運動訓練對中年女性運動耐量及左心室整體長軸應(yīng)變的影響

李學宇　楊洋　馮杰莉　趙威　白瑾　徐順霖　高煒　郭麗君

100191 北京大學第三醫(yī)院心內(nèi)科 衛(wèi)生部心血管分子生物學與調(diào)節(jié)肽重點實驗室

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·臨床研究·

運動訓練對中年女性運動耐量及左心室整體長軸應(yīng)變的影響

李學宇楊洋馮杰莉趙威白瑾徐順霖高煒郭麗君

100191 北京大學第三醫(yī)院心內(nèi)科 衛(wèi)生部心血管分子生物學與調(diào)節(jié)肽重點實驗室

【摘要】目的探討規(guī)律運動訓練對健康中年女性運動耐量和左心室整體長軸應(yīng)變(GLS)的影響，并分析左心室收縮功能與中年女性運動耐量間的相互關(guān)系。方法前瞻性納入60名無疾病史并未接受規(guī)律運動訓練的中年女性，分成中等強度運動組28名[年齡(51.0±5.6)歲]、間歇高強度運動組20名[年齡(50.1±6.0)歲]分別進行12周(功率自行車，每周3次，每次50 min)規(guī)律運動訓練，對照組12名[年齡(48.7±4.7)歲]對生活方式不予干預(yù)。于基線和12周后對受試者進行心肺運動試驗、常規(guī)超聲心動圖檢查并應(yīng)用斑點追蹤技術(shù)測定GLS、檢測空腹血糖和血脂。應(yīng)用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)果運動組和對照組間基線各項觀測指標差異均無統(tǒng)計學意義(均為P>0.05)。規(guī)律運動訓練12周后，中等強度運動組峰值攝氧量(PVO2)[(22.95±4.85)ml·min-1·kg-1比(23.86±5.02)ml·min-1·kg-1，P=0.041]及GLS(-20.24%±3.03% 比 -21.74%±2.75%，P=0.017)顯著改善；同樣的，間歇高強度運動組PVO2[(21.17±3.25)ml·min-1·kg-1比(22.97±3.04)ml·min-1·kg-1，P=0.002]及GLS(-20.06%±3.11%比-22.09%±1.94%，P=0.008)亦顯著改善；兩個運動組運動訓練后PVO2和GLS的變化差值(ΔPVO2和ΔGLS)均顯著優(yōu)于對照組(均為P<0.05)，且間歇高強度運動組有優(yōu)于中等強度運動組的趨勢。相關(guān)分析顯示，運動訓練組女性的ΔPVO2與ΔGLS呈顯著相關(guān)(r=-0.358，P=0.012)，但ΔPVO2與ΔLVEF、ΔPVO2與ΔE/e′無顯著相關(guān)性。多元線性回歸發(fā)現(xiàn)ΔGLS是ΔPVO2的獨立影響因素(β=-0.362，P=0.014)。 結(jié)論規(guī)律運動訓練可顯著改善健康中年女性的運動耐量及GLS反映的左心室收縮功能；推測健康中年女性運動耐量的提高可能與運動訓練改善其左心室長軸收縮功能有關(guān)。

【關(guān)鍵詞】運動訓練；中年女性；運動耐量；左心室整體長軸應(yīng)變

運動缺乏被認為是心血管疾病的行為危險因素[1]，運動訓練已逐漸成為藥物治療之外的心血管疾病防控療法[2]。運動耐量的下降是心功能不全的首發(fā)表現(xiàn)[3]，心臟收縮、舒張、變時功能以及骨骼肌質(zhì)量和代謝狀態(tài)、內(nèi)皮功能、炎癥反應(yīng)等多種因素均可參與這一過程。運動耐量可通過心肺運動試驗(cardiopulmonary exercise test, CPET)測得的峰值攝氧量(peak oxygen uptake，PVO2)量化評估，對于心血管事件具有預(yù)測價值[4]。運動訓練可以提高PVO2，但能否改善心功能指標，如左心室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)，研究結(jié)果并不一致。近年來超聲斑點追蹤技術(shù)測量的左心室整體長軸應(yīng)變(global longitudinal strain，GLS)被認為是較LVEF更敏感的左心室收縮功能指標[5]，一些研究提示PVO2和GLS之間存在相關(guān)性。但是，先前關(guān)于運動訓練的研究多是在男性或疾病人群中進行的，而面臨心血管疾病風險日趨增加的中年女性群體，運動訓練能否提高運動耐量和增加心臟功能的研究報道尚少。因此，我們以中年健康女性為研究對象，采用CPET和傳統(tǒng)超聲加斑點追蹤技術(shù)，評價規(guī)律運動訓練對其運動耐量和心功能狀態(tài)的改善作用，并進而評價PVO2與心功能指標的關(guān)系。

1對象和方法

1.1研究對象

本研究前瞻性募集無疾病史、平素無規(guī)律運動訓練的中年女性志愿者，根據(jù)問診、體格檢查和生化檢驗確定入選和排除標準。入選標準：(1)年齡45～65歲；(2)無疾病史；(3)平素無規(guī)律運動訓練；(4)簽署知情同意書。排除標準：(1)冠心病、心肌病、瓣膜病等器質(zhì)性心臟病；(2)嚴重心律失常；(3)高血壓、糖尿??；(4)惡性腫瘤、自身免疫性疾病、血液系統(tǒng)疾??；(5)肌肉、關(guān)節(jié)疾病等影響正常運動的疾病。最終納入60名受試者分為3組進行隊列研究，中等強度運動組28名、間歇高強度運動組20名分別進行12周規(guī)律運動訓練，對照組12名對生活方式不予干預(yù)。本研究已獲得北京大學第三醫(yī)院倫理委員會審批(批號：IRB00006761-2015250)。

1.2臨床一般資料

于入組時和12周后測量受試者體重和身高并計算體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)，記錄靜息心率(heart rate，HR)，并檢測血糖和血脂等生化指標。

1.3規(guī)律運動訓練

受試者進行12周，每周3次，每次50 min的規(guī)律運動訓練，分別接受中等強度(60%～70% PVO2)及間歇高強度(90%～95% PVO2持續(xù)1 min，休息3 min交替進行)運動訓練，運動方式采用功率自行車。運動過程由心血管內(nèi)科專科醫(yī)師監(jiān)護。

1.4CPET

受試者于入組時及12周后分別接受CPET。本研究中全部受試者應(yīng)用Ultima 2分析系統(tǒng)(美國麥加菲公司)進行測定，包括氣體分析及12導(dǎo)聯(lián)心電監(jiān)測。運動方案采用功率自行車，負荷功率為0 W起始，每分鐘遞增15 W，當受試者自覺非常疲勞，Borg評分≥17分，不能繼續(xù)運動時停止運動。PVO2定義為CPET過程中所測得的最大攝氧量值。

1.5超聲心動圖

受試者于入組時和12周后接受超聲心動圖檢查。應(yīng)用VIVID E9型彩色多普勒超聲顯像儀。對受試者連接心電圖監(jiān)測，記錄心率。取胸骨旁長軸、心尖四腔心、兩腔心、心尖長軸切面，測量左心室內(nèi)徑、室壁厚度、二尖瓣血流頻譜、左心室側(cè)壁組織多普勒等常規(guī)經(jīng)胸超聲心動圖指標，并連續(xù)記錄至少3個心動周期的動態(tài)圖像，幀頻≥50/s。存儲動態(tài)圖像，應(yīng)用EchoPAC影像工作站對圖像進行后處理，采用斑點追蹤技術(shù)測定GLS。對心尖四腔心、兩腔心、心尖長軸切面圖像應(yīng)用6分法描記心內(nèi)膜，儀器自動分別計算17個節(jié)段的局部長軸應(yīng)變，并取均值得到GLS。

1.6統(tǒng)計學方法

2結(jié)果

2.1受試者一般資料和觀測指標基線值的比較

各運動組和對照組間一般人口學資料、基線臨床、生化、PVO2、心臟收縮及舒張功能指標比較差異均無統(tǒng)計學意義，見表1。

2.212周后觀測指標及變化差值的比較

規(guī)律運動訓練12周后，與各組基線值比較，中等強度運動組PVO2[(22.95±4.85)ml·min-1·kg-1比(23.86±5.02)ml·min-1·kg-1，P=0.041]及GLS(-20.24%±3.03%比-21.74%±2.75%，P=0.017)顯著改善，同時Glu、TC顯著下降；同樣，間歇高強度運動組PVO2[(21.17±3.25)ml·min-1·kg-1比(22.97±3.04)ml·min-1·kg-1，P=0.002]及GLS(-20.06%±3.11%比-22.09%±1.94%，P=0.008)亦顯著改善，并且除Glu、TC顯著下降外，BMI也明顯降低；對照組12周前后的上述指標均無明顯變化。進一步比較這些指標的變化差值發(fā)現(xiàn)，間歇高強度運動組PVO2、GLS、BMI的變化差值優(yōu)于中等強度運動組，但二者差異無統(tǒng)計學意義，見表2。

2.3PVO2與左心室功能指標的相關(guān)性分析

應(yīng)用雙變量相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，基線(n=60)PVO2與GLS 數(shù)值無顯著相關(guān)性(r=-0.073，P=0.624)。規(guī)律運動訓練12周后運動組受試者(n=48)的ΔPVO2與ΔGLS呈顯著相關(guān)(r= -0.358，P=0.012)，見圖1；而ΔPVO2與ΔLVEF無顯著相關(guān)性(r=0.129，P=0.383)，ΔPVO2與ΔE/e′無顯著相關(guān)性(r=-0.078，P=0.569)?；€GLS與E/e′呈顯著正相關(guān)(r=0.261，P=0.044)，見圖2；基線LVEF與E/e′無顯著相關(guān)性(r=-0.204，P=0.118)。進一步應(yīng)用多重線性回歸，以ΔPVO2為因變量，以年齡、ΔBMI、ΔGLS、ΔE/e’、ΔHR、ΔGlu、ΔTC為自變量，采用輸入法分析發(fā)現(xiàn)，ΔGLS是ΔPVO2的獨立影響因素(β=-0.362，P=0.014)，見表3。

±s)

注：BMI：體質(zhì)指數(shù)；PVO2：峰值攝氧量；GLS：左心室整體長軸應(yīng)變；LVEF：左心室射血分數(shù)；E/A 二尖瓣血流頻譜E、A峰比值；E/e′：二尖瓣血流頻譜E峰與左心室側(cè)壁組織多普勒e′比值；HR：靜息心率；Glu：空腹血糖；TC：總膽固醇；TG：三酰甘油；HDL-C：高密度脂蛋白膽固醇；LDL-C：低密度脂蛋白膽固醇

項目中等強度運動組(28例)間歇高強度運動組(20例)對照組(12例)F/Z值P值(組間比較)BMI(kg/m2)23.85±2.5624.22±2.55a24.97±3.12ΔBMI(kg/m2)-0.00(0.39)-0.38(0.41)b0.00(0.56)7.2640.026PVO2(ml·min-1·kg-1)23.86±5.02a22.97±3.04a21.43±4.20ΔPVO2(ml·min-1·kg-1)0.91±2.261.81±2.28b-0.18±0.843.4740.038GLS(%)-21.74±2.75a-22.09±1.94a-20.08±1.66ΔGLS(%)-1.30(3.08)-2.00(3.22)b0.00(1.55)8.2330.016LVEF(%)71.43±2.1170.70±2.3471.25±2.01ΔLVEF(%)-0.29±2.480.35±1.840.25±1.140.6320.535E/A1.29±0.261.29±0.271.26±0.16ΔE/A-0.08±0.250.06±0.250.00±1.122.3930.101E/e'6.11±1.105.55±1.055.67±1.23ΔE/e'0.28±1.15-0.45±1.390.00±0.852.2330.117HR(次/min)67.18±11.0966.10±5.1668.58±6.56ΔHR(次/min)-0.50±6.75-2.00±6.25-1.00±5.500.8750.573Glu(mmol/L)4.86±0.64a4.92±0.45a5.19±0.25ΔGlu(mmol/L)-0.40(0.93)b-0.40(0.77)b0.10(0.25)11.8690.003TC(mmol/L)4.94±0.67a4.68±0.49a5.22±0.65ΔTC(mmol/L)-0.23(0.45)b-0.25(0.40)b-0.03(0.20)9.5940.008TG(mmol/L)1.42±1.631.39±0.531.44±0.71ΔTG(mmol/L)0.10±1.240.00±0.45-0.02±0.300.1220.885HDL-C(mmol/L)1.46±0.281.33±0.271.31±0.23ΔHDL-C(mmol/L)-0.01±0.14-0.03±0.160.03±0.160.5070.605LDL-C(mmol/L)3.14±0.663.07±0.453.57±0.53ΔLDL-C(mmol/L)-0.06±0.30-0.12±0.350.03±0.210.8520.432

注：與基線值比較，aP<0.05；與對照組比較，bP<0.05

圖1　運動訓練12周后PVO2與GLS變化差值的相關(guān)性

圖2　基線GLS與E/e′的相關(guān)性

項目B值S.E.β值t值P值常數(shù)5.8322.9012.0100.051年齡-0.0990.056-0.249-1.7530.087ΔBMI0.0380.5860.0100.0640.949ΔGLS-0.2670.104-0.362-2.5650.014ΔE/e'-0.1010.281-0.057-0.3580.722ΔHR0.0620.0600.1641.0400.305ΔGlu-0.0510.520-0.015-0.0980.923ΔTC-0.1280.796-0.024-0.1610.873

3討論

運動訓練等生活方式調(diào)整已被國內(nèi)外多種心血管疾病防治指南推薦為主要干預(yù)措施[6-7]。大量研究表明，運動訓練后心血管疾病患者及健康受試者的PVO2均可得到提高[8]，但運動耐量提高的機制尚有爭議。我們的研究發(fā)現(xiàn)，健康中年女性接受短期12周的規(guī)律運動訓練，可明顯提高運動耐量和GLS反映的左心室長軸收縮功能，且運動耐量的提高與心功能的改善明顯相關(guān)，GLS的改善是PVO2增加的獨立影響因素；同時，也進一步證明運動訓練能明顯改善血糖和血脂等代謝指標。

心血管疾病患者運動耐量下降的機制涉及影響心輸出量的中心機制(主要為心臟收縮、舒張及變時功能)以及影響骨骼肌等外周器官組織氧供及攝氧能力的外周機制(包括骨骼肌質(zhì)量和代謝、內(nèi)皮功能、炎癥反應(yīng)等)[9]。運動訓練對于上述各項病理生理過程的改善作用均有一些研究結(jié)果支持，但在不同人群中的研究結(jié)論并不一致[10-11]。

在收縮功能不全的心力衰竭患者中的研究發(fā)現(xiàn)，運動耐量下降程度與LVEF減低程度密切相關(guān)[11]。但是，既往研究提示，LVEF保留的心力衰竭患者的PVO2與LVEF則無明確相關(guān)關(guān)系[12]，LVEF對于心力衰竭患者預(yù)后的預(yù)測價值也僅限于LVEF下降的心力衰竭患者[13]。然而，無論LVEF是否下降，PVO2均是心力衰竭患者預(yù)后的獨立預(yù)測因素[14]。關(guān)于LVEF，首先，它的定義是基于左心室腔內(nèi)容積的變化，更多反映左心室肌纖維環(huán)向收縮的功能，因此，當心肌收縮力減弱尚未使心腔容積發(fā)生明顯變化時，LVEF常保持正常；其次，它可能更易于受容量狀態(tài)和心率等因素的影響；再次，目測心內(nèi)膜邊緣的識別是影響它準確測量的重要因素，故LVEF不利于檢測更早期的心肌收縮功能異常。超聲心動圖斑點追蹤技術(shù)檢測的心肌應(yīng)變，特別是左心室GLS，主要檢測左心室肌纖維縱向收縮的功能，縱向肌纖維位于心內(nèi)膜下，對舒張末期壓力的變化極為敏感，被證實是較LVEF更敏感的左心室收縮功能指標，且具有重復(fù)性高等特點[5]。近年來，多項關(guān)于健康成年人心肌應(yīng)變的研究提示GLS平均值為-22.1%～-16.7%[15]。Yingchoncharoen等[16]在一篇納入了24項研究2 597名健康受試者的薈萃分析中發(fā)現(xiàn)，GLS平均值-19.7%(95%CI：-20.4%～-18.9%)。Hasselberg等[17]對100例心力衰竭患者的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭患者無論其LVEF是否減低，他(她)們的GLS(-11.9%±6.6%，其中射血分數(shù)保留的心力衰竭患者亞組-17.5%±3.2%)相對較差，且與PVO2具有顯著相關(guān)性。本文測得的GLS數(shù)值范圍與前述正常人結(jié)果一致，提示受試者運動訓練前心臟收縮功能正常；對其規(guī)律運動訓練12周后發(fā)現(xiàn)，GLS反映的左心室長軸收縮功能仍有顯著提高，且提高程度與PVO2的改善程度密切相關(guān)，是PVO2改善的獨立影響因素。同樣分析LVEF，并沒有發(fā)現(xiàn)與GLS類似的結(jié)果。我們的結(jié)果提示，運動訓練可顯著增加健康女性受試者的心功能儲備，而GLS可能是評價運動訓練這一作用的敏感指標。

我們發(fā)現(xiàn)基線時PVO2與GLS并無相關(guān)關(guān)系，這可能與心功能正常對PVO2并不產(chǎn)生影響有關(guān)。然而，12周規(guī)律的運動訓練，特別是間歇高強度運動方式增加了受試者的左心室收縮功能儲備，PVO2隨之顯著提高，故ΔPVO2與ΔGLS呈顯著相關(guān)性，并經(jīng)多元線性回歸分析提示ΔGLS是ΔPVO2的獨立影響因素。因此，我們推測運動訓練提高中年女性運動耐量的作用可能源自運動誘發(fā)左心室長軸收縮功能儲備的增加。需要注意，這一推測需要進一步更大樣本量的臨床研究和基礎(chǔ)研究證實。

我們對舒張功能指標的分析提示運動訓練增加心臟舒張功能儲備的作用并不明顯。但是，基線GLS與E/e′具有顯著相關(guān)性，而LVEF與E/e′則無相關(guān)關(guān)系，提示心臟收縮和舒張功能可能呈一致性變化，LVEF保留的心力衰竭患者的左心室收縮功能可能并非正常，對這部分患者檢測GLS評價左心室收縮功能會幫助我們進一步深入了解疾病的病理生理機制和合理治療。

本研究的主要限制是非隨機對照的小樣本量研究，對照組的日常運動量沒有量化，故研究結(jié)果不排除存在偏差。后續(xù)我們將繼續(xù)擴大樣本量驗證這一初步研究結(jié)果。

綜上，我們得出以下結(jié)論：規(guī)律運動訓練可顯著提高健康中年女性的運動耐量及GLS反映的左心室收縮功能；推測健康中年女性運動耐量的提高可能與運動訓練改善其左心室整體長軸收縮功能有關(guān)。

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(本文編輯：譚瀟)

Exercise effects on middle-aged women exercise tolerance and left ventricular global longitudinal strainLiXueyu,YangYang,FengJieli,ZhaoWei,BaiJin,XuShunlin,GaoWei,GuoLijun

DepartmentofCardiology,PekingUniversityThirdHospital,KeyLaboratoryofCardiovascularMolecularandRegulatoryPeptides,MinistryofHealth,Beijing100191,China

【Abstract】ObjectiveTo evaluate the effects of regular exercise training on exercise tolerance and left ventricular global longitudinal stain (GLS), and the association between exercise capacity and GLS. MethodsThe 60 apparently healthy middle-aged female were prospectively enrolled and examined at baseline and after 12 weeks. Volunteers were separated into 3 groups: moderate intensity training (MIT) group [n=28, (51.0±5.6) years], high intensity intermittent training (HIIT) group [n=20, (50.1±6.0) years] underwent regular exercise training (cycling for 50 minutes, 3 times a week) for 12 weeks, and control group [n=12, (48.7±4.7) years] without exercise training. CPET, echocardiogram, fasting blood glucose and blood lipoids were assessed. GLS was evaluated with speckle tracking technology. Statistical analyses were performed using the SPSS 22.0 software. ResultsThere was no difference between groups at baseline. In MIT group, PVO2 [(22.95±4.85)ml·min-1·kg-1vs. (23.86±5.02)ml·min-1·kg-1, P=0.041] and GLS (-20.24%±3.03% vs. -21.74%±2.75%, P=0.017) significantly improved following exercise training. In HIIT group, PVO2 [(21.17±3.25)ml·min-1·kg-1vs. (22.97±3.04)ml·min-1·kg-1, P=0.002] and GLS (-20.06%±3.11% vs. -22.09%±1.94%, P=0.008) also improved. After 12 weeks, ΔPVO2 (PVO2 after 12 weeks minus PVO2 at baseline) and ΔGLS (GLS after 12 weeks minus GLS at baseline) in HIIT group were significantly better than control group. Meanwhile, these two variables were better in HIIT group than in MIT group, but there was no significant difference. In correlation analysis, ΔPVO2 and ΔGLS were significantly correlated (r=-0.358, P=0.012), while ΔPVO2 showed no relationship with ΔLVEF and ΔE/e′. In multiple regression analysis, ΔGLS was an independent determinant of ΔPVO2 (β=-0.362，P=0.014). ConclusionsIn apparently healthy middle-aged women, exercise tolerance and GLS were improved following regular exercise training, presumably that the improvement of GLS is an independent contributor of elevated exercise tolerance.

【Key words】Exercise training；Middle-aged women；Exercise tolerance；Left ventricular global longitudinal strain

(收稿日期:2016-01-22)

Corresponding author:Guo Lijun, Email: guo_li_jun@126.com

DOI：10.3969/j.issn.1007-5410.2016.01.010

通訊作者：郭麗君，Email：guo_li_jun@126.com