最大耗氧量與安靜時(shí)心輸出量和肺呼吸功能相關(guān)性研究
——以非運(yùn)動(dòng)專業(yè)的青年女大學(xué)生為例

程宙明，盧 健，牛俊茹，張 濤，陳貝貝，邱林利，陳彩珍,季 瀏

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最大耗氧量與安靜時(shí)心輸出量和肺呼吸功能相關(guān)性研究
——以非運(yùn)動(dòng)專業(yè)的青年女大學(xué)生為例

程宙明1,2，盧 健1,2，?？∪?,2，張 濤1,2，陳貝貝1,2，邱林利1,2，陳彩珍1,2,季 瀏1,2

最大耗氧量；青年女性；心輸出量；肺功能；無創(chuàng)心輸出量監(jiān)測；振動(dòng)反應(yīng)成像

1 引言

隨著近代生理學(xué)研究的深入以及體適能與健康關(guān)系的揭示，心肺功能逐漸被證實(shí)為健康相關(guān)的重要身體適能[36,31]。Katzmarzyk[25]等(2004)、Kodama[27]等(2009)研究均證明心肺功能水平與心血管疾病和死亡率呈顯著的負(fù)相關(guān)。一項(xiàng)關(guān)于中國成人死亡率的權(quán)威調(diào)查研究顯示[23]，心血管疾病和癌癥是導(dǎo)致成人死亡的首要因素。該研究指出，控制高血壓、吸煙，加強(qiáng)身體鍛煉以及改善營養(yǎng)是預(yù)防過早死亡的重要戰(zhàn)略。此外，有研究證實(shí)缺乏身體活動(dòng)將增加心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[13,21]。近年來學(xué)生體質(zhì)測試中不容樂觀的有氧耐力水平以及頻發(fā)的猝死事件更讓社會(huì)各界認(rèn)識到心肺功能健康的重要性。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

表1 本研究受試者基本信息一覽表

表2 女性等級分類一覽表[18,37]

2.2 方法

2.2.2 受試者心輸出量測試

NICOM的檢測指標(biāo)包括：每分輸出量(cardiac output，CO)、每搏輸出量(stroke volume，SV)、安靜HR等。受試者在測試前30min禁止劇烈運(yùn)動(dòng)并禁食，貼好4枚電極貼片(圖1)，連接NICOM(Cheetah Medical，2009，美國)設(shè)備，按其操作進(jìn)行。該設(shè)備是每30 s生成1次數(shù)據(jù)(報(bào)告表)，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，至少記錄10次(5 min)以上,最后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)取前10次的平均值(咨詢醫(yī)師建議)。

圖1 無創(chuàng)心輸出量監(jiān)測儀(NICOM)檢查原理示意圖

注：NICOM通過藍(lán)色線條所指電極一側(cè)輸出75 KHz電流進(jìn)入胸廓，然后通過紅色線條所指電極一側(cè)接受經(jīng)過胸廓的電流并進(jìn)行放大，通過計(jì)算電流相位的變化得出心輸出量[4]。

2.2.3 受試者肺呼吸功能測試

肺呼吸成像的檢測指標(biāo)包括：呼吸振動(dòng)強(qiáng)度、最大能量圖(MEF)、肺部定量數(shù)值 (QLD)、聲波信號包絡(luò)(EVP) 和干濕啰音等。首先，測試時(shí)保持環(huán)境安靜，受試者坐位，裸露上身，面向VRIxp設(shè)備(Deep Breeze 公司，以色列Or-Akiva)，雙足分開略與肩同寬，雙手自然下垂至兩腿之間，口微張自然呼吸；按先右后左順序?qū)闪蠽列陣傳感器貼于受試者背部，貼附時(shí)，兩排列陣最上方高于肩胛岡1.5 cm，與脊柱平行且最靠內(nèi)的傳感器中心距脊柱約5 cm(操作人員必須在2.5 min內(nèi)完成貼附)；按記錄鍵，以手勢指揮受試者于12 s內(nèi)完成3～5個(gè)呼吸周期[5]。整個(gè)檢測過程持續(xù)12 s，多個(gè)傳感器不間斷地傳輸聲學(xué)信號，最后在主系統(tǒng)中處理生成一系列動(dòng)態(tài)圖像和量化數(shù)值(圖2～4)。

圖2 VRI成像原理：振動(dòng)能量被傳感器捕獲成像

圖3 一個(gè)肺呼吸周期動(dòng)態(tài)圖像示意圖

圖4 本研究振動(dòng)能量標(biāo)尺數(shù)值量化讀取示意圖

注：圖2主要為VRI成像原理，即通過探測器采集來自人體內(nèi)部的振動(dòng)能量，再傳輸?shù)接布姘宀⒔?jīng)一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理形成圖像；圖3為一個(gè)肺呼吸周期的連續(xù)主要階段動(dòng)態(tài)圖像，其中，藍(lán)色曲線部分表示吸氣過程(吸氣相)，紅色曲線部分表示呼氣過程(呼氣相)；圖4 是本研究振動(dòng)能量標(biāo)尺數(shù)值量化讀取的方法，機(jī)器自動(dòng)生成的MEF振動(dòng)能量只有區(qū)間且沒有精確到十分位，為了更準(zhǔn)確讀出受試者M(jìn)EF數(shù)值，新建了一個(gè)匹配的坐標(biāo)軸，然后將MEF圖像同比縮放至坐標(biāo)軸中，進(jìn)而讀取數(shù)值(精確到0.1/十分位)。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

3 研究結(jié)果

表3 本研究受試者O2max與CO相關(guān)性一覽表

注：* 表示顯著相關(guān)，P<0.05， ** 表示非常顯著相關(guān)，P<0.01，下同。

3.2.1 受試者身體形態(tài)相關(guān)指標(biāo)比較

表4 本研究受試者O2max與肺功能相關(guān)性一覽表

表5 本研究受試者身體形態(tài)相關(guān)指標(biāo)比較一覽表

表6 本研究受試者O2max相關(guān)指標(biāo)一覽表

3.2.3 受試者CO相關(guān)指標(biāo)比較

3.2.4 受試者肺功能相關(guān)指標(biāo)比較

表7 本研究受試者CO相關(guān)指標(biāo)一覽表

表8 本研究受試者肺功能相關(guān)指標(biāo)一覽表

4 分析與討論

4.2.2 受試者CO相關(guān)指標(biāo)比較

無創(chuàng)心輸出量監(jiān)測儀(noninvasive cardiac output monitoring，NICOM)已獲美國FDA批準(zhǔn)和歐洲認(rèn)證，是一種無創(chuàng)的、可以連續(xù)測量CO并且便攜的儀器、通過接受并分析自身發(fā)出的經(jīng)過被監(jiān)測者的胸部的高頻電流的相位變化來推斷出被監(jiān)測者的心輸出量(圖1)[3]。與傳統(tǒng)經(jīng)肺動(dòng)脈導(dǎo)管測得的CO相比，NICOM是一種便攜式的方法來評估心室功能[22]，同時(shí)，相關(guān)研究證實(shí)其敏感性及特異性為93%，可接受程度為85%[34]。最初NICOM技術(shù)研發(fā)主要應(yīng)用于中重度心臟病疾患等臨床診斷和檢測。近年來，由于這種技術(shù)用于評價(jià)心臟功能的便攜、無創(chuàng)和精確性使其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍不斷擴(kuò)大。Keren[26]等(2007),Dunham[20]等(2012)研究指出,相比傳統(tǒng)的侵入式(插導(dǎo)管)檢測，NICOM技術(shù)能全面評價(jià)心臟功能，其可以用于對健康個(gè)體、受傷病人以及死亡率風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行評估和研究。

4.2.3 受試者肺呼吸功能相關(guān)指標(biāo)比較

振動(dòng)反應(yīng)成像技術(shù)是一種通過收集由人體內(nèi)部自身振動(dòng)產(chǎn)生的能量信號，利用特殊的算法將呼吸音轉(zhuǎn)變?yōu)榕c時(shí)間相關(guān)的動(dòng)態(tài)灰階圖像，具有無創(chuàng)傷、無輻射且可提供直觀的肺部動(dòng)態(tài)圖像等優(yōu)點(diǎn)[19]。該技術(shù)主要通過低真空傳感器吸附在受檢者背部，記錄12 s呼吸周期產(chǎn)生的振動(dòng)能量，濾除胸部運(yùn)動(dòng)和心音所產(chǎn)生的干擾帶寬，將采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成灰階方式的數(shù)字信號，以7l幀的動(dòng)態(tài)圖像的形式表現(xiàn)出來[9]。此外，Yigla[40](2008)等研究指出，VRIxp可以記錄一個(gè)循環(huán)呼吸周期肺的呼吸強(qiáng)度和位置，這種特征和定量肺數(shù)據(jù)的描述也可以應(yīng)用評估健康非癥狀的科目(healthy asymptomatic subjects)，例如，吸煙與不吸煙受試者的肺功能比較。Maher[29]等(2008)，研究了29名健康個(gè)體不同時(shí)間點(diǎn)的肺成像功能，提示，VRIxp技術(shù)能夠很好檢測膈肌、肋間肌等呼吸肌的收縮和調(diào)節(jié)的能力以及肺的整體呼吸功能。

圖6 本研究偏低和正常受試者M(jìn)EF、QLD、EVP對比示意圖

圖7 本研究偏低和正常受試者干濕啰音對比示意圖

注：藍(lán)點(diǎn)表示干啰音，紅點(diǎn)表示濕羅音。其中，偏低組有3名出現(xiàn)啰音(2人干啰音，1人濕羅音)，占總?cè)藬?shù)的8.8%(3/34)；正常組有6名出現(xiàn)干啰音，占總?cè)藬?shù)的18.75(6/32)。

5 結(jié)論

6.單以安靜時(shí)的心臟功能似乎難以評價(jià)或推斷受試者的心肺功能水平，同時(shí)，外周肌肉組織的利用能力以及運(yùn)動(dòng)干預(yù)后的適應(yīng)狀況等方面有待進(jìn)一步的研究。

[1]鄧樹勛，王建，喬德才.運(yùn)動(dòng)生理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2005：160,182,255.

[2]李俊，蔡柏薔.慢性阻塞性肺疾病肺部振動(dòng)反應(yīng)成像的特點(diǎn)[J].中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，31(3):335-339.

[3]劉聚偉，呂憲玉，秦浩.新型無創(chuàng)心輸出量監(jiān)測儀在充血性心力衰竭患者中的應(yīng)用研究[J].海軍醫(yī)學(xué)雜志，2011，32(2):88-90.

[4]劉聚偉.新型無創(chuàng)心輸出量監(jiān)測儀在充血性心力衰竭中的應(yīng)用研究[D].北京：軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院(解放軍總醫(yī)院)碩士學(xué)位論文,2009：15-16.

[5]姜宏英，曹金英，穆蘭.振動(dòng)反應(yīng)成像技術(shù)在吸煙所致肺損害中的應(yīng)用[J].國際呼吸雜志，2012，32(12):1720-1724.

[6]馬向陽，穆建玲，宋紅艷.青年學(xué)生平靜時(shí)心率與最大攝氧量的關(guān)系[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2008,26(5)：155-157.

[7]孟思進(jìn).關(guān)于最大攝氧量的限制因素[J].武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003,37(2)：43-48.

[8]彭莉.置疑最大攝氧量——測試方法與判定標(biāo)準(zhǔn)[J].體育科學(xué)2011,31(7)：85-93.

[9]全球醫(yī)學(xué)網(wǎng).理論要點(diǎn)之內(nèi)科學(xué)：啰音(病理學(xué)園地)[EB/OL].http://zz.qqyy.com/ xiongbu/b2a.html.

[10]王瑞元，蘇全生.運(yùn)動(dòng)生理學(xué)[M].北京：人民體育出版社,2011：116-118，126，143-148.

[11]伍鴻鷹.中學(xué)男生體質(zhì)監(jiān)測若干指標(biāo)與最大攝氧量的相關(guān)性研究[D].長沙：湖南師范大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.

[12]張曉嬌.振動(dòng)反應(yīng)成像技術(shù)在呼吸系統(tǒng)疾病的臨床應(yīng)用進(jìn)展[J].臨床肺科雜志，2012，17(3)：517-519.

[13]ANDREA K,JOANN E.Relationship of sedentary behavior and physical activity to incident cardiovascular disease[J].J Am Coll Cardiol,2013，61(23):2346-2351.

[15]BARTZIOKAS K,PREAU C,PREAU S,etal.Vibration Response Imaging:evaluation of rater agreement in healthy subjects and subjects with pneumonia[J].BMC Med Imaging,2010,11(10):6.

[16]BRUCE，R A.Multi-stage Treadmill Test of Maximal and Sub Maximal Exercise.Exercise Testing and Training of apparently Health Individuals[M].A handbook for physicians,1972.

[17]BRUNA B S,MARCIA G.Assessment protocols of maximum oxygen consumption in young people with Down syndrome-A review[J].Res Develop Disabil,2014(35):676-685.

[18]COOPER INSTITUTE FOR AEROBICS RESERACH.The Physical Fitness Specialist Manual[M].Dallas,TX,The Cooper Institute,2005.

[19]DELLINGER R P,PARRILLO J E,KUSHNIR A，etal.Dynamic visualization of lung sounds with a vibration response device：a case series[J].Respiration，2008，75(1)：60-72.

[20]DUNHAM C M,CHIRICHELLA T J,GRUBER B S,etal.Emergency department noninvasive (NICOM) cardiac outputs are associated with trauma activation,patient injury severity and host conditions and mortality[J].J Trauma Acute Care Surg,2012，73(2):479-85.

[21]EDWARD A,STEVEN N B.Physical activity and the prevention of cardiovascular disease:From evolution to epidemiology[J].Progress Cardiovascular Diseases,2011,53(6):387-396.

[22]FAKHAR Z K,MUNMOHAN S V,PETER J P,etal.Non-invasive cardiac output measurements based on bioreactance for optimization of atrio- and interventricular delays[J].Eur,2009,11(12):1666-1674.

[23]HE J,GU D,WU X,REYNOL K,etal.Major causes of death among men and women in China[J].N Engl J Med,2005，353(11):1124-1134.

[24]HUONKER M,KONIG D,KEUL J.Assessment of left ventricular dimensions and functions in athletes and sedentary subjects at rest and during exercise using echocardiography,Doppler sonography and radionuclide ventriculography[J].Int J Sports Med,1996,17(3):S173-179.

[25]KATZMARZYK P T,CHUNCH T S,BLAIR S N.Cardiorespiratory tness attenuates the effects of the metabolic syndrome on all-cause and cardiovascular disease mortality in men[J].Archives Internal Med,2004,164(10):1092-1097.

[26]KEREN H,BURKHOFF D,SQUARA P.Evaluation of a noninvasive continuous cardiac output monitoring system based on thoracic bioreactance[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2007，293(1):H583-589.

[27]KODAMA S,SAITO K,TANAKA S,etal.Cardiorespiratory ?tness as a quantitative predictor of all-cause mortality and cardiovascular events in healthy men and women:A meta-analysis[J].J Am Med Association,2009，301(19):2024-2035.

[29]MAHER T M,GAT M,ALLEN D,etal.Reproducibility of dynamically represented acoustic lung images from healthy individuals[J].Thorax,2008,63(6):542-548.

[30]MITCHELL J H,SPROULE BJ,CHAPMAN C B.The physiological meaning of the maximal oxygen intake test[J].J Clinical Investigation,1958，37(4):538-547.

[31]PETER J,MAUD,CARL F.Physiological Assessment of Human Fitness[M].USA:Human Kinetics，2006：17-35.

[32]PLOWMAN S A,MEREDITH M D.Fitnessgram/Activitygram Reference Guide (4th Edition)[M].Dallas,TX:The Cooper Institute,2013.

[33]SHARKEY B J,GASKILL S E.Fitness & Health[M].Human kinetics,2007:74-77.

[34]SQUARA P，ESTAGNASIE，BRUSSET A，etal.Noninvasive cardiac output monitoring(NICOM)：a clinical validation[J].Intensive Care Med，2007，33(7)：1191-1194.

[35]TANHA T,WOLLMER P,THORSSON O,etal.Lack of physical activity in young children is related to higher composite risk factor score for cardiovascular disease[J].Acta Paediatr,2011，100(5):717-721.

[36]TAYLORH L,BUSKIRK E,HENSCHEL A.Maximal oxygen uptake as an objective measure of cardiorespiratory performance[J].J Appl Physiol,1955，8(1)：73-80.

[37]VVIBIAN H.HEYWARD.Advanced Fitness Assessment and Exercise Prescription[M].Human Kinetics，2006.

[38]WOLTERS K,LIPPINCOTT W W.ACSM’s guidelines for exercise testing and prescription(8th Edition)[M].USA:Am College of Sports Med,2009:100-110.

[39]YATES T，DAVIES M J,GRAY L J.Levels of physical activity and relationship with markers of diabetes and cardiovascular disease risk in 5474 white European and South Asian adults screened for type 2 diabetes[J].Preventive Med,2010，51(3-4)：290-294.

[40]YIGLA M,GAT M,MRYER J J，etal.Vibration response imaging technology in healthy subjects[J].AJR Am J Roentgenol，2008，191(3):845-52.

[41]ZAVORSKY G S.Evidence and possible mechanisms of altered maximum heart rate with endurance training and tapering[J].Sports Med,2000，29(1):13-26.

CHENG Zhou-ming1,2,LU Jian1,2, NIU Jun-ru1,2,ZHANG Tao1,2,CHEN Bei-bei1,2,QIU Lin-li1,2,CHEN Cai-zhen1,2,JI Liu1,2

maximumoxygenuptake;youngfemale;cardiacoutput;lungfunction;noninvasivecardiacoutputmonitoring;vibrationresponseimaging

2015-06-04；

2015-07-29

上海市教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目(14ZS048)；“青少年健康評價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”資助項(xiàng)目(44801400/023；11000-541235-90099)。

程宙明(1987-)，男，安徽安慶人，在讀博士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)與健康、運(yùn)動(dòng)適應(yīng)與機(jī)能評定，E-mail：zhoumingsuper@163.com； 盧健(1962-)，男，四川綿陽人，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榍嗌倌晷姆喂δ茉u價(jià)，E-mail：jlu@tyxx.ecnu.edu.cn。

1.華東師范大學(xué) 青少年健康評價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241；2.華東師范大學(xué) 體育與健康學(xué)院，上海 200241 1.Key Laboratory of Adolescent Health Assessment and Exercise Intervention Ministry of Education，Shanghai 200241，China；2.College of Physical Education and Health，East China Normal University，Shanghai 200241，China.

1000-677X(2015)08-0030-10

10.16469/j.css.201508005

G804.2

A