运动训练对中年女性运动耐量及左心室整体长轴应变的影响

李学宇　杨洋　冯杰莉　赵威　白瑾　徐顺霖　高炜　郭丽君

100191 北京大学第三医院心内科 卫生部心血管分子生物学与调节肽重点实验室



·临床研究·

运动训练对中年女性运动耐量及左心室整体长轴应变的影响

李学宇杨洋冯杰莉赵威白瑾徐顺霖高炜郭丽君

100191 北京大学第三医院心内科 卫生部心血管分子生物学与调节肽重点实验室

【摘要】目的探讨规律运动训练对健康中年女性运动耐量和左心室整体长轴应变(GLS)的影响，并分析左心室收缩功能与中年女性运动耐量间的相互关系。方法前瞻性纳入60名无疾病史并未接受规律运动训练的中年女性，分成中等强度运动组28名[年龄(51.0±5.6)岁]、间歇高强度运动组20名[年龄(50.1±6.0)岁]分别进行12周(功率自行车，每周3次，每次50 min)规律运动训练，对照组12名[年龄(48.7±4.7)岁]对生活方式不予干预。于基线和12周后对受试者进行心肺运动试验、常规超声心动图检查并应用斑点追踪技术测定GLS、检测空腹血糖和血脂。应用SPSS 22.0软件对数据进行分析。结果运动组和对照组间基线各项观测指标差异均无统计学意义(均为P>0.05)。规律运动训练12周后，中等强度运动组峰值摄氧量(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)显著改善；同样的，间歇高强度运动组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)亦显著改善；两个运动组运动训练后PVO2和GLS的变化差值(ΔPVO2和ΔGLS)均显著优于对照组(均为P<0.05)，且间歇高强度运动组有优于中等强度运动组的趋势。相关分析显示，运动训练组女性的ΔPVO2与ΔGLS呈显著相关(r=-0.358，P=0.012)，但ΔPVO2与ΔLVEF、ΔPVO2与ΔE/e′无显著相关性。多元线性回归发现ΔGLS是ΔPVO2的独立影响因素(β=-0.362，P=0.014)。 结论规律运动训练可显著改善健康中年女性的运动耐量及GLS反映的左心室收缩功能；推测健康中年女性运动耐量的提高可能与运动训练改善其左心室长轴收缩功能有关。

【关键词】运动训练；中年女性；运动耐量；左心室整体长轴应变

运动缺乏被认为是心血管疾病的行为危险因素[1]，运动训练已逐渐成为药物治疗之外的心血管疾病防控疗法[2]。运动耐量的下降是心功能不全的首发表现[3]，心脏收缩、舒张、变时功能以及骨骼肌质量和代谢状态、内皮功能、炎症反应等多种因素均可参与这一过程。运动耐量可通过心肺运动试验(cardiopulmonary exercise test, CPET)测得的峰值摄氧量(peak oxygen uptake，PVO2)量化评估，对于心血管事件具有预测价值[4]。运动训练可以提高PVO2，但能否改善心功能指标，如左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)，研究结果并不一致。近年来超声斑点追踪技术测量的左心室整体长轴应变(global longitudinal strain，GLS)被认为是较LVEF更敏感的左心室收缩功能指标[5]，一些研究提示PVO2和GLS之间存在相关性。但是，先前关于运动训练的研究多是在男性或疾病人群中进行的，而面临心血管疾病风险日趋增加的中年女性群体，运动训练能否提高运动耐量和增加心脏功能的研究报道尚少。因此，我们以中年健康女性为研究对象，采用CPET和传统超声加斑点追踪技术，评价规律运动训练对其运动耐量和心功能状态的改善作用，并进而评价PVO2与心功能指标的关系。

1对象和方法

1.1研究对象

本研究前瞻性募集无疾病史、平素无规律运动训练的中年女性志愿者，根据问诊、体格检查和生化检验确定入选和排除标准。入选标准：(1)年龄45～65岁；(2)无疾病史；(3)平素无规律运动训练；(4)签署知情同意书。排除标准：(1)冠心病、心肌病、瓣膜病等器质性心脏病；(2)严重心律失常；(3)高血压、糖尿病；(4)恶性肿瘤、自身免疫性疾病、血液系统疾病；(5)肌肉、关节疾病等影响正常运动的疾病。最终纳入60名受试者分为3组进行队列研究，中等强度运动组28名、间歇高强度运动组20名分别进行12周规律运动训练，对照组12名对生活方式不予干预。本研究已获得北京大学第三医院伦理委员会审批(批号：IRB00006761-2015250)。

1.2临床一般资料

于入组时和12周后测量受试者体重和身高并计算体质指数(body mass index，BMI)，记录静息心率(heart rate，HR)，并检测血糖和血脂等生化指标。

1.3规律运动训练

受试者进行12周，每周3次，每次50 min的规律运动训练，分别接受中等强度(60%～70% PVO2)及间歇高强度(90%～95% PVO2持续1 min，休息3 min交替进行)运动训练，运动方式采用功率自行车。运动过程由心血管内科专科医师监护。

1.4CPET

受试者于入组时及12周后分别接受CPET。本研究中全部受试者应用Ultima 2分析系统(美国麦加菲公司)进行测定，包括气体分析及12导联心电监测。运动方案采用功率自行车，负荷功率为0 W起始，每分钟递增15 W，当受试者自觉非常疲劳，Borg评分≥17分，不能继续运动时停止运动。PVO2定义为CPET过程中所测得的最大摄氧量值。

1.5超声心动图

受试者于入组时和12周后接受超声心动图检查。应用VIVID E9型彩色多普勒超声显像仪。对受试者连接心电图监测，记录心率。取胸骨旁长轴、心尖四腔心、两腔心、心尖长轴切面，测量左心室内径、室壁厚度、二尖瓣血流频谱、左心室侧壁组织多普勒等常规经胸超声心动图指标，并连续记录至少3个心动周期的动态图像，帧频≥50/s。存储动态图像，应用EchoPAC影像工作站对图像进行后处理，采用斑点追踪技术测定GLS。对心尖四腔心、两腔心、心尖长轴切面图像应用6分法描记心内膜，仪器自动分别计算17个节段的局部长轴应变，并取均值得到GLS。

1.6统计学方法

2结果

2.1受试者一般资料和观测指标基线值的比较

各运动组和对照组间一般人口学资料、基线临床、生化、PVO2、心脏收缩及舒张功能指标比较差异均无统计学意义，见表1。

2.212周后观测指标及变化差值的比较

规律运动训练12周后，与各组基线值比较，中等强度运动组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)显著改善，同时Glu、TC显著下降；同样，间歇高强度运动组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)亦显著改善，并且除Glu、TC显著下降外，BMI也明显降低；对照组12周前后的上述指标均无明显变化。进一步比较这些指标的变化差值发现，间歇高强度运动组PVO2、GLS、BMI的变化差值优于中等强度运动组，但二者差异无统计学意义，见表2。

2.3PVO2与左心室功能指标的相关性分析

应用双变量相关分析发现，基线(n=60)PVO2与GLS 数值无显著相关性(r=-0.073，P=0.624)。规律运动训练12周后运动组受试者(n=48)的ΔPVO2与ΔGLS呈显著相关(r= -0.358，P=0.012)，见图1；而ΔPVO2与ΔLVEF无显著相关性(r=0.129，P=0.383)，ΔPVO2与ΔE/e′无显著相关性(r=-0.078，P=0.569)。基线GLS与E/e′呈显著正相关(r=0.261，P=0.044)，见图2；基线LVEF与E/e′无显著相关性(r=-0.204，P=0.118)。进一步应用多重线性回归，以ΔPVO2为因变量，以年龄、ΔBMI、ΔGLS、ΔE/e’、ΔHR、ΔGlu、ΔTC为自变量，采用输入法分析发现，ΔGLS是ΔPVO2的独立影响因素(β=-0.362，P=0.014)，见表3。

±s)

注：BMI：体质指数；PVO2：峰值摄氧量；GLS：左心室整体长轴应变；LVEF：左心室射血分数；E/A 二尖瓣血流频谱E、A峰比值；E/e′：二尖瓣血流频谱E峰与左心室侧壁组织多普勒e′比值；HR：静息心率；Glu：空腹血糖；TC：总胆固醇；TG：三酰甘油；HDL-C：高密度脂蛋白胆固醇；LDL-C：低密度脂蛋白胆固醇

项目中等强度运动组(28例)间歇高强度运动组(20例)对照组(12例)F/Z值P值(组间比较)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：与基线值比较，aP<0.05；与对照组比较，bP<0.05

图1　运动训练12周后PVO2与GLS变化差值的相关性

图2　基线GLS与E/e′的相关性

项目B值S.E.β值t值P值常数5.8322.9012.0100.051年龄-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讨论

运动训练等生活方式调整已被国内外多种心血管疾病防治指南推荐为主要干预措施[6-7]。大量研究表明，运动训练后心血管疾病患者及健康受试者的PVO2均可得到提高[8]，但运动耐量提高的机制尚有争议。我们的研究发现，健康中年女性接受短期12周的规律运动训练，可明显提高运动耐量和GLS反映的左心室长轴收缩功能，且运动耐量的提高与心功能的改善明显相关，GLS的改善是PVO2增加的独立影响因素；同时，也进一步证明运动训练能明显改善血糖和血脂等代谢指标。

心血管疾病患者运动耐量下降的机制涉及影响心输出量的中心机制(主要为心脏收缩、舒张及变时功能)以及影响骨骼肌等外周器官组织氧供及摄氧能力的外周机制(包括骨骼肌质量和代谢、内皮功能、炎症反应等)[9]。运动训练对于上述各项病理生理过程的改善作用均有一些研究结果支持，但在不同人群中的研究结论并不一致[10-11]。

在收缩功能不全的心力衰竭患者中的研究发现，运动耐量下降程度与LVEF减低程度密切相关[11]。但是，既往研究提示，LVEF保留的心力衰竭患者的PVO2与LVEF则无明确相关关系[12]，LVEF对于心力衰竭患者预后的预测价值也仅限于LVEF下降的心力衰竭患者[13]。然而，无论LVEF是否下降，PVO2均是心力衰竭患者预后的独立预测因素[14]。关于LVEF，首先，它的定义是基于左心室腔内容积的变化，更多反映左心室肌纤维环向收缩的功能，因此，当心肌收缩力减弱尚未使心腔容积发生明显变化时，LVEF常保持正常；其次，它可能更易于受容量状态和心率等因素的影响；再次，目测心内膜边缘的识别是影响它准确测量的重要因素，故LVEF不利于检测更早期的心肌收缩功能异常。超声心动图斑点追踪技术检测的心肌应变，特别是左心室GLS，主要检测左心室肌纤维纵向收缩的功能，纵向肌纤维位于心内膜下，对舒张末期压力的变化极为敏感，被证实是较LVEF更敏感的左心室收缩功能指标，且具有重复性高等特点[5]。近年来，多项关于健康成年人心肌应变的研究提示GLS平均值为-22.1%～-16.7%[15]。Yingchoncharoen等[16]在一篇纳入了24项研究2 597名健康受试者的荟萃分析中发现，GLS平均值-19.7%(95%CI：-20.4%～-18.9%)。Hasselberg等[17]对100例心力衰竭患者的横断面研究发现，心力衰竭患者无论其LVEF是否减低，他(她)们的GLS(-11.9%±6.6%，其中射血分数保留的心力衰竭患者亚组-17.5%±3.2%)相对较差，且与PVO2具有显著相关性。本文测得的GLS数值范围与前述正常人结果一致，提示受试者运动训练前心脏收缩功能正常；对其规律运动训练12周后发现，GLS反映的左心室长轴收缩功能仍有显著提高，且提高程度与PVO2的改善程度密切相关，是PVO2改善的独立影响因素。同样分析LVEF，并没有发现与GLS类似的结果。我们的结果提示，运动训练可显著增加健康女性受试者的心功能储备，而GLS可能是评价运动训练这一作用的敏感指标。

我们发现基线时PVO2与GLS并无相关关系，这可能与心功能正常对PVO2并不产生影响有关。然而，12周规律的运动训练，特别是间歇高强度运动方式增加了受试者的左心室收缩功能储备，PVO2随之显著提高，故ΔPVO2与ΔGLS呈显著相关性，并经多元线性回归分析提示ΔGLS是ΔPVO2的独立影响因素。因此，我们推测运动训练提高中年女性运动耐量的作用可能源自运动诱发左心室长轴收缩功能储备的增加。需要注意，这一推测需要进一步更大样本量的临床研究和基础研究证实。

我们对舒张功能指标的分析提示运动训练增加心脏舒张功能储备的作用并不明显。但是，基线GLS与E/e′具有显著相关性，而LVEF与E/e′则无相关关系，提示心脏收缩和舒张功能可能呈一致性变化，LVEF保留的心力衰竭患者的左心室收缩功能可能并非正常，对这部分患者检测GLS评价左心室收缩功能会帮助我们进一步深入了解疾病的病理生理机制和合理治疗。

本研究的主要限制是非随机对照的小样本量研究，对照组的日常运动量没有量化，故研究结果不排除存在偏差。后续我们将继续扩大样本量验证这一初步研究结果。

综上，我们得出以下结论：规律运动训练可显著提高健康中年女性的运动耐量及GLS反映的左心室收缩功能；推测健康中年女性运动耐量的提高可能与运动训练改善其左心室整体长轴收缩功能有关。

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(本文编辑：谭潇)

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

通讯作者：郭丽君，Email：guo_li_jun@126.com