最大脂肪氧化強度跑步運動對早期動脈硬化的影響研究

杜衛(wèi)提, 王 強

(1.安徽建筑大學 體育部,安徽 合肥 230601，2.合肥師范學院 體育科學學院,安徽 合肥 230601)

動脈硬化是隨著增齡而出現(xiàn)的血管疾病，隨著靜坐少動、能量攝入過剩、吸煙、過量飲酒等不良生活方式的聚集，該病已經成為該類人群致殘和死亡的主要因素之一。動脈硬化的發(fā)展一般分為出現(xiàn)結構和功能變化至斑塊形成的早期、動脈狹窄引起缺血癥狀的缺血期、管腔完全閉塞導致組織壞死的壞死期以及長期缺血導致組織器官纖維化和萎縮的纖維化期。早期發(fā)現(xiàn)動脈結構和功能病變并進行及時有效的干預，可以延緩甚至逆轉早期動脈硬化，在心血管病的“上游防治”中具有獨特意義，是預防這些嚴重致死性疾病發(fā)生的根本措施。

既往研究證實體育鍛煉可以降低動脈硬化程度，但研究多集中在驗證運動項目或形式的短期作用，缺乏針對早期動脈硬化的運動處方干預的跟蹤研究。運動處方各要素中運動強度是決定運動效應的關鍵因素，最大脂肪氧化強度是單位時間脂肪分解代謝峰值對應的有氧運動強度。有研究證實，最大脂肪氧化強度訓練具有改善脂質環(huán)境、抗炎等多重作用[1，2]，動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展與血脂代謝異常、炎癥反應、氧化應激關系密切。鑒于此，本項目利用彩色超聲多普勒和血壓脈搏波檢測技術對早期動脈硬化進行危險分層，探討最大脂肪氧化強度跑步運動對早期動脈硬化的延緩作用，深入分析最大脂肪氧化強度跑步運動延緩早期動脈硬化的機制。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象與分組

從無吸煙史、無飲酒習慣且半年內沒有進行過有計劃系統(tǒng)鍛煉的自愿者中，使用血壓脈搏波檢測裝置、多普勒彩超儀和血液生化檢測分析，篩選100名30-60歲成年動脈硬化早期患者受試者作為實驗對象，男女各50名。實驗前經三級甲等醫(yī)院常規(guī)體檢并進行運動負荷測試，除高血脂外，未見有任何神經、內分泌、循環(huán)、呼吸及運動系統(tǒng)疾患，近期也無服藥記錄(表1)。根據(jù)頸動脈內膜-中膜厚度為1-1.5mm判斷為斑塊形成初期，頸動脈內膜-中膜厚度小于1mm，且baPWV大于14m/s為動脈彈性硬度增加。依照分層隨機化原則，受試者先按動脈硬化程度分為動脈彈性改變和斑塊形成初期兩層，每層內再按性別隨機分為動脈彈性改變對照組(AEC)、動脈彈性改變+運動干預實驗組(AECE)、動脈硬化斑塊形成初期對照組(APF)、動脈硬化斑塊形成初期+運動干預實驗組(APFE)，每組25人，實驗組與對照組間身體狀況各項指標經檢驗無統(tǒng)計學差異，其中每組隨機抽取5人為實驗遞補對象，各組實驗對象若有因病或事中途退出的，將從遞補人員中隨機增補，確保每組有效統(tǒng)計數(shù)據(jù)為20人，所有增補人員按同樣要求完成所有實驗過程。實驗組受試者在實驗前已充分了解實驗內容、意義與實驗過程并簽署知情同意書，均表示自愿參加本實驗，為了提高實驗對象的依從性，課題組通過免費提供健身卡、體格檢查、鍛煉服裝和腕表等物質獎勵來提升其體育鍛煉的參與度，并定期開展心腦血管疾病防治的專家講座，提高實驗對象疾病防治的認知水平。

表1 受試者身體狀況一覽表(x±s，n=20)

1.2 儀器

日本歐姆龍Colin公司動脈硬化檢測裝置(BP-203RPEⅢ)；美國通用公司彩色多普勒超聲顯像儀(GE730型)；美國麥加菲公司氣體代謝分析儀(VO2000)；芬蘭POLAR公司心率表(團隊型)；上海閃譜酶標儀(SP-Max2300A2)；德國西門子公司全自動生化分析儀(ADVIL1800)。

1.3 研究方法

1.3.1 實驗條件控制 實驗組和對照組均進行動脈硬化防治的健康教育，教育內容包括飲食、飲酒、吸煙、心理健康等動脈硬化致病因素以及防治策略。對照組不進行任何有組織的運動干預計劃，實驗組按照預定的運動方案進行干預。

1.3.2 運動方案 受試者休息至少48h以后，早晨空腹，室內溫度控制在20-25℃，采用運動跑臺、心率表和心肺功能儀完成遞增負荷運動機體氣體代謝指標測試，確定最大脂肪氧率和對應的心率。測試方案為熱身5min，3.5km/h，遞增速度，遞增幅度為1km/3min，保持水平坡度不變，直至呼吸商達1.00以上，測試過程連續(xù)記錄心率和攝氧量。采用每級負荷后30s氣體代謝數(shù)據(jù)計算脂肪氧化率，通過3階數(shù)多項式擬合曲線確定脂肪氧化動力曲線和FATmax。脂肪氧化率計算公式：脂肪的氧化(g/min)=1．67VO2(L/min)-1．67VCO2(L/min)。根據(jù)最大脂肪氧化率出現(xiàn)時對應的心率，確定每位個體跑步運動強度。

實驗組受試者每次按照FATmax強度跑步45分鐘，每周4次，實驗周期12個月，第1周按85%FATmax強度跑步30分鐘進行適應性訓練，運動強度每1周遞增5%，運動持續(xù)時間每1周遞增5分鐘，直到按100%FATmax，持續(xù)運動45分鐘完成整個實驗周期。受試者按要求佩戴心率表，并記錄每次運動情況，運動時間段和場地根據(jù)受試者個人作息時間自主安排，遇到雨雪天氣，可就近到簽訂協(xié)議的健身館的跑步機上進行，以完成預定運動計劃，每周收集實驗對象運動記錄，并反饋實驗完成情況。

1.3.3 測試指標 1)生化指標測試 實驗對象于實驗前、實驗中第六個月末、實驗后空腹采集肘靜脈血，分離血清待測TC、TG、HDL-C、LDL-C、IL-1、TNF-α、Ox-LDL；血脂四項試劑盒，南京建成生物工程研究所；IL-1、TNF-α、Ox-LDL的ELISA試劑盒，武漢博士德生物工程有限公司，采用酶免法按照試劑盒要求進行檢測。

2)動脈血管結構和功能指標 動脈結構與功能指標分別于實驗前、實驗中第六個月末、實驗后檢測；baPWV是反映肱-踝脈搏波速度，PWV越快則反映動脈彈性越低，是評價中央動脈和外周動脈彈性的無創(chuàng)指標；ABI是雙側肱動脈收縮壓與踝部動脈收縮壓峰值之比，是外周動脈閉塞性疾病有效的評價指標，ABI正常范圍1-1.4，大于1.4說明動脈彈性降低，ABI小于0.9說明動脈發(fā)生閉塞風險增加；IMT是動脈血管內膜內側面至中膜外側面的垂直距離，頸動脈IMT在1.0mm以內為正常，IMT≥1.0mm為增厚，IMT≥1.5mm為斑塊形成。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

使用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量數(shù)據(jù)用x±s表示，實驗組與對照組采用獨立樣本T檢驗，自身前后比較采用配對樣本T檢驗，以P<0.05表示差異性。

2 研究結果

2.1 FATmax跑步運動對早期動脈硬化患者baPWV作用

脈搏波傳導速度是評估動脈彈性功能的金指標，baPWV能反映中央動脈至外周動脈的順應性，是評價動脈粥樣硬化的常用指標。如表2所示，自身前后相比，AEC組與APF組baPWV沒有顯著變化(P>0.05)，AECE組與APFE組運動干預中和干預后baPWV顯著低于干預前(P<0.05)，運動干預后顯著低于干預中。與對照組相比，AECE組運動干預中和干預后baPWV顯著低于AEC組(P<0.05)，APFE組運動干預中和干預

后baPWV明顯低于APF組(P<0.05)。以上研究結果顯示，有組織FATmax跑步運動干預能顯著降低動脈硬化早期的動脈硬度，改善大動脈彈性，而且干預6個月后具有顯著效果，持續(xù)干預至12個月持續(xù)效果進一步增強，對于彈性改變期而言，12個月的FATmax強度跑步運動可使動脈彈性改善至正常水平，表明運動對早期動脈粥樣硬化具有逆轉效應。

2.2 FATmax跑步運動對早期動脈硬化患者ABI的作用

踝臂指數(shù)是臨床診斷外周動脈血管彈性的無創(chuàng)最佳指標。如表3所示，與自身實驗前相比，AEC組、APF組實驗中和實驗后ABI有上升趨勢，但變化沒有顯著性(P>0.05)，APFE組運動干預6個月和12個月ABI顯著低于實驗前(P<0.05)，AECE組只在實驗12月后ABI明顯低于實驗前。與對照組相比，APFE組實驗中和實驗后ABI值均顯著低于AEC組同實驗段值(P<0.05)，AECE組只在實驗后ABI值明顯低于APF組實驗后的值(P<0.05)。以上研究結果顯示，有組織FATmax跑步運動能顯著降低動脈斑塊形成初期的動脈硬度，改善外周動脈彈性，而且隨著干預時間延長改善外周動脈彈性效果更明顯，從干預時相看，斑塊形成初期運動效果要優(yōu)于彈性改變期。

2.3 FATmax跑步運動對早期動脈硬化患者大動脈IMT的影響

彩色多普勒超聲是臨床無創(chuàng)檢測大動脈中膜-內膜厚度，評價動脈結構變化的常用技術，IMT變化能客觀反映動脈結構病變程度。如表4所示，自身實驗前、中、后相比，AEC組和APF組IMT沒有顯著變化(P>0.05)，AECE組與APFE組實驗中和實驗后IMT顯著低于實驗前(P<0.05)，AECE組與APFE組實驗后IMT值顯著低于實驗中(P<0.05)。與對照組相比，AECE組和APFE組實驗中和實驗后IMT均低于同時段AEC組和APF組，差異顯著(P<0.05)。以上研究結果顯示，12個月有組織FATmax跑步運動能顯著降低動脈斑塊形成初期和動脈彈性改變期的動脈中膜至內膜的厚度，改善外周早期動脈硬化的結構。

表2 FATmax跑步運動對baPWV的影響(x±s，n=20，cm/s)

※表示自身與實驗前比較，P<0.05；△表示自身與實驗中比較，P<0.05；☆表示AECE組與AEC組比較，P<0.05；#表示APFE組與APF組比較，P<0.05。

表3 FATmax跑步運動對ABI的影響(x±s，n=20)

※表示自身與實驗前比較，P<0.05；△表示自身與實驗中比較，P<0.05；☆表示AECE組與AEC組比較，P<0.05；#表示APFE組與APF組比較，P<0.05。

表4 FATmax跑步運動對大動脈中膜-內膜厚度的影響(x±s，n=20，mm)

※表示自身與實驗前比較，P<0.05；△表示自身與實驗中比較，P<0.05；☆表示AECE組與AEC組比較，P<0.05；#表示APFE組與APF組比較，P<0.05。

2.4 FATmax跑步運動對早期動脈硬化患者血脂的作用

血脂代謝紊亂是導致動脈硬化的重要危險因素，在動脈硬化進程中發(fā)揮重要作用。改善血脂是動脈硬化防治的重要策略。如表5所示，與自身實驗相比，AEC組、APF組TC、TG、HDL-C、LDL-C以及AECE組、APFE組LDL-C實驗中和實驗后均沒有顯著變化(P>0.05)，APFE組和AECE組實驗中和實驗后TC明顯降低(P<0.05)，HDL-C顯著上升(P<0.05)。與對照組相比，AECE組與APFE組實驗中和實驗后TC、TG值均顯著降低(P<0.05)，AECE組與APFE組HDL-C顯著上升(P<0.05)，AECE組與APFE組LDL-C有降低趨勢，但差異不顯著(P>0.05)。以上研究結果顯示，12個月有組織FATmax跑步運動能持續(xù)顯著改善血脂環(huán)境。

表5 FATmax跑步運動對血脂的影響(x±s，n=20，mmol/L)

續(xù)前表

※表示自身與實驗前比較，P<0.05；△表示自身與實驗中比較，P<0.05；☆表示AECE組與AEC組比較，P<0.05；#表示APFE組與APF組比較，P<0.05。

2.5 FATmax跑步運動對早期動脈硬化患者血清炎癥因子的影響

腫瘤壞死因子和白介素-1是重要的促炎細胞因子，參與介導了動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展，也是動脈硬化等心血管疾病危險性和預后的標志。如表6所示，與自身前后相比，AEC組、APF組血清TNF-α、IL-1沒有顯著變化(P>0.05)，AECE組、APFE組實驗中和實驗后血清TNF-α明顯降低(P<0.05)，AECE組、APFE組實驗后血清IL-1明顯降低(P<0.05)。與對照組相比，AECE組與APFE組實驗中和實驗后血清TNF-α均顯著降低(P<0.05)，AECE組與APFE組實驗后血清IL-1均顯著降低(P<0.05)。以上研究結果顯示，12個月有組織FATmax跑步運動能持續(xù)顯著降低血管炎癥反應狀態(tài)。

表6 FATmax跑步運動對血清炎癥因子的影響(x±s，n=20，ng/L)

※表示自身與實驗前比較，P<0.05；△表示自身與實驗中比較，P<0.05；☆表示AECE組與AEC組比較，P<0.05；#表示APFE組與APF組比較，P<0.05。

2.6 FATmax跑步運動對早期動脈硬化患者血清氧化應激指標的影響

氧化低密度脂蛋白是反映動脈血管氧化應激損傷程度的標志物，參與動脈粥樣硬化的形成和發(fā)展。如表7所示，與自身前后相比，AEC組、APF組血清Ox-LDL沒有顯著變化(P>0.05)，AECE組實驗中、實驗后以及APFE組實驗后血清Ox-LDL明顯降低(P<0.05)。與對照組相比，AECE組與APFE組實驗中和實驗

后血清Ox-LDL均顯著降低(P<0.05)。以上研究結果顯示，12個月有組織FATmax跑步運動能持續(xù)顯著降低血管氧化應激態(tài)。

3 討論

動脈硬化發(fā)生發(fā)展是緩慢的過程，動脈硬化早期主要發(fā)生的事件是動脈管壁微細結構的變化，血管彈性功能降低，及時有效的早期干預是預防這一致死致殘率極高性疾病的根本措施。動脈脈搏波檢測技術是目前無創(chuàng)檢測動脈硬化程度的有效手段。大量研究表明[3,4]，PWV是動脈硬化等心血管疾病獨立的預測因子。長期動脈硬化危險因素作用，誘導和加速動脈管壁發(fā)生纖維化、鈣化、彈力層斷裂以及膠原蛋白增多等微細結構變化，導致動脈彈性降低。陳文聰?shù)热搜芯堪l(fā)現(xiàn)[5]，有規(guī)律有氧耐力運動能增加健康老年人的動脈彈性。本研究結果顯示，長期FATmax跑步運動能持續(xù)降低動脈彈性下降期和斑塊形成初期的baPWV，降低動脈硬度，提高動脈順應性。

表7 FATmax跑步運動對血清氧化應激指標的影響(x±s，n=20，mg/L)

※表示自身與實驗前比較，P<0.05；△表示自身與實驗中比較，P<0.05；☆表示AECE組與AEC組比較，P<0.05；#表示APFE組與APF組比較，P<0.05。

ABI是外周動脈閉塞性疾病有效的評價指標，并對心血管發(fā)病率和死亡率具有良好的預測效果。本研究結果顯示，F(xiàn)ATmax跑步運動能降低早期動動脈硬化患者的ABI，而對動脈彈性改變期影響比脈斑塊形成初期更加明顯。有研究發(fā)現(xiàn)[6]，ABI對動脈硬化中動脈中膜-內膜厚度以及管徑結構的變化評價更加敏感。

動脈硬化早期發(fā)生動脈管壁中層鈣化、纖維化、增生，IMT能很好反映動脈血管壁結構的這種變化，是致殘致死性心腦血管疾病有效的預測因子。大量研究證實，動脈血管內膜中膜厚度增加是冠心病、高血壓、缺血性腦病等疾病的重要危險因素。張金春等研究證實[7]，長期運動訓練能有效控制高血壓患者血壓，并能降低頸動脈內膜中層厚度。Tomiyama等人[8]研究證實，平均每周參加至少3次以上劇烈運動個體的頸動脈壁厚度增加速度明顯低于不鍛煉者。本研究結果顯示，長期FATmax跑步運動能顯著降低動脈斑塊形成初期和動脈彈性改變期的IMT，降低動脈硬度，表明FATmax跑步運動能糾正早期動脈硬化的血管壁異常，修復內皮功能。

傳統(tǒng)脂源性學說認為血脂代謝紊亂是導致動脈粥樣硬化發(fā)生的主要原因。大量臨床研究證實，動脈粥樣硬化的嚴重程度與血漿甘油三酯、膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇呈正相關，而與高密度脂蛋白膽固醇呈負相關。血漿低密度脂蛋白膽固醇上升是導致動脈粥樣硬化的最重要的危險因素，血漿LDL-C增多容易導致氧化型低密度脂蛋白生成增加，從而參與介導動脈粥樣硬化。另外，血脂中的成分特別是膽固醇是斑塊組成的基本成分，因此調脂治療在動脈粥樣硬化的治療中極為關鍵。大量臨床研究顯示，改善血脂代謝紊亂可延緩動脈粥樣硬化的發(fā)展，減少心血管事件的發(fā)病率和病死率[9]。研究表明，規(guī)律的運動在降低和逆轉動脈粥樣硬化進程中起到一定作用，能夠降低血漿總甘油三酯、血漿低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)，升高血漿高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)和減輕體脂量[10]。研究發(fā)現(xiàn)[11]，F(xiàn)ATmax運動能顯著提高骨骼肌線粒體數(shù)量，提高脂肪酸氧化酶以及檸檬酸氧化酶活性，并降低血漿LDL、TC、TG水平和提高HDL水平。本研究結果顯示，長期FATmax跑步運動能顯著降低動脈斑塊形成初期和動脈彈性改變期患者血漿甘油三酯、膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平，升高高密度脂蛋白膽固醇水平。FATmax運動可能通過增加骨骼肌氧化酶活性，加速運動中骨骼肌對血液中游離脂肪酸攝取和利用，進而改善整體脂代謝狀態(tài)。動脈內皮損傷和脂質沉積是公認的動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的始動因素，因此，糾正動脈硬化早期的血脂代謝異常對延緩早期動脈硬化有重要意義。

動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程中的重要機制是氧化應激。氧化應激和抗氧化防御失衡導致機體活性氧簇紊亂、產生過多，從而導致機體病理損傷，動脈硬化時活性氧簇含量增加導致內皮細胞損傷，其后誘導黏附分子和趨化因子的表達，單核細胞和淋巴細胞被激活和聚集，進一步移置內皮下，單核細胞轉化為巨噬細胞，產生更多氧簇，介導LDL氧化修飾為氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)，后者細胞毒作用可促使巨噬細胞形成泡沫細胞，刺激內皮細胞表達釋放多種炎性因子和黏附分子，誘導內皮細胞和平滑肌細胞增生、遷移，Ox-LDL是動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)[12,13]。Wallenfeldt K等研究發(fā)現(xiàn)[14]，循環(huán)中Ox-LDL水平是早期動脈硬化的發(fā)展的獨立危險因素。因此，降低體內氧化應激態(tài)，提高抗氧化能力是降低Ox-LDL的重要措施，對治療動脈粥樣硬化有重要意義。大量研究表明，規(guī)律適量的運動能提高機體整體抗氧化能力，發(fā)揮延緩衰老，減慢與氧化損傷有關疾病的進程。本研究結果顯示，長期FATmax跑步運動能顯著降低動脈斑塊形成初期和動脈彈性改變期患者循環(huán)中Ox-LDL水平，延緩動脈硬化進程，對逆轉早期動脈硬化發(fā)揮重要作用。長期有氧耐力運動，可能通過激活抗氧化酶重新合成，以適應長期增高的氧化應激。有氧運動訓練使線粒體產生適應性變化，線粒體數(shù)目增多，酶合成增加，調節(jié)機體內氣體信號分子/氣體信號分子合成酶的表達降低氧化應激狀態(tài)，改善動脈粥樣硬化的病理狀態(tài)[15]。

炎性損傷與反應學說認為，各種有害因素導致血管內皮損傷及過度凋亡，導致血管壁通透性增加，血漿大分子沉積于血管壁，同時受損或凋亡的內皮細胞持續(xù)性釋放TNF-α和IL-1等炎性因子，增加周圍細胞對凋亡小體的吞飲，釋放更多可溶性黏附因子和趨化因子，并在Ox-LDL、巨噬細胞集落刺激因子的介導下促使單核細胞黏附于血管內皮細胞并轉換為巨噬細胞，吞噬組織內富含膽固醇的脂蛋白形成泡沫細胞，從而啟動脂紋的形成[16,17]。因此，減少有害因素的損傷，降低TNF-α和IL-1等炎性細胞因子釋放，阻遏始動因素是動脈粥樣硬化早期干預的靶點。研究證實[18]，規(guī)律的FATmax運動干預能降低肥胖者血液中CRP、NLR、PLR等炎性因子水平，降低全身炎癥狀態(tài)。本研究結果顯示，長期FATmax跑步運動能顯著降低動脈斑塊形成初期和動脈彈性改變期患者血清中TNF-α和IL-1水平，改善炎癥反應狀態(tài)。腫瘤壞死因子α和IL-1主要是由免疫系統(tǒng)的淋巴細胞和單核/巨噬細胞系產生的細胞因子，具有誘導血管細胞粘附分子-1表達作用，后者能誘導單核細胞粘附在血管內皮上，進而促進和不斷放大化學炎癥反應過程，維持血管內皮的慢性炎癥狀態(tài)，加速動脈粥樣硬化進程。

4 結 論

長期FATmax跑步運動可能通過改善血脂環(huán)境，糾正血脂異常，降低血管氧化應激態(tài)，減輕血管炎癥反應來延緩動脈彈性改變期血管平滑肌增生過程，降低動脈內膜中膜厚度，增加中央動脈和外周動脈血管彈性，降低動脈血管硬度，提高順應性，并在一定程度上降低動脈斑塊形成初期的動脈內膜中膜厚度，改善中央動脈和外周動脈血管彈性，降低動脈血管硬度。