定量評估有氧運動對脊髓損傷患者心肺功能的影響

潘鈺，徐泉，楊曉輝，蕭演清，吳瓊，閆澍妤，屠媛媛

·臨床研究·

定量評估有氧運動對脊髓損傷患者心肺功能的影響

潘鈺，徐泉，楊曉輝，蕭演清，吳瓊，閆澍妤，屠媛媛

目的定量評估脊髓損傷患者心肺運動功能，探討有氧運動對脊髓損傷患者心肺功能、運動功能及日常功能的影響。方法選取2014年12月至2016年6月本科34例不完全性脊髓損傷患者(ASIA C級和D級)，另取23例正常對照者作為對照組，進行心肺運動試驗測試?；颊唠S機分成常規(guī)康復組(n=17)和有氧運動組(n=17)，有氧運動組接受有氧運動訓練4周。評估訓練前后患者進行心肺運動試驗、ASIA運動和感覺評分、脊髓損傷步行指數(shù)Ⅱ(WISCIⅡ)和脊髓功能性獨立評分(SCIM)。結(jié)果脊髓損傷患者峰值攝氧量(VO2peak)、無氧閾(AT)、峰值能量代謝當量(METpeak)、峰值氧脈搏(VO2/HRpeak)、峰值呼吸交換率(RERpeak)、峰值分鐘通氣量(VEpeak)、峰值功率(WRpeak)、峰值收縮壓(SBPpeak)較對照組降低(t＞2.714,P＜0.05)。有氧運動組4周訓練后VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、WRpeak較訓練前改善(t＞2.431,P＜0.05)。常規(guī)康復組4周訓練后METpeak和WRpeak較治療前明顯改善(t＞3.282,P＜0.01)。兩組患者訓練4周后ASIA運動評分和SCIM評分較前明顯改善(t＞2.985,P＜0.01)。結(jié)論不完全性脊髓損傷患者心肺功能下降，給予中等強度的有氧運動，可有效改善心肺儲備功能。

脊髓損傷；心血管疾??；心肺運動試驗；有氧運動

[本文著錄格式]潘鈺，徐泉，楊曉輝，等.定量評估有氧運動對脊髓損傷患者心肺功能的影響[J].中國康復理論與實踐, 2017,23(4)：415-419.

CITED AS：Pan Y,Xu Q,Yang XH,et al.Cardiopulmonary quantitatively assessment for spinal cord injury during aerobic exercise[J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(4)：415-419.

脊髓損傷是導致運動、感覺、二便功能障礙的嚴重致殘和致死性疾病。隨著急性期急救治療和對敗血癥、腎功能衰竭、肺炎等并發(fā)癥醫(yī)療管理水平的提高，心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)并發(fā)癥逐漸成為脊髓損傷患者死亡的首要原因[1]。

據(jù)報道，脊髓損傷后有癥狀的CVD患病率約30%～50%，無肢體運動功能障礙人群有癥狀的CVD患病率僅為5%～10%[2]；而無癥狀CVD在脊髓損傷人群中患病率甚至高達60%～70%[3]。脊髓損傷患者容易并發(fā)CVD的原因包括脊髓損傷后運動減少、體質(zhì)量增加、血脂異常、血壓不穩(wěn)、慢性炎癥反應、血糖異常、不良生活方式等[1,4]。脊髓損傷患者CVD的發(fā)生與損傷平面和損傷程度有關(guān)，損傷程度越重，損傷平面越高，CVD的患病率越高[5-6]。因久坐不動和運動能力下降，慢性頸段髓損傷患者心肺儲備功能明顯下降[7]。

運動是改善脊髓損傷患者心肺儲備功能的有效手段之一[8]。研究表明上肢功率車有氧運動可提高脊髓損傷患者峰值耗氧量(VO2peak)[9]。然而脊髓損傷患者由于交感神經(jīng)受損，運動后常并發(fā)低血壓[7]，因此如何定量評估脊髓損傷患者心肺運動功能，個體化指導運動處方，以保證有效安全的有氧運動，提高脊髓損傷患者心肺功能，是患者和醫(yī)生都需要重視的康復問題。

本研究擬采用心肺運動試驗(Cardiopulmonary Exercise Test,CPET)定量評估不完全性脊髓損傷患者心肺儲備功能，進而指導有氧運動康復處方，評估有氧運動對患者心肺功能和運動功能、日常生活的影響，以期建立脊髓損傷患者有效安全的心肺評估和康復訓練指導方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料

1.1.1 患者組

2014年12月至2016年6月本科收治的脊髓損傷患者34例，其中男性18例，女性16例；平均年齡(44.79±19.59)歲；美國脊柱損傷協(xié)會(American Spinal InjuryAssociation,ASIA)分級C級4例，D級30例。

納入標準：①C1～T12節(jié)段脊髓損傷，男女不限；②發(fā)病時間1～12個月；③ASIA評定均為C級或D級；④無顱腦疾病和嚴重心臟病；⑤患者對本研究知情并同意。

本研究經(jīng)本院倫理委員會同意。

排除標準：癱瘓肢體有嚴重痙攣或關(guān)節(jié)活動范圍嚴重受限；有嚴重感染或嚴重并發(fā)癥(心、肺、肝、腎)。

患者按隨機數(shù)字表法分為有氧運動組(n=17)和常規(guī)康復組(n=17)。

1.1.2 對照組

取同期社區(qū)健康者23例作為對照組，其中男性12例，女性11例；平均年齡(45.48±19.16)歲；無神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉骨骼系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾病，對本研究知情并同意。

1.2 CPET檢查方法

采用肺功能測試系統(tǒng)(MasterScreen,GareFusion Germany 234 GmbH)進行CPET檢查，靜息狀態(tài)下測定受試者的肺功能，連續(xù)動態(tài)監(jiān)測記錄進出氣流、氧氣和二氧化碳測定，全導聯(lián)心電圖、袖帶無創(chuàng)血壓、脈搏氧飽和度，從靜息狀態(tài)(≥3 min)，無功率負荷熱身運動(≥3 min)，選取線性遞增功率進行癥狀限制性最大負荷運動至運動受限，并繼續(xù)記錄≥5 min的恢復情況。

受試者固定于四肢聯(lián)動功率車上，接好面罩、呼出氣采集管、心電圖、袖帶血壓、紅外血氧飽和度監(jiān)測儀，休息2 min；采用癥狀自限性運動方案，運動至受試者最大耐受量。運動過程中，受試者呼出氣通過呼出氣采集管連接至分析儀，通過breath-by-breath方式測定攝氧量(oxygen uptake,VO2)和二氧化碳排出量(carbon dioxide production,VCO2)，并實時監(jiān)測心電圖和經(jīng)皮血氧飽和度。每隔2～3分鐘測定一次血壓，以保證運動安全。判斷受試者是否達到其最大運動負荷主要根據(jù)是癥狀自限，即經(jīng)最大努力也不能維持在四肢運動訓練器80次/min以上。CPET終止指征：①受試者自覺極度疲勞，需要停止測試；②VO2peak達到平臺期或者開始下降；③出現(xiàn)不良心血管事件。試驗室備有氧氣、除顫器、急救藥品等。

1.3 CPET觀察指標

CPET檢查測量VO2peak、無氧閾(anaerobic threshold,AT)、峰值能量代謝當量(metabolic equivalent of energy,METpeak)、峰值氧脈搏(VO2/HRpeak)、峰值呼吸交換率(respiratory exchange rate,RERpeak=VCO2/VO2)、峰值分鐘通氣量(minute ventilation,VEpeak)、峰值功率(peak work rate,WRpeak)、最大心率(peak heart rate, HRpeak)、靜息心率(rest heart rate,HRrest)、靜息收縮壓(rest systolic blood pressure,SBPrest)、靜息舒張壓(rest diastolic blood pressure,DBPrest)、峰值收縮壓(peak systolic blood pressure,SBPpeak)、峰值舒張壓(peak diastolic blood pressure,DBPpeak)等指標。

1.4 有氧運動處方和常規(guī)康復訓練方法

有氧運動組患者根據(jù)CPET實驗結(jié)果，選擇VO2peak的40%～60%作為有氧運動強度，每天四肢運動功率車運動30 min，每周5 d，連續(xù)4周。兩組常規(guī)接受肢體運動療法治療，包括關(guān)節(jié)活動度、肌力訓練、平衡訓練和步態(tài)訓練等。

1.5 康復評估

脊髓損傷患者由經(jīng)過培訓的康復醫(yī)學科醫(yī)生分別在治療前和治療4周后進行臨床療效評價。評價內(nèi)容包括ASIA運動評分、ASIA感覺評分、脊髓損傷步行指數(shù)Ⅱ(Walking Index for Spinal Cord Injury II,WISCIⅡ)[10]和脊髓功能性獨立評分(Spinal Cord Independence Measure,SCIM)。

1.6 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計學處理。組間差異計數(shù)資料用Fisher檢驗；計量資料用配對t檢驗。顯著性水平ɑ=0.05。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

對照組和患者組在性別、年齡、體質(zhì)量指數(shù)方面無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。常規(guī)康復組和有氧運動組在性別、年齡、體質(zhì)量指數(shù)和ASIA分級方面無顯著性差異(P＞0.05)。見表2。

2.2 CPET結(jié)果

所有受試者均完成CPET檢查，測試過程中沒有發(fā)生任何心血管不良事件。患者組VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、RERpeak、VEpeak、WRpeak、SBPpeak低于對照組(P＜0.05)，VO2peak平均值是對照組VO2peak平均值的62.12%；HRrest明顯高于對照組(P＜0.01)。見表3。

有氧運動組治療4周時VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、WRpeak較治療前改善(P＜0.05)；常規(guī)康復組治療4周時METpeak、WRpeak較治療前明顯改善(P＜0.01)。見表4。

2.3 康復評估

兩組ASIA運動評分和SCIM評分均明顯改善(P＜0.01)。見表5。

表3 患者組和對照組CPET比較結(jié)果

表4 脊髓損傷患者有氧運動組和常規(guī)康復組治療前后CPET比較

表5 有氧運動組和常規(guī)康復組治療前后康復指標比較

3 討論

脊髓損傷患者是CVD的高發(fā)人群[2-3]，CVD的發(fā)生受脊髓損傷嚴重程度和神經(jīng)損傷水平影響[5-6]。因神經(jīng)損傷導致運動功能下降，全身活動減少是引起脊髓損傷患者發(fā)生CVD的重要因素之一[3,11]。脊髓損傷患者全身活動減少與低水平高密度脂蛋白、高水平低密度脂蛋白、高三酰甘油和總膽固醇、糖代謝異常、肥胖、有氧能力下降均有相關(guān)性[12-14]。運動能力下降和活動減少會引起心肺儲備功能下降[16]，進而導致CVD發(fā)生。而定量評估脊髓損傷患者心肺儲備功能和加強有氧運動，有助于脊髓損傷患者預防CVD和提高心肺功能[3,15]。

CPET是臨床上動態(tài)和靜態(tài)定量評估心肺功能的重要手段，通過評估心肺儲備功能，判斷疾病嚴重程度、手術(shù)風險、疾病預后及制定心肺康復處方。CPET測定的VO2peak是評估心肺功能的重要指標之一，常用來預測CVD導致死亡的風險[16-17]。CPET評估測試裝置一般將測定氣體、心電圖的主機連接到運動平板或功率自行車，需要測試者完成平板運動或功率車運動，適用于無肢體癱瘓者。脊髓損傷患者因四肢運動功能障礙，很難完成平板跑臺運動及下肢功率車運動。以往國外研究常采用上肢功率車[15]或上肢測力計[18]來測量VO2peak。單純上肢功率車或測力計測量VO2peak可能因不能動員全身肌肉做功參與，而導致測量的VO2peak低于實際值，不能準確反映癱瘓患者的心肺儲備功能[19]。腦卒中患者CPET的研究發(fā)現(xiàn)采用四肢聯(lián)動功率車測量VO2peak高于采用下肢功率車測定的VO2peak，可行性好、安全有效[20]。目前尚沒有關(guān)于應用四肢聯(lián)動功率車對脊髓損傷患者進行CPET評估的研究報道。

本研究采用四肢聯(lián)動功率車連接CPET評估用主機，選取線性遞增功率的方案，完成34例不完全性脊髓損傷患者(ASIA C級和D級)CPET評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)脊髓損傷患者VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、RERpeak、VEpeak、WRpeak低于對照組，其中VO2peak平均值是對照組的62.12%。研究結(jié)果提示，不完全性脊髓損傷患者心肺儲備能力下降。Macha?等[7]報道四肢癱患者用上肢功率車檢測VO2peak是對照組的59%。本研究采用四肢聯(lián)動功率車較大程度地調(diào)動不完全性脊髓損傷患者的四肢肌肉參與運動，可能導致VO2peak值高于應用上肢功率車檢測值。CPET結(jié)果還顯示脊髓損傷患者的SBPpeak低于對照組，HRrest高于對照組。提示脊髓損傷患者由于全身活動減少，靜息心率明顯增加，而由于自主神經(jīng)功能損傷，收縮壓對運動刺激反應下降。脊髓損傷患者血管對運動反應性下降，也是脊髓損傷患者CVD高發(fā)的原因之一[3]。

有氧運動是改善脊髓損傷患者心肺功能的有效手段之一。研究發(fā)現(xiàn)采用減重平板步行、上肢功率車以及結(jié)合功能性電刺激均能改善脊髓損傷患者心肺功能[3]。本研究采用與測試CPET同樣的四肢聯(lián)動功率車對17例脊髓損傷患者進行有氧運動4周，以VO2peak的40%～60%作為有氧運動強度，全部患者對訓練反應良好，訓練中和訓練后未出現(xiàn)低血壓和體位性低血壓；治療4周復測CPET，發(fā)現(xiàn)有氧訓練組患者VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、WRpeak較治療前改善，提示通過CPET實驗制定的有氧運動處方，采用四肢運動功率車訓練能有效改善不完全性脊髓損傷患者的心肺儲備功能，且患者耐受性好，安全可靠。常規(guī)康復組患者接受傳統(tǒng)運動療法訓練，主要包括四肢肌力訓練、核心肌群訓練、坐立位平衡訓練等；治療4周CPET結(jié)果顯示，METpeak、WRpeak較治療前顯著改善，而VO2peak等反應心肺儲備功能的重要指標無明顯改善。研究結(jié)果提示傳統(tǒng)康復訓練可一定程度地提高脊髓損傷患者的活動能力，但不能顯著提高其心肺功能。

神經(jīng)損傷患者進行一定強度的有氧運動不僅可以改善心肺儲備功能，還有助于神經(jīng)功能恢復。腦卒中研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者進行3～9個月高強度的有氧運動，6分鐘步行時間明顯改善[21]。Meta分析有氧運動改善腦卒中患者VO2peak和WRpeak的同時，患者步行速度和耐力明顯改善[22]。脊髓損傷患者有氧運動對運動功能影響的研究較少。有學者臨床觀察發(fā)現(xiàn)中等強度的有氧運動可減少脊髓損傷患者無癥狀菌尿的發(fā)生[23]。我們研究中對有氧訓練組和傳統(tǒng)康復組患者運動、感覺、步行和日常生活能力評估，發(fā)現(xiàn)兩組患者的運動評分和日常生活能力均不同程度提高，與治療前比較有顯著性差異。

我們分析有氧運動介入時間較短，且未進行長時間隨訪，可能影響其對運動功能療效的觀察。另外有氧運動對脊髓損傷患者預防和治療CVD長期療效還需要大樣本、多中心研究進一步探討。

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Cardiopulmonary QuantitativelyAssessment for Spinal Cord Injury duringAerobic Exercise

PAN Yu,XU Quan,YANG Xiao-hui,XIAO Yan-qing,WU Qiong,YAN Shu-yu,TU Yuan-yuan
Department of Physical Medicine and Rehabilitation,Beijing Tsinghua Changgung Hospital,Tsinghua University, Beijing 102218,China

PAN Yu.E-mail：panyu@btch.edu.cn

Objective To quantitatively assess the cardiopulmonary exercise function of spinal cord injury(SCI)patients and observe the effect of aerobic exercise on cardiopulmonary function,motor function and activities of daily living.Methods From December,2014 to June,2016,34 incomplete SCI patients(ASIA C and D)and 23 healthy controls received cardiopulmonary exercise test(CPET).SCI patients were randomly divided into conventional rehabilitation group(n=17)and aerobic exercise group(n=17).The aerobic exercise group received aerobic exercise for four weeks.They were assessed with CPET,motor and sensory function,walking index for spinal cord injury II (WISCI II)and spinal cord independence measure(SCIM)before and four weeks after training.Results Oxygen uptake(VO2)peak,anaerobic threshold(AT),metabolic equivalent of energy(METpeak),VO2/heart rate(HR)peak,respiratory exchange rate(RER)peak,minute ventilation (VE)peak,work rate(WR)peakand systolic blood pressure(SBP)peakwere lower in the patients than in the controls(t＞2.714,P＜0.05).VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、WRpeakincreased in the aerobic exercise group after training(t＞2.431,P＜0.05).METpeakand WRpeakimproved in the conventional rehabilitation group after training(t＞3.282,P＜0.01).The scores of motor in ASIA and SCIM improved in both groups after training(t＞2.985,P＜0.05).Conclusion The cardiopulmonary function decreased in incomplete SCI patients,which could be improved by moderate intensity aerobic exercise.

spinal cord injury;cardiovascular disease;cardiopulmonary exercise test;aerobic exercise

R651.2

A

1006-9771(2017)04-0415-05

2016-11-08

2017-01-04)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.04.011

北京清華長庚醫(yī)院，清華大學醫(yī)學中心，北京市102218。作者簡介：潘鈺(1973-)，女，漢族，遼寧沈陽市人，博士，主任醫(yī)師，主要研究方向：脊髓損傷康復及神經(jīng)康復。E-mail：panyu@btch.edu.cn。