脑卒中后心肺适应性的研究进展

何庆权，刘畅，张志强

·综述·

脑卒中后心肺适应性的研究进展

何庆权，刘畅，张志强

脑卒中后患者的心肺适应性下降，可能与骨骼肌系统、胰岛素、心血管系统、呼吸系统等发生改变相关。有氧训练可改善脑卒中患者的心肺适应性，而机器人辅助下的运动训练被认为是脑卒中后超早期及重度脑卒中患者心肺康复的有效方法。

脑卒中；心肺适应性；有氧训练；机器人辅助训练；综述

心肺适应性(cardiorespiratory fitness,CRF)又称心肺耐力，作为一种评价工具，能够量化运动过程中心脏、肺、血管及骨骼肌等通过协同作用，运输氧气以及排泄代谢产物的能力，间接反映心血管系统、代谢系统及身体功能等情况[1-2]。CRF反映机体执行大肌群参与、节奏性、中-高强度、持续较长时间训练的能力，与性别、年龄、体力(身体)活动水平、身体结构以及是否并发慢性疾病和残疾有关。对脑卒中患者而言，CRF是决定其能否完成康复训练的关键因素。越来越多的证据表明，脑卒中后，由于缺乏运动及骨骼肌、心血管系统等发生适应性改变，患者出现CRF下降，严重制约其行走耐力并导致步行能力受限，妨碍其回归家庭及社会。既往证据显示，CRF降低导致中老年人脑卒中的发病风险增加，而Åberg等[3]的研究显示，成年早期(18岁)CRF和肌力下降，是将来发生脑卒中的独立危险因素。Kim等研究显示[4]，基础CRF水平是预测亚急性期脑卒中患者功能恢复的重要因素；而提高患者CRF，能够降低心血管事件的发生率及再次卒中的风险。

1 脑卒中后CRF

脑卒中后患者出现生理性适应下降，如单侧肌纤维类型变化、血流动力学功能减退和全身代谢状态改变等。这些生理变化与日常生活能力及运动耐力等的下降相关，会加重残疾程度并导致健康状况恶化。

最大摄氧量(maximum oxygen uptake,VO2max)是指单位时间内运输到运动肌肉且被利用的最大氧气量，反映个体在递增负荷训练过程中吸收和利用氧气的能力，是评价CRF最常用和最有效的方法，是判定个体CRF的金标准。此外，VO2max还能客观记录机体CRF状态，进而评估其对训练的反应性。研究表明，75%脑卒中患者存在心肺功能不全[5]，脑卒中患者VO2max相当于正常人的25%～45%[1]。Smith等[2]的系统评价显示，CRF在卒中后最初几天即开始下降并持续数年，发病初期最低，之后可逐渐升高。更早期研究也提示，卒中后30 d内，VO2max下降10～17 ml/(min⋅kg)[6]，6个月内恢复不超过20 ml/(min ⋅kg)[6-7]。此外，CRF的改变还与卒中的严重程度相关。

尽管很多证据表明脑卒中患者CRF下降，但其潜在的生理机制尚不明确。脑卒中可引起偏瘫、平衡及协调功能障碍、本体感受反馈减弱，进而引起继发性肌肉生理功能改变及炎症反应[8]、血流动力学反应减退[9]、糖代谢状态改变[10]及轻度心血管及呼吸系统功能障碍，这些变化均影响日常生活及运动功能，并导致CRF下降。

1.1 骨骼肌系统

脑卒中后患侧肢体肌肉的结构和分子组成均出现异常，导致胰岛素敏感性[11]、肌肉容积、移动能力等下降。此外，患侧肌肉内肿瘤坏死因子-α比正常时增加近3倍[8]，炎症因子的出现意味着肌萎缩和胰岛素抵抗[12]。

肌肉代谢状态和执行特殊活动的能力与肌纤维类型密切相关。脑卒中后单侧肌肉废用性萎缩及肌肉内脂肪含量增加，会引起快肌纤维成分增加，该类型肌纤维更容易产生胰岛素抵抗和疲劳。这些容易疲劳的肌纤维通过降低步行效率和增加能量消耗对社区内步行产生负面影响。疲劳感和倦怠感可能进一步抑制日常生活能力和工具性日常生活活动。

1.2 胰岛素代谢改变

在上述变化的基础上，坐式生活方式和CRF下降也会引起代谢水平下降，特别是引起胰岛素抵抗和葡萄糖耐受障碍，增加心血管疾病发病率及脑卒中的复发风险[13]。脑卒中后长期卧床会引起糖耐受障碍，主要由骨骼肌胰岛素感受性下降引起，常伴随高胰岛素血症。这也与胰岛素受体数量或亲和性变化，导致组织出现胰岛素抵抗增加有关。骨骼肌糖摄入量在卧床3 d后减少20%，14 d后减少50%。

1.3 心血管系统

1.3.1 心功能的自主调节

脑卒中，特别是顶叶、岛叶皮层卒中后，会出现心脏血流和自主调节功能障碍[14]。有研究显示[15]，左侧岛叶皮层卒中的患者，1年内心血管事件发生率明显增高。这些心脏并发症对活动及训练过程中的心功能有重要影响。

1.3.2 血流动力学和血管功能

血流分布受中枢和周围双重机制调节。中枢或周围调节机制改变，均可扰乱正常的血管功能。慢性脑卒中患者患侧下肢血流在休息和运动时均明显下降[16]，这种独特的单侧适应对日常生活能力和生活质量产生影响。研究表明[17]，血流减少发生在身体活动减少之后；活动减少可影响血流速度、血管内皮功能及血管直径。近期的一项研究发现[16]，脑卒中后患侧下肢股动脉发生血管重塑，患侧股动脉直径和血流速度显著下降，动脉壁明显增厚，可能对血管壁弹性造成损害，进而影响血管舒张及氧气运输。

1.4 呼吸系统

脑卒中后，呼吸功能异常可由卒中本身直接导致，也可由其他相关并发症或不健康生活方式引起。脑卒中患者长期卧床后，肋椎关节或胸肋结合点活动度减少，横隔和肋间肌肉肌力下降，肺不张或吸入性肺炎的发生率提高。脑卒中患者容易疲劳可能与呼吸功能不全有关，表现为肺弥散功能下降、通气-血流比失调和肺活量下降。上述生理性损害降低通气储备，引起脑卒中患者CRF下降。肺活量和胸壁活动度减少，不仅会导致运动耐力下降、气短及增加久坐的风险，还会增加脑卒中复发的风险[18]。

2 运动训练与CRF

越来越多的证据表明，体力活动对脑卒中患者的健康有益，且能改善CRF和骨骼肌适应性[19]。运动训练需要达到一定程度才引起CRF变化，但目前关于引起CRF变化的运动处方还不明确，如训练的频率、强度，每次训练时间以及训练的模式等。此外训练的有效性还与年龄、卒中部位、病程和严重程度等相关[20]。

有研究发现[21]，常规物理治疗不能改善CRF；而越来越多的研究提示[22-23]，有氧训练能够改善脑卒中患者CRF。有氧训练是指运动时以有氧代谢为主的耐力性训练，是一种身体大组肌群参与、中等强度、有节奏、持续时间较长的运动训练，它可提高机体的摄氧量，增进心肺功能，提高身体耐力。美国运动医学会给出了有氧训练处方：大肌群参与，每周3～5次，每次20～60 min(或多个10 min)，强度40%～70%储备心率(heart rate reserve,HRR)。

有氧训练提高CRF的可能机制包括：①改善血管功能和血管形态，引起血管适应性增加；②增加肌肉含量、减轻炎症反应等，改善骨骼肌功能，进而引起骨骼肌适应性增加；③增加葡萄糖代谢和胰岛素敏感性，进而改善全身代谢状态；④改善呼吸功能和认知水平等。上述改变均可促进CRF增加，增强患者运动耐力。

Jin等[24]研究脑卒中患者有氧训练后血流动力学反应，结果表明，高强度有氧训练可改善右心房排空分数，血脂、血糖、血同型半胱氨酸水平及步行能力。范宏娟[25]研究表明，脑卒中后有氧训练有助于降低空腹胰岛素、餐后2 h血糖及HOMA胰岛素抵抗指数，改善胰岛素敏感性。Ryan等[26]的研究则表明，脑卒中后持续有氧训练可改善肌肉肥大并减少肌肉生长抑制蛋白的生成，进而改善骨骼肌适应性。

目前国内关于脑卒中后有氧训练与CRF方面的研究较少。郭娴[27]对健康中年人进行的研究表明，太极拳和跑步运动都可提高50～59岁男性CRF，跑步运动更显著；太极拳和大量跑步运动比小量跑步运动改善心功能效果更好。

国外多项研究证实，脑卒中患者进行有氧训练可以提高其CRF、VO2max及运动能力。Marsden等[28]对运动训练与CRF的相关研究进行系统评价，纳入28个研究共920例受试者，多数以慢性、具有步行能力、轻-中度功能障碍者为研究对象。28个研究中，16个运用有氧训练，11个为包含有氧成分的混合训练模式；训练时间2周～6个月，每次20～90 min，每周2～5次，强度30%～90%HRR；训练方法主要包括平板训练、自行车、手摇车等。对其中12个随机对照临床研究进行Meta分析，结果显示，训练后VO2max平均增加2.27(95%CI 1.58～295)ml/(min⋅kg)，VO2max平均改善率10%～15%。

Stoller等[29]对卒中后早期心肺训练的研究进行系统评价，最终纳入11篇文献。受试者平均发病时间(34.28±25.1)d，轻-中度功能障碍；训练方法包括功率自行车(n=5)、活动平板训练(n=4)、任务导向性分级训练(n=1)、卧位踏步训练(n=1)；训练时间3～13周，每次20～90 min，每周2～5次，强度40%～80%HRR；结果提示脑卒中患者亚急性期(1周～6个月)行心肺训练有助于CRF改善。

3 机器人辅助训练与CRF

严重功能障碍的脑卒中患者由于运动能力受限明显，在心肺功能训练过程中存在较高风险。近些年，逐渐有研究报道人工辅助下减重活动平板训练对心肺功能有益[30]，而机器人辅助的活动平板训练(robotics-assisted treadmill exercise,RATE)作为其中的代表受到广泛关注，为重度脑卒中患者或脑卒中后超早期(1周内)进行心肺训练及有氧能力评估提供了新的方法。

RATE通常包括驱动和减重两大部分，最初的研究表明，被动RATE能够改善O2摄取量[31]。进一步研究开发了更加理想的评估和训练系统——反馈控制的RATE(feedback-controlled RATE,FC-RATE)，这种反馈机制允许受试者根据自身的自发性努力控制运动强度，已有研究表明对脊髓损伤[32]及脑卒中[33-34]后不具备步行能力的患者有效。其优势在于允许患者更主动地参与及低强度训练。

Stoller等[34]应用Lokomat外骨骼机器人对发病4周内的重度脑卒中患者(功能性步行评分≤1)进行FC-RATE训练，患者分别进行恒定负荷训练(constant load testing,CLT)和渐进运动训练(incremental exercise testing,IET)，结果表明，对CRF而言，CLT有效且安全。Hoekstra等[35]对脊髓损伤患者进行Lokomat辅助下心肺功能训练，结果表明，患者所需的训练强度更低(＜20%VO2max或＜20%HRR)，这对长期卧床患者更加安全。Lefeber等[36]的Meta分析结果表明，脑卒中或脊髓损伤后，机器人辅助下训练比常规训练消耗能量少，所产生的心肺负荷大，但其效果与步行速度、是否使用减重支持及机器人的类型等相关。该研究提示，短距离、外骨骼式机器人辅助对降低能量消耗、增加心肺负荷有效，而长距离步行效果如何有待进一步研究。

4 小结

脑卒中后患者CRF下降，影响运动功能的恢复，并增加心血管事件及脑卒中复发概率。关于脑卒中后CRF下降的确切机制尚不明确，目前的研究提示，可能与脑卒中后患者运动缺乏及骨骼肌系统、心血管系统、呼吸系统、代谢系统等发生的一系列适应性改变相关。关于有氧训练与CRF改善目前学者们进行了大量研究，但多为小样本、短期研究，缺乏大样本多中心研究。目前的研究证据表明，有氧训练能够改善脑卒中患者CRF，主要训练方法包括平板训练、自行车、手摇车等；这些方法并不适合超早期(1周内)和重度脑卒中患者，RATE在这方面有很大潜力，有待进一步研究。截至目前，尚未有研究对心肺训练直接相关的主要副作用进行报道，还需要大量研究证明其安全性。对于训练终止的标准尚缺乏准确描述。此外，心肺训练的同时应注意考虑日常生活能力及生活质量等的改善。

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Advance in Cardiorespiratory Fitness after Stroke(review)

HE Qing-quan,LIU Chang,ZHANG Zhi-qiang
Rehabilitation Center of Shengjing Hospital,China Medical University,Shenyang,Liaoning 110000,China

ZHANG Zhi-qiang.E-mail:zhangzq@sj-hospital.org

Cardiorespiratory fitness(CRF)descends after stroke because of hemiplegia and adaption of insulin,musculoskeletal,cardiovascular and respiratory system.Aerobic exercise training can improve CRF of individuals with stroke,while robotic-assisted exercise is probably safety and effectiveness for patients with severe stroke or patients within one week after stroke.

stroke;cardiorespiratory fitness;aerobic exercise training;robotics-assisted exercise;review

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.11.010

R743.3

A

1006-9771(2017)11-1290-04

[本文著录格式] 何庆权，刘畅，张志强.脑卒中后心肺适应性的研究进展[J].中国康复理论与实践,2017,23(11):1290-1293.

CITED AS:He QQ,Liu C,Zhang ZQ.Advance in cardiorespiratory fitness after stroke(review)[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(11):1290-1293.

中国医科大学附属盛京医院康复中心，辽宁沈阳市110000。作者简介：何庆权(1984-)，男，汉族，吉林辽源市人，硕士研究生，医师，主要研究方向：物理因子治疗、神经康复。通讯作者：张志强，男，教授，博士生导师。E-mail:zhangzq@sj-hospital.org。

2017-01-05

2017-07-27)