徐飛 徐菁 謝浩

1杭州師范大學(xué)體育與健康學(xué)院（杭州 310016）

2浙江財經(jīng)大學(xué)體育部（杭州 310018）

肥胖者患心血管疾病、高血壓和Ⅱ型糖尿病的風(fēng)險增加，死亡風(fēng)險也高于體重正常者[1]。美國運動醫(yī)學(xué)會（ACSM）指出，提高體力活動水平（physical activity level，PAL）和心肺耐力（cardiorespiratory fitness，CRF）能夠增加健康收益并降低全因死亡率[2-4]，也能降低肥胖和超重者的健康風(fēng)險[5]。近年來，肥胖者自主神經(jīng)系統(tǒng)（autonomic nervous system，ANS）功能紊亂與心血管風(fēng)險和早期死亡率的關(guān)系成為公共健康領(lǐng)域關(guān)注的焦點[1，6]。有meta分析發(fā)現(xiàn)，肥胖者體重增加10%，心臟副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)功能顯著降低；而肥胖或超重者減重10%，副交感神經(jīng)活性顯著提高[1，6]，提示體重增加導(dǎo)致的副交感神經(jīng)活性抑制可能是肥胖者ANS功能紊亂、引發(fā)心血管風(fēng)險增加的重要因素。但也有學(xué)者指出，ANS功能紊亂涉及迷走神經(jīng)-副交感神經(jīng)-交感神經(jīng)的調(diào)控和張力平衡，僅副交感神經(jīng)活性變化還不足以解釋肥胖者ANS功能與健康風(fēng)險的關(guān)系[7]。心率變異性（heart rate variability，HRV）通過測量每次心跳搏動的細(xì)微差異來評價心臟ANS功能，是臨床上無創(chuàng)評價ANS的有效指標(biāo)[8]。HRV活性顯著降低，代表ANS功能紊亂，與心肌梗死、心血管風(fēng)險致死率和全因死亡率顯著相關(guān)[1]。上述研究證據(jù)顯示，提高體力活動水平（PAL）和心肺耐力（CRF）對肥胖者心臟ANS功能有益，但PAL、CRF對肥胖人群自主神經(jīng)系統(tǒng)“交感-迷走-副交感神經(jīng)”活性的影響尚不明確，故本研究開展針對性研究，為肥胖人群科學(xué)鍛煉和運動風(fēng)險控制提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

通過社區(qū)廣告和微信等途徑，招募到189名男性志愿者。經(jīng)電話和標(biāo)準(zhǔn)化面試，排除身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）＜28 kg/m2、運動風(fēng)險篩查有關(guān)的急、慢性疾病或疾病史提示不適合參與運動測試者[2]。初篩后128人符合研究條件，測量身高、體重、腰圍并填寫醫(yī)療史、酒精攝入、吸煙史和體力活動評價量表。受試者對測試內(nèi)容均知情同意（明確告知運動測試的不適癥狀）并至少兩次熟悉測試內(nèi)容和流程，正式實驗前醫(yī)學(xué)檢查排除和退出實驗者共21人，最終107人的數(shù)據(jù)納入統(tǒng)計。

1.2 測試指標(biāo)與方法

1.2.1 體力活動水平

先開放式記錄受試者兩周的活動習(xí)慣，以提高對體力活動認(rèn)知的準(zhǔn)確度。用國際體力活動問卷-短卷（internationalphysicalactivityquestionnaire- short form，IPAQ-SF）評價體力活動水平（PAL）[9]，進(jìn)行數(shù)據(jù)清理和數(shù)據(jù)截斷[10，11]后根據(jù)體重計算代謝當(dāng)量（METs），將受試者分為體力活動低（Low，L組）（＜3 METs）、中（Median，M 組）（3.1～6 METs）、高（High，H組）（≥6 METs）三組[9-11]，基本情況見表1。

表1 不同體力活動水平受試者基本情況（n n=107）

（續(xù)表1）

1.2.2 心肺耐力測試

用峰值攝氧量（VO2peak）評價心肺耐力[12]：受試者在功率車（Monark 839E，Sweden）上采用Ramp方案進(jìn)行遞增負(fù)荷心肺耐力測試，同期記錄運動心電圖、心率和自感疲勞量表（rated perceived exertion，RPE）。每口氣呼吸法（breath by breath）評價VO2peak（Cosmed K4b2，Italy）。Ramp方案：初始負(fù)荷30 W，每分鐘勻速遞增30 W直至主觀無法繼續(xù)堅持運動或出現(xiàn)限制性癥狀而終止測試[12-14]。限制性癥狀包括：收縮壓＞220 mmHg，舒張壓＞120 mmHg，胸痛、暈?；蝾^痛[2，13，14]。呼吸商≥1的VO2peak為有效值（取30 s均值匯報）。并報告峰值功率（peak power，Ppeak）和心率儲備（heart rate reserve，HRR）。

1.2.3 心率變異性評價

以心率變異性（HRV）的線性與非線性測試結(jié)果評價自主神經(jīng)系統(tǒng)（ANS）功能[8]。用Holter動態(tài)心電圖機(jī)（GE Healthcare，USA）采集受試者24 h心電信號（ECG），通過RR間期（R-R interval，RRi）數(shù)據(jù)分析HRV，采樣頻率1000 Hz。測試日（24 h）保持正常作息和活動（家務(wù)勞動、散步、工作等），避免針對性鍛煉（游泳、爬山、廣場舞和太極拳等）。剔除異位搏動及偽差等干擾數(shù)據(jù)后，用線性和非線性法分析HRV[8，15]。線性法計算時域和頻域指標(biāo)（圖1A、B）：時域指標(biāo)是計算RRi、正常連續(xù)RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）和HR均值（HRavg）；頻域指標(biāo)主要通過計算HRV整頻段的功率譜（0～0.4 Hz），包括超低頻帶（ultra-low frequency，ULF）＜0.0033 Hz、極低頻帶（very-low frequency，VLF）為0.0033～0.04 Hz、低頻帶（low frequency，LF）為0.04～0.15 Hz、高頻帶（high frequency，HF）為0.15～0.40 Hz和LF/HF比值。非線性法采用斜率法（β）、趨勢波動分析法（detrended fluctuation analysis，DFA）統(tǒng)計RR間期中波動的短時變異性（DFA1）和長時變異性（DFA2），繪制龐加萊圖形（Poincaré plot），并計算HRV的近似熵（approximate entropy，ApEn）、SD1和SD2（圖1C）。

圖1 一位受試者動態(tài)心電圖HRV測試結(jié)果

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

結(jié)果用均值 ±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示。經(jīng)K-S檢驗，除BMI外的各連續(xù)型變量符合正態(tài)分布（表1）。HRV線性分析指標(biāo)呈偏態(tài)分布（skewed distribution），經(jīng)自然對數(shù)轉(zhuǎn)換（natural logarithms，ln）后再經(jīng)K-S檢驗，符合正態(tài)分布。組間均值比較采用方差分析（analysis of variance，ANOVA），多重比較（post hoc）用Tukey檢驗。解釋變量（PAL、CRF）對因變量（HRV指標(biāo)）的解釋量的分析采用多元逐步線性回歸（multiple stepwise linear regression）。統(tǒng)計顯著性水平臨界值為α＝0.05。

2 結(jié)果

2.1 不同體力活動水平對心肺耐力的影響

比較體力活動水平各組心肺耐力相關(guān)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)（表2）：H組Ppeak、VO2peak和HRR均高于M、L組（P＜0.05，P＜0.01）。各組VO2peak和Ppeak分別相差約3.2 ml/kg/min和20 W。體力活動水平（METs）與VO2peak和Ppeak的相關(guān)系數(shù)為r＝0.538（P＜0.05）、r＝0.389（P＜0.05），見圖2。

表2 不同體力活動水平受試者的心肺耐力指標(biāo)比較

圖2 體力活動水平與心肺耐力指標(biāo)的相關(guān)分析

2.2 體力活動對心率變異性的影響

24h動態(tài)心電圖HRV結(jié)果見表3。H組SDNN高于L組（P＜0.05），M組與L組間無顯著差異（P＞0.05）。非線性指標(biāo)SD2和頻域指標(biāo)lnHF的區(qū)分度較好，均為H組＞M組＞L組（各組間P＜0.01）。H組HRavg低于L組（P＜0.05）。H組lnULF高于M組（P＜0.01）、L組（P＜0.05）。

表3 體力活動水平對HRV的影響

（續(xù)表3）

2.3 體力活動和心肺耐力對心率變異性的影響

多元逐步線性回歸結(jié)果顯示（表4），PAL對SDNN、SD2和lnULF的解釋量分別為20.1%（P＜0.001）、49.2%（P＜0.001）和10.4%（P＜0.001）。CRF對lnHF和LF/HF的解釋量為21.7%（P＜0.001）和12.5%（P＝0.003）。

表4 體力活動水平和心肺耐力對HRV的多元逐步線性回歸結(jié)果

3 討論

ACSM指出較高體力活動水平（PAL）與較高的心肺耐力（CRF）相關(guān)，PAL與早期死亡風(fēng)險存在量效關(guān)系[2]。有研究分別證實，提高PAL和CRF都能夠降低早期死亡風(fēng)險[2-4，16]。本研究結(jié)果顯示，不同PAL水平肥胖者對應(yīng)的CRF有顯著差異（表2），且二者呈顯著正相關(guān)（圖2），說明在肥胖人群中，PAL分級與對應(yīng)的CRF都有較好的區(qū)分度，提高肥胖人群的PAL和CRF都能夠降低風(fēng)險、增加健康收益。

有研究認(rèn)為肥胖者ANS功能紊亂主要是因為迷走神經(jīng)活性降低、交感神經(jīng)過度興奮，以及迷走-交感神經(jīng)張力失衡所致[7，17-19]。但PAL和CRF對肥胖者ANS功能的具體影響并不明確。本研究發(fā)現(xiàn)，H組HRV總活性指標(biāo)SDNN、SD2顯著高于L組（P＜0.01，表3），即提高PAL能顯著增加HRV總活性。這與前人發(fā)現(xiàn)超重和靜態(tài)生活人群安靜時SDNN低于體重正常者[20，21]、肥胖人群急性有氧運動后SDNN出現(xiàn)短時抑制[17，18]的結(jié)果較為一致，提示提高PAL增加HRV總活性是肥胖人群ANS功能改善的重要表現(xiàn)。本研究通過多元逐步線性回歸發(fā)現(xiàn)，PAL是HRV總活性變化的首要解釋因素（表4），PAL對HRV總活性指標(biāo)SDNN、SD2的解釋量為20.1%和49.2%，說明通過PAL提高肥胖人群ANS適應(yīng)、降低心血管事件風(fēng)險的重要表現(xiàn)在于增加HRV總活性。分析認(rèn)為，PAL代表的習(xí)慣性體力活動水平主要反映受試者的能量消耗水平和運動量情況[22，23]，Liao等[22]研究發(fā)現(xiàn)體力活動水平低者HRV總活性指標(biāo)SDNN顯著低于中、高PAL老年肥胖者，而EI Agaty等[23]也發(fā)現(xiàn)，中等強(qiáng)度運動后，PAL水平低的II型糖尿病超重/肥胖人群的HRV總活性指標(biāo)顯著提高，提示能量消耗和體力活動量的提高可能是HRV總活性提高進(jìn)而改善自主神經(jīng)系統(tǒng)功能活性的重要生理因素。

但目前肥胖者HRV總活性提高的途徑尚不明確，因為HRV總活性提高有三種主要途徑：副交感神經(jīng)活性增強(qiáng)、交感神經(jīng)活性降低和迷走神經(jīng)對交感-副交感、迷走-交感神經(jīng)調(diào)節(jié)的影響。在HRV測試結(jié)果中，人體迷走神經(jīng)[24]和副交感神經(jīng)活性變化[24，25]主要參考HF指標(biāo)，交感神經(jīng)張力變化主要通過LF/HF指標(biāo)來評價[24，25]。有研究證實，安靜時LF/HF指標(biāo)能夠有效預(yù)測40～49歲成年人的心血管風(fēng)險[26]。但CRF對肥胖人群ANS保護(hù)效應(yīng)的直接證據(jù)尚不多見。本研究發(fā)現(xiàn)，H組lnHF顯著高于（P＜0.01）、LF/HF顯著低于（P＜0.05）M組和L組（表3）；多元逐步線性回歸分析結(jié)果顯示（表4），CRF是HRV迷走-副交感神經(jīng)活性（HF）和交感神經(jīng)張力（LF/HF）變化的首要解釋因素，CRF對HRV的lnHF和LF/HF指標(biāo)的解釋量分別為27.2%（P＜0.001）和18.7%（P＝0.003），提示肥胖人群自主神經(jīng)系統(tǒng)功能改善主要通過“迷走-副交感/交感神經(jīng)”的途徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。有關(guān)代謝綜合征患者[27]與肥胖者[28]的VO2peak與HRV的HF、LF/HF指標(biāo)呈顯著相關(guān)的研究結(jié)果也支持上述結(jié)論。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，H組平均心率（HRavg）、心率儲備（HRR）和RR間期（RRi）指標(biāo)顯著改善的研究結(jié)果（表2）也支持上述推斷。因為安靜時副交感神經(jīng)增強(qiáng)和交感神經(jīng)張力下降是自主神經(jīng)系統(tǒng)（ANS）功能在有氧適應(yīng)后的重要表現(xiàn)。由于CRF反映的是受試者有氧能力的機(jī)能表現(xiàn)，綜合前人和本研究的結(jié)果，提示肥胖者的心肺系統(tǒng)對亞極量強(qiáng)度的耐受力提高引起的ANS功能適應(yīng)，可能是通過迷走/副交感神經(jīng)活性增強(qiáng)（HF↑）和交感神經(jīng)張力降低（LF/HF↓）途徑實現(xiàn)的。這也印證了大型隊列研究[29]發(fā)現(xiàn)的重要結(jié)果：VO2peak每增加1 ml/kg/min，心血管事件風(fēng)險率下降10%。Kodama等[30]發(fā)表于JAMA的meta分析也指出，CRF每提高～3.5 ml/kg/min（1 MET），心血管事件發(fā)生率降低15%。但上述兩項研究并非針對肥胖人群，本研究發(fā)現(xiàn)，各組肥胖者CRF相差～3.2 ml/kg/min，且組間有顯著性差異（表2）。綜上，結(jié)合各組lnHF、LF/HF指標(biāo)變化和CRF對HRV指標(biāo)解釋量的研究結(jié)果（表4），有理由認(rèn)為CRF對肥胖者ANS功能的保護(hù)效應(yīng)主要是通過迷走-副交感神經(jīng)活性提高、交感-迷走神經(jīng)活性降低的途徑來實現(xiàn)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，PAL對lnULF也有顯著影響（H組lnULF顯著高于M組和L組，表3），但目前HRV超低頻帶ULF的生理意義還不明確，因為ULF的頻帶寬（＜0.0033 Hz），在長時HRV測試結(jié)果中所占比例大（圖1B），許多生理因素都可能影響ULF變化。歐洲心臟病學(xué)會和北美起搏和電生理學(xué)會的指南文件指出：長時程（24 h）HRV分析中ULF指標(biāo)有一定價值，可與時域指標(biāo)SDANN（5 min RR間期平均值的標(biāo)準(zhǔn)差）參照[8，15]。但牛玲等[31]在代謝綜合征、糖尿病和高血壓人群中觀察到ULF顯著低于對照組，說明特殊人群的體力活動水平增加對HRV的ULF指標(biāo)有顯著影響。但ULF能否作為肥胖者ANS功能調(diào)節(jié)的重要參考指標(biāo)，尚有待進(jìn)一步確認(rèn)。所以，今后需關(guān)注肥胖人群和其他特殊人群ULF變化的規(guī)律和意義。

4 小結(jié)

提高肥胖者體力活動水平和心肺耐力對心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)功能有顯著增益作用，主要表現(xiàn)為肥胖者HRV總活性提高、迷走-副交感神經(jīng)活性增加和交感神經(jīng)張力降低。長期體力活動水平增加有助于心肺耐力提高，體力活動水平增加引起肥胖者HRV總活性提高，心肺耐力提高引起的迷走-副交感神經(jīng)活性增加、交感神經(jīng)張力降低是肥胖者自主神經(jīng)系統(tǒng)功能適應(yīng)的主要表現(xiàn)。