心肺运动试验精准制定个体化强度运动处方对代谢综合征患者心肺功能的影响

王晓东谢友红孙兴国 王张敏邓维舒琼董朝会杨辉袁帅朱世立

1重庆医科大学附属大学城医院（重庆401331）

2国家心血管病中心，中国医学科学院阜外医院（北京100037）

3重庆医科大学附属康复医院（重庆400050）

代谢综合征（metabolic syndrome，MS）是腹型肥胖、血脂异常、高血糖、高血压等聚集发病的一组临床征候群，严重影响机体健康[1]。我国成年人中MS患病率高达16.5%[2]，并且呈逐年增加的趋势，这些危险因素的组合，直接促进了动脉粥样硬化性心血管疾病的发生，也增加了发生2型糖尿病的风险。MS患者因为自身疾病的特点，仅仅依靠药物的治疗并不能显著改善受累器官组织的功能状态，有研究表明心肺耐力（car⁃diorespiratory fitness，CRF）的提高可降低心血管疾病的风险[3]，而有氧运动是提高CRF最直接有效的方式。大量研究证实，运动可以有效改善MS患者的代谢指标[4]，而传统运动处方多以目标心率来制定[5-6]，由于患者可能服用影响心率的药物，该方法并不能真正反映患者运动能力，因此精准制定个体化强度的运动处方，是MS患者进行运动治疗的关键。

心肺运动试验（cardiopulmonary exercise testing，CPET），是一种无创伤、定量、客观、连续、可重复的全面评估人体整体功能学的检测方法[7]，以CPET为切入点，对运动期间呼吸、循环、血液、代谢等多系统功能的连续动态变化进行整合分析，可全面、客观、定量评估MS患者的功能状态，制定个体化强度运动方案以满足不同健康状况患者对疾病康复的需要。本研究通过CPET分析MS患者的心肺功能情况，精准制定个体化适度强度运动处方，以探讨其对MS患者心肺功能的影响。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选择2017年3月至2018年3月于重庆医科大学附属康复医院就诊的MS患者32例，其中男13例，女19例，平均年龄61.53±8.35岁，诊断符合《中国2型糖尿病防治指南2013》标准，即包含以下5项中的3项及以上者：（1）腹型肥胖：腰围，男≥90 cm，女≥85 cm；（2）高血糖：空腹血糖（fasting blood glucose，FPG）≥6.1 mmol/L或餐后2 h血糖（postrprandial blood glucose two hours，2hPG）≥7.8 mmol/L，和/或已确诊为糖尿病并接受治疗者；（3）高血压：血压≥130/80 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），和/或已确诊为高血压并接受治疗者；（4）空腹甘油三酯（triglyceride，TG）≥1.70 mmol/L；（5）空腹高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipopro⁃tein cholesterol，HDL-C）＜1.04 mmol/L[1]。正常组 30例，于我院体检无任何心、肺疾病史，其中男13例，女17例，平均年龄58.23±5.96岁。排除主动脉夹层、肺动脉高压、血压过高、心脑血管病急性期、下肢骨折或关节不稳定、瘫痪等活动受限无法配合治疗患者。

所有患者在试验前均签署知情同意书。本研究获得重庆医科大学附属大学城医院医学伦理委员会批准。

1.2 方法

MS患者（n=32）和正常组（n=30）在入组前进行CPET评估，再将MS患者随机分为运动组（n=18）和对照组（n=14），运动组在药物治疗基础上进行12周个体化运动康复训练，对照组维持常规药物治疗，运动组和对照组在干预后复查CPET。

1.2.1 心肺运动试验

采用瑞士Schiller104T心肺功能检测仪，按照美国加州大学洛杉矶分校（Harbor－UCLA）医学中心标准，采用连续递增功率方案完成症状限制性CPET[8-9]。患者在医生监护下，首先坐位完成静息心电图和肺功能测定，然后在功率自行车上静息3 min，以60 r/min速率进行3 min无负荷热身，根据性别、年龄选择合适的递增功率（10～30 W/min），使患者在6～10 min内达到症状限制性极限运动，然后恢复5～10 min，试验结束。无氧阈值通过V-slope法计算得出，即运动过程中二氧化碳排出量显著高于摄氧量时的摄氧量10秒平均值[10]。

1.2.2 心血管疾病风险（cardiovascular risk，CVR）指标

心率恢复（heart rate recovery，HRR）是指运动峰值至恢复期2 min的心率变化值，运动后收缩压恢复（systolic blood pressure recovery，SBPR）为恢复期第3分钟收缩压与第1分钟收缩压的比值[11-12]，峰值公斤摄氧量[peak oxygen uptake，PeakVO2（ml·kg-1·min-1）]及代谢当量（metabolic equivalent，Mets）均由心肺功能仪计算得出。

1.2.3 运动组训练方案

根据CPET检查结果对每位患者制定个体化△50%W强度运动方案。运动方式：踏车；运动强度：△50%W=（无氧阈测定功率-功率递增速率×0.75）/2+（极限运动测定功率-功率递增速率×0.75）/2；运动时间：30 min/天，外加5 min热身运动和5 min恢复期（无功率负荷），共计40 min；5天/周，连续12周。蹬车过程中保持60 r/min的速率[7]。

1.2.4 统计学方法

应用SPSS 22.0进行统计学处理。计量资料用平均数标准差（±s）表示，组间比较采用独立样本t检验，运动治疗前后采用配对t检验，计数资料比较采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 MS组与正常组的一般情况与CPET指标比较

从表1可见，两组的性别、年龄、体重指数比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；MS组用力肺活量（force vital capacity，FVC）、最大通气量（maximum voluntary ventilation，MVV）、无氧阈（anaerobic threshold，AT）、峰值心率（peak heart rate，HRpeak）、峰值摄氧量（peak oxygen uptake，PeakVO2）、峰值负荷功率（peak load power，PeakWR）、峰值氧脉搏（peak oxygen pulse，PeakVO2/HR）、峰值心排量（peak cardiac output，Peak⁃CO）、摄氧通气效率峰值平台（oxygen uptake efficien⁃cy plateau，OUEP）较正常组降低（P＜0.05）；静息收缩压（rest systolic blood pressure，SBPrest）、峰值收缩压（peak systolic blood pressure，SBPpeak）、二氧化碳排出通气效率最低值（minimum ventilatory equivalent for carbon dioxide，Lowest VE/VCO2）、二氧化碳排出通气斜率（slope of ventilatory equivalent for caobon di⁃oxide，VE/VCO2slope）较正常组升高（P＜0.05）。

表1 代谢综合征组与正常组一般情况、CPET指标比较

（续表1）

2.2 MS组与正常组心血管疾病风险指标比较

MS组的METs、PeakVO2（ml·kg-1·min-1）和HRR较正常组降低（P＜0.05）；MS组的SBPR同正常组比较差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表2 MS组与正常组心血管疾病风险指标比较（±s）

表2 MS组与正常组心血管疾病风险指标比较（±s）

*P＜0.05，与正常组比较

正常组（n=30）6.87±1.43 23.17±4.85 0.88±0.11 39.20±10.59 CVR指标METs PeakVO2（ml·kg-1·min-1）SBPR HRR代谢综合征组（n=32）5.55±0.96*19.62±3.40*0.89±0.10 28.22±9.55*

2.3 治疗前后运动组与对照组BMI和CPET指标比较

治疗前两组比较，运动组与对照组的BMI和各项CPET指标差异均无统计学意义（P＞0.05）。治疗后两组比较，运动组AT、HRpeak、SBPpeak、PeakVO2、Peak⁃WR、PeakVO2/HR、PeakCO、OUEP较对照组升高（P＜0.05），见表3。

与治疗前比较，治疗后的运动组BMI、SBPrest、DB⁃Prest降低（P＜0.05），AT、PeakVO2、PeakWR、PeakVO2/HR、PeakCO、OUEP升高（P＜0.05）；与治疗前比较，治疗后的对照组 SBPrest、SBPpeak、DBPpeak、AT、Peak⁃VO2、PeakVO2/HR、PeakCO降低（P＜0.05），Lowest VE/VCO2升高，见表3。

表3 治疗前后运动组与对照组BMI和CPET指标比较（±s）

表3 治疗前后运动组与对照组BMI和CPET指标比较（±s）

指 标 运动组（n=18）治疗前 治疗后对照组（n=14）治疗前 治疗后BMI（kg/m2）FVC（L）MVV（L/min）HRrest（bpm）SBPrest（mmHg）DBPrest（mmHg）25.00±1.89 2.55±0.64 83.28±31.34 78.89±7.70 142.83±15.03 85.06±8.98 24.56±1.94*2.66±0.83 85.94±27.88 76.56±6.07 129.89±12.88*79.89±9.93*25.75±2.22 2.73±0.73 82.79±21.00 74.57±11.67 142.79±16.83 80.79±13.83 25.63±2.22 2.70±0.69 86.21±20.75 72.21±11.20 138.14±16.04*75.34±11.71

（续表3）

2.4 治疗前后运动组与对照组心血管疾病风险指标比较

如表4所示，治疗前组间比较，两组METs、PeakVO2（ml·kg-1·min-1）、SBPR、HRR差异无统计学意义（P＞0.05）；治疗后组间比较，运动组METs、PeakVO（2ml·kg-1·min-1）、HRR较对照组升高，SBPR较对照组降低（P＜0.05）；治疗前后比较，运动组METs、PeakVO（2ml·kg-1·min-1）、HRR较治疗前升高（P＜0.05），对照组METs、PeakVO（2ml·kg-1·min-1）较治疗前降低（P＜0.05）。

表4 治疗前后运动组与对照组心血管疾病风险指标比较（±s）

表4 治疗前后运动组与对照组心血管疾病风险指标比较（±s）

*P＜0.05，组内自身前后比较；#P＜0.05，与治疗后对照组比较

治疗后5.06±1.03*17.88±3.61*0.93±0.09 25.93±9.68 CVR指标METs PeakVO2（ml·kg-1·min-1）SBPR HRR运动组（n=18）治疗前5.46±0.95 19.33±3.28 0.88±0.12 29.94±9.03治疗后6.37±1.10*#22.57±3.84*#0.85±0.09#37.17±13.04*#对照组（n=14）治疗前5.66±1.00 19.99±3.93 0.89±0.08 26.00±10.08

3 讨论

3.1 代谢综合征患者的整体心肺功能状态

CPET通过检测不同状态下心电图、血压、氧气、二氧化碳等气体交换指标的变化，综合评估人体心肺功能，既可客观定量运动受限程度，也可评估心肺功能潜力。作为评估心肺功能的核心指标，无氧阈反映人体的运动耐力，峰值摄氧量反映人体最大有氧代谢和储备能力；氧脉搏反映心脏每次射血的供氧能力，摄氧通气效率峰值平台、二氧化碳排出通气效率最低值、二氧化碳排出通气斜率反映通气和血流灌注的匹配情况[13]。

本研究发现MS患者整体心肺功能水平明显低于正常组，主要表现为心肺耐力的下降，这与心脏储备能力、通气有效性及骨骼肌代谢密切相关[14]。由于MS患者静息及峰值收缩压较正常组高，心脏后负荷增加，当心率加快时，心脏射血能力降低，心排量与毎搏量减少，加上MS患者用力肺活量及最大通气量降低，在功率负荷逐渐递增的过程中氧气供应不足，经血液循环携带至周围组织器官的氧减少，使骨骼肌组织摄氧障碍，无氧阈较早出现，继而产生大量乳酸，导致运动能力下降，峰值摄氧量减少，心肺耐力降低。

3.2 个体化运动康复方案对代谢综合征患者心肺功能的影响

运动是提高心肺耐力的有效方式[15]。本研究根据每位患者的CPET指标计算得出个体化△50%W运动康复方案，其运动强度在无氧阈之上，为高强度。有研究表明该方案与中等负荷强度运动相比能更有效的提高心衰患者的心肺功能[16]。高强度运动不仅能提高机体有氧及无氧适能，还能够提高肌肉中线粒体的质和量，增加毛细血管的数量，增强氧化酶的活性，改善骨骼肌的氧化能力[14，17-19]。而长期的运动训练可提高自主神经系统的活性，促进内皮细胞释放一氧化氮，舒张外周血管，降低血压[20]，同时可使心肌收缩力增强，左室功能增加[21，22]。

本研究中个体化运动康复训练使MS患者血压降低，心脏负荷减轻，心脏泵血能力提高，患者的峰值心排量与每搏量增加，心肌的血液循环和氧气供应得到改善，心脏储备能力提高，同时血液循环携氧能力增加，使骨骼肌摄氧及利用氧的能力提高，在完成同样的运动负荷时，肌肉对血液供应的需求量下降，有氧代谢能力改善，从而无氧阈值提高，峰值摄氧量增加，表明MS患者整体心肺功能得到改善。而对照组的心肺指标无明显改善，甚至出现降低，可见常规药物治疗并不能改善MS患者的心肺功能。

3.3 个体化运动康复方案对代谢综合征患者心血管疾病危险因素的影响

MS是多个心血管疾病危险因素的组合，研究发现MS使心血管疾病死亡率增加2倍，全因死亡率增加1.5倍[23]，而大多数MS相关风险因素可通过生活方式改善[24]，运动就是一种重要的治疗与预防方式。METs作为反映心肺耐力的重要指标，已成为一个独立的死亡预测因素[3，25]。峰值公斤摄氧量（ml*kg-1min-1）校正了体重对其的影响，能够更好的判断患者心功能程度。运动后心率恢复的降低和收缩压恢复的延迟是冠心病的独立预测因素，这两项指标联合更是预测冠心病和高血压的强有力指标[12，26-27]。

本研究发现，MS患者的METs、峰值公斤摄氧量、HRR较正常组降低，提示其心血管疾病的危险性较高，经过12周个体化运动康复训练后，运动组MS患者峰值公斤摄氧量增加，代谢当量提高，运动后心率恢复及收缩压反应得到改善，提示个体化的运动训练可能降低MS患者心血管疾病的风险，而对照组采用常规药物治疗并不能有效改善上述指标，其心血管疾病危险性仍较高。

本研究由于未对MS患者进行长期随访，可能存在一定的局限性，因此在未来的研究中，还需采用CPET对患者进行动态随访，针对个体化运动降低患者心血管疾病风险的有效性方面进行进一步的研究论证。

4 总结

MS患者整体心肺功能较正常组降低，并且其心血管疾病风险较高，个体化运动康复训练不仅可以有效改善MS患者的心肺功能，提高运动能力，还可能降低心血管疾病死亡风险。CPET作为一项客观、定量评估人体整体功能状态的检测方法，可以有效地对MS患者病情进行动态评估，具有良好的临床应用价值。