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有氧运动对肥胖青少年心率变异性的影响

2014-06-27李光欣王占一赵立君

吉林大学学报(医学版) 2014年5期
关键词:交感有氧受试者

李光欣,王占一,吕 薇,赵立君

(1.吉林大学体育学院,吉林长春 130012;2.吉林省长春市第二实验中学,吉林长春 130022; 3.吉林大学中日联谊医院药品管理部,吉林长春 130033)

有氧运动对肥胖青少年心率变异性的影响

李光欣1,王占一2,吕 薇3,赵立君1

(1.吉林大学体育学院,吉林长春 130012;2.吉林省长春市第二实验中学,吉林长春 130022; 3.吉林大学中日联谊医院药品管理部,吉林长春 130033)

目的:探讨有氧运动对肥胖青少年心率变异性(HRV)的影响,为制定特异性的运动处方提供依据。方法:40名男性肥胖青少年[体质量指数(BMI)≥25 kg·m-2)]随机分为运动组(n=20)和对照组(n=20)。运动组受试者进行有氧运动干预,每周5次,每次持续50~60 min,共8周;对照组受试者保持日常生活习惯不变。实验前后分别测定受试者的身体成分、血液动力学参数[(心率(HR)和血压)]和心率变异性(HRV)参数[总功率(TP)、标准化低频功率(LFn)、标准化高频功率(HFn)以及LFn/HFn比值]。结果:实验前2组受试者各指标比较差异均无统计学意义(P>0.05)。与实验前比较,实验后运动组受试者脂肪质量(FM)、体脂百分比(BF%)、安静HR、收缩压(SBP)和舒张压(DBP)均下降(P<0.05或P<0.01),TP和HFn(P<0.01)升高, LFn和LFn/HFn比值降低(P<0.01);对照组受试者各指标差异无统计学意义(P>0.05)。与对照组比较,实验后运动组受试者FM、BF%、安静HR、SBP、DBP、LFn和LFn/HFn比值均明显降低(P<0.05或P<0.01),TP和HFn明显升高(P<0.01)。结论:有氧运动可有效降低肥胖青少年安静时的交感神经活性,增加迷走神经张力。

有氧运动;肥胖;心率变异性;运动处方;青少年

青少年体质量超标是成年继发性肥胖以及诸多心血管疾病(高血压、冠心病等)和代谢性疾病(血脂紊乱、糖尿病等)的重要危险因素。研究[1-3]发现:肥胖可导致自主神经功能紊乱,表现为交感神经过度兴奋而迷走神经张力降低,而且自主神经功能受损的程度与心血管事件死亡率呈显著正相关关系。规律的体力活动特别是有氧运动是预防和治疗肥胖的首选非药物疗法,但针对肥胖青少年的最佳运动处方仍未确定。有氧运动是否可改善肥胖青少年自主神经功能紊乱状态少有报道。本研究探讨8周有氧运动对肥胖青少年心率变异性(heart rate variability,HRV)的影响,旨在为制定特异性的运动处方提供依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象吉林省长春市某中学40名男生自愿参加本实验。纳入标准:年龄为13~17岁的单纯性肥胖者,即体质量指数(body mass index, BMI)≥25 kg·m-2[4]。排除继发性肥胖患者(原发性甲状腺功能减退和Cushing综合征等)、药物(如糖皮质激素等)引起的肥胖患者、患有骨关节疾病而不能完成运动实验者、急慢性感染者、心血管疾病和代谢性疾病患者以及有长期吸烟饮酒史者。将受试者随机分为运动组(n=20)和对照组(n=20)。

1.2 整体实验设计受试者于清晨空腹状态下进入标准运动生理学实验室,常规方法测定身高、体质量、心率(HR)和血压,利用身体组成分析仪测定身体成分,最后测定HRV。测试结束后第2天运动组受试者参加为期8周的有氧运动计划,对照组受试者在家长监督下保持日常生活习惯。末次运动后48 h(消除最后一次训练的影响),受试者返回实验室,再次进行上述指标的测定。

1.3 身体形态学参数测定体质检测组件测量身高和体质量后,计算BMI,BMI=体质量(kg)/身高2(m2);体成分用身体组成分析仪(Inbody 3.0,韩国)测量,主要观测指标为脂肪质量(fat mass, FM)、去脂体质量(fat-free mass,FFM)和体脂百分比(percent of body fat,BF%)。

1.4 血液动力学参数测定受试者休息10 min后取端坐位,采用经校正后的标准台式水银柱血压计测量右上臂肱动脉血压,每次间隔5 min,连续测量3次,取均值,获得收缩压(systolic blood pressure,SBP)和舒张压(diastolic blood pressure, DBP)。同时计数3次(6×10 s)脉搏,取均值作为安静HR值。

1.5 HRV测定受试者安静仰卧位休息10 min 后,用多导生理记录仪(RM-6000,成都仪器厂)记录5 min心电,经快速傅里叶转换后用自回归模型频谱分析法得到心率变异功率谱图,计算每个频段下的绝对面积,以ms2为单位。HRV的频域指标包括总功率(total power,TP,0.00~0.40 Hz)、低频功率(low frequency,LF,0.04~0.15 Hz)和高频功率(high frequency,HF,0.15~0.40 Hz)。由于HF和LF受TP的影响,因此将其值标准化后再进行比较,即标准化低频功率(normalized low frequency,LFn),LFn=(LF/TP)×100%;标准化高频功率(normalized high frequency,HFn), LFn=(HF/TP)×100%,同时计算LFn/HFn比值。

1.6 运动方案运动组受试者进行8周有氧运动,每周5次,每次50~60 min,运动方式为健身跑,运动强度为60%~70%最大预测心率(最大预测心率=220-年龄)。每次运动前先进行10~15 min热身以防止肌肉拉伤,运动后进行5~10 min整理活动以减轻延迟性肌肉酸痛。所有受试者均使用遥测心率表(Polar S800,芬兰)监控运动强度。受试者在家长陪同下由经验丰富的体育教师和科研人员对训练过程进行严格监控并记录训练日志,同时每周进行1~2次健康教育等方式提高依从性。

1.7 统计学分析应用SPSS 15.0软件包对数据进行统计学处理。2组受试者基线变量、形态学参数、血液动力学参数和HRV参数以±s表示,组内实验前后各指标比较采用配对t检验,组间各指标比较采用独立样本t检验。

2 结果

2.1 受试者的基线特征所有受试者均完成了实验室测试与运动干预,无失访者。受试者的基本特征见表1。2组受试者年龄、身高、体质量、BMI、FM、FFM、BF%、HR、SBP和DBP等基线变量比较差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

表1 2组受试者的基线特征Tab.1 Baseline characteristics of subjects in two groups(n=20,±s)

表1 2组受试者的基线特征Tab.1 Baseline characteristics of subjects in two groups(n=20,±s)

Age(year)Height(l/m)Weight(m/kg)BMI(kg·m-2)FM(m/kg) Group Exercise 15.4±2.6 1.69±0.06 80.4±9.4 28.4±4.2 22.1±3.7 Control 14.6±3.5 1.70±0.08 84.5±9.9 29.3±4.4 21.7±3.4 Group FFM(m/kg)BF%(η/%)HR(beat·min-1)SBP(P/mm Hg)DBP(P/mm Hg) Exercise 58.3±11.5 28.1±7.1 76±5 118±7 75±5 Control 62.7±9.2 25.9±4.3 74±4 115±9 76±4

2.2 2组受试者形态学参数实验前,2组受试者形态学参数比较差异无统计学意义(P>0.05)。与实验前比较,实验后运动组受试者FM和BF%降低(P<0.01),实验后对照组受试者各形态学参数差异均无统计学意义(P>0.05)。实验后运动组FM和BF%均低于对照组(P<0.01)。见表2。

表2 2组受试者形态学参数的变化Tab.2 Changes of morphological parameters of subjects in two groups(n=20,±s)

表2 2组受试者形态学参数的变化Tab.2 Changes of morphological parameters of subjects in two groups(n=20,±s)

∗P<0.01 compared with pre-test;△P<0.01 compared with control group.

Group Weight(m/kg)BMI(kg·m-2)FM(m/kg)FFM(m/kg)BF%(η/%) Exercise Pre-test 80.4±9.4 28.4±4.2 22.1±3.7 58.3±11.5 28.1±7.1 Post-test 77.5±8.4 27.9±4.0 17.2±3.0∗△60.3±12.6 22.6±6.5∗△Control Pre-test 84.5±9.9 29.3±4.4 21.7±3.4 62.7±9.2 25.9±4.3 Post-test 83.2±10.4 29.2±4.3 23.4±4.1 59.8±10.1 28.5±5.8

2.3 2组受试者血液动力学参数实验前,2组受试者血液动力学各参数比较差异均无统计学意义(P>0.05)。与实验前比较,实验后运动组受试者HR、SBP和DBP降低(P<0.05),对照组受试者血液动力学各参数差异均无统计学意义(P>0.05)。实验后运动组受试者HR、SBP和DBP均低于对照组(P<0.05)。见表3。

表3 2组受试者血液动力学参数的变化Tab.3 Changes of hemodynamic parameters of subjects in two groups(n=20,±s)

表3 2组受试者血液动力学参数的变化Tab.3 Changes of hemodynamic parameters of subjects in two groups(n=20,±s)

∗P<0.05 compared with pre-test;△P<0.05 compared with control group.

Group HR(beat·min-1)SBP(P/mm Hg)DBP(P/mm Hg) Exercise Pre-test 76±5 118±7 75±5 Post-test 71±4∗△112±6∗△72±3∗△Control Pre-test 74±4 115±976±4 Post-test 76±5 117±6 78±4

2.4 2组受试者HRV参数实验前,2组受试者各HRV参数比较差异均无统计学意义(P>0.05)。与实验前比较,实验后运动组受试者TP 和HFn升高(P<0.01),LFn和LFn/HFn比值下降(P<0.01);对照组受试者HRV各参数差异均无统计学意义(P>0.05)。实验后运动组TP 和HFn高于对照组(P<0.01),LFn和LFn/ HFn比值低于对照组(P<0.01)。见表4。

表4 2组受试者HRV参数的变化Tab.4 Changes of HRV parameters of subjects in two groups(n=20,±s)

表4 2组受试者HRV参数的变化Tab.4 Changes of HRV parameters of subjects in two groups(n=20,±s)

∗P<0.05 compared with pre-test;△P<0.05 compared with control group.

Group TP(ms2)LFn(η/%)HFn(η/%)LFn/HFn Exercise Pre-test 2 106±478 52.3±6.8 33.5±4.3 4.23±0.61 Post-test 3 087±574∗△41.5±5.2∗△45.1±5.0∗△3.35±0.56∗△Control Pre-test 2 355±512 48.7±7.0 35.8±5.2 3.88±0.81 Post-test 2 209±423 50.6±6.1 32.6±4.4 3.97±0.71

3 讨论

有氧运动可改善心血管机能和肌肉适能,降低脂肪含量并改善胰岛素敏感性,是预防和治疗肥胖的重要非药物疗法[3]。本研究运动组受试者实验后体质量、BMI、FM和BF%下降,同时安静时HR和血压降低,提示8周有氧运动可对肥胖青少年身体形态和血液动力学产生积极的作用,降低心血管不良事件的发生率。有报道[5]指出:停训4~6周后,通过运动获得的良性效应逐渐消退,因此建议肥胖青少年应长期坚持规律的有氧运动训练。

HRV是评估心脏自主神经功能的无创指标,可间接反映心脏自主神经即交感和迷走神经的紧张性以及交感-迷走神经的均衡性等信息。在HRV指标中,TP反映HRV的大小,LFn代表心脏交感调制,HFn代表心脏迷走调制,LFn/HFn代表交感-迷走均衡性[6]。研究[1]证实:肥胖者常常伴有自主神经紊乱状态,表现为心交感神经过度兴奋而迷走神经功能减退,交感-迷走平衡呈现交感优势。交感神经过度活化可造成胰岛素抵抗并加重肥胖,而肥胖患者脂肪组织分泌的脂联素、瘦素和肿瘤坏死因子α等细胞因子可诱导交感神经过度激活[7]。因此,交感活化与肥胖互为因果、相互影响,改善自主神经功能将对肥胖者的心血管系统产生积极的保护效应。

针对健康人群的研究[8-9]证实:长期有氧运动虽然可降低迷走活性,但对交感活性无显著影响。对高血压[10]、糖尿病[11]以及代谢综合征患者[12]的研究均显示:长期有氧运动可改善患者的HRV各组分。肥胖者进行一次急性运动后1 h内,HRV主要表现为抑制,即交感活性增高而且占优势,而迷走活性降低,运动后2 h交感和迷走活性及平衡度恢复到运动前状态[13]。但长期有氧运动对肥胖青少年HRV的影响未见报道。本研究中受试者在末次运动后48 h进行HRV测量,因此消除了最后一次训练的急性影响,结果发现:组内与实验前比较,运动组受试者TP和HFn升高、LFn和LFn/HFn比值降低,对照组受试者各指标均无显著性差异;组间实验后比较,运动组受试者LFn 和LFn/HFn低于对照组,TP和HFn高于对照组,提示有氧运动可显著改善肥胖青少年心脏自主神经功能,即提高迷走神经紧张性、降低交感活性,交感-迷走均衡性呈现迷走优势,因此HR和血压水平下降。其原因可能是有氧运动通过改善体成分和胰岛素敏感性、降低FM和BF%,进而下调脂肪因子释放[14],此外还可能与心血管自主神经中枢(延髓腹外侧区)谷氨酸能神经元和γ-氨基丁酸能神经元结构与功能重塑有关[15],具体机制尚需进一步研究。

综上所述,有氧运动可有效降低肥胖青少年安静时的交感神经活性、增加迷走神经张力。

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Influence of aerobic exercise in heart rate variability in obese adolescents

LI Guang-xin1,WANG Zhan-yi2,LYU Wei3,ZHAO Li-jun1
(1.School of Physical Education,Jilin University,Changchun 130012,China; 2.Changchun Second Experimental Middle School,Jilin Province,Changchun 130022,China; 3.Department of Drug Administration,China-Japan Union Hospital,Changchun 130033,China)

ObjectiveTo explore the influence of 8-week aerobic exercise in heart rate variability(HRV)in obese adolescents and to provide the evidence for formulating special exercise prescription.MethodsForty male obese adolescents(BMI≥25 kg·m-2)were randomly divided into exercise group(n=20)and control group(n=20).The subjects in exercise group conducted a 8-week(five times/week,50-60 min)aerobic exercise while those in control group maintained their routine lifestyle.The body composition,hemodynamic parameters including heart rate(HR)and blood pressure and HRV parameters including total power(TP),normalized low frequency(LFn), normalized high frequency(HFn)and LFn/HFn ratio were measured before and after experiment.ResultsThere were no significant differences of the indicators of the subjects between two groups before experiment(P>0.05).At the end of experiment,compared before experiment,the fat mass(FM),the percentage of body fat(BF%), the rest HR,SBP and DBP were decreased(P<0.05 or P<0.01);the TP and HFn were increased(P<0.01);the LFn and LFn/HFn ratio were reduced(P<0.01)in exercise group after experiment;but the indexes of the subjects in control group showed no significant changes(P>0.05).Compared control group,the FM,the BF%, the rest HR,SBP,DBP,LFn and LFn/HFn ratio were decreased while the TP and HFn were increased(P<0.01)in exercise group after experiment.ConclusionAerobic exercise may effectively reduce the sympathetic activity and increase the vagal tone in the obese adolescents.

aerobic exercise;obese;heart rate variability;exercise prescription;adolescents

R493;R589.2

B

2014-03-01

国家社会科学基金资助课题(14BTY086)

李光欣(1979-),男,吉林省长春市人,讲师,主要从事运动医学的研究。

吕 薇(Tel:0431-84995836,E-mail:16909865@qq.com)赵立君(Tel:0431-85167063,E-mail:zlj@jlu.edu.cn)

1671-587Ⅹ(2014)05-1093-05

10.13481/j.1671-587x.20140536

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