錢 貞,陳 偉,李 瑾,高 民,張秋陽(yáng)
最 大 攝 氧 量(maximal volume of oxygen uptake,VO2max)是在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中攝入和使用氧氣的最大能力,是評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)能力和心肺適能的金標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。一般獲取VO2max的癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)使用的是平板[3]或功率自行車[4-5],但常規(guī)設(shè)備在很多人群中應(yīng)用存在一定困難,如老年人、未受訓(xùn)練的個(gè)體[6]以及腦損傷患者[7],并且健康人的常規(guī)測(cè)試方案可能無(wú)法提供心肺適能的準(zhǔn)確評(píng)估[3]。如果使用的運(yùn)動(dòng)測(cè)試方案不合適,獲得的心肺適能評(píng)估指標(biāo)會(huì)存在偏差,進(jìn)一步會(huì)影響運(yùn)動(dòng)處方的執(zhí)行效果。四肢聯(lián)動(dòng)是一種結(jié)合四肢的運(yùn)動(dòng)方式,常運(yùn)用在偏癱、單純下肢功能受限患者的訓(xùn)練中,目前在心肺適能評(píng)估領(lǐng)域的應(yīng)用較為罕見(jiàn)。本研究旨在分析健康青年人應(yīng)用四肢聯(lián)動(dòng)進(jìn)行癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的可行性,以探索心肺適能功能評(píng)估的適宜設(shè)備。
1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn):(1)年齡為18~44歲;(2)愿意配合研究,并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)根據(jù)美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)院(American College of Sports Medicine,ACSM)運(yùn)動(dòng)危險(xiǎn)分層[8],屬于運(yùn)動(dòng)期間發(fā)生心臟并發(fā)癥高風(fēng)險(xiǎn);(2)有心血管和肺部等基礎(chǔ)疾??;(3)有影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的肌肉骨骼問(wèn)題,如肌肉拉傷、骨折等;(4)由于身體功能限制不能使用功率自行車或四肢聯(lián)動(dòng),如肢體缺損。
1.2 研究對(duì)象 于2016年9月—2017年9月社會(huì)招募112例測(cè)試者于徐州市康復(fù)醫(yī)院進(jìn)行運(yùn)動(dòng)測(cè)試,其中4例因不適應(yīng)佩戴面罩進(jìn)行運(yùn)動(dòng)而退出測(cè)試。108例測(cè)試者中,男60例,女48例;年齡21~35歲,平均年齡(26.9±4.5)歲;身高153~184 cm,平均身高(166.7±7.8)cm;體質(zhì)量46~90 kg,平均體質(zhì)量(59.2±11.8)kg;體質(zhì)指數(shù)(BMI)17.1~27.9 kg/m2,平均BMI(21.2±2.8)kg/m2;已婚66例,未婚42例;職業(yè):體力勞動(dòng)12例,腦力勞動(dòng)96例;ACSM運(yùn)動(dòng)危險(xiǎn)分層[8]:低危96例,中危12例;文化程度:???8例,本科71例,研究生19例;84例有久坐習(xí)慣;30例有健身習(xí)慣;72例有不良生活習(xí)慣(吸煙、飲酒、熬夜等)。本研究經(jīng)徐州市康復(fù)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。
1.3 研究方法 癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)采用K4b2運(yùn)動(dòng)心肺功能測(cè)試及代謝分析系統(tǒng)(意大利科時(shí)邁公司),采用具有雙通道呼吸瓣膜的K4b2開(kāi)放式肺活量測(cè)量計(jì)持續(xù)性收集和分析呼出和吸入的氣體,測(cè)試過(guò)程中收集平均數(shù)據(jù),30 s/次。測(cè)試者采用PEC4850功率自行車和MINI7005四肢聯(lián)動(dòng)均隨機(jī)進(jìn)行2次試驗(yàn),測(cè)試時(shí)間相同,試驗(yàn)間隔1~5 d[9]。測(cè)試前對(duì)K4b2運(yùn)動(dòng)心肺功能測(cè)試及代謝分析系統(tǒng)進(jìn)行容量、流量、氣體定標(biāo)。測(cè)試前24 h內(nèi)避免進(jìn)行劇烈的身體活動(dòng),6 h內(nèi)禁飲咖啡及飲酒,2 h內(nèi)禁止進(jìn)食,但允許喝水。測(cè)試房間配備搶救藥品、除顫儀、氧氣瓶等急救設(shè)備。
1.3.1 功率自行車 根據(jù)測(cè)試者身高,調(diào)整功率自行車座椅高度,坐位高度以腳踩在踏板上轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí),膝蓋處于將近伸直但未完全伸直的狀態(tài)為宜;清潔皮膚,連接心電圖電極,戴血壓袖套以及用于收集氣體的面罩,并檢查有無(wú)漏氣;依據(jù)測(cè)試者性別、年齡、身高、體質(zhì)量以及平常運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等選擇個(gè)體化的功率遞增方案(10~20 W/min,斜坡式遞增)。測(cè)試過(guò)程:(1)觀察并記錄測(cè)試者靜息狀態(tài)的心電圖、心率和血壓,持續(xù)1 min;(2)熱身期進(jìn)行無(wú)負(fù)荷運(yùn)動(dòng),患者運(yùn)動(dòng)速度為60 r/min,持續(xù)3 min,結(jié)束時(shí)記錄心電圖、心率和血壓等;(3)功率負(fù)荷期進(jìn)行遞增運(yùn)動(dòng),根據(jù)相應(yīng)的功率遞增方案,持續(xù)增加功率,直至達(dá)到癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)水平或出現(xiàn)需要終止測(cè)試的情況,維持8~12 min,觀察并記錄心電圖和血壓,1次/2 min,密切觀察測(cè)試者的面部表情和手勢(shì),若速度<55 r/min,鼓勵(lì)測(cè)試者并使用計(jì)數(shù)秒表提醒保持速度;(4)運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)結(jié)束后,恢復(fù)期進(jìn)行無(wú)負(fù)荷緩慢踏車3 min,靜息3 min,觀察癥狀、血壓、心率恢復(fù)情況。
1.3.2 四肢聯(lián)動(dòng) 根據(jù)測(cè)試者下肢長(zhǎng)度,向前或后調(diào)整四肢聯(lián)動(dòng)座椅,使測(cè)試者伸膝時(shí)保持膝關(guān)節(jié)輕微彎曲,防止膝關(guān)節(jié)進(jìn)入鎖膝狀態(tài);根據(jù)測(cè)試者臂長(zhǎng)調(diào)整臂桿長(zhǎng)度,使測(cè)試者能夠充分地伸展和彎曲肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié);測(cè)試者在運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)開(kāi)始前適應(yīng)四肢聯(lián)動(dòng)雙側(cè)交互運(yùn)動(dòng)模式以及所需保持的速度,以免影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。四肢聯(lián)動(dòng)配有阻力模式顯示屏,阻力分為1~16檔,屏幕上顯示的1小格代表1檔阻力,可以手動(dòng)加減阻力。測(cè)試前準(zhǔn)備工作同功率自行車,依據(jù)測(cè)試者性別、年齡、身高、體質(zhì)量以及平常運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等選擇個(gè)體化的阻力遞增方案(1~2檔/90 s,階梯式遞增),速度保持120踏/min[10],若速度<110踏/min,鼓勵(lì)測(cè)試者并使用計(jì)數(shù)秒表提醒保持速度。測(cè)試過(guò)程及監(jiān)測(cè)指標(biāo)均與功率自行車相同。
1.3.3 判斷依據(jù) 測(cè)試者達(dá)到癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)水平的判斷依據(jù)(至少達(dá)到1項(xiàng)):(1)達(dá)到攝氧量(volume of oxygen uptake,VO2)平臺(tái),即負(fù)荷運(yùn)動(dòng)最后1 min的VO2增加 <150 ml[11];(2)峰值心率(HRpeak)≥最大心率(maximum heart rate,HRmax)-10[12];(3)呼吸交換率(respiratory exchange ratio,RER)>1.10[13]。
1.3.4 終止標(biāo)準(zhǔn) 癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)測(cè)試終止標(biāo)準(zhǔn)(出現(xiàn)任何1項(xiàng),立即終止試驗(yàn)):(1)達(dá)到癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)水平;(2)測(cè)試者意志疲勞要求終止測(cè)試;(3)測(cè)試者不能保持規(guī)定速度[14];(4)出現(xiàn)ACSM規(guī)定的絕對(duì)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)終止指征[8]。
1.3.5 觀察指標(biāo) 先后各進(jìn)行1次功率自行車和四肢聯(lián)動(dòng),測(cè)量?jī)纱芜\(yùn)動(dòng)試驗(yàn)中的絕對(duì)峰值VO2(VO2peak)即每分鐘機(jī)體總VO2、相對(duì)VO2peak即每分鐘每公斤體質(zhì)量的VO2、相對(duì)VO2peak/預(yù)測(cè)VO2(VO2pred)、峰值代謝當(dāng) 量(peak metabolic equivalents,METpeak)、HRpeak、HRpeak/年齡最大預(yù)計(jì)心率(age predicted maximum heart rate,APMHR)、靜息心率(resting heart rate,HRrest)、靜息收縮壓(resting systolic blood pressure,SBPrest)、靜息舒張壓(resting diastolic blood pressure,DBPrest)、峰值收縮壓(peak systolic blood pressure,SBPpeak)、峰值舒張壓(peak diastolic blood pressure,DBPpeak)、峰值RER(RERpeak)、峰值負(fù)荷、達(dá)到絕對(duì)VO2peak的時(shí)間(timepeak)。臨床醫(yī)師采用V-斜率法(V-slope)評(píng)估無(wú)氧閾(anaerobic threshold,AT),并測(cè)量達(dá)到AT時(shí)絕對(duì)VO2(VO2AT)、相對(duì)VO2AT以及相對(duì)VO2AT/相對(duì)VO2peak。采用Borg scale自感勞累分級(jí)表[9]評(píng)估最大運(yùn)動(dòng)負(fù)荷時(shí)呼吸困難和腿部疲勞的自感勞累程度,評(píng)分為6~20分,6~8分為“非常輕”、9~10分為“很輕”、11~12分為“輕”、13~14分為“有點(diǎn)累”、15~16分為“累”、17~18分為“很累”、19~20分為“非常累”,評(píng)分越高,自感勞累程度越累。記錄測(cè)試終止的原因。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以(s)表示,不同運(yùn)動(dòng)方式試驗(yàn)結(jié)果比較采用配對(duì)t檢驗(yàn);采用Pearson相關(guān)性分析四肢聯(lián)動(dòng)和功率自行車的相對(duì)VO2peak、HRpeak的相關(guān)性。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 一般資料 108例測(cè)試者均順利完成測(cè)試,達(dá)到終止標(biāo)準(zhǔn)而停止測(cè)試,未發(fā)生不良事件。使用功率自行車測(cè)試時(shí),72例(66.7%)達(dá)到癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)水平,其中,42例(38.9%)達(dá)到1項(xiàng)判斷依據(jù),30例(27.8%)達(dá)到2項(xiàng)判斷依據(jù),無(wú)測(cè)試者達(dá)到VO2平臺(tái);108例(100.0%)可以確定AT;測(cè)試終止的原因:60例(55.6%)腿部疲勞,24例(22.2%)全身疲勞,24例(22.2%)胸悶、呼吸困難。使用四肢聯(lián)動(dòng)測(cè)試時(shí),102例(94.4%)達(dá)到癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)水平,其中,66例(61.1%)達(dá)到1項(xiàng)判斷依據(jù),36例(33.3%)達(dá)到2項(xiàng)判斷依據(jù),無(wú)測(cè)試者達(dá)到VO2平臺(tái);99例(91.7%)可以確定AT;測(cè)試終止的原因:30例(27.8%)腿部疲勞,60例(55.5%)全身疲勞,18例(16.7%)胸悶、呼吸困難。
2.2 功率自行車與四肢聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果比較 功率自行車與四肢聯(lián)動(dòng)的HRrest、SBPrest、DBPrest、DBPpeak比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);功率自行車的絕對(duì)VO2peak、 相 對(duì) VO2peak、 相 對(duì) VO2peak/VO2pred、METpeak、HRpeak、HRpeak/APMHR、SBPpeak、RERpeak、timepeak、 絕對(duì)VO2AT、相對(duì)VO2AT、相對(duì)VO2AT/相對(duì)VO2peak低于四肢聯(lián)動(dòng),峰值負(fù)荷、呼吸困難評(píng)分、腿部疲勞評(píng)分高于四肢聯(lián)動(dòng),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見(jiàn)表1)。
2.3 功率自行車與四肢聯(lián)動(dòng)相對(duì)VO2peak、HRpeak的相關(guān)性分析 四肢聯(lián)動(dòng)的相對(duì)VO2peak與功率自行車的相對(duì)VO2peak呈正相關(guān)(r=0.881,P<0.001,見(jiàn)圖1);四肢聯(lián)動(dòng)的HRpeak與功率自行車的HRpeak呈正相關(guān)(r=0.845,P<0.001,見(jiàn)圖 2)。
美國(guó)心臟協(xié)會(huì)聲明,VO2max是全因死亡率較強(qiáng)的預(yù)測(cè)因子之一,也是公認(rèn)的整體心血管健康和功能的重要指標(biāo)[15]。臨床測(cè)量VO2max較困難,所以通常采用VO2peak描述最大有氧運(yùn)動(dòng)能力。YATES等[16]發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)測(cè)試方式測(cè)量VO2peak存在一定難度,21%的受試者不能完成動(dòng)作,從而排除測(cè)試。手臂測(cè)力計(jì)同樣可以用于測(cè)量VO2peak,但手臂測(cè)力計(jì)測(cè)量的VO2peak比跑步機(jī)測(cè)試測(cè)量的VO2peak降低高達(dá)30%~35%[17]。NOONAN等[18]認(rèn)為需要一個(gè)可以適用于具有平衡障礙、肥胖、肌肉骨骼或者神經(jīng)肌肉疾病的人群的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)測(cè)試方案。本研究使用的四肢聯(lián)動(dòng)是在坐位下進(jìn)行測(cè)試,對(duì)測(cè)試者平衡能力要求較低,而且坐位形式對(duì)關(guān)節(jié)沖擊力較小,對(duì)于患有關(guān)節(jié)炎或下肢關(guān)節(jié)置換的老年人而言,屬于理想的運(yùn)動(dòng)測(cè)試方式[19]。此外,由于四肢聯(lián)動(dòng)結(jié)合了上下肢雙側(cè)交互運(yùn)動(dòng),配備具有后外側(cè)緣的寬踏板以及腳部的寬束縛帶,使患有神經(jīng)肌肉疾病如腦卒中、脊髓損傷患者能夠順利進(jìn)行運(yùn)動(dòng)測(cè)試。目前四肢聯(lián)動(dòng)常運(yùn)用于不同功能障礙患者的康復(fù)訓(xùn)練中[20],但關(guān)于將其運(yùn)用在心肺適能評(píng)估的研究目前較為少見(jiàn)。所以本研究分析四肢聯(lián)動(dòng)在癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)測(cè)試中的可行性,以期探尋到可廣泛運(yùn)用的測(cè)試設(shè)備。
本研究結(jié)果顯示,四肢聯(lián)動(dòng)的相對(duì)VO2peak與功率自行車的相對(duì)VO2peak呈正相關(guān),四肢聯(lián)動(dòng)的HRpeak與功率自行車的HRpeak呈正相關(guān),而且功率自行車的相對(duì)VO2peak、HRpeak均低于四肢聯(lián)動(dòng),與HILL等[21]使用結(jié)合上下肢的運(yùn)動(dòng)設(shè)備評(píng)估腦卒中患者的心肺功能的結(jié)論相似,提示健康青年人使用四肢聯(lián)動(dòng)進(jìn)行癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)測(cè)試是有效、可靠的,測(cè)試結(jié)果能體現(xiàn)測(cè)試者真實(shí)的心肺功能。本研究結(jié)果顯示,四肢聯(lián)動(dòng)的相對(duì) VO2peak為(28.2±4.8)ml·kg-1·min-1,高于功率自行車的(24.3±4.9)ml·kg-1·min-1;四肢聯(lián)動(dòng)的相對(duì)VO2peak/VO2pred為(73.0%±16.0%),高于功率自行車的(62.8%±14.1%)。國(guó)外研究報(bào)道健康青年人的相對(duì)VO2peak為(55.0±1.3)ml·kg-1·min-1[22],本研究結(jié)果明顯低于其結(jié)果,說(shuō)明我國(guó)健康青年人的心肺適能較低,除人種差異外,不良生活方式(久坐、無(wú)健身習(xí)慣、吸煙、飲酒、熬夜等)也可能損害心肺健康。
表1 四肢聯(lián)動(dòng)與功率自行車試驗(yàn)結(jié)果比較(s)Table1 Comparison of the results between limb linkage and cycle ergometer tests
表1 四肢聯(lián)動(dòng)與功率自行車試驗(yàn)結(jié)果比較(s)Table1 Comparison of the results between limb linkage and cycle ergometer tests
注:VO2peak=峰值攝氧量,VO2pred=預(yù)測(cè)攝氧量,METpeak=峰值代謝當(dāng)量,HRpeak=峰值心率,APMHR=年齡最大預(yù)計(jì)心率,HRrest=靜息心率,SBPrest=靜息收縮壓,DBPrest=靜息舒張壓,SBPpeak=峰值收縮壓,DBPpeak=峰值舒張壓,RERpeak=峰值呼吸交換率,timepeak=達(dá)到VO2peak的時(shí)間,VO2AT=達(dá)到無(wú)氧閾時(shí)的攝氧量;由于部分患者不能確定無(wú)氧閥,a為例數(shù)有缺失
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圖1 四肢聯(lián)動(dòng)相對(duì)VO2peak與功率自行車相對(duì)VO2peak的關(guān)系的散點(diǎn)圖Figure1 Scatter plot of relationship of the relative VO2peak results between the limb linkage test and the cycle ergometer test
圖2 四肢聯(lián)動(dòng)HRpeak與功率自行車HRpeak的關(guān)系的散點(diǎn)圖Figure2 Scatter plot of relationship of the HRpeak results between the limb linkage test and the cycle ergometer test
本研究結(jié)果顯示,功率自行車的相對(duì)VO2peak、HRpeak均低于四肢聯(lián)動(dòng),可能原因?yàn)椋海?)四肢聯(lián)動(dòng)是一種結(jié)合了雙側(cè)上下肢交互運(yùn)動(dòng)的設(shè)備,與單純使用雙下肢進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的功率自行車相比,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要更多的肌肉群參與(增加雙上肢以及部分軀干肌群),心輸出量會(huì)隨之增加,以供應(yīng)增加的肌肉耗氧;(2)本研究結(jié)果顯示,進(jìn)行功率自行車測(cè)試時(shí)因腿部疲勞終止測(cè)試所占比例最高,而且功率自行車的腿部疲勞評(píng)分高于四肢聯(lián)動(dòng),即腿部疲勞感明顯重于四肢聯(lián)動(dòng),由于大部分測(cè)試者有久坐習(xí)慣而無(wú)健身習(xí)慣,導(dǎo)致雙下肢耐力較差,在僅依靠雙下肢的功率自行車運(yùn)動(dòng)中就會(huì)過(guò)早進(jìn)入代謝性酸中毒狀態(tài)而終止運(yùn)動(dòng),從而限制測(cè)試者達(dá)到更高的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。國(guó)外研究分析平板和功率自行車獲得的VO2peak的差異原因時(shí),提出可能由于動(dòng)靜脈氧分壓差高,腿部肌肉血流量大,整體血管傳導(dǎo)率高[23],脂肪氧化率高,碳水化合物氧化率低[24],骨骼肌中的糖酵解酶活性相對(duì)高[25],導(dǎo)致平板獲得的VO2peak相對(duì)高。關(guān)于是否存在類似機(jī)制從而導(dǎo)致四肢聯(lián)動(dòng)獲得的VO2peak偏高,值得進(jìn)一步深入研究。本研究結(jié)果顯示,使用四肢聯(lián)動(dòng)測(cè)試時(shí)達(dá)到癥狀限制性極量運(yùn)動(dòng)水平的比例高于功率自行車,呼吸困難和腿部疲勞評(píng)分低于功率自行車,timepeak長(zhǎng)于功率自行車,可能是因?yàn)樗闹?lián)動(dòng)測(cè)試中雙上肢能幫助分擔(dān)雙下肢的阻力,從而更能耐受負(fù)荷運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng),因此,四肢聯(lián)動(dòng)即使在無(wú)運(yùn)動(dòng)障礙的人群中也可以幫助簡(jiǎn)化心肺適能評(píng)估過(guò)程,發(fā)揮更好的運(yùn)動(dòng)能力。
綜上所述,四肢聯(lián)動(dòng)在測(cè)量健康青年人心肺適能方面是安全、有效、可行的,將為臨床醫(yī)生提供一種可替代的運(yùn)動(dòng)測(cè)試方法,以便制定個(gè)體化更精確的運(yùn)動(dòng)處方,進(jìn)一步優(yōu)化各種人群的健康生活方式干預(yù)策略。此外,由于四肢聯(lián)動(dòng)采取的是坐位、四肢交互運(yùn)動(dòng)的方式,可能使某些特殊群體(如腦卒中、多發(fā)性硬化、脊髓損傷患者)的心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)更加容易進(jìn)行,獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。本研究的局限性在于樣本量小,并且只招募了青年人,限制了研究結(jié)果在整個(gè)人群中的推廣,今后的研究將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量以求證測(cè)試結(jié)果,或關(guān)注其他群體是否能從運(yùn)動(dòng)測(cè)試或開(kāi)具的運(yùn)動(dòng)處方中獲益。
作者貢獻(xiàn):錢貞、張秋陽(yáng)進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì),研究的實(shí)施與可行性分析;錢貞進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與整理,撰寫論文;錢貞、李瑾進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,結(jié)果的分析與解釋;陳偉、高民進(jìn)行論文的修訂;張秋陽(yáng)負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校,對(duì)文章整體負(fù)責(zé),監(jiān)督管理。
本文無(wú)利益沖突。