采集头帽采用10-20国际标准导联系统，由16个发射光源和16个接收探头组成53个通道，探头与光源相距3 cm，检测区覆盖大脑前运动皮层、辅助运动皮层、Broca区、背外侧前额叶、额眼区和额极。采样频率20 Hz，波长690和830 nm。

（2）数据处理：运用Matlab软件进行数据预处理与分析，即先将原始发光强度数据转换成光密度数据，再通过带通滤波（0.01～0.1 Hz）去除高频噪声和低频数据漂移，最后运用比尔-朗伯定律将光密度数据转换成oxy-Hb浓度值。提取患者被动踏车运动前1 min和运动30、60、90 min后53个通道的oxy-Hb浓度值，按组别取平均值进行比较。

3）安全性

若患者在被动踏车运动过程中出现下述情况之一，须立即中止运动，并及时采取救治措施，以保证其生命安全：①窦性心动过缓或窦性心动过速，尤其是心率＜50次/min或＞140次/min，或者出现室性早搏、心房颤动等心律失常表现；②心电图ST-T缺血改变或出现胸闷、胸痛等心肌缺血表现；③血压异常，平均动脉压＜60 mmHg或收缩压＞200 mmHg；④呼吸窘迫，经皮血氧饱和度＜90%并持续≥1 min；⑤体温升高，＞39 ℃。

1.4 统计学方法

运用SPSS 21.0软件对研究数据进行统计分析。计数资料以频数表示，采用χ2检验；计量资料经检验均符合正态分布，以均数±标准差表示，组内比较采用配对t检验，组间两两比较采用LSD-t检验，多组间比较采用单因素方差分析。显著性水平α＝0.05，P＜0.05提示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 运动前后每搏输出量、心输出量比较

运动前，3组患者的每搏输出量、心输出量比较，差异均没有统计学意义（表2，P＞0.05）。运动后，与运动前相比，30 min组患者的每搏输出量、心输出量均无明显变化（P＞0.05）；60 min组患者的每搏输出量无明显变化（P＞0.05），但心输出量显著增高（P＜0.05）；90 min组患者的每搏输出量、心输出量均显著增高（P＜0.001）。组间比较结果显示，90 min组患者运动后的每搏输出量、心输出量增高幅度最显著（P＜0.001）。

表2 运动前后每搏输出量、心输出量比较（±s）

表2 运动前后每搏输出量、心输出量比较（±s）

注：a）与30 min组比较，P＜0.05；b）与60 min组比较，P＜0.05。

组别每搏输出量/mL心输出量/（L·min－1）运动前运动后t值P值运动前运动后t值P值30 min组（n＝20）60 min组（n＝20）90 min组（n＝20）0.144 0.029＜0.001 F值P值64.55±11.33 63.90±10.32 65.80±11.06 65.35±10.05 65.25±9.17 70.85±9.31a, b)﹣1.670﹣1.981﹣9.896 0.111 0.062＜0.001 4.38±1.14 4.24±1.29 4.34±1.24 4.44±1.07 4.42±1.16 4.99±1.26a, b)﹣1.525﹣2.359﹣9.168 16.792＜0.001 0.157 0.855 0.075 0.928 23.534＜0.001

2.2 运动前后不同脑区oxy-Hb浓度比较

运动前，3组患者左侧楔前叶、左侧额中回、左侧中央旁小叶、右侧中央后回、左侧和右侧辅助运动区的oxy-Hb浓度比较，差异均无统计学意义（表3，P＞0.05）。运动后，与运动前相比，30 min组患者左侧楔前叶、左侧额中回的oxy-Hb浓度均显著增高（P＜0.001），但左侧中央旁小叶、右侧中央后回、双侧辅助运动区的oxy-Hb浓度均无明显变化（P＞0.05）；60、90 min组患者左侧楔前叶、左侧额中回、左侧中央旁小叶、右侧中央后回、双侧辅助运动区的oxy-Hb浓度均显著增高（P＜0.001）。组间比较结果显示，90 min组患者运动后的上述脑区oxy-Hb浓度增高幅度最显著（P＜0.001）。

表3 运动前后不同脑区oxy-Hb浓度比较（±s, μmol·L－1·mm－1）

表3 运动前后不同脑区oxy-Hb浓度比较（±s, μmol·L－1·mm－1）

组别左侧楔前叶左侧额中回运动前运动后t值P值运动前运动后t值P值30 min组（n＝20）60 min组（n＝20）90 min组（n＝20）＜0.001＜0.001＜0.001 F值P值0.83±0.49 1.14±0.55 1.13±0.73 1.37±0.65 2.75±0.53a)3.18±0.70a, b)﹣7.356﹣10.972﹣10.569＜0.001＜0.001＜0.001 0.87±0.78 1.27±0.81 1.25±0.72 1.47±0.84 2.60±0.86a)3.06±0.87a, b)﹣8.222﹣6.985﹣13.654 1.802 0.174 27.918＜0.001 1.729 0.187 18.617＜0.001

表3（续1）

表3 运动前后不同脑区oxy-Hb浓度比较（±s, μmol·L－1·mm－1）

组别左侧中央旁小叶右侧中央后回运动前运动后t值P值运动前运动后t值P值30 min组（n＝20）60 min组（n＝20）90 min组（n＝20）0.060＜0.001＜0.001 F值P值0.44±0.25 0.74±0.66 0.65±0.57 0.48±0.26 2.23±0.76a)3.00±0.78a, b)﹣2.032﹣5.852﹣12.507 0.056＜0.001＜0.001 0.71±0.67 0.97±0.63 0.64±0.49 0.76±0.60 2.57±0.76a)2.87±0.53a, b)﹣2.003﹣12.148﹣15.417 1.750 0.183 40.348＜0.001 1.620 0.207 96.331＜0.001

表3（续2）

表3 运动前后不同脑区oxy-Hb浓度比较（±s, μmol·L－1·mm－1）

注：a）与30 min组比较，P＜0.05；b）与60 min组比较，P＜0.05。

组别左侧辅助运动区右侧辅助运动区运动前运动后t值P值运动前运动后t值P值30 min组（n＝20）60 min组（n＝20）90 min组（n＝20）0.143＜0.001＜0.001 F值P值0.94±0.52 1.28±0.83 1.15±0.85 1.00±0.55 2.47±0.76a)2.54±0.76a)﹣1.669﹣10.202﹣7.570 0.112＜0.001＜0.001 0.52±0.37 0.82±0.45 0.71±0.68 0.55±0.33 2.75±0.47a)3.08±0.73a, b)﹣1.526﹣13.452﹣12.144 31.634＜0.001 1.089 0.344 1.722 0.188 78.848＜0.001

3 讨论

研究发现，10%～20%的脑卒中患者会出现严重不良心脏事件，且此风险与脑卒中的严重程度成正比，而与患者有否心脏病史无关[6-7]。脑卒中患者急性期若出现严重心脏并发症，则短期死亡风险会增加2～3倍[8]，并会影响患者的长期预后[9]。脑卒中后脑心交互的机制可能主要与下丘脑-垂体-肾上腺轴功能紊乱、血浆儿茶酚胺水平激增、交感神经/副交感神经调节失衡和肠道微生物菌群紊乱有关[10-12]。此外，脑卒中后的炎性反应和免疫调节也在脑心交互中起着重要的介导作用[13-14]。无论上述何种机制，急性脑卒中都会导致患者自主神经功能障碍[15]，主要表现为静止时交感神经功能亢进，而在不同活动过程中心脏自主控制的适应性减弱，交感神经和副交感神经在静止和执行各种任务时的平衡性下降，故常使得有更严重自主神经功能障碍患者的运动能力更低，这可能会直接影响脑卒中患者的康复效果[16]。

脑卒中后心脏功能受损会增加患者神经系统不良预后和90 d残疾的风险[17]。患者脑卒中后血浆内皮素水平增高，这会直接毒害心肌组织，使血管强烈收缩，心肌后负荷增加。此时，心室肌需以更强的收缩来维持心脏正常泵血，由此导致心室肌逐渐肥厚，久之心室肌收缩力下降、泵血功能减退，出现心功能衰竭[18]。心功能与脑灌注和认知功能密切相关，心输出量降低会直接影响脑血流灌注，导致脑低灌注[19]。因此，当脑卒中合并心功能下降时，由于心肌氧供不足，心肌收缩力下降，心输出量减少，即可导致患者脑血流量减少，大脑氧供减少，最终影响疾病的预后。被动运动作为重症脑卒中患者唯一能接受的康复运动模式，若能安全、有效地增强心脏泵血，促进脑血流灌注，则可直接改善重症脑卒中患者的康复效果。

本研究发现，重症脑卒中患者在30 min被动踏车运动前后的每搏输出量、心输出量变化不明显，说明对心功能影响较小。然而，脑卒中会导致大脑自我调节功能紊乱，由此使得脑血流直接受心脏泵血功能的影响[20]。因此，虽然30 min组患者运动后的大脑左侧楔前叶、左侧额中回oxy-Hb浓度有所增高，但与60、90 min组患者相比，变化也不太明显。对于重症脑卒中患者，60、90 min被动踏车运动不仅能有效增高心输出量，而且可显著增高大脑左侧楔前叶、左侧额中回、左侧中央旁小叶、右侧中央后回和双侧辅助运动区的oxy-Hb浓度，说明被动踏车运动时心输出量的即刻增高会直接导致脑血流量的增加[21]。Doering等[22]研究了被动运动对年轻健康个体脑血流动力学和脑代谢的影响，发现与运动前相比，被动运动时大脑中动脉血流速率峰值显著增高，同时细胞色素aa3水平和脑氧饱和度显著增高，说明被动运动具有脑激活并改善大脑血液循环、促进大脑代谢的作用。此外，90 min组患者运动后的心输出量和大脑oxy-Hb浓度增高幅度均较60 min组患者更显著，说明长时程的被动踏车运动更有助于改善重症脑卒中患者的自主神经功能障碍，促进交感神经兴奋，增强心肌收缩力，促进心脏泵血，提高脑血氧水平，激活大脑通路，且安全性好，无不良反应。

本研究存在一定的局限性，仅观察了被动踏车运动对重症脑卒中患者心功能和脑血氧水平的短时影响，今后还需进一步观察其长期效果。此外，在长期观察对患者心功能和脑血氧水平影响的同时，还应对患者运动功能、意识障碍等变化进行综合评估。